Qemu-KVM基本工作原理分析

1、理解KVM与Qemu的关系

我们都知道开源虚拟机KVM，并且知道它总是跟Qemu结合出现，那这两者之间有什么关系呢？

首先，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。

而广义的KVM实际上包含两部分，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我们可以用图简单描述一下：

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：

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