【KVM】CPU虚拟化和GuestOS加载

刚接触虚拟化的时候，一直很好奇虚拟机到底是一个什么东西，在系统中的呈现是什么？ 是一个进程？ 没错在KVM实现中，就是一个qemu进程。

那表示虚拟机的进程和普通的进程有哪些区别呢？

1、执行的来源不同，普通进程直接从当前文件系统获得指令集（执行文件），而虚拟机进程则模拟CPU上电开机；

2、运行等级不同，普通进程运行在用户态上，而虚拟机进程的guest需要运行在内核态和用户态；

今天讲一讲虚拟机是如何加载起OS的，本文不分析KVM的实现细节，本文只分析实现的理念。

1、物理机上电开机时，CPU上电后跳转到0xFFFF:0000地址开始执行BIOS代码， 所以要在该地址准备好BIOS代码即可；

      备注：由于启动虚拟机前，系统处于保护模式下，而物理机启动阶段处于实模式，实际上虚拟化实现是通过保护模式来模拟实模式的，只是系统感知不到（CR0被模拟了）

2、BIOS代码开始执行，此时内存访问的是1M地址空间，VMM已经提前把1M地址空间进行页表映射；

3、BIOS检测系统设备，由于系统设备都是模拟的，所以都会陷出，由kmod模块或qemu模块来进行模拟；

4、BIOS根据启动项，读取磁盘MBR，并把执行权交给MBR，系统启动完成； 磁盘IO读写都会陷出交给qemu执行；

到此虚拟机已经成功运行起OS，CPU虚拟化的目标只有一个共享CPU，而不相互影响，有什么难点呢？

有些非特权的指令是敏感指令，即没办法截获该指令执行，但是该指令执行会影响虚拟机或host。  所以CPU虚拟化的早期实现是通过指令模拟的方式来实现的， 但是性能非常差，等到intel的vt-x技术出现后，这个由于指令集的漏洞问题就可以轻松解决了。现在的虚拟机切换和进程切换实现上非常像，一个是通过VMCS来保存信息，一个是通过进程的寄存器结构体来保存，两者只是数量上的差异而已。

 

【观点】

有了vt-x技术后，CPU虚拟化实现也变得简单了，只要清楚VMCS结构体定义以及CPU各种指令异常陷出的处理就OK了。