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KVM虚拟化技术生态环境介绍

http://xanpeng.github.io/wiki/virt/kvm-virtulization-echosystem-intro.html

kvm和qemu/qemu-kvm的关系

qemu vs. qemu-kvm:

• 从qemu 1.3开始，kvm userspace code就维护在qemu mainline中(git clone https://git.kernel.org/pub/scm/virt/kvm/qemu-kvm.git, ref)
• qemu： http://git.qemu.org/?p=qemu.git;a=tags
• qemu-kvm： http://git.kernel.org/cgit/virt/kvm/qemu-kvm.git/refs/tags
• 从qemu release_0_5_1开始fork： http://git.kernel.org/cgit/virt/kvm/qemu-kvm.git/commit/?id=be26a5288e43d3177908a92251c526d54fbb936d
• 合入qemu v1.3.0： http://git.qemu.org/?p=qemu.git;a=commit;h=cab1e8f3e37d8e883c270e3afd9c7c1c18332f0e "as of the 1.3 release all qemu-kvm features have been merged into upstream QEMU"( http://wiki.qemu.org/KVM)
• 示意图：

qemu vs. kvm:

• QEMU by itself isn't very fast, as it does a lot of emulation even when running on the hardware compatible with the guest operating system. To make it perform better, QEMU has a kernel module called KVM that allows much of the guest OS's code to run directly on the host processor when running on x86 or x86-64 processors with virtualisation extensions under Linux.
• kvm位于内核中，git clone https://git.kernel.org/pub/scm/virt/kvm/kvm.git.

kvm架构和细节

KVM (Kernel-based Virtual Machine), by RedHat.

• 利用现代CPU虚拟化技术，Intel-VT，AMD-V
• 用户态driver是qemu，通过用户态driver使用processor
• hardware layer是由qemu模拟的
• kvm也可以不使用CPU虚拟化技术，不过那样的话，相当于通过qemu做完全模拟

kvm @kernel:

• kvm core framework
  • virt/kvm/* 7309
• arch related kvm codes
  • arch/x86/kvm/* 37076
  • arch/arm/kvm/* 7751
  • arch/powerpc/kvm/* 29307
  • arch/s390/kvm/* 4198
  • arch/ia64/kvm/* 12328
  • arch/mips/kvm/* 5628
  • arch/tile/kvm/* 37
  • drivers/s390/kvm/* 1447
• kvm header files
  • arch//include/asm/kvm 7179
  • include/linux/kvm 1238
  • include/asm-generic/kvm 21
• kvm docs
  • Documentation/virtual/kvm/* 4774
  • Documentation//kvm.txt 249

qemu架构和细节

• 安装需要的库：glib-2.12(http://www.gtk.org/download/linux.php)
• 可以模拟一个OS，可以不需要KVM:
  1. modprobe -r kvm
  2. qemu-system-x86_64 -name "qemutest" -M pc-0.12 -m 1024 -smp 2 -boot d -drive file=/home/root/kvm/images/opensuse11/disk0.raw,if=virtio,index=0,media=disk,format=raw -drive file=/dev/sr0,index=1,media=cdrom -net nic,model=virtio,macaddr=52:54:00:05:11:11 -vga cirrus -balloon virtio
  3. lsmod | grep kvm发现kvm.ko没有加载
  4. 系统在运行，简单凭感觉启动速度和执行速度都要比kvm虚拟机慢
• 支持的image格式(http://en.wikibooks.org/wiki/QEMU/Images#Image_types)：
  • qcow2: "native" and most flexible, (cow, encryption, compression, vm snapshots)
  • raw: plain binary image of disc image
  • cow: copy-on-write format, 因历史原因而支持
  • qcow: 老版QEMU cow格式，已经被qcow2取代
  • vmdk: VMWare 3/4/6 image格式
  • vdi: VirtualBox 1.1 image格式
• 使用Windows vm：
  • 制作Win7 vm image(http://en.wikibooks.org/wiki/QEMU/Images#Creating_an_image)
    1. qemu-img create -f qcow2 win7-x86_64-sp1.img 16G (要求>8576M)
    2. 插入win7的安装光盘
    3. qemu-system-x86_64 -m 2048 -hda win7-x86_64-sp1.img -cdrom /dev/sr0 -boot d (对内存大小有限制)，开始正常的系统安装过程
    4. 安装完成，在vm内部关机。得到可运行的win7 image，大小为7.4G
    5. 启动win7 vm：qemu-system-x86_64 -m 2048 win7-x86_64-sp1.img
  • 配置

qemu-1.5.1:

