【虚拟化】KVM

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KVM是什么呢

kvm的组件：

kvm功能特性：

内存管理：

硬件支持：

存储：

实时迁移：

支持的GuestOS:

kvm局限性：

kvm管理工具：

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本文是梳理之前的KVM学习笔记，如果有说的不合适的地方，欢迎评论区提出~

KVM是什么呢

KVM是内核级别虚拟化，支持广泛的操作系统。

在KVM架构中，每个虚拟机都是一个linux进程，每个虚拟的CPU都显示为一个常规的linux进程。但是KVM本身不执行任何模拟，需要用户空间程序通过/dev/kvm接口设置一个客户机虚拟服务器的地址空间，向他提供模拟的IO，并将它的视频显示映射到宿主的显示屏上，这一部分由qemu负责。

kernal based virtual machine 基于内核的虚拟机，是linux内核的一个模块，当kvm被装载至内核时，整个内核升级为hypervisior，因此linux内核的功能kvm几乎都可以使用。为了给每个虚拟机虚拟出多个CPU，KVM会虚拟出多个进程（2个CPU有两个进程）来实现虚拟的CPU，这一过程是受KVM的辅在内核中完成的

kvm的组件：

两类：

/dev/kvm:工作于hypervisior，在用户（guest）空间可通过ioctl()请求来实现系统调用，来完成vm的创建，启动等功能，他是一个字符设备；/dev/kvm的功能：创建vm,为vm分配内存，读写vcpu的寄存器，向vcpu注入中断，运行vcpu等；vcpu是由host的线程模拟实现的

qemu进程：工作于用户空间，主要用于实现模拟PC机的IO设备。

kvm功能特性：

内存管理：

• 支持使用huge page

大页表作用：

每个进程拿到的内存空间，进程的线性地址空间由内核离散映射到物理内存上，某个进程需要在CPU运行时，进程告诉CPU的是线性地址，（CPU将内核分配给进程的taskstruct装载映射表，然后找到线性地址对应的物理内存，）MMU来计算并完成线性地址到物理地址的转换。MMU中存放的是页表，对应关系

如果频繁访问某一个数据，需要在MMU之前加一个缓存，在MMU转换之前先看缓存是否可以命中，当数据量很大的时候，缓存可能失效，因此系统调优有这样一个策略，调大页框大小，一个页框1M，这样相比之前的4K来说，这样存放的条目就变少了，MMU转换时，找的比较容易。

• 支持使用因特尔扩展页表inter ept或amd rvi（快速虚拟化索引）技术来完成内存地址映射，直接从虚拟机的线性地址空间映射为物理机内核中地址空间，无需中间经过虚拟的内存地址空间转换，CPU利用率低，吞吐量高。
• 支持KSM（kernal same-page merge），来降低内存占用
  • KSM：内核同页合并；KSM会扫描每个虚机的内存，如果虚机拥有相同的内存页面，KSM会将这些页面合并到一个共享的内面，所有虚机都可以访问，仅仅存储一个副本，如果要更改这个共享页面，你会得到自己的专用副本。

硬件支持：

取决于linux内核，因为kvm是基于内核的虚拟化

存储：

支持本地存储、网络附加存储（比如映像文件放在NAS上）、存储区域网络、分布式存储、

实时迁移：

当A机的硬件设备遭入侵或其他影响时，运行在hypervisior A 上的虚拟机能够实时迁移到hypervisior B上面。此过程依赖于共享存储

支持的GuestOS:

linux,windows,openssd,freebsd等很多操作系统;

kvm局限性：

• 过载使用：一般不建议所有虚拟机核心数加起来超过物理机核心数，假如物理机核心32个，一个虚拟机2核，那么不要超过16个虚拟机
• 时间记录难以同步：因此装好虚拟机后最好手动同步一下时间

linux有两套时钟，一个是硬件时钟，一个是根据CPU使用频率来做精确计时，比如1s内震荡2G次，就认为这是1S过去了。由于做了虚拟化，一个CPU可能给多个虚拟机使用，因此1S内走过的时间可能并不是CPU真正走过的时间，所以虚拟机的时钟可能于宿主机不同

比如安装vmware时有vmware tools来同步虚拟机时间和硬件时间

• 实时迁移：有一定要求，目标KVM要兼容源KVM；两台主机共享存储必须挂在同一个位置，否则配置文件无法共享；CPU有相同类型的特性，比如同intel,同amd；两台物理主机时间同步，且有一致的网络配置。
• 性能局限性：

kvm属于完全虚拟化

kvm管理工具：

qemu:

        qemu-kvm qemu-img

libvirt:支持远程管理操作