【KVM】KVM介绍及功能概述

前言

大家好，我是秋意零。

今天介绍的内容是KVM的概述，以及它所支持的基本功能。

👿 简介

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一、KVM介绍

KVM全称是Kernel-based Virtual Machine，基于内核的虚拟机，是采用硬件虚拟化技术的全虚拟化解决方案（对于某些设备，如硬盘、网卡，KVM也支持virtio的半虚拟化方式）。

2006年10月，KVM模块的源代码被正式纳入Linux kernel，成为内核源代码的一部分。

KVM基于硬件虚拟化支持的全虚拟化实现。它以内核模块的形式加载之后，就将Linux内核变成了一个Hypervisor，但硬件管理等还是通过Linux kernel来完成的，所以它是一个典型的Type 2 Hypervisor。

二、架构

一个KVM虚拟机对应于一个Linux进程，每个vCPU是该进程下的一个线程，还有单独的处理IO的线程，也是在该进程中的线程组内。

所以，宿主机上各个虚拟机是由宿主机内核像调度普通进程一样调度的，即可以通过Linux的各种进程调度的手段来实现不同客户机的权限限定、优先级等功能。

虚拟机所看到的硬件设备是QEMU模拟出来的 (不包括VT-d透传的设备)，当虚拟机对模拟设备进行操作时，由QEMU截获并转换为对实际的物理设备（可能设置都不实际物理地存在）的驱动操作来完成。

三、功能概述

3.1 内存管理

KVM依赖Linux内核进行内存管理。上面提到，一个KVM客户机就是一个普通的Linux进程，所以，客户机的“物理内存”就是宿主机内核管理的普通进程的虚拟内存。进而，Linux内存管理的机制，如大页、KSM (Kernel Same Page Merge，内核的同页合并)、NUMA(Non-Uniform Memory Arch，非一致性内存架构)、通过mmap的进程间共享内存，统统可以应用到客户机内存管理上。

3.2 存储和客户机镜像的格式

严格来说，这是QEMU的功能特性。

KVM能够使用Linux支持的任何存储来存储虚拟机镜像，包括具有IDE、SCSI和SATA的本地磁盘，网络附加存储 (NAS) (包括NFS和SAMBA/CIFS)，或者支持iSCSI和光线通道的SAN。多路径I/0可用于改进存储吞吐量和提供几余。

KVM的原生磁盘格式为QCOW2，它支持快照，允许多级快照、压缩和加密。

3.3 实时迁移

KVM支持实时迁移，这提供了在宿主机之间转移正在运行的客户机而不中断服务的能力。实时迁移对用户是透明的，客户机保持打开，网络连接保持活动，用户应用程序也持续运行，但客户机转移到了一个新的宿主机上。

除了实时迁移，KVM支持将客户机的当前状态 (快照，snapshot) 保存到磁以允许存储并在以后恢复它。

3.4 设备驱动程序

KVM支持混合虚拟化，因为KVM使用的QEMU软件模拟IO设备（网卡、磁盘、显卡），性能比较低，这个时候在虚拟机中安装使用VirtIO半虚拟化驱动来实现IO等性能的提高。

其中半虚拟化的驱动程序安装在客户机操作系统中，允许虚拟机使用优化的I/O接口而不使用模拟的设备，从而为网络和块设备提供高性能的I/0。

KVM使用的半虚拟化的驱动程序是VirtlO标准；它是一个与Hypervisor独立的、构建设备驱动程序的接口，允许多种Hypervisor使用一组相同的设备驱动程序，能够实现更好的对客户机的互操作性。

同时，KVM也支持Intel的VT-d技术，通过将宿主机的PCI总线上的设备透传(pass-through)给客户机，让客户机可以直接使用原生的驱动程序高效地使用这些设备。这种使用是几乎不需要Hypervisor的介入的。

3.5 性能和可伸缩性

KVM也继承了Linux的性能和可伸缩性。KVM在CPU、内存、网络、磁盘等虚拟化性能上表现出色，大多都在原生系统的95%以上。KVM的伸缩性也非常好支持拥有多达288个vCPU和4TB RAM的客户机，对于宿主机上可以同时运行的客户机数量，软件上无上限。

这意味着，任何要求非常苛刻的应用程序工作负载都可以运行在KVM虚拟机。

总结

通过KVM介绍，我们知道了KVM是基于内核的虚拟机，是基于硬件虚拟化辅助的全虚拟化技术，KVM的VMM层目前已经被写入到了Linux内核模块中。

功能概述中，介绍了KVM的虚拟机可以安装VirtIO来提高我们IO性能。