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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(jī)，是采用硬件虛擬化技術(shù)的全虛擬化解決方案（對于某些設(shè)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(shí)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(gè)Hypervisor，但硬件管理等還是通過Linux kernel來完成的，所以它是一個(gè)典型的Type 2 Hypervisor。

二、架構(gòu)

一個(gè)KVM虛擬機(jī)對應(yīng)于一個(gè)Linux進(jìn)程，每個(gè)vCPU是該進(jìn)程下的一個(gè)線程，還有單獨(dú)的處理IO的線程，也是在該進(jìn)程中的線程組內(nèi)。

所以，宿主機(jī)上各個(gè)虛擬機(jī)是由宿主機(jī)內(nèi)核像調(diào)度普通進(jìn)程一樣調(diào)度的，即可以通過Linux的各種進(jìn)程調(diào)度的手段來實(shí)現(xiàn)不同客戶機(jī)的權(quán)限限定、優(yōu)先級等功能。

虛擬機(jī)所看到的硬件設(shè)備是QEMU模擬出來的 (不包括VT-d透傳的設(shè)備)，當(dāng)虛擬機(jī)對模擬設(shè)備進(jìn)行操作時(shí)，由QEMU截獲并轉(zhuǎn)換為對實(shí)際的物理設(shè)備（可能設(shè)置都不實(shí)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(jìn)行內(nèi)存管理。上面提到，一個(gè)KVM客戶機(jī)就是一個(gè)普通的Linux進(jìn)程，所以，客戶機(jī)的“物理內(nèi)存”就是宿主機(jī)內(nèi)核管理的普通進(jìn)程的虛擬內(nèi)存。進(jìn)而，Linux內(nèi)存管理的機(jī)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(gòu))、通過mmap的進(jìn)程間共享內(nèi)存，統(tǒng)統(tǒng)可以應(yīng)用到客戶機(jī)內(nèi)存管理上。

3.2 存儲和客戶機(jī)鏡像的格式

嚴(yán)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(jī)鏡像，包括具有IDE、SCSI和SATA的本地磁盤，網(wǎng)絡(luò)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(jìn)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(shí)時(shí)遷移

KVM支持實(shí)時(shí)遷移，這提供了在宿主機(jī)之間轉(zhuǎn)移正在運(yùn)行的客戶機(jī)而不中斷服務(wù)的能力。實(shí)時(shí)遷移對用戶是透明的，客戶機(jī)保持打開，網(wǎng)絡(luò)連接保持活動，用戶應(yīng)用程序也持續(xù)運(yùn)行，但客戶機(jī)轉(zhuǎn)移到了一個(gè)新的宿主機(jī)上。

除了實(shí)時(shí)遷移，KVM支持將客戶機(jī)的當(dāng)前狀態(tài) (快照，snapshot) 保存到磁以允許存儲并在以后恢復(fù)它。

3.4 設(shè)備驅(qū)動程序

KVM支持混合虛擬化，因?yàn)镵VM使用的QEMU軟件模擬IO設(shè)備（網(wǎng)卡、磁盤、顯卡），性能比較低，這個(gè)時(shí)候在虛擬機(jī)中安裝使用VirtIO半虛擬化驅(qū)動來實(shí)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(jī)操作系統(tǒng)中，允許虛擬機(jī)使用優(yōu)化的I/O接口而不使用模擬的設(shè)備，從而為網(wǎng)絡(luò)和塊設(shè)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(biāo)準(zhǔn)；它是一個(gè)與Hypervisor獨(dú)立的、構(gòu)建設(shè)備驅(qū)動程序的接口，允許多種Hypervisor使用一組相同的設(shè)備驅(qū)動程序，能夠?qū)崿F(xiàn)更好的對客戶機(jī)的互操作性。

同時(shí)，KVM也支持Intel的VT-d技術(shù)，通過將宿主機(jī)的PCI總線上的設(shè)備透傳(pass-through)給客戶機(jī)，讓客戶機(jī)可以直接使用原生的驅(qū)動程序高效地使用這些設(shè)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(luò)、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(dá)288個(gè)vCPU和4TB RAM的客戶機(jī)，對于宿主機(jī)上可以同時(shí)運(yùn)行的客戶機(jī)數(shù)量，軟件上無上限。

這意味著，任何要求非?？量痰膽?yīng)用程序工作負(fù)載都可以運(yùn)行在KVM虛擬機(jī)。

總結(jié)

通過KVM介紹，我們知道了KVM是基于內(nèi)核的虛擬機(jī)，是基于硬件虛擬化輔助的全虛擬化技術(shù)，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(jī)可以安裝VirtIO來提高我們IO性能。