kvm虚拟化技术KVM他说的基于内核的虚拟机是什么意思

韩国ip代理  时间:2021-05-08  阅读:()

linux虚拟化技术有哪些

1、早期的虚拟化模型被称为Type 1,或者叫本地虚拟化(native virtualization)。

2、后来出现了主机虚拟化(hosted virtualization)模式,被称为Type 2,hypervisor运行在操作系统之上,在同一平台上允许两个或更多的操作系统共存。

3、更加传统的虚拟化解决方案是平台虚拟化,或者叫做硬件虚拟化,具有两种主要的形式,完全虚拟化( full-virtualization)和半虚拟化(para-virtualization)。

4、平台虚拟化:如Citrix的Xen是一个流行的解决方案,可以同时执行Type1和Type2型hypervisor,Amazon的EC2就采用Xen来进行服务器的虚拟化。

另一个重要的hypervisor是Linux Kernel Virtual Machine(KVM),同样都支持本地虚拟化和主机虚拟化模型。

5、操作系统虚拟化:操作系统虚拟化是另外一个重要的虚拟化技术,正如其名,是对操作系统本身进行虚拟化,而不是平台。

在这种方式下,操作系统提供一组用户空间(User-Space)彼此隔离,而应用被限制在每个用户空间里面,就好像一个独立的主机。

这种形式的虚拟化在虚拟主机环境中非常流行,让多个独立的用户可以共享一个操作系统。

6、其他Linux虚拟化技术: CoLinux,或者叫做协作Linux,是一种利用协作虚拟机的虚拟化方式。

用户模式(User-Mode)Linux,即UML,和CoLinux有些类似,但是更加灵活。

Wine和Cygwin也是有趣的虚拟化解决方案。

KVM他说的基于内核的虚拟机是什么意思

KVM的Hypervisor直接就是内核的一部分,这个Hypervisor的代码直接就在Linux的内核中,当Host启动的时候,它们一起加载,一同初始化,只是Hypervisor的代码工作在虚拟机调度器的状态,而其他代码工作在普通内核状态而已。

程序就可以通过系统调用(对/dev/kvm文件做ioctl)进入内核,调用KVM的请求,执行调度,从内核中直接做Hypervisor请求,进入Hypervisor要求调度Guest。

这样,很明显,KVM确实是”Linux内核提供的虚拟化技术“,这就是它和其他虚拟化技术不同的地方了。

vmware和virtualbox的技术和Xen类似,无论它们如何加载,是否独立,或者作为一个内核模块加载,毕竟它们不是内核原始设计的一部分。

(摘自:https:///question/24123210/answer/100874195)

KVM他说的基于内核的虚拟机是什么意思

虚拟化技术,一般理解上,是在一个操作系统之上,模拟另一个操作系统的执行环境。

我们看到的各种游戏机模拟器,还有为开发CPU做仿真而做的模拟程序,就是早期比较常见的虚拟化解决方案,它的工作原理很简单:把CPU的所有寄存器都写在一组变量中(这组变量我们称为CPUFile),然后用一片内存当作被模拟CPU的内存(这片内存这里称为vMEM),然后在用一些数据结构表示IO设备的状态(这里称为vIO),三者的数据结构综合在一起,就是代表一个虚拟化的环境了(这里称之为VM),之后按顺序读出一条条的指令,根据这个指令的语义,更改VM的数据结构的状态(如果模拟了硬件,还要模拟硬件的行为,比如发现显存被写了一个值,可以在虚拟屏幕上显示一个点等),这样,实施虚拟的那个程序就相当于给被虚拟的程序模拟了一台计算机,这种技术,我称它为“解释型虚拟化技术”。

指令是被一条一条解释执行的。

在这个方案中,我们有三个对象: Host:执行虚拟程序的系统 Emulator:实施虚拟的,运行在Host上的那个程序 Guest:被虚拟出来的系统,也就是运行了软件(例如操作系统)的VM 这些概念在技术演进的过程中会一定程度变化,读者要注意这一点,记住它的原始含义,否则很容易乱掉。

解释型虚拟化技术很简单,直接,概念也容易理解,但很明显,这个效率是很低的。

优化得比较成功的是qemu,它使用一种所谓“编译型”的技术,把每条被虚拟的设备的指令都写成一段C代码,用这段C代码去修改CPUFile等VM数据,然后再用编译器去编译这些C代码,借用了编译器的优化能力,最后在解释Guest的指令的时候,用一个“翻译区“,把这些C代码的编译结果拼起来,然后直接执行。

