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一.KVM的原理简介
1.KVM的工作流程
用户模式的qemu利用libkvm通过ioctl进入内核模式，kvm模块为虚拟机创建虚拟内存，虚拟CPU后执行VMLauch指令进入客户模式。加载Guest OS并执行。如果Guest OS 发生外部中断或者影子页表缺页之类的情况，会暂停Guest OS的执行，退出客户模式，执行异常处理，之后重新进入客户模式，执行客户代码。如果发生I/O事件或者信号队列中有信号到达，就会进入用户模式处理。
2.KVM的架构
如图所示，左侧部分是一个标准的Linux操作系统，可以是RHEL、Fedora、Ubuntu等。KVM内核模块在运行时按需加载进入内核空间运行。KVM本身不执行任何设备模拟，需要用户空间程序QEMU通过/dev/kvm接口设置一个虚拟客户机的地址空间，向它提供模拟的I/O设备，并将它的视频显示映射回宿主机的显示屏。
3.KVM模块
KVM模块是KVM虚拟机的核心部分。其主要功能是初始化CPU硬件，打开虚拟化模式，然后将虚拟客户机运行在虚拟机模式下，并对虚拟客户机的运行提供一定的支持。
KVM模块加载之初，只存在/dev/kvm文件，而针对该文件的最重要的IOCTL调用就是“创建虚拟机”。在这里，“创建虚拟机”可以理解成KVM为了某个特定的虚拟客户机（用户空间程序创建并初始化）创建对应的内核数据结构。
处理器对设备的访问主要是通过IO指令和MMIO，其中IO指令会被处理器直接截获，MMIO会通过配置内存虚拟化来捕捉。但是，外设的模拟一般并不由KVM模块负责。一般来说，只有对性能要求比较高的虚拟设备才会由KVM内核模块来直接负责，比如虚拟终端控制器和虚拟时钟，这样可以大量减少处理器的模式切换的开销
二.Qemu原理介绍
1.Qemu架构
Qemu是纯软件实现的虚拟化模拟器，几乎可以模拟任何硬件设备，是一个完整的可以运行的软件，非常灵活可移植，我们最熟悉的就是能够模拟一台能够独立运行操作系统的虚拟机，虚拟机认为自己和硬件打交道，但其实是和Qemu模拟出来的硬件打交道，Qemu将这些指令转译给真正的硬件。
.2.Qemu模块
QEMU本身并不是KVM的一部分，其自身就是一个著名的开源虚拟机软件。与KVM不同，QEMU虚拟机是一个纯软件的实现，所以性能地下。但是，其优点是在支持QEMU本身编译运行的平台上就可以实现虚拟机的功能，甚至虚拟机可以与宿主机并不是同一个架构。作为一个存在已久的虚拟机，QEMU的代码中有整套的虚拟机实现，包括处理器虚拟化、内存虚拟化，以及KVM使用到的虚拟设备模拟（比如网卡、显卡、存储控制器和硬盘等）。
从QEMU和KVM模块之间的关系可以看出，这是典型的开源社区在代码共用和开发项目共用上面的合作。诚然，QEMU可以选择其他的虚拟机或技术来加速，比如Xen或者KQEMU；KVM也可以选择其他的用户空间程序作为虚拟机实现，只要它按照KVM提供的API来设计。但是在现实中，QEMU与KVM两者的结合是最成熟的选择，这对一个新开发和后起的项目（KVM）来说，无疑多了一份未来成功的保障。
3.Qemu的三种运行模式
1)第一种模式是通过kqemu模块实现内核态的加速。
2)第二种模式是在用户态直接运行QEMU，由QEMU对目标机的 所有 指令进行翻译后执行，相当于全虚拟化。
3)第三种模式则是KVM官方提供的kvm-qemu加速模式。
4.Qemu的特点
（1）QEMU的两种操作模式：完整的系统仿真和用户模式仿真。
（2）QEMU具有以下特点：
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QEMU可以在没有主机内核驱动程序的情况下运行。
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它适用于多种操作系统（GNU / Linux，* BSD，Mac OS X，Windows）和体系结构。
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它执行FPU的精确软件仿真。
（3）QEMU用户模式仿真具有以下功能 -
通用Linux系统调用转换器，包括大部分ioctls。
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使用本机CPU clone的仿真为线程使用Linux调度程序。
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通过将主机信号重新映射到目标信号来实现精确信号处理。
（4）QEMU全系统仿真具有以下特点： -
QEMU使用完整的软件MMU来实现最大的便携性。
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QEMU可以选择使用内核加速器，如kvm。加速器本地执行大部分客户代码，同时继续模拟机器的其余部分。
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可以仿真各种硬件设备，并且在某些情况下，客户机操作系统可以透明地使用主机设备（例如串行和并行端口，USB，驱动器）。主机设备传递可用于与外部物理外围设备（例如网络摄像头，调制解调器或磁带驱动器）交谈。