• 主程序相关：vl.c, cpu-exec.c, exec.c, translate-all.c, thunk.c, disas.c
• 指令翻译：tcg/
• 硬件模拟：hw/
• 网络传输：slirp/
• image protocol：block/
  • block/sheepdog.c
  • block/rbd.c

sheepdog, rbd如何被支持：

• libvirt xml文件里写sheepdog/rbd
• libvirt解析xml，向qemu发送对应的命令
• qemu调用sheepdog/rbd driver

libvirt所处的位置、架构和实现

libvirt是目前使用最为广泛的对KVM虚拟机进行管理的工具和API，而且一些常用的虚拟机管理工具（如virsh、virt- install、virt-manager等）和云计算框架平台（如OpenStack、OpenNebula、Eucalyptus等）都在底层使用 libvirt的应用程序接口。

  

libvirt是为了更方便地管理平台虚拟化技术而设计的应用程序接口、守护进程和管理工具。它提供的功能:

• 对虚拟化客户机的管理
• 对虚拟化网络和存储的管理
• 支持多种虚拟化方案，包括KVM、QEMU、Xen、VMware、VirtualBox等在内的平台虚拟化方案
• 支持OpenVZ、LXC等Linux容器虚拟化系统
• 支持用户态Linux（UML）的虚拟化
• 提供了为基于AMQP（高级消息队列协议）的消息系统（如Apache Qpid）提供QMF代理，这可以让云计算管理系统中宿主机与客户机、客户机与客户机之间的消息通信变得更易于实现
• 为安全的远程管理虚拟客户机提供了加密和认证等安全措施

代码特性：

• 提供了一套较为稳定的C语言应用程序接口
• 其他一些流行的编程语言中也提供了对libvirt的绑定，在Python、Perl、Java、Ruby、PHP、OCaml等高级编程语言中已经有libvirt的程序库可以直接使用
• 对多种不同的Hypervisor的支持是通过一种基于驱动程序的架构来实现的，在libvirt源代码中，可以很容易找到 qemu_driver.c、xen_driver.c、xenapi_driver.c、vmware_driver.c、vbox_driver.c 这样的驱动程序源代码文件
• 几个重要的概念：Node、Domain、Hypervisor，node表示物理节点，domain表示运行的OS实例。
• 管理功能：
  • 域的管理：启动、停止、暂停、保存、恢复和动态迁移；对多种设备类型的热插拔操作，包括磁盘、网卡、内存和CPU；...
  • 远程节点的管理
  • 存储的管理：创建不同格式的客户机镜像；挂载NFS共享存储系统、查看现有的LVM卷组、创建新的LVM卷组和逻辑卷、对磁盘设备分区、挂载iSCSI共享存储
  • 网络的管理：列出现有的网络接口卡，配置网络接口，创建虚拟网络接口，网络接口的桥接，VLAN管理，NAT网络设置，为客户机分配虚拟网络接口

社区特点：

• 免费的开源的软件，使用的许可证是LGPL，使用libvirt库进行链接的软件程序不需要一定选择开源和遵守GPL许可证。
• 目前，libvirt的开发主要由Redhat公司作为强大的支持，由于Redhat公司在虚拟化方面逐渐偏向于支持KVM（而不是Xen），故libvirt对QEMU/KVM的支持非常成熟和稳定
• IBM、Novell等公司以及众多的个人开发者，对libvirt项目的代码贡献量非常大

资料：
1、slide: KVM, KERNEL-BASED VIRTUAL MACHINE, Internals, code and more，有十分清晰的示意图。
2、slide: KVM: Virtualisation The Linux Way，偏重背景介绍。
3、Chris Wright@RedHat: KVM: Linux-based Virtualization，概要介绍。