2023学年完整公开课版KVM简介

KVM概述目录KVM架构KVM网络模式KVM模块KVM命令行介绍2

虚拟机概述3

从虚拟机的基本架构上来区分，虚拟机一般分为两种，称之为类型一和类型二。其中，类型一虚拟机是在系统开启之后首先加载运行虚拟机监控程序。与类型一虚拟机的方式不同，类型二虚拟机监控程序，在系统开启之后仍然运行一般意义上的操作系统（也就是俗称的宿主机操作系统）。KVM就是属于类型二虚拟机，另外，VMwareWorkstation、VirtualBox也是属于类型二虚拟机。

虚拟机概述4

了解了基本的虚拟机架构之后，再来看一下如图所示的KVM的基本架构。显而易见，KVM是一个基于宿主操作系统的类型二虚拟机。在这里，再一次看到了实用至上的Linux设计哲学，既然类型二的虚拟机是最简洁和容易实现的虚拟机监控程序，那么就通过内核模块的形式实现出来就好。其他的部分则尽可能充分利用Linux内核的既有实现，最大限度地重用代码。。

KVM模块5

KVM模块是KVM虚拟机的核心部分。其主要功能是初始化CPU硬件，打开虚拟化模式，然后将虚拟客户机运行在虚拟机模式下，并对虚拟客户机的运行提供一定的支持。为了软件的简洁和性能，KVM仅支持硬件虚拟化。自然而然，打开并初始化系统硬件以支持虚拟机的运行，是KVM模块的职责所在，以KVM在因特尔公司的CPU上运行为例，在被内核加载的时候，KVM模块会先初始化内部的数据结构。做好准备之后，KVM模块检测系统当前的CPU，然后打开CPU控制寄存器CR4中的虚拟化模式开关，并通过执行VMXON指令将宿主操作系统（包括KVM模块本身）置于虚拟化模式中的根模式。

KVM模块6

除了处理器的虚拟化，内存虚拟化也是由KVM模块实现的。实际上，内存虚拟化往往是一个虚拟机实现中代码量最大、实现最复杂的部分（至少，在硬件支持二维地址翻译之前是这样的）。众所周知，处理器中的内存管理单元（MMU）是通过页表的形式将程序运行的虚拟地址转换成为物理内存地址。在虚拟机模式下，内存管理单元的页表则必须在一次查询的时候完成两次地址转换。这是因为，除了要将客户机程序的虚拟地址转换成为客户机物理地址以外，还必须将客户机物理地址转换成为真实物理地址。KVM模块开始使用了影子页表的技术来解决这个问题：在客户机运行时候，处理器真正使用的页表并不是客户机操作系统维护的页表，而是KVM模块根据这个页表维护的另外一套影子页表。KVM网络模式7

在现代计算机系统中，网络功能是一个非常重要的功能，因此在使用KVM部署虚拟化解决方案时关于网络的配置也是非常重要的环节。QEMU对虚拟机提供了丰富的网络支持，现在QEMU-KVM主要向客户机提供以下4种不同的网络模式。基于网桥（Bridge）的虚拟网卡。基于地址转换（NAT）的虚拟网络。QEMU内置用户模式网络。直接分配网络设备网络KVM网络模式8

QEMU-KVM提供对一系列主流和兼容性良好的网卡的模拟，通过-netnic，model=?参数可以查询当前的QEMU-KVM工具实现了哪些网卡的模拟。#/usr/libexec/qemu-kvm-netnic,model=?qemu:SupportedNICmodels:ne2k_pci,i82551,i82557b,i82559er,rtl8139,e1000,pcnet,virtioKVM命令行介绍9

QEMU-KVM命令行中基本的-net参数的细节如下。#/usr/libexec/qemu-kvm--help|grepnic-netnic[,vlan=n][,macaddr=mac][,model=type][,name=str][,addr=str][,vectors=v]-netnic是必需的参数，表明这是一个网卡的配置。vlan=n，表示将网卡放到编号为n的VLAN，默