libvirt Java API用法连载之KVM/QEMU区别与libvirt简介（一）

虚拟化简介

虚拟化是将计算机的各种实体资源（CPU、内存、存储、网络等）进行抽象后呈现出来，即是将一台物理计算机分割成多台计算机，实现在一台计算机上运行多台虚拟机，每台虚拟机可运行不同的操作系统，可包含不同的虚拟硬件，并且它们在相互独立的空间内运行而互不影响。

在虚拟化软件层次结构中引入了虚拟化层，这个通常称为虚拟机监控器（Virtual Machine Manager，VMM）。虚拟机监控器运行的环境就是物理机，也称为宿主机。虚拟出来的平台通常称为客户机。

虚拟机使用软件的方法重新定义划分计算机资源，有如下优势：

• 隔离：虽然虚拟机可共享一台物理机，但它们之间完全隔离，它们就是完全不同的物理计算机。
• 可靠：虚拟服务器独立于硬件进行工作，灾难恢复更容易实现，当一台虚拟服务器故障，可短时间内迁移恢复到另一台虚拟服务器上。
• 成本：当物理机资源较少时，也可通过虚拟化实现使用更多服务器才能做的事情。
• 便于管理：通过虚拟机集群管理系统，一个管理员可管理更多服务器。

KVM/QEMU

KVM/QEMU 简介

2008 年，KVM 被 RedHat 收购，成为红帽开源项目的一员。KVM 全称 Kernel-based Virtual Machine，即基于内核的虚拟机，是一个 x86 平台上的全虚拟化解决方案。它是 Linux 内核的一个可加载模块，包括核心虚拟化模块 kvm.ko，以及特定 CPU 的模块 kvm-inet.ko 或 kvm-amd.ko，其实现需要宿主机的 CPU 支持硬件虚拟化。
KVM 可运行多个虚拟机，无论是未经修改的 Linux 镜像还是 Windows 镜像。每个虚拟机都有私有的虚拟化硬件如：网卡、磁盘、显卡驱动等。
从 Linux 内核版本 2.6.20 开始，KVM 核心组件被包含在 Linux 内核中。从 QEMU 版本 1.3 开始，KVM 用户空间组件被包含其中。
在 x86 平台下 CPU 的硬件虚拟化技术有 Intel 的 VT-X 和 AMD 的 AMD-V。
KVM 的特征请查看官网，传送门

注意：BIOS 需要开启虚拟化支持，VMware 的虚拟机需要开启虚拟化支持。

Linux 内核加载了 KVM 模块后，就可以使用 KVM 模块实现虚拟机的内存分配、虚拟 CPU 的读写及管理虚拟 CPU 的运行。但是仅有 KVM 模块远远不够，因为用户无法直接控制内核模块，所以还需要一个用户空间的工具。这个用户空间的工具就是开源虚拟化软件 QEMU，使用它来模拟 PC 硬件的用户空间组件、I/O 设备及提供访问外设的途径。

QEMU 利用 KVM 提供的应用程序接口，通过 ioctl 系统调用创建和运行虚拟机。KVM Driver 使得整个 Linux 成为一个虚拟机监控器。并且在原有的 Linux 两种执行模式（内核模式和用户模式）的基础上新增了客户模式，客户模式拥有自己的内核模式和用户模式。

在虚拟机运行下，三种模式的分工如下：

• 客户模式：执行非 I/O 操作。虚拟机运行在客户模式下。
• 内核模式：实现到客户模式的切换，处理因为 I/O 或者其他指令所引起的从客户模式退出。KVM Driver 工作在内核模式下。
• 用户模式：代表客户机执行 I/O 指令。QEMU 运行在用户模式下。

QEMU 与 KVM 的区别与联系

上一节已经明确 KVM 仅仅是一个内核模块，它可以模拟虚拟机的 CPU 和内存，但是我们还需要 I/O 设备，这些 I/O 设备就是通过 QEMU 这个用户空间模拟器来模拟的。QEMU 本身是一套通用开源的机器仿真器和虚拟程序，它有两种使用方式。

全系统仿真（单独使用）

这种方式对宿主机硬件没有要求，也不需要宿主机 CPU 支持虚拟化，QEMU 为虚拟机操作系统模拟整套硬件环境，虚拟机操作系统感觉不到自己运行在模拟的硬件环境中。这种纯软件模拟效率很低，它可模拟出各种硬件设备。

用户空间仿真（配合 KVM 等）

这种方式与内核模块 KVM 配合完成硬件环境的模拟。在 QEMU 1.3 之前，它有一个专门的分支版本 qemu-kvm 作为 KVM 的用户空间程序，qemu-kvm 通过 ioctl 调用 /dev/kvm 这个接口与 KVM 交互，这样 KVM 在内核空间模拟虚拟机 CPU，qemu-kvm 负责模拟虚拟机 I/O 设备。在 QEMU 1.3 以后的版本中，qemu-kvm 分支代码已经合并到 QEMU 的 master 分支中。在编译 QEMU 时开启 –enable-kvm 选项，就能够使 QEMU 支持 KVM。

libvirt

libvirt 简介

通过 QEMU 命令来管理虚拟机非常麻烦，RedHat 发布了一个开源项目 libvirt，它是为了更加方便的管理各种虚拟化引擎而设计的。libvirt 作为中间适配层，让底层虚拟化引擎对上层用户空间的管理工具做到完全透明，因为 libvirt 屏蔽了底层各种虚拟化的细节，为上层管理工具提供了一个统一的接口。

libvirt 支持多种虚拟化引擎，即支持包括 KVM、QEMU、Xen、VMware、VirtualBox 等在内的平台虚拟化方案，又支持 OpenVZ、LXC 等 Linux 容器虚拟化系统，还支持用户态 Linxu（UML）的虚拟化。

libvirt 是目前使用最广泛的对 KVM 虚拟机进行管理的工具和应用程序接口，而且一些常用的虚拟机管理工具和云计算框架平台（如 OpenStack、CloudStack 等）都在底层使用了 libvirt 的应用程序接口。

libvirt 通过相同的方式管理不同的虚拟化引擎，支持虚拟机的创建、启动、关闭、暂停、睡眠、迁移、删除，以及对虚拟机 CPU、内存、磁盘、网卡等多种设备的热添加。libvirt 还支持通过远程连接的方式管理虚拟机。