虚拟化技术：KVM介绍及试用

KVM介绍及试用

服务器虚拟化是云计算最核心的技术，而KVM是当前最主流的开源的服务器虚拟化技术。从Linux2.6.20起，KVM作为内核的一个模块集成到Linux主要发行版本中。从技术架构（代码量、功能特性、调度管理、性能等）、社区活跃度，以及应用广泛度来看，KVM显现出明显优势，已逐渐替换另一开源虚拟化技术Xen。在公有云领域，2017年之后AWS、阿里云、华为云等厂商都逐渐从Xen转向KVM，而Google、腾讯云、百度云等也使用KVM。在私有云领域，目前VMware ESXi是领导者，微软Hyper-V不少应用，随着公有云厂商不断推进专有云/私有云方案，未来KVM应用也会逐渐增加，华为、华三、深信服均基于KVM做私有云的开发。KVM目前已支持x86、PowerPC、S/390、ARM等平台。

1、主流虚拟化架构

2 KVM虚拟化架构

3 KVM试用

1、主流虚拟化架构

图1对比了几种主流虚拟化技术架构：ESXi、Xen与KVM，其主要差别在与各组件（CPU、内存、磁盘与网络IO）的虚拟化与调度管理实现组件有所不同。在ESXi中，所有虚拟化功能都在内核实现。Xen内核仅实现CPU与内存虚拟化， IO虚拟化与调度管理由Domain0（主机上启动的第一个管理VM）实现。KVM内核实现CPU与内存虚拟化，QEMU实现IO虚拟化，通过Linux进程调度器实现VM管理。

图1 主流虚拟化技术架构

2 KVM虚拟化架构

如图2，KVM虚拟化有两个核心模块：

1）KVM内核模块：主要包括KVM虚拟化核心模块KVM.ko，以及硬件相关的KVM_intel或KVM_AMD模块；负责CPU与内存虚拟化，包括VM创建，内存分配与管理、vCPU执行模式切换等。

2）QEMU设备模拟：实现IO虚拟化与各设备模拟（磁盘、网卡、显卡、声卡等），通过IOCTL系统调用与KVM内核交互。KVM仅支持基于硬件辅助的虚拟化（如Intel-VT与AMD-V），在内核加载时，KVM先初始化内部数据结构，打开CPU控制寄存器CR4里面的虚拟化模式开关，执行VMXON指令将Host OS设置为root模式，并创建的特殊设备文件/dev/kvm等待来自用户空间的命令，然后由KVM内核与QEMU相互配合实现VM的管理。KVM会复用部分Linux内核的能力，如进程管理调度、设备驱动，内存管理等。