文章目录

  • 前言
  • 什么是QEMU
  • QEMU的再认识
  • QEMU的安装与下载
  • QEMU的源码安装
  • QEMU源码结构
  • 参考


前言

我们在openstack中会经常使用很多镜像，比如row，row2等。openstack底层支持的虚拟机很多。而qemu就是其中佼佼者，性能，速度，适用性都比较高。特殊情况时，我们无法直接使用openstack创建或者修改镜像，就可以利用qemu，在单机环境下创建镜像，并上传到openstack使用。同时由于qemu出色的性能，即使单独作为一种创建虚拟机的工具来使用，也很不错。

本文分为三个部分，第一部分主要介绍了qemu是什么，给人一个基本印象。第二部分重点介绍其安装。第三部分介绍其架构，这对我们的进一步使用有比较大的好处。

什么是QEMU

QEMU是一种通用的开源计算机仿真器和虚拟器。QEMU共有两种操作模式

  1. 全系统仿真：能够在任意支持的架构上为任何机器运行一个完整的操作系统
  2. 用户模式仿真：能够在任意支持的架构上为另一个Linux/BSD运行程序

同时当进行虚拟化时，QEMU也可以以接近本机的性能运行KVM或者Xen。

QEMU的再认识

具体来说，当作为机器仿真器使用时，QEMU可以通过动态代码翻译机制（dynamic translation）在不同的机器上仿真任意一台机器（例如ARM板），并执行不同于主机架构的代码。同时由于动态代码翻译机制，它也能够实现不错的性能。

而当QEMU用作虚拟器时，QEMU的优点在于其实纯软件实现的虚拟化模拟器，几乎可以模拟任何硬件设备，但是也正因为QEMU是纯软件实现的，因此所有指令都需要QEMU转手，因此会严重的降低性能。而可行的办法是通过配合KVM或者Xen来进行加速，目前肯定是以KVM为主。KVM 是硬件辅助的虚拟化技术，主要负责 比较繁琐的 CPU 和内存虚拟化，而 QEMU 则负责 I/O 虚拟化，两者合作各自发挥自身的优势，相得益彰。

qemu使用rbd架构图 qemu入门_linux

QEMU的wiki上这样说道：虽然QEMU本身是通过软件来模拟计算机，但是它也能够使用其他虚拟化技术进行加速。在Xen虚拟机管理程序下执行或在Linux中使用KVM内核模块时，QEMU支持虚拟化。当使用KVM，QEMU可以虚拟化x86架构，服务器和嵌入式 PowerPC，64位POWER，S390，32位和64位的ARM和MIPS guests等。

QEMU的安装与下载

qemu的安装与下载并不复杂，三个版本上安装都比较方便，你可以直接参考官方页面。或者按照我下边的方法进行操作亦可。或者你也可以翻到再下边的源码安装。

官方文档可在此处下载QEMU的各个版本：http : //www.qemu.org/download/，同时该页面也介绍了QEMU在不同操作系统的安装方法。你也可以直接参考下面的方法进行安装和使用。

Windows
QEMU提供了Windows的32位和64位安装包。

不过Windows上qemu的性能不佳，这主要是其架构问题，在Windows上将无法使用其他专门负责虚拟化的工具进行加速，因此更好地方式是运行于Ubuntu之上，然后，借用kvm进行有效的加速，而如果需要使用kvm，则需要还需要安装qemu-kvm。

QEMU-KVM，是QEMU的一个特定于KVM加速模块的分支，里面包含了很多关于KVM的特定代码，与KVM模块一起配合使用。不过目前QEMU-KVM已经与QEMU合二为一，所有特定于KVM的代码也都合入了QEMU，当需要与KVM模块配合使用的时候，只需要在QEMU命令行加上 --enable-kvm就可以。

Ubuntu

安装方法如下

sudo apt install qemu
sudo apt install kvm libvirt-clients
# 检查是否已经安装kvm
# egrep -o '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo
# 使用kvm启动镜像
sudo kvm -hda gxzy-tf-win7.qcow2 -m 8192 -smp 4
# 检查正在运行的镜像
# virsh -c qemu:///system list

