目錄

• KVM 介紹
• 一、KVM虛擬化
• 二、虛擬化技術
• 三、虛擬化技術發展
• 四、虛擬化類型
• 五、虛擬化特性
• • 優勢
  • 劣勢
  • 案例
  • VMM主要功能
• 六、KVM架構及原理
• • KVM簡介
  • KVM原理
  • KVM虛擬化架構/三種模式
  • KVM工作流程
  • 虛擬化前、虛擬化后對比
• 總結
• KVM創建虛擬機教程

KVM 介紹

KVM 全稱是 基于內核的虛擬機（Kernel-based Virtual Machine），它是Linux 的一個內核模塊，該內核模塊使得 Linux 變成了一個 Hypervisor：
① 、它由 Quramnet 開發，該公司于 2008年被 Red Hat 收購。
②、它支持 x86 (32 and 64 位), s390, Powerpc 等 CPU。
③ 、它從 Linux 2.6.20 起就作為一模塊被包含在 Linux 內核中。
④ 、它需要支持虛擬化擴展的 CPU。
⑥ 、它是完全開源的

一、KVM虛擬化

• 美國環境保護EPA報告曾經統計過一組數據：EPA研究服務器和數據中心的能源效率時發現，實際上服務器只有5%的時間在工作，其他時間一直處于休眠狀態。
• 軟件資源是沒有硬件資源性能高（穩定好效率）的（相同功能）

二、虛擬化技術

• 通過虛擬化技術將一臺計算機虛擬為多臺邏輯計算機，在一臺計算機上同時運行多個邏輯計算機，同時每個邏輯計算機可運行不同的操作系統，應用程序都可以在相互獨立的空間內運行而互相不影響，從而提高計算機的工作效率
• 1、在一個操作系統中（win10）模擬多個操作系統（centos、win10、suse），同時每個操作系統可以跑不同的服務（nginx和tomcat），從而實現一臺宿主機搭建一個集群
  2、通過軟件/應用程序的方式，來實現物理硬件的功能
  例：ensp以軟件形式實現物理設備的功能（二層交換機、路由器、三層交換機等）、workstation等

三、虛擬化技術發展

雛形：

• 1961年，IBM709機器實現了分時系統，將CPU占用切分為多個極短的時間片（1/100sec）每個時間片執行不同的工作，通過對這些時間片進行輪詢從而將一個cpu偽裝成多個cpu
• 1972年，IBM公司正式將system370機器的分時系統命名為虛擬機
• 1990年，IBM推出的system390機支持邏輯分區（將一個cpu分為多份，相互獨立，也就是邏輯分分割）

Xen：

• 2003年問世，一個外部的hypervisor/VMM程序（虛擬機管理程序），能夠控制宿主機和給多個客戶機分配資源
• 支持的虛擬化技術：全虛擬化、半虛擬化

KVM：

• 2007年問世，現已內置在kernel內核中，支持的虛擬化技術：全虛擬化

四、虛擬化類型

• 全虛擬化：將物理硬件資源全部通過軟件的方式抽象化，最后進行調用
  使用的方法：使用hypervisor（VMM）軟件，其原理是在底層硬件和服務器之間建立一個抽象層，而基于核心的虛擬機是面向Linux系統的開源產品hypervisor（VMM）可以捕捉CPU的指令
• 半虛擬化：需要修改操作系統
• 直通：直接使用物理硬件資源（需要設備支持，還不完善）

五、虛擬化特性

優勢

• 集中化管理（遠程管理、維護）
• 提高硬件利用率（物理資源利用率低，例如峰值，虛擬化解決了“空閑”容量）
• 動態調整機器/資源配置（虛擬化把系統的應用程序和服務硬件分離、提高了靈活性）
• 高可靠（可部署額外的功能和方案，可提高透明負載均衡、遷移、恢復復制等應用環境）

劣勢

• 前期高額費用（初期的硬件支持）
• 降低硬件利用率（特定場景，例：極度吃資源的應用不一定適合虛擬化）
• 更大的錯誤影響面（本地物理機down機會導致虛擬機均不可用，同時可能虛擬機中文件全部損壞）
• 實施配置復雜、管理復雜（管理人員運維、排障困難）
• 一定的限制性（虛擬化技術涉及各種限制，必須與支持/兼容虛擬化的服務器、應用程序以及供應商結合使用）
• 安全性（虛擬化技術自身的安全隱患）

案例

• VMwareWorkstation： 使用軟件達到虛擬多操作系統
• VirtualBox： 使用軟件虛擬出多物理設備功能

以VMwareworkstation為例

• workstation支持intel公司和AMD公司的虛擬化技術
• 硬件輔助虛擬化技術Intel-VT-x AMD-V
  • Intel VT -x技術主要包含CPU、內存和I / O三方面的虛擬化技術，同時提供優化處理(早期為彌補X86架構虛擬化的缺陷)
  • AMD-V是對x86處理器系統架構的一組硬件擴展和硬件輔助虛擬化技術，可以簡化純軟件的虛擬化解決方案

改進VMM (虛擬機監視器)的設計，更充分地利用硬件資源，提高服務器和數據中心的虛擬化效率
VMM(虛擬機監視器/管理程序) haperivisor
VMM是一個系統軟件, 可以維護多個效、隔離的程序環境(虛擬機)，同時可以管理計算機系統的真實資源、為虛擬機提供接口

