前言

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今天介紹的內(nèi)容是KVM的概述，以及它所支持的基本功能。

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一、KVM介紹

KVM全稱是Kernel-based Virtual Machine，基于內(nèi)核的虛擬機，是采用硬件虛擬化技術的全虛擬化解決方案（對于某些設備，如硬盤、網(wǎng)卡，KVM也支持virtio的半虛擬化方式）。

2006年10月，KVM模塊的源代碼被正式納入Linux kernel，成為內(nèi)核源代碼的一部分。

KVM基于硬件虛擬化支持的全虛擬化實現(xiàn)。它以內(nèi)核模塊的形式加載之后，就將Linux內(nèi)核變成了一個Hypervisor，但硬件管理等還是通過Linux kernel來完成的，所以它是一個典型的Type 2 Hypervisor。

二、架構

一個KVM虛擬機對應于一個Linux進程，每個vCPU是該進程下的一個線程，還有單獨的處理IO的線程，也是在該進程中的線程組內(nèi)。

所以，宿主機上各個虛擬機是由宿主機內(nèi)核像調(diào)度普通進程一樣調(diào)度的，即可以通過Linux的各種進程調(diào)度的手段來實現(xiàn)不同客戶機的權限限定、優(yōu)先級等功能。

虛擬機所看到的硬件設備是QEMU模擬出來的 (不包括VT-d透傳的設備)，當虛擬機對模擬設備進行操作時，由QEMU截獲并轉(zhuǎn)換為對實際的物理設備（可能設置都不實際物理地存在）的驅(qū)動操作來完成。

三、功能概述

3.1 內(nèi)存管理

KVM依賴Linux內(nèi)核進行內(nèi)存管理。上面提到，一個KVM客戶機就是一個普通的Linux進程，所以，客戶機的“物理內(nèi)存”就是宿主機內(nèi)核管理的普通進程的虛擬內(nèi)存。進而，Linux內(nèi)存管理的機制，如大頁、KSM (Kernel Same Page Merge，內(nèi)核的同頁合并)、NUMA(Non-Uniform Memory Arch，非一致性內(nèi)存架構)、通過mmap的進程間共享內(nèi)存，統(tǒng)統(tǒng)可以應用到客戶機內(nèi)存管理上。

3.2 存儲和客戶機鏡像的格式

嚴格來說，這是QEMU的功能特性。

KVM能夠使用Linux支持的任何存儲來存儲虛擬機鏡像，包括具有IDE、SCSI和SATA的本地磁盤，網(wǎng)絡附加存儲 (NAS) (包括NFS和SAMBA/CIFS)，或者支持iSCSI和光線通道的SAN。多路徑I/0可用于改進存儲吞吐量和提供幾余。

KVM的原生磁盤格式為QCOW2，它支持快照，允許多級快照、壓縮和加密。

3.3 實時遷移

KVM支持實時遷移，這提供了在宿主機之間轉(zhuǎn)移正在運行的客戶機而不中斷服務的能力。實時遷移對用戶是透明的，客戶機保持打開，網(wǎng)絡連接保持活動，用戶應用程序也持續(xù)運行，但客戶機轉(zhuǎn)移到了一個新的宿主機上。

除了實時遷移，KVM支持將客戶機的當前狀態(tài) (快照，snapshot) 保存到磁以允許存儲并在以后恢復它。

3.4 設備驅(qū)動程序

KVM支持混合虛擬化，因為KVM使用的QEMU軟件模擬IO設備（網(wǎng)卡、磁盤、顯卡），性能比較低，這個時候在虛擬機中安裝使用VirtIO半虛擬化驅(qū)動來實現(xiàn)IO等性能的提高。

其中半虛擬化的驅(qū)動程序安裝在客戶機操作系統(tǒng)中，允許虛擬機使用優(yōu)化的I/O接口而不使用模擬的設備，從而為網(wǎng)絡和塊設備提供高性能的I/0。

KVM使用的半虛擬化的驅(qū)動程序是VirtlO標準；它是一個與Hypervisor獨立的、構建設備驅(qū)動程序的接口，允許多種Hypervisor使用一組相同的設備驅(qū)動程序，能夠?qū)崿F(xiàn)更好的對客戶機的互操作性。

同時，KVM也支持Intel的VT-d技術，通過將宿主機的PCI總線上的設備透傳(pass-through)給客戶機，讓客戶機可以直接使用原生的驅(qū)動程序高效地使用這些設備。這種使用是幾乎不需要Hypervisor的介入的。

3.5 性能和可伸縮性

KVM也繼承了Linux的性能和可伸縮性。KVM在CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡、磁盤等虛擬化性能上表現(xiàn)出色，大多都在原生系統(tǒng)的95%以上。KVM的伸縮性也非常好支持擁有多達288個vCPU和4TB RAM的客戶機，對于宿主機上可以同時運行的客戶機數(shù)量，軟件上無上限。

這意味著，任何要求非?？量痰膽贸绦蚬ぷ髫撦d都可以運行在KVM虛擬機。

總結(jié)

通過KVM介紹，我們知道了KVM是基于內(nèi)核的虛擬機，是基于硬件虛擬化輔助的全虛擬化技術，KVM的VMM層目前已經(jīng)被寫入到了Linux內(nèi)核模塊中。

功能概述中，介紹了KVM的虛擬機可以安裝VirtIO來提高我們IO性能。