什么是kvm虚拟化？怎么实现远程控制KVM？

kvm实现主要基于Intel-V或者AMD-V提供的虚拟化平台，利用普通的Linux进程运行于虚拟态的指令集，模拟虚拟机监视器和CPU。kvm不提供硬件虚拟化操作，其IO操作等都借助QEMU来完成。关于kvm虚拟化的概念和kvm虚拟化如何搭建是什么很多人都不了解。本文小编将为您详细介绍kvm虚拟化。

什么是kvm虚拟化？

kvm 全称 kernel-based virtual machine，由Qumranet公司发起，2008年被RedHat收购。

kvm有如下特点：
guest作为一个普通进程运行于宿主机
guest的CPU(vCPU)作为进程的线程存在，并受到宿主机内核的调度
guest继承了宿主机内核的一些属性，比如huge pages(大页表）
guest的磁盘IO和网络IO会受到宿主机的设置的影响
guest通过宿主机上的虚拟网桥与外部相连。

虚拟CPU
guest的所有用户级别(user)的指令集，都会直接由宿主机线程执行，此线程会调用kvm的ioctl方式提供的接口加载guest的指令并在特殊的CPU模式下运行，不需要经过CPU指令集的软件模拟转换，大大的减少了虚拟化成本，这也是kvm优于其他虚拟化方式的点之一。

kvm向外提供了一个虚拟设备/dev/kvm，通过ioctl(IO设备带外管理接口）来对kvm进行操作，包括虚拟机的初始化，分配内存，指令加载等等。

虚拟IO设备
guest作为一个进程存在，当然他的内核的所有驱动等都存在，只是硬件被QEMU所模拟（后面介绍virtio的时候特殊)。guest的所有硬件操作都会有QEMU来接管，QEMU负责与真实的宿主机硬件打交道。

虚拟内存
guest的内存在host上由emulator提供，对emulator来说，guest访问的内存就是他的虚拟地址空间，guest上需要经过一次虚拟地址到物理地址的转换，转换到guest的物理地址其实也就是emulator的虚拟地址，emulator再次经过一次转换，转换为host的物理地址。后面会有介绍各种虚拟化的优化手段，这里只是做一个overview。

虚拟机启动过程
第一步，获取到kvm句柄

kvmfd = open("/dev/kvm", O_RDWR);

第二步，创建虚拟机，获取到虚拟机句柄。

vmfd = ioctl(kvmfd, kvm_CREATE_VM, 0);

第三步，为虚拟机映射内存，还有其他的PCI，信号处理的初始化。

ioctl(kvmfd, kvm_SET_USER_MEMORY_REGION, &mem);

第四步，将虚拟机镜像映射到内存，相当于物理机的boot过程，把镜像映射到内存。

第五步，创建vCPU，并为vCPU分配内存空间。

ioctl(kvmfd, kvm_CREATE_VCPU, vcpuid);

vcpu->kvm_run_mmap_size = ioctl(kvm->dev_fd, kvm_GET_VCPU_MMAP_SIZE, 0);

第五步，创建vCPU个数的线程并运行虚拟机。

ioctl(kvm->vcpus->vcpu_fd, kvm_RUN, 0);

第六步，线程进入循环，并捕获虚拟机退出原因，做相应的处理。

这里的退出并不一定是虚拟机关机，虚拟机如果遇到IO操作，访问硬件设备，缺页中断等都会退出执行，退出执行可以理解为将CPU执行上下文返回到QEMU。

open("/dev/kvm")

ioctl(kvm_CREATE_VM)

ioctl(kvm_CREATE_VCPU)

for (;;) {

ioctl(kvm_RUN)

switch (exit_reason) {

case kvm_EXIT_IO: / ... /

case kvm_EXIT_HLT: / ... /

}
}
关于kvm_CREATE_VM参数的描述，创建的VM是没有cpu和内存的，需要QEMU进程利用mmap系统调用映射一块内存给VM的描述符，其实也就是给VM创建内存的过程。

怎么实现远程控制KVM？

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升级后的向日葵控控，连接一个支持热键切换的KVM切换器，组成多口IPKVM，还能控制多台主机，可以满足更多使用场景。这样，无论家庭，还是企业，尤其是机房、实验室等需要维护、监控局域网多台主机的时候，控控都有用武之地。