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KVM
KVM（Kernel-based Virtual Machine）是一個Linux環(huán)境下的開源虛擬化技術(shù)，它允許在x86架構(gòu)硬件上創(chuàng)建多個虛擬機，并且支持運行多種操作系統(tǒng)，包括Linux和Windows。
KVM作為一個內(nèi)核模塊存在于Linux中，自2.6.20版本起就集成于Linux內(nèi)核里。它利用CPU的虛擬化擴展技術(shù)來提供高效、靈活的虛擬化解決方案。
特點[ ]
1、高效性能：KVM接近于裸機的性能，因為它是內(nèi)核的一部分，可以直接運行在硬件上，不需要像傳統(tǒng)的模擬器那樣在軟件層面模擬硬件。
2、平臺支持：KVM支持多種平臺，包括x86 (32位和64位)、s390和PowerPC等CPU架構(gòu)。
3、開源免費：KVM是完全開源的，任何人都可以免費使用并修改源代碼，這使得它能快速適應各種需求和快速發(fā)展的虛擬化技術(shù)趨勢。
4、硬件要求：為了運行KVM，需要CPU支持虛擬化技術(shù)，如Intel VT或AMD-V。
5、管理便捷：KVM可以通過網(wǎng)絡進行遠程管理，支持標準如IPMI的新服務器管理界面，使得IT基礎(chǔ)設施的管理更加方便和高效。
工作原理[ ]
- 內(nèi)核模塊：KVM作為一個可加載的內(nèi)核模塊(kvm.ko)，存在于Linux內(nèi)核中。它利用CPU的虛擬化擴展（Intel VT-x或AMD AMD-V）來創(chuàng)建和管理虛擬機。
- 硬件虛擬化支持：KVM使用硬件輔助虛擬化技術(shù)，允許每個虛擬機直接運行在硬件上，同時保持隔離性。這種硬件加速提高了虛擬化的效率和性能。
- QEMU的作用：雖然KVM本身負責處理CPU和內(nèi)存的虛擬化，但IO（輸入/輸出）設備的虛擬化則由QEMU來提供。QEMU是一個獨立的開源虛擬機軟件，與KVM配合使用，模擬各種硬件設備提供給虛擬機使用。
- 虛擬機管理：在KVM架構(gòu)中，一臺虛擬機實際上是作為一個普通的Linux進程運行。通過對這些進程的管理，KVM能夠?qū)崿F(xiàn)對虛擬機的有效管理。這種方式使得KVM可以利用Linux內(nèi)核本身的調(diào)度器進行資源分配和管理。
- Hypervisor的角色：當KVM模塊被加載到Linux內(nèi)核后，這個內(nèi)核就起到了Hypervisor的作用。它不僅負責虛擬機的創(chuàng)建和監(jiān)控，還負責硬件資源的管理和虛擬化環(huán)境的維護。
虛擬化模式[ ]
半虛擬化[ ]
- 需要修改操作系統(tǒng)：在半虛擬化模式下，運行在虛擬機上的客戶操作系統(tǒng)需要進行修改，以便它知道自己是在虛擬環(huán)境中運行，并且能夠通過特定的API與宿主機通信。
- 性能優(yōu)勢：由于客戶操作系統(tǒng)知道它是在虛擬環(huán)境中運行，并且可以直接與宿主機通信，因此半虛擬化通常能提供更高的性能和更低的資源消耗。
- 兼容性限制：半虛擬化的一個缺點是它要求對客戶操作系統(tǒng)進行修改，這可能不適用于那些無法修改的操作系統(tǒng)，如某些版本的Windows系統(tǒng)。
全虛擬化[ ]
- 無需修改操作系統(tǒng)：在全虛擬化模式下，客戶操作系統(tǒng)不需要進行任何修改，它認為自己是直接運行在硬件上。這種模式通過使用虛擬設備驅(qū)動程序和硬件加速來實現(xiàn)對硬件環(huán)境的模擬。
- 資源消耗：全虛擬化的缺點是它可能會消耗更多的資源，因為它需要模擬硬件環(huán)境，這可能會導致一些性能損失。
- 更好的兼容性：全虛擬化適用于需要支持多種不同操作系統(tǒng)的場景，因為它不需要對客戶操作系統(tǒng)進行任何修改。
KVM內(nèi)存管理[ ]
KVM繼承了Linux系統(tǒng)管理內(nèi)存的諸多特性，比如，分配給虛擬使用的內(nèi)存可以被交換至交換空間、能夠使用大內(nèi)存頁以實現(xiàn)更好的性能，以及對NUMA的支持能夠讓虛擬機高效訪問更大的內(nèi)存空間等。KVM基于Intel的EPT（ExtendedPage Table）或AMD的RVI（Rapid Virtualization Indexing）技術(shù)可以支持更新的內(nèi)存虛擬功能，這可以降低CPU的占用率，并提供較好的吞吐量。
KVM還借助于KSM（Kernel Same-pageMerging）這個內(nèi)核特性實現(xiàn)了內(nèi)存頁面共享。KSM通過掃描每個虛擬機的內(nèi)存查找各虛擬機間相同的內(nèi)存頁，并將這些內(nèi)存頁合并為一個被各相關(guān)虛擬機共享的單獨頁面。在某虛擬機試圖修改此頁面中的數(shù)據(jù)時，KSM會重新為其提供一個新的頁面副本。實踐中，運行于同一臺物理主機上的具有相同GuestOS的虛擬機之間出現(xiàn)相同內(nèi)存頁面的概率是很的，比如共享庫、內(nèi)核或其它內(nèi)存對象等都有可能表現(xiàn)為相同的內(nèi)存頁，因此，KSM技術(shù)可以降低內(nèi)存占用進而提高整體性能。