这里写目录标题
- 一、虚拟化的概述
- 1.1 虚拟化的定义
- 1.2 虚拟化的发展历程
- 1.3 虚拟化的类型
- 1.4 虚拟化的特点
- 二、KVM概述
- 2.1 kvm的定义
- 2.2 KVM 虚拟化架构/三种模式
- 2.3 kvm的原理
- 2.4 KVM工作流程
一、虚拟化的概述
1.1 虚拟化的定义
- 通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机，在一台计算机上同时运行多个逻辑计算机，同时每个逻辑计算机可运行不同的操作系统，应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互相不影响，从而提高计算机的工作效率
- CPU 的虚拟化技术可以将单 CPU 模拟多 CPU 并行，允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。
1.2 虚拟化的发展历程
雏形：
1961年，IBM709机器实现了分时系统，将CPU占用切分为多个极短的时间片(1/100sec)每一个时间片执行不同的工作，通过对这些时间片进行轮询
从而将一个CPU伪装成多个CPU
1972年， IBM正式将system370机的分时系统命名为虚拟机
1990年， IBM推出的system390机支持逻辑分区（将一个CPU分为多份，相互独立，也就是逻辑分割）
Xen 2003年问世，是一个外部的hypervisor程序（虚拟机管理程序），能够控制虚拟机和给多个客户机分配资源
KVM：2007年问世，现已内置在kernel内核中的
1.3 虚拟化的类型
1、全虚拟化：将物理硬件资源全部通过软件的方式抽象化，最后进行调用
使用的方法:使用hypervisor（VMM）软件，其原理是在底层硬件和服务器之间建立一个抽象层，而基于核心的虚拟机是面向Linux系统的开源产品hypervisor(VMM)可以捕捉CPU的指令，为指令访问硬件控制器和外设充当中介。
2、半虚拟化：需要修改操作系统
3、直通：直接使用物理硬件资源（需要支持，还不完善)
- Xen 支持的虚拟化技术：全虚拟化，半虚拟化
- KVM：支持的虚拟化技术：全虚拟化
1.4 虚拟化的特点
- 优势:
（1） 集中化管理（远程管理、维护）
（2） 提高硬件利用率（物理资源利用率低-例如峰值，虚拟化解决了“空闲”容量）
（3） 动态调整机器/资源配置（虚拟化把系统的应用程序和服务硬件分离、提高了灵活性）
（4） 高可靠（可部署额外的功能和方案，可提高透明负载均衡、迁移、恢复复制等应用环境） - 劣势:
（1） 前期高额费用（初期的硬件支持）
（2）降低硬件利用率（特定场景-例如极度吃资源的应用不一定适合虚拟化）
（3) 更大的错误影响面（本地物理机down机会导致虚拟机均不可用，同时可能虚拟机中文件全部损坏）
(4) 实施配置复杂、管理复杂（管理人员运维、排障困难）
(5)一定的限制性（虚拟化技术涉及各种限制，必须与支持/兼容虚拟化的服务器、应用程序及供应商结合使用）
(6) 安全性（虚拟化技术自身的安全隐患）
二、KVM概述
2.1 kvm的定义
（1）KVM（Kernel-based Vritual Machine)–基于内核的虚拟机
（2）KVM 是基于虚拟化扩展的X86硬件的开源Linux原生的全虚拟化方案（要求cpu支持Intel-VT-x或AMD-V）
（3）KVM内嵌于内核模块中，模拟处理器和内存以支持虚拟机运行
（4）虚拟机被实现为常规的 Linux 进程，由标准 Linux 调度程序进行调度；
（5）虚拟机的每个虚拟 CPU 被实现为一个常规的 Linux 进程。这使得 KMV 能够使用 Linux 内核的已有功能但KVM本身不执行任何模拟。需要客户空间程序（虚拟机）通过/dev/kvm（此虚拟设备需要开起硬件辅助虚拟化才能看到）接口设置一个客户机虚拟服务器的地址空间，并且由Qemu模拟I/O（ioctl）进行调度资源和维护管理
- Libvirt：KVM的管理工具，除了可以管理KVM这类VMM，还可以管理Xen，VirtualBox，甚至OpenStack底层
- Libvirt包含3个组件：后台daemon程序libvirtd、API库、命令行工具virsh
- KVM各核心组件功能
QEMU
功能：控制I/O虚拟化，调用硬件资源
KVM
功能：为虚拟机提供CPU、内存（硬件资源）的虚拟化
2.2 KVM 虚拟化架构/三种模式
1、客户模式(guestOS):VM中的OS为GuestOS
客户机在操作系统中运行的模式，客户机分为内核模式和用户模式，作用如下：
2、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工作在此模式下（Qemu的主要功能）
3、linux内核模式
模拟CPU、内存，实现客户模式切换，处理从客户模式的推出，KVM即运行在此模式下
2.3 kvm的原理
1、Guest：客户机系统，包括CPU（vCPU）、内存、驱动（Console、网卡、I/O 设备驱动等），
被KVM 置于一种受限制的CPU 模式下运行。
2、KVM 内核模块模拟处理器和内存以支持虚拟机运行
3、Qemu 主要处理I/O以及为客户提供一个用户空间/dev/kvm 工具libvirt 来进行虚拟机管理
- ioctl（定义)：专用于设备输入输出操作的系统调用
- libvirt：KVM管理工具
- 简单理解：
KVM驱动提供处理器、内存的虚拟化，以及客户机I/O的拦截，guest的I/O被拦截后，
交由Qemu处理Qemu利用接口libkvm调用（ioctl）虚拟机设备接口/dev/kvm来分配资源、管理、维护虚拟机
2.4 KVM工作流程
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驱动为虚拟机创建虚拟 CPU 和虚拟内存，然后执行 VMLAU·NCH 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异常，则暂停Guest OS的运行并保存当前状态同时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， 则由 Qemu 来处理 I/O，处理完成后进入内核模式，再进入客户模式
