對虛擬化技術(shù)（KVM）的一些理解

evilhacker

LZ是小白，最近在看KVM，順便寫了點學(xué)習(xí)筆記，不知道理解的對不對，如果有任何錯誤，歡迎各位不吝賜教，感激不盡～～ ：-）

先從虛擬化這個概念說起，其實通常的進(jìn)程/線程也是一種虛擬化。Intel把CPU的優(yōu)先級分了4層，ring0完整的暴露了CPU的各個接口，運行在ring0的操作系統(tǒng)可以任意使用CPU提供的所有功能，相比之下，運行在ring3的應(yīng)用程序只能看到較少的CPU接口。

在這種情況下，操作系統(tǒng)擔(dān)任的角色就是類似VMM（Virtual Machine Monitor）。運行在ring3的應(yīng)用程序，自以為自己掌握所有的計算機資源，比如CPU資源，4GB的內(nèi)存等等。眾多傻乎乎的應(yīng)用程序（用戶態(tài)進(jìn)程）在自己的虛擬世界里玩的不亦樂乎，而操作系統(tǒng)默默的在背后處理各個進(jìn)程CPU相關(guān)的數(shù)據(jù)的保存和恢復(fù)，比如修改cr3寄存器，修改頁表等等。

所以，操作系統(tǒng)完成了對ring3環(huán)境下的CPU的虛擬化，而KVM則是實現(xiàn)了一個完整的CPU虛擬化（所以這種類型的虛擬化，能運行不經(jīng)任過何修改操作系統(tǒng)）。

kvm是一個內(nèi)核模塊，用kvm虛擬化技術(shù)創(chuàng)建的虛擬機，如果guest OS 執(zhí)行的是與訪問全局資源無關(guān)的指令，那么這些指令是直接運行在物理CPU上的；當(dāng)執(zhí)行到了訪問全局資源的指令，比如產(chǎn)生缺頁錯誤，或者設(shè)備I/O，則guest OS產(chǎn)生VM Exit退出到KVM中，然后KVM再根據(jù)退出的原因，決定是由自己來處理還是交給Qemu。

當(dāng)發(fā)生VM Entry和VM Exit 時必須要有一個結(jié)構(gòu)體來保存當(dāng)前CPU的上下文，這個結(jié)構(gòu)就是VMCS (Virtual Machine Control Structure)，而前面提到的，使用KVM必須要有CPU硬件上的支持，指的就是CPU硬件必須提供一種功能，能自動根據(jù)VMCS的內(nèi)容完成VM和VMM之間的狀態(tài)切換。

thomasnew

突然出現(xiàn)的Qemu是什么？ 和kvm什么關(guān)系？

chishanmingshen

沒研究過。。。

奇怪，本版沒有虛擬化的子板塊？

embeddedlwp

回復(fù) 2# thomasnew


qemu已經(jīng)n多年了，怎么叫突然出現(xiàn)？


   

thomasnew

回復(fù) 4# embeddedlwp
呵呵，我意思是文中描述突然出現(xiàn)了這個詞，看的人有點突然，應(yīng)該稍微解釋一下。

   

smalloc

虛擬就是概念的抽象。

xiongweixie

回復(fù) 3# chishanmingshen


    kvm可以說是內(nèi)核的一個模塊。僅僅只有kvm是不能啟動虛擬機的。需要跟qemu一起工作。

    qemu是模擬器。運行在用戶空間。他可以不需要kvm就可以啟動虛擬機。

xuukai

比如產(chǎn)生缺頁錯誤，或者設(shè)備I/O，則guest OS產(chǎn)生VM Exit退出到KVM中，然后KVM再根據(jù)退出的原因，決定是由自己來處理還是交給Qemu。
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我看了一個圖，QEMU是用戶態(tài)的一段程序（KVM-QEMU結(jié)構(gòu)中，KVM在用戶態(tài)實際上是QEMU代碼的一個子集）。KVM發(fā)現(xiàn)用了特權(quán)指令是敏感指令，那由CPU處理；如果這些敏感指令不是敏感指令，就要使用陷入等方法了。

hmsghnh

QEMU 應(yīng)該是完整的實現(xiàn)了吧。

KVM 相比較其他虛擬機的特點就是，盡量復(fù)用kernel里面已有的功能吧。
比如以前  虛擬機的客戶機的內(nèi)存管理，人家都是自己有一套hypervisor的實現(xiàn)的，自己管理內(nèi)存分配。
但KVM的觀點就是linux內(nèi)存里面的內(nèi)存管理已經(jīng)比較完善了，沒必要再搞一套新的，所以這個虛擬機不同客戶機內(nèi)存的管理也由linux內(nèi)核里面來負(fù)責(zé)就可以了。 這樣linux的內(nèi)核代碼得到最大程度的復(fù)用。

almeydifer

qemu的主要作用應(yīng)該是提供KVM的I/O子系統(tǒng)虛擬化的功能。