KVM虚拟化技术

大家好呀！我是reload。今天来带大家学习一下什么是虚拟化，以及学习KVM虚拟化技术。

一、虚拟化技术

1、概述

虚拟化（Virtualization）的含义很广泛。将任何一种形式的资源抽象成另一种形式的技术都是虚拟化。虚拟化是资源的逻辑表示，其不受物理限制的约束。

2、特点

虚拟化技术有资源共享、成本降低、灵活性提高、易于管理和维护等优点。

1）IT资源独立。
2）资源抽象成共享资源池。
3）操作系统必须与硬件紧耦合（即模块或系统之间关系非常紧密，存在相互调用）
4）上层操作系统与硬件解耦，操作系统从资源池中分配资源。

3、虚拟化类型

包括硬件虚拟化、操作系统虚拟化、网络虚拟化和存储虚拟化等。

硬件虚拟化可提高硬件利用率，操作系统虚拟化可提供灵活的测试和开发环境，网络虚拟化可提高网络的灵活性和可扩展性，存储虚拟化可提高存储的灵活性和可扩展性。

二、虚拟化技术的几个重要概念

如Guest OS、Host OS等，如下

三、KVM虚拟化技术发展史

KVM（Kernel-based Virtual machine）是一种开源的虚拟化技术，基于Linux内核的虚拟化基础设施。KVM的历史可以追溯到2006年，当时由Qumranet公司的工程师首次开发并发布。

四、KVM虚拟化技术的系统架构

KVM与QEMU的作用及关系如下

五、KVM虚拟化技术的组件架构

KVM、QEMU和Libvirt各自的用处及关系如下

六、KVM虚拟化技术–CPU虚拟化

KVM虚拟化是一种硬件辅助虚拟化技术，利用了现代处理器提供的虚拟化扩展，如Intel的VT-x和AMD的AMD-V。

这些扩展引入了两种操作模式：VMX Root mode（根模式）和VMX Non-Root mode（非根模式，相当于Ring-1）。KVM模块在VMX Root mode下运行，管理和执行虚拟机（Guest OS），而虚拟机在VMX Non-Root mode下运行。

在该模式下，KVM模块可直接与硬件交互，管理虚拟机的执行，而虚拟机的操作系统内核（Guest OS）则认为自己在传统的Ring 0级别运行。KVM通过处理VM-Exit和VM-Entry事件来管理虚拟机的特权指令和中断，从而提供高效的虚拟化性能和良好的隔离性。

七、KVM虚拟化技术–内存虚拟化

虚拟机中运行的操作系统会像在物理机上一样管理内存，包括维护自己的页表来将虚拟地址（GVA）转换为虚拟机的物理地址（GPA）。但由于虚拟机并不直接控制实际的物理内存，故还需将虚拟机的物理地址（GPA）转换为宿主机的物理地址（HPA），从而实现虚拟机内存的高效访问和隔离。

由MMU负责整个转换过程的地址转换。

八、KVM虚拟化技术–存储虚拟化

在KVM中，存储虚拟化通过模拟和管理虚拟机的存储资源实现，使得虚拟机能像直接访问物理设备一样使用存储资源。

首先，虚拟机通过前端驱动（Virtio）将存储I/O请求转换为宿主机可理解的请求。然后，这些请求被发送到宿主机的后端挂载驱动，进一步传递给宿主机的存储子系统。宿主机的存储资源通过逻辑卷管理（LVM），为虚拟机提供存储空间。接着，宿主机的通用块层将I/O请求转换为对应的块设备操作，并进行缓存和调度。最后，设备驱动层将通用块层的操作请求转换为特定于硬件的命令。整个过程实现了KVM的存储虚拟化。