一、相关概述
- 虚拟化技术：通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机，在一台计算机上同时允许多个逻辑计算机
- 同时每个逻辑计算机可运行不同的操作系统，应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互相不影响，从而提高计算机的工作效率
二、KVM简介
* KVM (Kernel-based Vritual Machine)——基于内核的虚拟机
* KVM是基于虚拟化打展的X86硬件的开源Linux原生的全虚拟化方案(要求cpu支持Intel-VT-x或AMD-V)
* KVM内嵌于内核模块中，模拟处理器和内存以支持虚拟机运行
* 虚拟机被实现为常规的Linux进程，由标准Linux调度程序进行调度;
* 虚拟机的每个虚拟CPU被实现为一个常规的Linux进程。这使得KMV能够使用Linux内核的已有功能
* 但KVM本身不执行任何模拟。需要客户空间程序(虚拟机)通过/dev/kvm (此虚拟设备需要开起硬件辅助虚拟化才能看到)接口设置一个客户机虚拟服务器的地址 空间,
* 并且由Qemu模拟/O (ioctl) 进行调度资源和维护管理
* Libvit: KVM的管理工具，除了可以管理KVM这类VMM,还可以管理Xen, VirtualBox, 甚至OpenStack底层
* Libvirt包含3个组件:后台daemon程序libvirtd. API库、 命令行I具virsh
KVM虚拟化架构及三种模式
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客户模式(guestOS)：VM中的OS为GuestOS
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客户机在操作系统中运行的模式，客户机分为内核模成和用户模式
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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工作在此模式下(Qemu的主要功能)
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linux内核模式:模拟CPU、内存，实现客户模式切换，处理从客户模式的推出，KVM即运行在此模式下
KVM原理 -
Guest：客户机系统，包括CPU (vCPU) 、内存、驱动(Console、 网卡、I/O设备驱动等)
被KVM置于一种受限制的CPU模式下运行。
KVM内核模块模拟处理器和内存以支持虚拟机运行
Qemu主要处理I/O以及为客户提供一 个用户空间/dev/kvm工具libvirt来进行虚拟机管理
ioctl(定义)专用于设备输入输出操作的系统调用
libvirt: KVM管理工具
以上构成一个完整的虚拟化平台
可以简单理解为：
KVM驱动提供处理器、内存的虚拟化，以及客户机I/O的拦截，guest的I/O被拦截后，交由Qemu处理
Qemu利用接口libkvm调用(ioctl）虚拟机设备接口/dev/kvm来分配资源、管理、维护虚拟机
KVM工作流程
用户模式的Qemu利用接口libkvm 通过 ioctl系统调用进入内核模式。KVM驱动为虚拟机创建虚拟CPU和虚拟内存，然后执行VMLAU-NCH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异常，则暂停Guest OS的运行并保存当前状态同时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V/O则处理完成后重新进入客户模式。如果需要V/O则进入到用户模式，则由Qemu来处理I/O，处理完成后进入内核模式，再进入客户模式
三、虚拟化技术发展
1961年，IBM709机器实现了分时系统，将CPU占用切分为多个极短的时间片（1/100sec）每一个时间片执行不同的工作，通过对这些时间片进行轮询从而将一个CPU伪装成多个CPU
1972年，IBM正式将system370机分时系统命名为虚拟机
1990年，IBM推出的system390机支持逻辑分区（将一个CPU分为多份，相互独立，也就是逻辑分割）
Xen 2003年问世，是一个外部的hypervisor/VMM程序（虚拟机管理程序），能够控制宿主机和给多个客户机分配资源
KVM：2007年问世，现已内置在kernel内核中的
Xen 支持的虚拟化技术：全虚拟化，半虚拟化
KVM支持的虚拟机化技术：全虚拟化
四、虚拟化的三种类型
- 全虚拟化：将物理硬件资源全部通过软件的方式抽象化，最后进行调用
- 使用的方法:使用hypervisor (VMM)软件，其原理是在底层硬件和服务器之 间建立一个抽象层，而基于核心的虚拟机是面向Linux系统的开源户品hypervisor(VMM)可以捕捉CPU的指令,为指令访问硬件控制器和外设充当中介。
- 半虚拟化：需要修改操作系统
- 直通：直接使用物理硬件资源（需要支持，还不完善）
五、虚拟化的优势
- 集中化管理(远程管理、维护)
- 提高硬件利用率(物理资源利用率低例如峰值，虚拟化解决了"空闲"容量)
- 动态调整机器/资源配置(虚拟化把系统的应用程序和服务硬件分离、提高了灵活性)
- 高可靠(可部署额外的功能和方案，可提高透明负载均衡、迁移、恢复复制等应用环境)
六、虚拟化的劣势
- 前期高额费用(初期的硬件支持)
- 降低硬件利用率(特定场景-例如极度吃资源的应用不一定适合虚拟化)
- 更大的错误影响面(本地物理机down机会导致虚拟机均不可用，同时可能虚拟机中文件全部损坏)
- 实施配置复杂、管埋复杂(管理人员运维、排障困难)
- 一定的限制性(虚拟化技术涉及各种限制，必须与支持/兼容虚拟化的服务器、应用程序及供应商结合使用)
- 安全性(虚拟化技术自身的安全隐患)