KVM 中文介紹

1.簡介

Kernel-based Virtual Machine (KVM) 是一個full virtualization的解決方案適用於Linux在x86的硬體上. 它包含了可載入的Kenrel module(kvm.ko)和user-space component，兩者都是開放原始碼。KVM的kernel component最早被納入在主流的Linux 2.6.20版本。

KVM 允許VM使用不需修改的linux和windows disk image即可模擬機器。每一台虛擬機器有自己的虛擬硬體(網卡，硬碟，顯卡......)，在KVM Model下，每個VM都為一個可被Linux排程的Process。KVM包含了兩個components(1)可管理VM硬體的設備驅動程式(2)模擬PC硬體的user-space component，它是一個輕量化修改的QEMU process。

2.相關術語

• Intel Virtualization Technology
  • Intel 的 Virtualization Technology 可以讓處理器支援多個 OS（1 physical server v.s. multiple OS），不過這其實是基於我們所熟悉的虛擬機器軟體（例如：VMware、QEMU、Xen等）才能達到的，所以這是一個由「processor + chipsets + BIOS + 虛擬機器軟體」互相運作所實現的技術。
• QEMU
  • QEMU is a well known processor emulator written by French computer wizard Fabrice Ballard.

3.特色

• KVM 驅動程式目前支援 i386 與 x86_64 "host"，且「All combinations are allowed except x86_64 guest on i386 host.」。
• KVM在kernel和user mode之外，又新增了一個guest mode(guest mode有自己的kenrel和user mode)。
• KVM 驅動程式的 user-space 介面是 '/dev/kvm'，因此 process 可以執行自己的 virtual machine，在一台電腦上也能執行多個 virtual machine。

4.理論架構

• KVM 主要有兩個Component
  • (1)可管理VM硬體的device driver，使用 char device /dev/kvm 為管理的 interface
  • (2)模擬PC硬體的user-space component，它是一個輕量化修改的QEMU process。
• 修改的QEMU process 負責Guest Model的 map 到實體記憶體和呼叫Kernel Model驅動程式來執行動作
• I/O model直接採用QEMU的特色，並支援copy-on-write disk images\

• Linux as a hypervisor
  • 增加虛擬化的能力到標準的Linux Kernel，許多功能可透過Linux同步release來得到（最新的硬體和擴充性等）
  • 在KVM Model下，每個VM都為一個可被Linux Scheduler 排程的Process。它的記憶體是透過Linux Memory allocator來分配，概念有點相向於NUMA
  • 上圖可以看到三個不同的Model
    • Guest Model：執行非I/O的guest code
    • Kernel Model：負責Guest Model的轉換，管理從Guest Model產生的I/O和特殊指令
    • User Model：perform I/O on behalf of the guest