Linux跟踪器与虚拟化技术的应用

KVM虚拟化技术1 KVM（Kernel-based Virtual Machine）是一种基于Linux的开源虚拟化解决方案，它使用硬件虚拟化扩展（Intel VT/AMD-V）来实现X86硬件的虚拟化。KVM本身不执行任何模拟，需要用户空间应用程序QEMU通过/dev/kvm接口设置一个客户机虚拟服务器的地址空间，向它提供模拟的I/O。KVM模块实现处理器的虚拟化和内存虚拟化。 1. KVM原理 KVM是基于Linux的开源虚拟化解决方案，它使用硬件虚拟化扩展（Intel VT/AMD-V）来实现X86硬件的虚拟化。KVM本身不执行任何模拟，需要用户空间应用程序QEMU通过/dev/kvm接口设置一个客户机虚拟服务器的地址空间，向它提供模拟的I/O。KVM模块实现处理器的虚拟化和内存虚拟化。 2. KVM基础功能 2.1 CPU虚拟化 在QEMU/KVM中，QEMU提供对CPU的模拟，展现给客户机一定的CPU数量和CPU的特性。在KVM打开的情况下，客户机中CPU指令的执行由硬件处理器的虚拟化功能（如Intel VT-x和AMD AMD-V）辅助执行，具有非常高的执行效率。在KVM环境中，每个客户机都是一个标准的Linux进程（QEMU进程），而每一个vCPU在宿主机中是QEMU进程派生的一个普通线程。 在Linux中，一般进程有两种执行模式：内核模式和用户模式。在KVM环境中，增加了第三条模式：客户模式。vCPU在三种执行模式下的分工如下： * 用户模式：主要处理I/O的模拟和管理，由QEMU的代码实现 * 内核模式：主要处理特别需要高性能和安全相关的指令，如处理客户模式到内核模式的转换，处理客户模式下的I/O指令或其他特权指令引起的VM-Exit，处理影子内存管理（shadow MMU） * 客户模式：主要执行Guest中的大部分指令，I/O和一些特权指令除外它们会引起VM-Exit，被hypervisor截获并模拟 2.2 内存虚拟化 内存是一个非常重要的部件，它是与CPU沟通的一个桥梁。在通过QEMU命令行启动客户机时设置内存的参数是-m：-m megs # 设置客户机的内存为megs MB大小 EPT（Extended Page Tables，扩展页表）和VPID（Virtual-Processor Identifiers，虚拟处理器标识）是两种重要的虚拟化技术。 EPT是一种基于硬件的虚拟化技术，用于加速从虚拟机地址至主机物理地址的转换过程，节省传统软件处理方式的系统开销。VPID是对现在的CPUID功能的一个强化，因为在每个CPU中都有一个TLB，用来缓存逻辑地址到物理地址的转换表，而每个虚拟机都有自己的虚拟CPU来对应。在进行迁移时要进行TLB的转存和清除。而VPID则会跟踪每个虚拟CPU的TLB，当进行虚拟机迁移或VM Entry与VM Exit时，VMM可以动态的分配非零虚拟处理器的ID来迅速匹配（0 ID给VMM自己使用），从而避免了TLB的转存与清除的操作，节省了系统开销，并提高了迁移速度，同时也降低了对系统性能的影响。 2.3 存储虚拟化 QEMU提供了对多种块存储设备的模拟，包括IDE、SCSI、软盘、U盘、virtio磁盘等。qemu-kvm提供-drive参数来详细定义一个存储驱动器：-drive option[,option[,option[,...]]] Define a new drive. Valid options are: file=file # 指定硬盘镜像,file=镜像文件名 if=interface # 指定驱动器使用的接口类型，如ide, scsi, sd, mtd, floppy, pflash, virtio KVM虚拟化技术提供了一种高效、可靠的虚拟化解决方案，能够满足多种不同的业务需求。