这种方法有效提高了”解释”的效率(所以qemu才称为Quick-emulator),但效率很明显还是非常低的。

Android的SDK模拟基于ARM的手机,用的就是这种技术。

随着技术的发展,有人就开始取巧了:很多时候,我们仅仅是在x86上模拟x86,这些指令何必要一条条解释执行?我们可以用CPU直接执行这些指令啊,执行到特权指令的时候,我们直接异常,然后在异常中把当前CPU的状态保存到CPUFile中,然后再解释执行这个特权指令,这样不是省去了很多”解释“的时间了?用这种技术实现的虚拟机,就称为”调度型虚拟化技术“,这种情况下,Emulator的主要工作就不是解释了,它的主要工作是调度,调度Host和所有的Guest来分时(或者分核)使用CPU。

qemu也可以工作在这种模式。

要工作在这种模式,它需要在内核中插入一个kqemu.ko,以便处理那些特殊的,由它的模拟程序产生的异常。

这种情况下,我们会发现,Emulator已经不是原来那个意思了,虽然我们仍需要使用这个程序,但仅仅靠这个程序,它作为Host上的一个程序,没有办法调度Host的资源。

所以我们引入另一个实体,所谓Hypervisor,Hypervisor负责调度,Emulator只是给它提请求而已。

(这里,Emulator的语义也发生变更了,读者有必要注意这一点) Hypervisor需要掌控整个系统的资源,这样它就需要有所有设备的驱动,这样会让Hypervisor变得非常复杂的。

所以Host的概念仍然存在,一种简化的理解可以是,BIOS启动Hypervisor,Hypervisor首先启动第一个OS,那个就是Host,之后Host上的Emulator启动Guest,Emulator向Hypervisor请求资源,Hypervisor模拟一个环境给新的Guest,但如果Guest向Hypervisor请求IO或者其他特殊能力,这些请求就会被Hypervisor调度到Host上,让Host执行。

在Xen上,这个Host称为DOM0,说明Xen是认为Host和Guest在调度上没有本质区别的,都是一个调度的对象,但DOM0带有所有的驱动,管理程序也可以放在这里直接和Hypervisor通讯。

好了,现在你可以明白为什么KVM称为”内核(K)的VM"技术了,Xen的Hypervisor是一个独立的部件,由BIOS(其实是grub了)直接加载,然后和DOMx的各个操作系统通讯。

而KVM的Hypervisor直接就是内核的一部分,这个Hypervisor的代码直接就在Linux的内核中,当Host启动的时候,它们一起加载,一同初始化,只是Hypervisor的代码工作在虚拟机调度器的状态,而其他代码工作在普通内核状态而已。

这个用ARM64平台特别好理解,ARM64平台(不考虑安全态)3个特权级,EL0用户态,EL1内核态,EL2?Hypervisor态。

这样,内核启动先进入EL2,初始化Hypervisor部分的状态,然后切换入EL1,初始化内核的状态,然后才fork?init,进入EL0。

这之后,你启动qemu-kvm,这个程序就可以通过系统调用(对/dev/kvm文件做ioctl)进入内核,调用KVM的请求,执行调度,从内核中直接做Hypervisor请求,进入Hypervisor要求调度Guest。

这样,很明显,KVM确实是”Linux内核提供的虚拟化技术“,这就是它和其他虚拟化技术不同的地方了。

vmware和virtualbox的技术和Xen类似,无论它们如何加载,是否独立,或者作为一个内核模块加载,毕竟它们不是内核原始设计的一部分。

至于是全虚拟化(Guest不知道你自己是被模拟的系统),还是Para虚拟化(Guest知道自己是模拟的系统,用直接和Hypervisor通讯的方法实现IO),这个问题和是否KVM没有关系(kvm两种模式都可以支持),和性能也没有关系。

这仅仅是构架的不同。

讨论区有读者问,为什么没有看到VirtualBox从BIOS加载Hypervisor呢?这个涉及到两个要素: 第一,kqemu.ko也可以不从BIOS加载,这种模式我仍把kqemu称为Hypervisor,但这个Hypervisor并非工作在Hypervisor状态,它是和内核互相妥协从而工作在Hypervisor的角色上的,它的工作级别并不比Host高,但仍可以为Guest模拟出一个运行环境来。

VirtualBox使用一样的技术。

第二,VirtualxBox还可以支持VT-x这样的硬件加速的虚拟工作状态。

这个事情和VT-x的设计有关,VT-x的特权级继承自传统的x86特权级,就是0-3,0是最高优先级,3是最低优先级。

像Linux就只用了0和3级表示内核和用户态。

刚开始支持虚拟化的时候,Intel考虑0是Hypervisor级(VMM级),1是内核,3是用户。

但这种设计造成不兼容和复杂度。

所以到了64位后,新的模式是:系统刚启动的时候,是Host态0级,在这个级别你可以用VMXON进入VMM级,然后你可以在这个级别创建虚拟机,再用VMXON进入虚拟机,VMXOFF退出虚拟机。

虚拟机中仍可以有0-3级。

这样一来,在Host中,你只要能进入0级,就可以把自己提升到VMM级。

VirtualBox只要能在内核中插入一个模块,就可以为自己获得VMM的权限。

但这个方法在ARM64上是行不通的。

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