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KVM入门

作者：互联网

虚拟化简介

CPU虚拟化

在没有VMX（vritualization extesion）之前，通过权限解除（de-privileged），使Guest OS运行在ring1之上，而Guest OS的应用程序运行在ring3，遇到可以trap的敏感指令（即是特权指令的敏感指令）则下陷，不能trap的边界指令，则编译前通过半虚拟化转换为可以trap ring0的系统调用或是运行时通过模拟仿真、二进制编译，强行翻译成别的东西进行系统调用。
在VMX出现之后，通过VT-x、AMD-V或TrustZone（secure world/non-secure world）的硬件虚拟化技术，将VM的Guest OS和应用程序分别运行在non-root的ring0和ring3下（或non-secure world的EL1和EL0下）省去了de-privileged的过程，只有遇到non-root下的异常、IO访问、指令和特定寄存器的访问，才会触发VMExit事件。

这里再总结整理下，根据原理不同，虚拟化技术可以分为三种：

内存虚拟化

Host OS需要通过CPU的MMU，完成VA-MA（PA）的转换，而Guest OS需要两级转换：GVA-GPA-[VMM维护]-MA（HPA）
而没有内存虚拟化支持的情况下，VMM一般需要给Guest OS进程维护一个GVA到HPA的影子页表来完成地址转换

IO虚拟化

VM中所有的IO都会触发异常，然后陷入VMM，VMM则利用host OS上运行的一个应用级进程模拟调用Host OS的系统调用，完成操作
以VM Workstation为例，这个过程通过VMdriver、VMM和VMApp来协同完成：

在这里插入图片描述在这里插入图片描述

KVM介绍

基于内核的虚拟机

没有重新写一个VMM，而是选择了Linux Kernel，通过加载新的模块，将Linux Kernel变成一个VMM

基于虚拟化扩展（Intel VT或AMD-V）的x86硬件的开源的Linux原生全虚拟化解决方案。

KVM中虚拟机被实现成常规的Linux进程，由标准的Linux调度程序进行调度；虚拟机的每个vCPU都被实现为一个常规的Linux线程

在这里插入图片描述

KVM不执行硬件模拟，用户空间程序通过/dev/kvm接口设置一个客户机虚拟服务器的地址空间，向他提供模拟IO

对比VM workstation，KVM内核模块功能实现了VM driver和VMM，QEMU实现了VMApp

流程

KVM被加载时：

IO虚拟化

支持虚拟化的CPU，带有特别优化过的指令集来控制虚拟化过程。当Guest尝试访问物理资源，就会将控制权交给VMM

VMM也可以利用硬件的虚拟化增强机制，将客户机在受限模式下对特定资源的访问完全由硬件重定向到VMM指定的虚拟资源

QEMU-KVM：

QEMU是纯软件实现的虚拟化系统，其中包含整套的虚拟机实现，包括处理器虚拟化、内存虚拟化、以及虚拟设备模拟

KVM对其进行了修改，VM运行时，QEMU会通过KVM提供的系统调用进入内核，由KVM负责将虚拟机置于处理的特殊模式运行

VM进行IO操作时，KVM会从上次系统调用出口处返回QEMU，由QEMU负责解析模拟设备。

QEMU使用了KVM模块的虚拟化功能，为自己的VM提供了硬件虚拟化加速。VM的配置创建、VM运行所依赖的虚拟设备、VM运行时的用户环境和交互、以及一些VM的特定技术：动态迁移，都是QEMU自己实现的

CPU虚拟化

虚拟机创建和运行时QEMU和KVM相互配合的过程，两者通信时通过/dev/kvm的IOCTL调用。创建VM可以理解为KVM为了某个特定的虚拟机创建对应的内核数据接口，KVM返回一个文件句柄来代表所创建的VM，伪代码：

open(“/dev/kvm”) 
ioctl(KVM_CREATE_VM) 
ioctl(KVM_CREATE_VCPU) 
… 
for (;;) { 
exit _reason = ioctl(KVM_RUN) 	//返回意味着VMExit
switch (exit_reason) { 
case KVM_EXIT_IO: /* … */ 
case KVM_EXIT_HLT: /* … */ 
} 
}

内存虚拟化

在虚拟机模式下，MMU 的页表则必须在一次查询的时候完成两次地址转换。因为除了将客户机程序的虚拟地址转换了客户机的物理地址外，还要将客户机物理地址转化成真实物理地址。

实践

//Ubuntu18.04下搭建kvm    
    1  apt-get install qemu-kvm qemu-system libvirt-bin bridge-utils virt-manager
	//直接克隆的ubuntu虚拟机，所以存在lock问题
    2  rm /var/cache/apt/archives/lock 
    3  rm /var/lib/dpkg/lock

	4  apt-get install qemu-kvm qemu-system libvirt-bin bridge-utils virt-manager
    5  wget http://tinycorelinux.net/7.x/x86/release/TinyCore-current.iso
    6  ls
    7  qemu-system-x86_64 -smp 2 -enable-kvm -cdrom ./TinyCore-current.iso 
    8  virsh list --all
   10  virsh destroy test
    4  virt-manager	//打开kvm软件

qemu窗口下，按下ctrl+alt+2，运行info kvm

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KVM功能列表&工具

功能：

工具集合：

标签：VMM,入门,虚拟化,KVM,VM,kvm,QEMU
来源： https://blog.csdn.net/qq_41667409/article/details/121437748