完全虚拟化软件KVM的应用

一、KVM虚拟机简介

Kernel-based Virtual Machine的简称，是一个开源的系统虚拟化模块，自Linux2.6.20之后继承Linux的主要发行版本中。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目前已成为学术界的VMM之一。

Kvm仅仅是一个linux内核的模块，当在linux中安装了kvm后，linux会变成了hypervisor，即VMM，进行CPU和内存的虚拟管理，而qemu工具，实现虚拟机的创建管理，monitor管理各个IO设备，RedHat在购买掉kvm后，专门定制了适合于redhat系统的qemu-kvm管理工具。

Kvm只能运行在支持硬件虚拟化的CPU上，并且只支持64bits系统。kvm属于完全虚拟化的实现软件。

二、KVM架构

如上kvm架构图

安装了kvm后的内核变得很诡异，其模式分为了三部分：内核模式，用户模式，来宾模式

VCPU：用线程模拟实现的CPU

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KVM的主要两类组件：

1、/dev/kvm:管理虚拟机的设备文件，用户空间的程序可通过调用其ioctl（）来完成虚拟机的创建启动等管理工作，它是一个字符设备；其主要完成的操作包括：

创建虚拟机；

为虚拟机分配内存；

读、写VCPU的寄存器；

向VCPU注入中断请求；

运行VCPU；

2、qemu进程：工作于用户空间的组件，用于方针PC机的I/0类硬件设备。

三、KVM内存管理

KVM继承了Linux系统管理内存的诸多特性，比如分配给虚拟使用的内存可以被交换至交换空间、能够使用大内存页以实现更好的性能，以及对NUMA的 的支持能够让虚拟机高效访问更大的内存空间等。

KVM基于Intel的EPT（Extended Page Table）或AMD的RVI（Rapid Virtualization Indexing）技术可以支持更新的内存虚拟功能，这可以降低CPU的占用率，并提高较好的吞吐量。

此外，KVM还借助于KSM（Kernel Same-page Merging）这个内核特性实现了内存页面恭喜那个。KSM 通过扫描每个虚拟机的内存查找各虚拟机间相同的内存页，并将这些内存合并为一个被各种相关虚拟机共享的单独页面。在某虚拟机试图修改此页面中的数据时，KSM会重新为其提供一个新的页面副本。实践中，运行于同一台物理主机上的具有相同GuestOS的虚拟机之间出现相同内存页面的概率是很大的，比如共享库，内核或其他内存对象等都有可能表现为相同的内存页，因此KSM技术可以降低内存占用而提高整体性能。