或者，我们也可以直接使用qemu的命令进行操作，使用kvm加速只需要再加上--enable-kvm。

Linux各个版本安装命令

在大部分Linux系统中，QEMU都可以通过安装包的形式进行安装。不过由于原生的QEMU性能不佳，因此也可以直接使用qemu-kvm进行操作。目前qemu已经集成了该组件，

  • Arch: pacman -S qemu
  • Debian/Ubuntu: apt-get install qemu
  • Fedora: dnf install @virtualization
  • Gentoo: emerge --ask app-emulation/qemu
  • RHEL/CentOS: yum install qemu-kvm
  • SUSE: zypper install qemu

macOS

QEMU can be installed from Homebrew:brew install qemu QEMU can be installed from MacPorts:sudo port install qemu

QEMU的源码安装

QEMU提供了多个版本的源码，你可以在QEMU全版本源码列表下载有关版本。或者使用以下代码进行安装：

wget https://download.qemu.org/qemu-4.2.0.tar.xz
tar xvJf qemu-4.2.0.tar.xz
cd qemu-4.2.0
./configure
make

又或者，我们可以直接从git上下载和编译QEMU：

git clone https://git.qemu.org/git/qemu.git
cd qemu
git submodule init
git submodule update --recursive
./configure
make

configure 脚本用于生成 Makefile，其选项可以用 ./configure --help 查看。

这里使用到的选项含义如下：

  • –enable-kvm：编译 KVM 模块，使 Qemu 可以利用 KVM 来访问硬件提供的虚拟化服务。
  • –enable-vnc：启用 VNC。
  • –enalbe-werror：编译时，将所有的警告当作错误处理。
  • –target-list：选择目标机器的架构。默认是将所有的架构都编译，但为了更快的完成编译，指定需要的架构即可。

安装好之后，会生成如下应用程序：

qemu使用rbd架构图 qemu入门_虚拟化_02

  • vshmem-client/server：这是一个 guest 和 host 共享内存的应用程序，遵循 C/S 的架构。
  • qemu-ga：这是一个不利用网络实现 guest 和 host 之间交互的应用程序（使用 virtio-serial），运行在 guest 中。
  • qemu-io：这是一个执行 Qemu I/O 操作的命令行工具。
  • qemu-system-x86_64：Qemu 的核心应用程序，虚拟机就由它创建的。
  • qemu-img：创建虚拟机镜像文件的工具，下面有例子说明。
  • qemu-nbd：磁盘挂载工具。

之后通过创建虚拟机操作来对这些工具有个初步的认识。有关内容可以参考我的另外一篇博客Windows下QEMU的安装与使用------留坑暂未填坑,或者一文读懂QEMU虚拟机

QEMU源码结构

Qemu 软件虚拟化实现的思路是采用二进制指令翻译技术，主要是提取 guest 代码，然后将其翻译成 TCG 中间代码，最后再将中间代码翻译成 host 指定架构的代码，如 x86 体系就翻译成其支持的代码形式，ARM 架构同理。

qemu使用rbd架构图 qemu入门_linux_03

所以，从宏观上看，源码结构主要包含以下几个部分：

  • /vl.c：最主要的模拟循环，虚拟机环境初始化，和 CPU 的执行。
  • /target-arch/translate.c：将 guest 代码翻译成不同架构的 TCG 操作码。
  • /tcg/tcg.c：主要的 TCG 代码。
  • /tcg/arch/tcg-target.c：将 TCG 代码转化生成主机代码。
  • /cpu-exec.c：主要寻找下一个二进制翻译代码块，如果没有找到就请求得到下一个代码块，并且操作生成的代码块。

其中，涉及的主要几个函数如下：

qemu使用rbd架构图 qemu入门_qemu_04

知道了这个总体的代码结构，再去具体了解每一个模块可能会相对容易一点。

参考

  1. QEMU 官网下载网页
  2. QEMU官方文档
  3. QEMU 维基百科
  4. 一文读懂Qemu模拟器