Qemu-KVM 基本工作原理介绍

本文分享自天翼云开发者社区《Qemu-KVM基本工作原理介绍》，作者：郑****文

1.KVM 与 Qemu 关系

Qemu 本身并不是 KVM 的一部分，而是一整套完整的虚拟化解决方案，它是纯软件实现的，包括处理器虚拟化、内存虚拟化以及各种虚拟设备的模拟，但因为是纯软件模拟，所以性能相对比较低。

广义上的 KVM 包含两部分，一部分是基于 LINUX 内核支持的 KVM 内核模块，另一部分就是经过简化和修改 Qemu。

KVM 内核模块负责模拟处理器和内存以支持虚拟机的运行，Qemu 主要处理 I/O 以及为用户提供一个用户空间工具来进行虚拟机的管理。两者相互结合，相辅相成，构成了一个完整的虚拟化平台。

2.KVM 运行时的三种模式

在虚拟机运行时，有三种模式，分别是：

客户模式：我们可以简单理解成客户机操作系统运行在的模式，它本身又分为自己的内核模式和用户模式。

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：模拟 CPU 以及内存，实现客户模式的切换，处理从客户模式的退出。KVM 内核模块运行在这个模式下。

三种模式的层次关系简单描述如下图：

3.KVM 工作原理

KVM 的大致工作原理：用户模式的 Qemu 利用接口 libkvm 通过 ioctl 系统调用进入内核模式。KVMDriver 为虚拟机创建虚拟 CPU 和虚拟内存，然后执行 VMLAUNCH 指令进入客户模式，装载 Guest OS 并运行。Guest OS 运行过程中如果发生中断或者影子缺页等异常，将暂停 Guest OS 的运行并保存当前上下文退出到内核模式来处理这些异常。内核模式处理这些异常时如果不需要 I/O 则处理完成后重新进入客户模式，如果需要 I/O 则进入到用户模式，由 Qemu 来处理 I/O，处理完成后进入内核模式，再进入客户模式。

KVM 的工作原理如图：