对虚拟化技术（KVM）的一些理解

evilhacker

LZ是小白，最近在看KVM，顺便写了点学习笔记，不知道理解的对不对，如果有任何错误，欢迎各位不吝赐教，感激不尽～～ ：-）

先从虚拟化这个概念说起，其实通常的进程/线程也是一种虚拟化。Intel把CPU的优先级分了4层，ring0完整的暴露了CPU的各个接口，运行在ring0的操作系统可以任意使用CPU提供的所有功能，相比之下，运行在ring3的应用程序只能看到较少的CPU接口。

在这种情况下，操作系统担任的角色就是类似VMM（Virtual Machine Monitor）。运行在ring3的应用程序，自以为自己掌握所有的计算机资源，比如CPU资源，4GB的内存等等。众多傻乎乎的应用程序（用户态进程）在自己的虚拟世界里玩的不亦乐乎，而操作系统默默的在背后处理各个进程CPU相关的数据的保存和恢复，比如修改cr3寄存器，修改页表等等。

所以，操作系统完成了对ring3环境下的CPU的虚拟化，而KVM则是实现了一个完整的CPU虚拟化（所以这种类型的虚拟化，能运行不经任过何修改操作系统）。

kvm是一个内核模块，用kvm虚拟化技术创建的虚拟机，如果guest OS 执行的是与访问全局资源无关的指令，那么这些指令是直接运行在物理CPU上的；当执行到了访问全局资源的指令，比如产生缺页错误，或者设备I/O，则guest OS产生VM Exit退出到KVM中，然后KVM再根据退出的原因，决定是由自己来处理还是交给Qemu。

当发生VM Entry和VM Exit 时必须要有一个结构体来保存当前CPU的上下文，这个结构就是VMCS (Virtual Machine Control Structure)，而前面提到的，使用KVM必须要有CPU硬件上的支持，指的就是CPU硬件必须提供一种功能，能自动根据VMCS的内容完成VM和VMM之间的状态切换。

thomasnew

突然出现的Qemu是什么？ 和kvm什么关系？

chishanmingshen

没研究过。。。

奇怪，本版没有虚拟化的子板块？

embeddedlwp

回复 2# thomasnew


qemu已经n多年了，怎么叫突然出现？


   

thomasnew

回复 4# embeddedlwp
呵呵，我意思是文中描述突然出现了这个词，看的人有点突然，应该稍微解释一下。

   

smalloc

虚拟就是概念的抽象。

xiongweixie

回复 3# chishanmingshen


    kvm可以说是内核的一个模块。仅仅只有kvm是不能启动虚拟机的。需要跟qemu一起工作。

    qemu是模拟器。运行在用户空间。他可以不需要kvm就可以启动虚拟机。

xuukai

比如产生缺页错误，或者设备I/O，则guest OS产生VM Exit退出到KVM中，然后KVM再根据退出的原因，决定是由自己来处理还是交给Qemu。
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我看了一个图，QEMU是用户态的一段程序（KVM-QEMU结构中，KVM在用户态实际上是QEMU代码的一个子集）。KVM发现用了特权指令是敏感指令，那由CPU处理；如果这些敏感指令不是敏感指令，就要使用陷入等方法了。

hmsghnh

QEMU 应该是完整的实现了吧。

KVM 相比较其他虚拟机的特点就是，尽量复用kernel里面已有的功能吧。
比如以前  虚拟机的客户机的内存管理，人家都是自己有一套hypervisor的实现的，自己管理内存分配。
但KVM的观点就是linux内存里面的内存管理已经比较完善了，没必要再搞一套新的，所以这个虚拟机不同客户机内存的管理也由linux内核里面来负责就可以了。 这样linux的内核代码得到最大程度的复用。

almeydifer

qemu的主要作用应该是提供KVM的I/O子系统虚拟化的功能。