Qemu-KVM基本工作原理分析

1、理解KVM与Qemu的关系

 

    我们都知道开源虚拟机KVM,并且知道它总是跟Qemu结合出现,那这两者之间有什么关系呢?

    首先,Qemu本身并不是KVM的一部分,而是一整套完整的虚拟化解决方案,它是纯软件实现的,包括处理器虚拟化、内存虚拟化以及各种虚拟设备的模拟,但因为是纯软件模拟,所以性能相对比较低。

     而广义的KVM实际上包含两部分,一部分是基于LINUX内核支持的KVM内核模块,另一部分就是经过简化和修改Qemu。

KVM内核模块模拟处理器和内存以支持虚拟机的运行,Qemu主要处理I/O以及为用户提供一个用户空间工具来进行虚拟机的管理。两者相互结合,相辅相成,构成了一个完整的虚拟化平台。

 

2、KVM运行时的三种模式

 

    在虚拟机运行时,有三种模式,分别是:

    客户模式:我们可以简单理解成客户机操作系统运行在的模式,它本身又分为自己的内核模式和用户模式。

    用户模式:为用户提供虚拟机管理的用户空间工具以及代表用户执行I/O,Qemu运行在这个模式之下。

    内核模式:模拟CPU以及内存,实现客户模式的切换,处理从客户模式的退出。KVM内核模块运行在这个模式下。

    三种模式的层次关系我们可以用图简单描述一下:

    

3、KVM工作原理

 

         KVM的大致工作原理:用户模式的Qemu利用接口libkvm通过ioctl系统调用进入内核模式。KVMDriver为虚拟机创建虚拟CPU和虚拟内存,然后执行VMLAUNCH指令进入客户模式,装载Guest OS并运行。Guest OS运行过程中如果发生中断或者影子缺页等异常,将暂停Guest OS的运行并保存当前上下文退出到内核模式来处理这些异常。内核模式处理这些异常时如果不需要I/O则处理完成后重新进入客户模式,如果需要I/O则进入到用户模式,由Qemu来处理I/O,处理完成后进入内核模式,再进入客户模式。

         KVM的工作原理如图:

        

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