KVM虚拟化技术详解：从原理到实践

KVM虚拟化技术详解：从原理到实践

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/m0_71071763/article/details/145898875

KVM（Kernel-based Virtual Machine）是一个基于Linux内核的开源虚拟化技术，它允许在单一物理机器上运行多个操作系统实例。本文将详细介绍KVM的工作原理、主要组成部分、优缺点以及具体的安装和使用步骤，帮助读者全面了解和掌握这一重要的虚拟化技术。

KVM概述

KVM（Kernel-based Virtual Machine）是一个开源的虚拟化技术，它利用Linux内核作为虚拟化的基础，将Linux操作系统转变为一个虚拟化平台，使其能够运行多个虚拟机。每个虚拟机都有自己的虚拟硬件（如虚拟CPU、内存、硬盘和网络接口），而且它们彼此隔离。KVM允许在单一物理机器上同时运行多个操作系统实例（虚拟机），这些虚拟机可以运行不同的操作系统，如Linux、Windows等。

KVM自带在Linux内核中，因此它不需要额外的模块或软件包来实现虚拟化，且它是基于硬件虚拟化的。KVM是现代数据中心和云计算环境中非常重要的虚拟化技术之一。

KVM的工作原理

KVM通过利用现代CPU（如Intel VT-x和AMD-V）提供的硬件虚拟化特性来实现虚拟化。KVM的核心原理是将Linux内核扩展成一个虚拟化管理程序（Hypervisor），它能够管理和控制多个虚拟机的执行。KVM的工作原理可以分为以下几个关键点：

1. 内核模块和用户空间工具

• KVM本身是Linux内核中的一个模块。通过这个模块，Linux可以将物理硬件（CPU、内存等）划分给不同的虚拟机。
• 除了内核模块，KVM还依赖于用户空间的工具和库（如libvirt、QEMU等）来提供虚拟机的管理、监控、创建等功能。

2. 虚拟化模式

• KVM运行在Linux内核的上层，并且利用硬件虚拟化（Intel VT-x、AMD-V）来高效地执行虚拟机。在硬件支持虚拟化时，KVM利用硬件虚拟化扩展（如Intel VT-x）来直接执行虚拟机的指令。
• 如果没有硬件虚拟化支持，KVM会通过软件模拟来实现虚拟化，但这种方式的性能较低。

3. 虚拟机（VM）

• 每个KVM虚拟机都是一个完全独立的进程，运行在用户空间中。每个虚拟机都包括自己的内存、CPU、硬盘、网络接口等虚拟硬件资源。
• 虚拟机运行的操作系统通过KVM访问虚拟硬件，并且和其他虚拟机或宿主操作系统是完全隔离的。

4. 内存管理

• KVM利用Linux内核的内存管理机制来分配和管理每个虚拟机的内存。在KVM中，内存被划分成页，虚拟机的内存页由宿主系统的物理内存页映射。
• KVM还使用了称为页表映射的技术来管理虚拟机的虚拟地址和物理地址之间的关系。

5. CPU虚拟化

• KVM通过硬件虚拟化支持（如Intel VT-x和AMD-V）来实现CPU的虚拟化。它允许每个虚拟机像在真实物理机器上一样运行自己的指令集。
• KVM通过使用虚拟机监控器（VMM）来管理虚拟机的CPU状态，确保虚拟机的执行不会干扰其他虚拟机或宿主系统。

6. I/O虚拟化

• KVM通过QEMU（Quick Emulator）来提供虚拟机的硬件设备模拟，例如网络适配器、磁盘驱动器等。
• KVM还支持高效的I/O虚拟化技术，如virtio，它允许虚拟机与宿主机之间进行高性能的I/O操作，减少了虚拟化开销。

7. 隔离与安全性

• KVM的每个虚拟机都在其自己的隔离环境中运行，这意味着一个虚拟机的崩溃不会影响其他虚拟机或宿主系统。
• KVM提供了多种隔离机制来保护虚拟机之间的安全性。例如，虚拟机之间的内存是隔离的，且不能相互访问。

KVM的主要组成部分

1. KVM内核模块

• KVM的核心组件是内核模块（kvm.ko）。它实现了虚拟化的低级功能，如上下文切换、虚拟内存管理、CPU调度等。

2. QEMU

• QEMU（Quick Emulator）是一个开源的虚拟化工具，通常与KVM配合使用。它为虚拟机提供了硬件模拟，管理虚拟机的硬盘、网络、显示和输入输出设备。

3. Libvirt

• Libvirt是一个用于管理虚拟化平台的工具库，它提供了一个统一的API来与KVM和其他虚拟化技术交互。通过Libvirt，可以执行虚拟机的创建、启动、停止、迁移等操作。

4. VirtIO

• VirtIO是一种高效的虚拟设备接口，它可以提高虚拟机与宿主机之间的I/O性能。VirtIO使得虚拟机可以以接近原生硬件的速度与宿主机进行通信。

5. VNC/Spice

• KVM支持VNC（Virtual Network Computing）和Spice（Simple Protocol for Independent Computing Environments）协议，用于通过网络访问虚拟机的图形界面。

KVM的优缺点

优点：

1. 开源和免费：KVM是一个开源项目，免费使用，并且可以根据需要进行修改和定制。
2. 高性能：得益于硬件虚拟化支持（Intel VT-x和AMD-V），KVM提供了接近原生性能的虚拟化体验。
3. 灵活性和可扩展性：KVM可以支持多种操作系统，灵活的网络和存储配置使其适应各种环境。
4. 成熟和稳定：作为Linux内核的一部分，KVM得到了广泛的测试和使用，具有高稳定性和成熟度。
5. 资源隔离：每个虚拟机都被严格隔离，可以独立运行不同的操作系统和应用程序。

缺点：

1. 配置复杂：相比其他虚拟化技术（如VMware），KVM的配置和管理可能稍显复杂。
2. 缺少图形化管理工具：虽然可以通过virt-manager等工具进行管理，但KVM默认不提供如VMware vSphere那样强大的图形化管理界面。

KVM被广泛应用于云计算环境（如OpenStack），并且在现代数据中心中占据了重要地位。它为高效的虚拟化和资源管理提供了强大的支持。

VMware虚拟机安装kvm

打开虚拟机 点击设置 点击处理器 打开VMware的虚拟化引擎Intel VT-x/EPT 或 AMD-V/RVI。

查看CPU是否支持虚拟化技术

方法1：检查 CPU 是否支持虚拟化技术命令

egrep -c '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo

如果返回结果大于 0，则表示您的系统支持虚拟化技术。

方法2：

lscpu | grep Virtualization

如果输出的是 VT-x 或 AMD-V，则表示支持虚拟化技术。如果没有该行或没有相关信息，可能表示不支持虚拟化。

安装 KVM 及相关软件包，可以通过以下命令来安装：

yum -y install qemu-kvm qemu-kvm-tools virt-install qemu-img bridge-utils libvirt virt-manager

查看系统中是否加载了与 KVM（Kernel-based Virtual Machine）相关的内核模块。

lsmod | grep kvm

进入kvm图形化

在命令行输入virt-manager就能进入kvm图形化界面了

新建虚拟机

选择本地安装介质。

提前把系统镜像文件上传上去。

根据需要，选择合适的运行内存和CPU数量，前进

设置内存大小。

点击完成

弹出界面

选择如下

点击开始安装

后面的步骤就和VMware安装linux操作系统的步骤一样，太占用内存我就不演示了。

KVM 常用命令的总结表格

这个表格总结了 KVM 中常用的命令，帮助你高效管理虚拟机。