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对称多处理（SMP）支持。目前，内核加速器需要使用多个主机CPU进行仿真。
三.KVM和Qemu的关系
- Qemu是一个独立的虚拟化解决方案，通过intel-VT 或AMD SVM实现全虚拟化，安装qemu的系统，可以直接模拟出另一个完全不同的系统环境。QEMU本身可以不依赖于KVM，但是如果有KVM的存在并且硬件(处理器)支持比如Intel VT功能，那么QEMU在对处理器虚拟化这一块可以利用KVM提供的功能来提升性能。
- KVM是集成到Linux内核的Hypervisor，是X86架构且硬件支持虚拟化技术（Intel-VT或AMD-V）的Linux的全虚拟化解决方案。它是Linux的一个很小的模块，利用Linux做大量的事，如任务调度、内存管理与硬件设备交互等。准确来说，KVM是Linux kernel的一个模块。
四.Qemu工具介绍
1.qemu-img
qemu-img是QEMU的磁盘管理工具，在qemu-kvm源码编译后就会默认编译好qemu-img这个二进制文件。qemu-img也是QEMU/KVM使用过程中一个比较重要的工具。下面我们将几条重要的选项讲解一下。
2.qemu-img
3.qemu-kvm
此命令用于创建虚拟机，其使用格式为“qemu-kvm [options] [disk_image]”，其选项非常多，大致可分为如下几类：
- 标准选项；
- USB选项；
- 显示选项；
- 386平台专用选项；
- 网络选项；
- 字符设备选项；
- 蓝牙相关选项；
- Linux系统引导专用选项；
- 调试/专家模式选项；
- PowerPC专用选项；
- Sparc32专用选项。
4.qemu-kvm
- qemu-kvm的标准选项，该选项主要涉及指定主机类型、CPU模式、NUMA、软驱设备、光驱设备及硬件设备等。
- qemu-kvm的显示选项，该选项主要用来配置虚拟机的显示状态。
- 网络属性相关选项，该选项用来配置虚拟机的网络信息。
5.qemu-ga
- qga是一个运行在虚拟机内部的普通应用程序（可执行文件名称默认为qemu-ga，服务名称默认为qemu-guest-agent），其目的是实现一种宿主机和虚拟机进行交互的方式，这种方式不依赖于网络，而是依赖于virtio-serial（默认首选方式）或者isa-serial，而QEMU则提供了串口设备的模拟及数据交换的通道，最终呈现出来的是一个串口设备（虚拟机内部）和一个unix socket文件（宿主机上）。
- qga通过读写串口设备与宿主机上的socket通道进行交互，宿主机上可以使用普通的unix socket读写方式对socket文件进行读写，最终实现与qga的交互，交互的协议与qmp（QEMU Monitor Protocol）相同（简单来说就是使用JSON格式进行数据交换），串口设备的速率通常都较低，所以比较适合小数据量的交换。
6，qemu-io
这是一个执行 Qemu I/O 操作的命令行工具，可以对qemu-img创建的镜像进行I/O测试，其帮助文档为，使用格式为qemu-io [-h] [-V] [-rsnm] [-c cmd] … [file]，下面是常用的选项：
（1）-c, --cmd：执行指令；
（2）-r, --read-only：设置出口为只读模式；
（3）-s, --snapshot：使用快照文件进行测试；
（4）-n, --nocache：禁用主机缓存；
（5）-k, --native-aio：使用内核AIO实现（仅在Linux上）；
（6）-t, --cache=MODE：对image使用指定的缓存模式。
7.qemu-nbd
qemu-nbd在有的系统上叫kvm-nbd，qemu-nbd-xen等。基本上都一样。用qemu-nbd实现mount虚拟硬盘到Host上的功能。
网络块设备: Network Block Device。可以将一个远程主机的磁盘空间，当作一个块设备来使用，就像一块硬盘一样。使用它，可以很方便的将另一台服务器的硬盘空间增加到本地服务器上。
NBD与NFS有所不同，NFS只是提供一个挂载点供客户端使用，客户端无法改变这个挂载点的分区格式。而NBD提供的是一个块设备，客户端可以把这个块设备格式化成各种类型的分区，更便于用户的使用。
五.Qemu支持的磁盘格式介绍
1.qemu-nbd
qemu-img支持非常多种的文件格式，我们可以通过“qemu-img --help”查看帮助文档得到，它支持二十多种格式：vvfat、vpc、vmdk、vhdx、vdi、ssh、sheepdog、rbd、raw、host_cdrom、host_floppy、host_device、file qed、qcow2、qcow、parallels、nbd、iscsi、gluster、 dmg、tftp、ftps、ftp、https、http、cloop、bochs、blkverify、blkdebug。
下面对其中几种常用的文件格式做简单的介绍。
