2023學年完整公開課版KVM簡介

KVM概述目錄KVM架構KVM網(wǎng)絡模式KVM模塊KVM命令行介紹2

虛擬機概述3

從虛擬機的基本架構上來區(qū)分，虛擬機一般分為兩種，稱之為類型一和類型二。其中，類型一虛擬機是在系統(tǒng)開啟之后首先加載運行虛擬機監(jiān)控程序。與類型一虛擬機的方式不同，類型二虛擬機監(jiān)控程序，在系統(tǒng)開啟之后仍然運行一般意義上的操作系統(tǒng)（也就是俗稱的宿主機操作系統(tǒng)）。KVM就是屬于類型二虛擬機，另外，VMwareWorkstation、VirtualBox也是屬于類型二虛擬機。

虛擬機概述4

了解了基本的虛擬機架構之后，再來看一下如圖所示的KVM的基本架構。顯而易見，KVM是一個基于宿主操作系統(tǒng)的類型二虛擬機。在這里，再一次看到了實用至上的Linux設計哲學，既然類型二的虛擬機是最簡潔和容易實現(xiàn)的虛擬機監(jiān)控程序，那么就通過內(nèi)核模塊的形式實現(xiàn)出來就好。其他的部分則盡可能充分利用Linux內(nèi)核的既有實現(xiàn)，最大限度地重用代碼。。

KVM模塊5

KVM模塊是KVM虛擬機的核心部分。其主要功能是初始化CPU硬件，打開虛擬化模式，然后將虛擬客戶機運行在虛擬機模式下，并對虛擬客戶機的運行提供一定的支持。為了軟件的簡潔和性能，KVM僅支持硬件虛擬化。自然而然，打開并初始化系統(tǒng)硬件以支持虛擬機的運行，是KVM模塊的職責所在，以KVM在因特爾公司的CPU上運行為例，在被內(nèi)核加載的時候，KVM模塊會先初始化內(nèi)部的數(shù)據(jù)結構。做好準備之后，KVM模塊檢測系統(tǒng)當前的CPU，然后打開CPU控制寄存器CR4中的虛擬化模式開關，并通過執(zhí)行VMXON指令將宿主操作系統(tǒng)（包括KVM模塊本身）置于虛擬化模式中的根模式。

KVM模塊6

除了處理器的虛擬化，內(nèi)存虛擬化也是由KVM模塊實現(xiàn)的。實際上，內(nèi)存虛擬化往往是一個虛擬機實現(xiàn)中代碼量最大、實現(xiàn)最復雜的部分（至少，在硬件支持二維地址翻譯之前是這樣的）。眾所周知，處理器中的內(nèi)存管理單元（MMU）是通過頁表的形式將程序運行的虛擬地址轉(zhuǎn)換成為物理內(nèi)存地址。在虛擬機模式下，內(nèi)存管理單元的頁表則必須在一次查詢的時候完成兩次地址轉(zhuǎn)換。這是因為，除了要將客戶機程序的虛擬地址轉(zhuǎn)換成為客戶機物理地址以外，還必須將客戶機物理地址轉(zhuǎn)換成為真實物理地址。KVM模塊開始使用了影子頁表的技術來解決這個問題：在客戶機運行時候，處理器真正使用的頁表并不是客戶機操作系統(tǒng)維護的頁表，而是KVM模塊根據(jù)這個頁表維護的另外一套影子頁表。KVM網(wǎng)絡模式7

在現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中，網(wǎng)絡功能是一個非常重要的功能，因此在使用KVM部署虛擬化解決方案時關于網(wǎng)絡的配置也是非常重要的環(huán)節(jié)。QEMU對虛擬機提供了豐富的網(wǎng)絡支持，現(xiàn)在QEMU-KVM主要向客戶機提供以下4種不同的網(wǎng)絡模式。基于網(wǎng)橋（Bridge）的虛擬網(wǎng)卡。基于地址轉(zhuǎn)換（NAT）的虛擬網(wǎng)絡。QEMU內(nèi)置用戶模式網(wǎng)絡。直接分配網(wǎng)絡設備網(wǎng)絡KVM網(wǎng)絡模式8

QEMU-KVM提供對一系列主流和兼容性良好的網(wǎng)卡的模擬，通過-netnic，model=?參數(shù)可以查詢當前的QEMU-KVM工具實現(xiàn)了哪些網(wǎng)卡的模擬。#/usr/libexec/qemu-kvm-netnic,model=?qemu:SupportedNICmodels:ne2k_pci,i82551,i82557b,i82559er,rtl8139,e1000,pcnet,virtioKVM命令行介紹9

QEMU-KVM命令行中基本的-net參數(shù)的細節(jié)如下。#/usr/libexec/qemu-kvm--help|grepnic-netnic[,vlan=n][,macaddr=mac][,model=type][,name=str][,addr=str][,vectors=v]-netnic是必需的參數(shù)，表明這是一個網(wǎng)卡的配置。vlan=n，表示將網(wǎng)卡放到編號為n的VLAN，默