KVM/Qemu虚拟化技术简介

介绍1    

KVM虚拟机是基于linux内核虚拟化，自linux2.6.20之后就集成在linux的各个主要发行版本中。它使用linux自身的调度器进行管理，所以相对于xen，其核心源码很少。KVM的虚拟化需要硬件的支持（如intel VT技术或者AMD V技术），是基于硬件的完全虚拟化。而xen早期则是基于软件模拟的para-virtualization，新版本是基于硬件支持的完全虚拟化。

qemu是一种模拟处理器，现在运用最多的就是将KVM和QEMU结合起来。

准确来说，KVM是Linux kernel的一个模块，可以用命令modprobe去加载KVM模块。加载了该模块后，才能进一步通过工具创建虚拟机。但是仅有KVM模块是不够的。因为用户无法直接控制内核去做事情，还必须有一个运行在用户空间的工具才行。这个用户空间的工具，kvm开发者选择了已经成型的开源虚拟化软件QEMU。说起来QEMU也是一个虚拟化软件。它的特点是可虚拟不同的CPU。比如说在x86的CPU上可虚拟一个power的CPU，并可利用它编译出可运行在power上的CPU，并可利用它编译出可运行在power上的程序。KVM使用了QEMU的一部分，并稍加改造，就成了可控制KVM的用户空间工具了。所以你会看到，官方提供的KVM下载有两大部分(qemu和kvm)三个文件(KVM模块、QEMU工具以及二者的合集)。也就是说，你可以只升级KVM模块，也可以只升级QEMU工具。这就是KVM和QEMU 的关系。

      如下图：

      Linux Kernel-based Virtual Machine (KVM) 是一款 Linux 开放源码虚拟化软件，基于硬件虚拟化扩展（Intel VT-   X 和 AMD-V）和 QEMU 的修改版。KVM 的实现模块又两个，分别是： kvm.ko是提供核心虚拟化的基础架构；特定于处理器的模块 kvm-intel.ko 和 kvm-amd.ko 。其设计目标是在需要引导多个未改动的 PC 操作系统时支持完整的硬件模拟。

       一个普通的linux进程有两种运行模式：内核和用户。而KVM增加了第三种模式：客户模式（有自己的内核和用户模式）。在kvm模型中，每一个虚拟机都是由linux调度程序管理的标准进程。

       kvm由两个部分组成：一个是管理虚拟硬件的设备驱动，该驱动使用字符设备/dev/kvm作为管理接口；另一个是模拟PC硬件的用户空间组件，这是一个稍作修改的qemu进程。

介绍2

 现在所说的虚拟化，一般都是指在CPU硬件支持基础之上的虚拟化技术。KVM也同hyper-V、Xen一样依赖此项技术。没有CPU硬件虚拟化的支持，KVM是无法工作的。
准 确来说，KVM是Linux的一个模块。可以用modprobe去加载KVM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作事情：还必须有一个用户空间的工具才行。这个用户空间的工具，开发者选择了已经成型的开源虚拟化软件 QEMU。说起来QEMU也是一个虚拟化软件。它的特点是可虚拟不同的CPU。比如说在x86的CPU上可虚拟一个Power的CPU，并可利用它编译出 可运行在Power上的程序。KVM使用了QEMU的一部分，并稍加改造，就成了可控制KVM的用户空间工具了。所以你会看到，官方提供的KVM下载有两 大部分三个文件，分别是KVM模块、QEMU工具以及二者的合集。也就是说，你可以只升级KVM模块，也可以只升级QEMU工具。这就是KVM和QEMU 的关系

介绍3

Qemu:
是一个完整的可以单独运行的软件，它可以用来模拟机器，非常灵活和可移植。它主要通过一个特殊的“重编译器”将为特定处理器编写二进制代码转换为另一种。

（也就是，在PPCmac上面运行MIPS代码，或者在X86 PC上运行ARM代码）

KQemu:
当源和目标代码有同样的架构的时候（就像最普通的情况 x86运行在x86上面），同样需要解析代码去除任何'特权指令'并且把它们替换为上下文转换。为了尽量使这个过程有效，有个内核模块KQemu处理这个事情。作为一个内核模块，KQemu仅仅需要替换最底层的ring0-only指令。在这个情况下，Qemu仍然为模拟的机器分配所有的RAM并且加载代码。不同的是，KQemu不需要重新编译代码，它仅仅调用KQemu去扫描/打补丁/执行。所有外围的硬件仿真是在Qemu中做的。虽然大部分代码都是没有变换的，但是KQemu还是需要转换ring0代码（VM内核的绝大部分代码），所以性能仍然不好。

KVM:
 KVM包括很多部件：首先，它是一个Linux内核模块（现在包括在主线中）用于转换处理器到一种新的用户 （guset）模式。用户模式有自己的ring状态集合,但是特权ring0的指令会陷入到管理器(hypervisor)的代码（遇到特权指令需要陷入hypervisor进行特殊处理）由于这是一个新的处理器执行模型，代码不需要任何的改动。除了处理器状态转换，这个内核模块同样处理很小一部分低层次的模拟，比如MMU注册（用于管理VM）和一部分PCI模拟的硬件

kvm-qemu：

可执行程序像普通Qemu一样：分配RAM,加载代码，不同于重新编译或者调用callingKQemu，它创建了一个线程（这个很重要）；这个线程调用KVM内核模块去切换到用户模式，并且去执行VM代码。当遇到一个特权指令，它从新切换会KVM内核模块。该内核模块在需要的时候，像Qemu线程发信号去处理大部分的硬件仿真。这个体系结构一个比较巧妙的一个地方就是客户代码被模拟在一个posix线程，这允许你使用通常Linux工具管理。如果你需要一个有2或者4核的虚拟机，kvm-qemu创建2或者4个线程，每个线程调用KVM内核模块并开始执行。并发性（若果你有足够多的真实核）或者调度（如果你不管）是被通用的Linux调度器，这个使得KVM代码量十分的小。当一起工作的时候，KVM管理CPU和MEM的访问，QEMU仿真硬件资源（硬盘，声卡，USB，等等）当QEMU单独运行时，QEMU同时模拟CPU和硬件。

在可预见的未来，Qemu团队专注于硬件模拟和可移植性，同时KVM团队专注于内核模块（如果某些部分确实有性能提升的话，KVM会将一小部分模拟代码移进来）和与剩下的用户空间代码的交互。