[virt][concept]虚拟化技术概论--KVM，QEMU，Libvirt

前言： 以作者的经验来看，虚拟化的跨度比较大，很多概念比较难以理解，本来以为“硬件行为，就是这样的”好多概念，都变成虚拟的了。 作者对kernel略懂一二，结合过往的很多经验来看，就更加难以理解了～ 所以，作者尝试着把理解的过程描述出来（尽管作者在虚拟化上面，谈不上很专业，这里还是不自量力一下了）。 分析： 硬件概念：在分析虚拟化原理之前，先来看一下“本来就应该这样”的硬件设计图。 从Intel官网（http://download.intel.com/design/chipsets/datashts/29054901.pdf）下载文档。 下图就是选自文档的Intel 440 FX的块图：

分析块图的拓扑结构，再结合文档（以及过去的一些经验），不难发现，一个完整的平台应该包括以下： 1，CPU 2，Memory 3，IRQ chip 4，PCI Bus 5，PCI Bridge&PCI Device 6，Disk 7，Net Card 8，Other Device（isa，usb，video，keyboard，mouse，IDE controller，USB controller….） 虚拟化：如果想要成功跑起来虚拟机，就要虚拟出来上述的各种硬件出来（但不限于上述），并且，按照类似的拓扑结构组织起来。 所以，本文的主角出场了：KVM，QEMU。 KVM在Linux上被编译成为一个内核模块，提供最核心的CPU虚拟化能力，硬件的二级页表能力，中断注入能力等。

CPU的虚拟化：Intel的CPU提供的VMX能力，能够虚拟化出来CPU，使CPU跑在VM模式下，跑在VM模式下CPU遇到异常，会退出VM模式，然后KVM会handle住各种异常（异常不代表就是错误），要么KVM自己处理，要么交给QEMU来处理。 Memory的虚拟化：CPU进入VM模式下，其实就是在跑Guest OS的代码。Guest OS（以Linux为例）中，跑在protected mode，使用虚拟内存，Guest OS会把Guest Virtual Memory Address映射成Guest Physical Memory Address。而虚拟机在Host OS中，本身只是一个普通的进程，Host OS则需要把虚拟机进程的Host Virtual Memory Address映射成为Host Physical Memory Address。这样一个GVA->GPA->HVA->HPA的过程，会由硬件通过TDP（two dimentional paging）实现。 QEMU则完成了硬件设备的虚拟化。 PCI Bus虚拟化：QEMU虚拟化出来PCI Bus，用软件模拟出来PCI规范。当CPU访问PCI设备（PCI设备通过Bus，Device，Function来寻址）的时候，QEMU通过PCI Bus找到相应的设备，完成通信。 PCI Bridge&PCI Device的虚拟化：PCI Bridge可以用来扩展PCI Device的数目（一条PCI Bus最多有32个Device），可以在扩展后的Bus上继续添加PCI Device。而QEMU的PCI Device则完整的模拟硬件的PCI Device，PCI Device有自己的配置空间（关于PCI的配置空间，在这里不解析），QEMU需要实现PCI Device的配置空间读写能力，以便Guest可以得到配置；另外，QEMU还需要模拟出来PCI Device的Port IO/Memory Mapped IO能力，完成和Guest的通信。 Disk：在这里，暂时不分析block&file的区别，也不分析raw&qcow2的区别。总之，就是让虚拟机觉得自己有磁盘。在硬件上，磁盘是一个块设备，它可以接在IDE控制器上，也可以接在SCSI控制器上，还可以接在USB控制器上，在QEMU上，还可以让磁盘作为一个PCI Device直接接在PCI Bus上。 Net Card：网卡做为一个PCI Device，直接接在PCI Bus上。在Host中，可以使用TAP，网桥创建虚拟网卡。 Other Device的虚拟化：IDE controller做为一个PCI Device接在PCI Bus上，Disk或者CDROM可以接在IDE controller上，这里需要说明一下，IDE controller只能接4个IDE Device；SCSI controller可以做为一个PCI Device接在PCI Bus上，SCSI controller可以接15Disks。。。 Libvirt：Libvirt提供了包括qemu，lxc，vmware等多个虚拟化产品的管理能力。Libvirt提供了更加便于管理的xml管理机制，更加强大应用的用户管理工具virsh，更加严格的参数校验和状态维护能力等。 另外，libvirt同时提供了计算，存储，网络的管理能力。 后记： 给作者的感觉，Disk和Net Card的发挥空间更大一些，容易出问题，需要改动的地方也会比较多。各种挂卷了，卸卷了，XX厂家支持120块盘了；挂载光驱，什么本地光驱了，什么远程光驱了，什么迁移不能带光驱了。。。

概念性的东西偏多，不分析代码了。。。