KVM 概述

KVM 介绍

KVM（ Kernel-based Virtual Machine）是一个完整的虚拟化解决方案，适用于包含虚拟化扩展（IntelVT或AMD-V）的x86硬件上的Linux。目前也支持ARM等其它硬件平台. 它由可加载的内核模块kvm.ko组成，它提供核心虚拟化基础架构和处理器特定模块，kvm-intel.ko或kvm-amd.ko，KVM的用户空间组件包含在QEMU1.3后续版本中,KVM目前已成为学术界的主流 VMM (virtual machine monitor，虚拟机监视器，也称为 hypervisor)之一

KVM是开源软件，可运行多个运行未修改的Linux或Windows映像的虚拟机

依赖于HVM；Intel VT-x, AMD AMD-V

官网： https://www.linux-kvm.org

红帽 kvm 介绍

https://www.redhat.com/zh/topics/virtualization/what-is-KVM

RedHat虚拟化指南

https://access.redhat.com/documentation/zh-cn/red_hat_enterprise_linux/7/html/virtualization_getting_started_guide/index

RedHat创建虚拟机数量限制：

https://access.redhat.com/articles/rhel-kvm-limits

KVM架构

KVM 体系结构

• KVM： 初始化CPU硬件,打开虚拟机模式,负责CPU,内存,中断控制器,时钟. 由内核模块kvm_xxx.ko实现，工作于hypervisor，设备/dev/kvm，是一个字符设备，在用户空间可通过ioctl()系统调用来完成VM创建、启动，为VM分配内存、读写VCPU的寄存器、向VCPU注入中断、时钟等管理功能

• QEMU进程：工作于用户空间，主要用于实现模拟IO设备,如显卡，网卡，硬盘等， qemu-kvm进程：工作于用户空间，用于实现一个虚拟机实例

• Libvirt：提供统一API，守护进程libvirtd和相关工具，如:virsh，virt-manager等

KVM 模块载入后的系统的运行模式

内核模式：GuestOS执行I/O类操作，或其它的特殊指令的操作；称作“来宾-内核”模式 用户模式：代表GuestOS请求I/O类操作 来宾模式：GuestOS的非I/O类操作；它被称作“来宾-用户”模式,称作虚拟机的用户模式更贴切.

KVM 的组件

KVM：运行在内核空间，提供 CPU 和内存的虚级化，以及客户机的 I/O拦截，Guest的部分I/O被KVM拦截后，交给QEMU处理。

两类组件：

• (kvm.ko)/dev/kvm：工作为hypervisor，在用户空间可通过系统调用ioctl()与内核中的kvm模块交互，从而完成虚拟机的创建、启动、停止、删除等各种管理功能，可虚拟CPU和内存

• qemu-kvm进程：工作于用户空间，用于实现IO设备模拟；也用于实现一个虚拟机实例

KVM 功能

KVM 所支持的功能包括：

• 支持CPU 和 memory 超分（Overcommit）

• 支持半虚拟化I/O （virtio）

• 支持热插拔 （cpu，块设备、网络设备等）

• 支持对称多处理（Symmetric Multi-Processing，缩写为 SMP ）

• 支持实时迁移（Live Migration）

• 支持 PCI 设备直接分配和 单根I/O 虚拟化 （SR-IOV）

• 支持内核同页合并 （KSM ）

• 支持NUMA （Non-Uniform Memory Access，非一致存储访问结构 ）

QEMU

QEMU是一个广泛使用的开源计算机仿真器和虚拟机。当作为仿真器时，可在一种架构(如PC机)下运行另一种架构(如ARM)下的操作系统和程序。而通过动态转化，其可以获得很高的运行效率。当作为一个虚拟机时，qemu可以通过直接使用物理机的系统资源，让虚拟系统能够获得接近于物理机的性能表现。qemu支持xen或者kvm模式下的虚拟化。当用kvm时，qemu可以虚拟x86、服务器和嵌入式powerpc，以及s390的系统

QEMU 当运行与主机架构相同的目标架构时可以使用 KVM。例如，当在一个x86兼容处理器上运行qemu-system-x86 时，可以利用 KVM 加速——为宿主机和客户机提供更好的性能

Qemu是纯软件实现的虚拟化模拟器，几乎可以模拟任何硬件设备，最熟悉的就是能够模拟一台能够独立运行操作系统的虚拟机，虚拟机认为自己和硬件打交道，但其实是和 Qemu 模拟出来的硬件打交道，Qemu 将这些指令转译给真正的硬件，正因为 Qemu 是纯软件实现的，所有的指令都要经Qemu，性能非常低，所以，在生产环境中，大多数的做法都是配合 KVM 来完成虚拟化工作，KVM完成复杂及要求比较高的设备虚拟化，而Qemu完成像鼠标、键盘等设备的虚拟化。

QEMU有如下几个部分组成：

• 处理器模拟器(x86、PowerPC和Sparc)

• 仿真设备(显卡、网卡、硬盘、鼠标等)

• 用于将仿真设备连接至主机设备(真实设备)的通用设备，实现透传

• 模拟机的描述信息

• 调试器

• 与模拟器交互的用户接口

KVM 局限性

• CPU overcommit：过载使用，性能下降

• 时间记录难以精确，依赖于时间同步机制，如NTP

• VM量特别大时，MAC地址存在冲突的可能性

• 实时迁移：共享存储，CPU架构，版本等

• 性能局限性

比较 KVM 和 XEN

KVM与XEN对比

IBM文档

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-using-kvm/