KVM 理解

KVM 虚拟机的管理工具

准确来说，KVM 仅仅是 Linux 内核的一个模块。管理和创建完整的 KVM 虚拟机，需要更多的辅助工具。
https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-mgrtvm2/index.html
QEMU-KVM：

在 Linux 系统中，首先我们可以用 modprobe 系统工具去加载 KVM 模块，如果用 RPM 安装 KVM 软件包，系统会在启动时自动加载模块。加载了模块后，才能进一步通过其他工具创建虚拟机。但仅有 KVM 模块是远远不够的，因为用户无法直接控制内核模块去做事情，还必须有一个用户空间的工具。关于用户空间的工具，KVM 的开发者选择了已经成型的开源虚拟化软件 QEMU。QEMU 是一个强大的虚拟化软件，它可以虚拟不同的 CPU 构架。比如说在 x86 的 CPU 上虚拟一个 Power 的 CPU，并利用它编译出可运行在 Power 上的程序。KVM 使用了 QEMU 的基于 x86 的部分，并稍加改造，形成可控制 KVM 内核模块的用户空间工具 QEMU-KVM。所以 Linux 发行版中分为 kernel 部分的 KVM 内核模块和 QEMU-KVM 工具。这就是 KVM 和 QEMU 的关系。

kvm架构

1. KVM架构
   https://www.linuxidc.com/Linux/2015-01/112328.htm
   

   图1 kvm基本结构
   kvm基本结构有2个部分构成：

1）kvm 驱动，现在已经是linux kernel的一个模块了。**其主要负责虚拟机的创建，虚拟内存的分配，**VCPU寄存器的读写以及VCPU的运行。kvm已经是内核模块，被看作是一个标准的linux 字符集设备（/dev/kvm）。

2）另个组成是Qemu，用于模拟虚拟机的用户空间组件，提供I/O设备模型，访问外设的途径。Qemu通过libkvm应用程序接口，用fd通过ioctl向设备驱动来发送创建，运行虚拟机命令。设备驱动kvm就会来解析命令（kvm_dev_ioctl函数在kvm_main.c文件中）,如下图：

Libvirt、virsh、virt-manager：

尽管 QEMU-KVM 工具可以创建和管理 KVM 虚拟机，RedHat 为 KVM 开发了更多的辅助工具，比如 libvirt、libguestfs 等。原因是 QEMU 工具效率不高，不易于使用。Libvirt 是一套提供了多种语言接口的 API，为各种虚拟化工具提供一套方便、可靠的编程接口，不仅支持 KVM，而且支持 Xen 等其他虚拟机。使用 libvirt，你只需要通过 libvirt 提供的函数连接到 KVM 或 Xen 宿主机，便可以用同样的命令控制不同的虚拟机了。Libvirt 不仅提供了 API，还自带一套基于文本的管理虚拟机的命令—— virsh，你可以通过使用 virsh 命令来使用 libvirt 的全部功能。但最终用户更渴望的是图形用户界面，这就是 virt-manager。他是一套用 python 编写的虚拟机管理图形界面，用户可以通过它直观地操作不同的虚拟机。Virt-manager 就是利用 libvirt 的 API 实现的

1） 标准的Linux内核中加入KVM的模块kvm.ko变身成为一个VMM（VMM Virtual MachineMonitor）
2） 在原有的用户模式（工作在ring3）和内核模式（工作在ring0）两种模式的基础上增加了新的客户模式。客户模式存在的特权级别与ring0-3正交。（也就是说客户模式也存在4个特权级别）客户模式拥有自己的内核模式和用户模式。在虚拟机运行时，三种模式的工作各为：

客户模式： 执行非I/O的客户代码，虚拟机运行在这个模式下。
用户模式：代表用户执行I/O指令，qemu运行在这个模式下。
内核模式：实现客户模式的切换，处理因为I/O或者其他指令引起的从客户模式退出（VM_EXIT）。kvm 模块工作在这个模式下。

在kvm的模型中，每一个Gust OS都是作为一个标准的linux进程，都可以使用linux进程管理命令管理。
3） 用户创建虚拟机，通过调用用户模式的qemu程序，qemu与kvm提供的libkvm库为接口，传递创建指令。
4） 打开/dev/kvm文件并获得文件描述符fd后，通过ioctl指令写入KVM_CREATE_VM,即可创建一个虚拟机，并返回此虚拟机文件描述符fd_vm(kvm_vm)。之后利用这个fd发送命令给VM进行访问控制。kvm解析这些命令的函数是kvm_vm_ioctl。
5） 获得fd_vm后，通过ioctl调用KVM_CREATE_VCPU指令，可以对fd_vm所对应的虚拟机创建vCPU，并对vCPU做初始化操作。

图2 kvm_dev_ioctl函数

6） 然后通过KVM_RUN指令对fd_vcpus操作，启动运行虚拟机。

注： 其实在整个过程中所谓的初始化操作基本上就是一个工作——定义初始化结构体。整个虚拟机在Linux上只是User
Mode的一个qemu的进程，而内部则是一堆结构体。 下边是Copy的一段话，觉得挺靠谱的……

KVM 工作原理

kvm基本工作原理概述：

用户模式的qemu利用libkvm通过ioctl进入内核模式，kvm模块给虚拟机创建虚拟内存，虚拟CPU后执行VMLAUCH指令进入客户模式。加载Guest OS并执行。如果Guest OS 发生外部中断或者影子页表缺页之类的情况，会暂停Guest OS的执行，退出客户模式出行异常处理，之后重新进入客户模式，执行客户代码。如果发生I/O事件或者信号队列中有信号到达，就会进入用户模式处理。(如下图)

图3 KVM工作原理流程图

3.模块间关系
https://blog.csdn.net/wanglei_storage/article/details/51100506https://blog.csdn.net/wanglei_storage/article/details/51100506

kvm模块：该模块实现虚拟化核心基础架构，与硬件平台无关
kvm_intel：该模块主要涉及到硬件虚拟化

lsmod (list modules)
语　　法：lsmod

功 能：
lsmod 命令：是一个小程序，用来显示文件、proc/modules的信息，也就是显示当前内核模块装载的模块。

补充说明：

执行lsmod指令，会列出所有已载入系统的模块。Linux操作系统的核心具有模块化的特性，应此在编译核心时，务须把全部的功能都放入核心。您可以将这些功能编译成一个个单独的模块，待需要时再分别载入。
如下图所示 说明KVM_INTEL 依赖于KVM

如果执行指令后有类似返回，说明KVM模块加载正常/

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