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简述KVM系统管理程序

秦安Kinan
 秦安Kinan
发布于 2016/10/31 15:20
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   考虑到虚拟化技术的发展时间并不长,KVM实际上还是一种相对来说比较新的技术。目前存在各具功能的开源技术,例如 Xen、Bochs、UML、Linux-VServer 和 coLinux,但是KVM目前正在被大量使用。另外,KVM不再仅仅是一个全虚拟化解决方案,而将成为更大的解决方案的一部分。 
    KVM 所使用的方法是通过简单地加载内核模块而将 Linux 内核转换为一个系统管理程序。这个内核模块导出了一个名为 /dev/kvm 的设备,它可以启用内核的客户模式(除了传统的内核模式和用户模式)。有了 /dev/kvm 设备,VM 使自己的地址空间独立于内核或运行着的任何其他 VM 的地址空间。设备树(/dev)中的设备对于所有用户空间进程来说都是通用的。但是每个打开 /dev/kvm 的进程看到的是不同的映射(为了支持 VM 间的隔离)。 
    KVM 然后会简单地将 Linux 内核转换成一个系统管理程序(在安装 kvm 内核模块时)。由于标准 Linux 内核就是一个系统管理程序,因此它会从对标准内核的修改中获益良多(内存支持、调度程序等)。对这些 Linux 组件进行优化(例如 2.6 版本内核中的新 O(1) 调度程序)都可以让系统管理程序(主机操作系统)和 Linux 客户操作系统同时受益。但是 KVM 并不是第一个这样做的程序。UML 很久以前就将 Linux 内核转换成一个系统管理程序了。使用内核作为一个系统管理程序,您就可以启动其他操作系统,例如另一个 Linux 内核或 Windows 系统。 
    安装 KVM 之后,您可以在用户空间启动客户操作系统。每个客户操作系统都是主机操作系统(或系统管理程序)的一个单个进程。 图中提供了一个使用 KVM 进行虚拟化的视图。底部是能够进行虚拟化的硬件平台(目前指的是 Intel VT 或 AMD-SVM 处理器)。在裸硬件上运行的是系统管理程序(带有 KVM 模块的 Linux 内核)。这个系统管理程序与可以运行其他应用程序的普通 Linux 内核类似。但是这个内核也可以支持通过 kvm 工具加载的客户操作系统。最后,客户操作系统可以支持主机操作系统所支持的相同应用程序。 

   

记住 KVM 只是虚拟化解决方案的一部分。处理器直接提供了虚拟化支持(kvm系统可以为多个操作系统虚拟化处理器)。内存可以通过 kvm 进行虚拟化。最后,I/O 通过一个稍加修改的 QEMU 进程(执行每个客户操作系统进程的一个拷贝)进行虚拟化。 
    KVM 向 Linux 中引入了一种除现有的内核和用户模式之外的新进程模式。这种新模式就称为客户模式,顾名思义,它用来执行客户操作系统代码(至少是一部分代码)。回想一下内核模式表示代码执行的特权模式,而用户模式则表示非特权模式(用于那些运行 在内核之外的程序)。根据运行内容和目的,执行模式可以针对不同的目的进行定义。客户模式的存在就是为了执行客户操作系统代码,但是只针对那些非 I/O 的代码。在客户模式中有两种标准模式,因此客户操作系统在客户模式中运行可以支持标准的内核,而在用户模式下运行则支持自己的内核和用户空间应用程序。客 户操作系统的用户模式可以用来执行 I/O 操作,这是单独进行管理的。 
    在客户操作系统上执行 I/O 的功能是由 QEMU 提供的。QEMU 是一个平台虚拟化解决方案,允许对一个完整的 PC 环境进行虚拟化(包括磁盘、图形适配器和网络设备)。客户操作系统所生成的任何 I/O 请求都会被中途截获,并重新发送到 QEMU 进程模拟的用户模式中。 
    KVM 通过 /dev/kvm 设备提供了内存虚拟化。每个客户操作系统都有自己的地址空间,并且是在实例化客户操作系统时映射的。映射给客户操作系统的物理内存实际上是映射给这个进程的虚拟内存。为了支持客户物理地址到主机物理地址的转换,系统维护了一组影子页表(shadow page table)。处理器也可以通过在访问未经映射的内存位置时使用系统管理程序(主机内核)来支持内存转换进程。 

 

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