KVM

    KVM（Kernel-based Virtual Machine）基于内核的虚拟机，是linux内核的一个模块，正是由于这个模块的存在，linux才具有了Hypervisor的能力，现在我们说的KVM一般不单单指linux的KVM模块，而是包含了Qemu的。其实Qemu本身就是完整的虚拟化方案了，包括处理器、内存及各种虚拟设备的模拟，但是由于他是纯软件的虚拟化，所以性能较低，KVM集成了简化版的Qemu，自身主要负责模拟CPU和内存，而把I/O设备，用户空间交给Qemu来处理，二者共同构成了完整的虚拟化解决方案。

 

  虚机运行包含三种模式，即：客户模式，用户模式和内核模式。客户模式可以理解为运行在KVM限制的CPU模式下的GuestOS所在的模式，它又包含用户模式和内核模式；用户模式为用户提供虚拟机管理的用户空间工具以及代表用户执行I/O，Qemu运行在这个模式之下；内核模式实现客户模式的切换，处理因为I/O或者其他指令引起的从客户模式退出，KVM模块工作在这个模式下。

    KVM是虚机的核心部分，其主要功能是初始化CPU 硬件，内存的虚拟化以及虚拟机IO指令的拦截，打开虚拟化模式，然后将虚拟客户机运行在虚拟机模式下，并对虚机的运行提供一定的支持。KVM中，虚拟机被实现为常规的Linux进程，由标准Linux调度程序进行调度；虚机的每个虚拟CPU被实现为一个常规的Linux线程,这使得KVM能够使用Linux内核的已有功能。

    KVM本身不执行任何设备模拟，需要Qemu通过/dev/kvm接口设置一个GuestOS的地址空间，向它提供模拟的I/O设备，并将它的视频显示映射回宿主机的显示屏。/dev/kvm的设备是由KVM生成的，有了/dev/kvm设备，使得GuestOS的地址空间(内存地址、磁盘地址)能够独立于标准内核或其他任何GuestOS的地址空间。每个打开/dev/kvm设备的不同的进程或线程，所能使用的都是唯一且各不相同的地址映射，KVM内核模块通过/dev/kvm设备提供了内存虚拟化，给予GuestOS与内核或者其他GuestOS相对独立的地址空间。每个GuestOS都有自己的地址空间，并且这些地址空间是在实例化GuestOS时创建映射的。映射给GuestOS的物理内存实际上是映射给这个GuestOS在VMM中相应进程的虚拟内存。

    虚机的创建和运行是Qemu和KVM相互配合的过程，前面说过，Qemu工作在用户模式，指令是用户模式发出的，Qemu通过libkvm调用IOCTL（设备I/O通道管理程序）进入内核模式，Qemu通过IOCTL发出KVM_CREATE_VM 指令，返回一个文件描述符，之后就通过该fd进行虚机的管理，之后Qemu通过fd继续发送KVM_CREATE_VCPU等命令，进行cpu和内存等的虚拟化，其中KVM会返回Qemu通过/dev/kvm接口设置一个客户机虚拟服务器的地址空间，完成后执行VMLAUNCH指令进入客户模式，装载GuestOS并运行。当GuestOS产生I/O指令后，KVM会截获请求交给并Qemu，Qemu工作在用户模式，当虚机进行I/O操作时，KVM会从上次系统调用出口处返回Qemu，由Qemu来负责解析和模拟这些设备。