Linux-KVM虚拟化源代码分析文档

KVM 虚拟机源代码分析1，KVM 结构及工作原理1.1 KVM 结构KVM 基本结构有两部分组成。一个是 KVM Driver ，已经成为 Linux 内核的一个模块。负责虚拟机的创建，虚拟内存的分配，虚拟 CPU 寄存器的读写以及虚拟 CPU 的运行等。另外一个是略微修改过的 Qemu，用于模拟 PC 硬件的用户空间组件，提供 I/O 设备模型以及访问外设的途径。图 1 KVM 基本结构KVM 基本结构如图 1 所示。其中 KVM 加入到标准的 Linux 内核中，被组织成 Linux 中标准的字符设备(/dev/kvm)。Qemu 通 KVM 提供的 LibKvm 应用程序接口，通过 ioctl 系统调用创建和运行虚拟机。KVM Driver 使得整个 Linux 成为一个虚拟机监控器。并且在原有的 Linux 两种执行模式(内核模式和用户模式)的基础上，新增加了客户模式，客户模式拥有自己的内核模式和用户模式。在虚拟机运行下，三种模式的分工如下：客户模式：执行非 I/O 的客户代码。虚拟机运行在客户模式下。内核模式：实现到客户模式的切换。处理因为 I/O 或者其它指令引起的从客户模式的退出。KVM Driver 工作在这种模式下。用户模式：代表客户执行 I/O 指令 Qemu 运行在这种模式下。在 KVM 模型中，每一个 Guest OS 都作为一个标准的 Linux 进程，可以使用 Linux 的进程管理指令管理。在图 1 中./dev/kvm 在内核中创建的标准字符设备，通过 ioctl 系统调用来访问内核虚拟机，进行虚拟机的创建和初始化；kvm_vm fd 是创建的指向特定虚拟机实例的文件描述符，通过这个文件描述符对特定虚拟机进行访问控制；kvm_vcpu fd 指向为虚拟机创建的虚拟处理器的文件描述符，通过该描述符使用 ioctl 系统调用设置和调度虚拟处理器的运行。1.2 KVM 工作原理KVM 的基本工作原理：用户模式的 Qemu 利用接口 libkvm 通过 ioctl 系统调用进入内核模式。KVM Driver 为虚拟机创建虚拟内存和虚拟 CPU 后执行 VMLAUCH 指令进入客户模式。装载 Guest OS 执行。假如 Guest OS 发生外部中断或者影子页表缺页之类的事件，暂停Guest OS 的执行，退出客户模式进行一些必要的处理。然后重新进入客户模式，执行客户代码。假如发生 I/O 事件或者信号队列中有信号到达，就会进入用户模式处理。KVM 采纳全虚拟化技术。客户机不用修改就可以运行。图 2 KVM 工作基本原理2，相关技术-处理器管理和硬件辅助虚拟化技术Intel 在 2025 年发布了硬件虚拟化技术...