VMM主要功能

• 對物理資源進行邏輯分割（轉化為虛擬資源）
• 調用虛擬資源供與

六、KVM架構及原理

KVM簡介

廣義KVM:

• KVM (Kernel-based Vritual Machine)–基于內核的虛擬機
• KVM是基于虛擬化擴展的x86硬件的開源Linux原生的全虛擬化方案（要求cpu支持Intel-VT-x或AMD-v)
• KVM內嵌于內核模塊中，模擬處理器和內存以支持虛擬機運行
• 虛擬機被實現為常規的Linux進程，由標準Linux調度程序進行調度;
• 虛擬機的每個虛擬cPU被實現為一個常規的 Linux進程。這使得KMNV能夠使用Linux內核的已有功能
• 但KWwM本身不執行任何模擬。需要客戶空間程序《虛擬機）通過/dev/kvm(此虛擬設備需要開起硬件輔助虛擬化才能看到〉接口設置一個客戶機虛擬服務器的地址空間，并且由Qemu模擬工/o （iocti）進行調度資源和維護管理
• Libvirt: KVM的管理工具，除了可以管理KVM這類vWM，還可以管理xen，VirtualBox，甚至OpenStack底層
  • Libvirt包含3個組件:后臺daemon程序libvirtd、API庫、命令行工具virsh

KVM原理

• Guest: 客戶機系統，包括CPU (vCPU) 、內存驅動(Console、 網卡、I/O設備驅動等),被KVM置于-種受限制的CPU 模式下運行。
• KVM內核模塊模擬處理器和內存以支持虛擬機運行
• Qemu 主要處理I/O以及為客戶提供一個用戶空間/dev/kvm 工具ibvirt來進行虛擬機管理
  ioctl (定義) 專用于設備輸入輸出操作的系統調用
  libvirt: KVM管理工具
• 簡單理解:
  KVM驅動提供處理器、內存的虛擬化，以及客戶機I/o的攔截（攔截敏感指令），guest的I/o被攔截后,交由Qemu處理Qemu利用接口libkvm調用(ioctl）虛擬機設備接口/dev/kvm來分配資源、管理、維護虛擬機

KVM虛擬化架構/三種模式

• 1、客戶模式(guestlos)
• VM中的os為Guestos客戶機在操作系統中運行的模式，客戶機分為內核模式和用戶模式，作用如下;
• 2、用戶模式
  為用戶提供虛擬機管理的用戶空間工具以及代表用戶執行I/o，Qemu工作在此模式下（gemu的主要功能)
• 3、linux內核模式
  模擬cPU、內存，實現客戶模式切換，處理從客戶模式的推出，KVM即運行在此模式下

KVM工作流程

用戶模式的Qemu利用接口libkvm通過ioctl系統調用進入內核模式。
KVM驅動為虛擬機創建虛擬CPU和虛擬內存
然后執行VMLAU.NCH指令進入客戶模式，裝載Guest OS并運行。
Guest OS運行過程中如果發生異常，則暫停Guest OS的運行并保存當前狀態同時退出到內核模式來處理這些異常。
內核模式處理這些異常時如果不需要I/O則處理完成后重新進入客戶模式。
如果需要I/O則進入到用戶模式，則由Qemu來處理I/O,處理完成后進入內核模式，再進入客戶模式

虛擬化前、虛擬化后對比

• 虛擬化前
  ①每臺主機擁有一個操作系統
  ②軟硬件緊密結合
  ③在同—個主機上運行多個應用程序通常會產生沖突
  ④系統資源利用率低（例如:5%)
  ⑤硬件成本高昂并且不夠靈活
• 虛擬化后
  ①打破了操作系統和硬件的互相依賴
  ②通過封裝到虛擬機的技術，管理操作系統和應用程序為單一的個體
  ③強大的安全和故障隔離
  ④虛擬機時獨立于硬件的，它們可以在任何硬件上運行

總結

1、KVM技術介紹
通過虛擬化技術將一臺計算機虛擬為多臺邏輯計算機，在一臺計算機上同時運行多個邏輯計算機，同時每個邏輯計算機可運行不同的操作系統，應用程序都可以在相互獨立的空間內運行而互相不影響，從而提高計算機的工作效率。

2、KVM技術定位(實際應用)
workstation、 virtualbox模擬硬件資源/設備/操作系統

3、KVM虛擬化技術核心功能(原理方面)
QEMU（工作在用戶層，控制libkvm工具(工具作用，控制內核中的KVM)來調用物理虛擬化資源(調用物理虛擬化資源的方式是ioctl，供給虛擬機)
KVM（工作在內核層，虛擬化/抽象化物理硬件資源，供給Qemu組件調用

4、KVM各核心組件功能
QEMU
功能:控制I/O虛擬化，調用硬件資源
KVM
功能:為虛擬機提供cPU、內存（硬件資源）的虛擬化

KVM 公司使用場景 ；
一般是底層采用 KVM 上層采用 OpenStack ，通過OpenStack 來管理 KVM 的 ；

KVM創建虛擬機教程

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux KVM 虚拟化技术的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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