Linux_KVM虚拟化深度解析：内核与QEMU协作机制

本文档深入剖析了Linux KVM虚拟化源代码，主要关注KVM结构及其工作原理。Linux KVM是一种内核模块，它将虚拟化功能集成到了Linux内核中，形成了一个虚拟机监控器（VMM）。KVM的核心由两个部分组成：KVMDriver和QEMU。 KVMDriver作为内核模块，负责关键的虚拟化任务，如创建虚拟机、分配虚拟内存、管理虚拟CPU寄存器和执行。它将Linux的执行模式扩展为客户模式，这是一种与传统内核模式和用户模式并行的新型态。在客户模式下，Guest OS（虚拟机操作系统）作为标准Linux进程运行，而内核模式则处理因I/O或指令导致的模式切换。用户模式下的QEMU负责执行I/O操作，并通过LibKVM接口与内核通信。 图1展示了KVM的基本架构，其中/dev/kvm作为字符设备，提供了与内核交互的接口，用于虚拟机的创建和初始化。kvm_vm fd和kvm_vcpu fd分别对应虚拟机实例和虚拟处理器的文件描述符，用于控制和调度这些虚拟资源。 KVM的工作原理主要分为两个阶段：用户模式下的QEMU通过ioctl系统调用进入内核模式，KVM Driver在此创建虚拟内存和CPU后启动客户模式，让Guest OS运行。当Guest OS遇到中断或内存管理问题时，会暂停执行，切换回内核模式进行处理，然后再返回客户模式继续执行。I/O操作和信号处理则在用户模式中完成，这体现了KVM的全虚拟化特性，即客户机无需了解底层硬件，只需专注于其自身的软件栈。 这篇文档详尽地揭示了Linux KVM如何通过内核驱动和用户空间模拟器的协同工作，实现了高效且安全的虚拟化环境。这对于理解KVM的底层实现机制和开发者优化虚拟化性能具有重要意义。