kvm原理分析

1.概述 1.1.KVM 简介 KVM 是一个基于Linu x 内核的虚拟机，它属于完全虚拟化范畴，从Linu x -2.6.20 开始被包含在Linu x 内核中。KVM 基于x 86 硬件虚拟化技术，它的运行要求Intel VT-x 或AMD SVM 的支持。 一般认为，虚拟机监控的实现模型有两类：监控模型（Hy perv isor）和宿主机模型（Host-based）。由于监控模型需要进行处理器调度，还需要实现各种驱动程序，以支撑运行其上的虚拟机，因此实现难度上一般要大于宿主机模型。KVM 的实现采用宿主机模型（Host-based），由于KVM 是集成在Linu x 内核中的，因此可以自然地使用Linu x 内核提供的内存管理、多处理器支持等功能，易于实现，而且还可以随着 Linu x 内核的发展而发展。另外，目前 KVM 的所有I/O虚拟化工作是借助 Qemu 完成的，也显著地降低了实现的工作量。以上可以说是KVM 的优势所在。 本文仅分析 KVM 中与 Intel VT-x 相关的实现，不考虑 KVM 中与 AMD SVM相关的实现，因此有关术语的使用与 Intel VT-x 保持一致。 2.处理器虚拟化 2.1.VT-x技术 我们知道处理器一般存在应用编程接口和系统编程接口。对于x86 处理器来说，应用编程接口仅向应用程序暴露了通用寄存器、RFLAGS、RIP 和一组非特权指令，而系统编程接口向操作系统暴露了全部的 ISA（Instruction Set Architecture）。传统的进程/线程模型也是对处理器的一种虚拟化，但只是对处理器的应用编程接口的虚拟化，而所谓的系统虚拟化（system virtualization）是要实现处理器系统编程接口的虚拟化。从这个角度讲，系统虚拟化与进程/线程模型相比并无本质的区别。 处理器虚拟化的本质是分时共享。实现虚拟化需要两个必要条件，第一是能够读取和恢复处理器的当前状态，第二是有某种机制防止虚拟机对系统全局状态进行修改。 第一个必要条件没有必要一定由硬件来实现，虽然硬件实现可能比软件实现更为简单。例如，x86 处理器对多任务，也就是应用编程接口虚拟化，提供了硬件的支持，软件通常只需要执行一条指令，就可以实现任务切换，处理器硬件负责保存当前应用编程接口的状态，并为目标任务恢复应用编程接口的状态。但操作系统并不一定要使用处理器提供的这种虚拟化机制，完全可以使用软件来完成应用接口状态的切换。例如，Linux 就没有使用x86 处理器提提供多任务机制，完全依赖软件实现任务切换。 第二个必要条件一定要由硬件来实现，通常处理器采用多模式操作（...