QEMU-KVM基本工作原理
QEMU-KVM基本工作原理
QEMU-KVM是一种广泛使用的开源虚拟化技术，它结合了QEMU模拟器和KVM（Kernel-based Virtual Machine）内核模块，为用户提供了一个强大的虚拟化平台。本文将详细介绍QEMU-KVM的基本工作原理，包括其结构、CPU虚拟化和内存虚拟化等方面的内容。
1. QEMU-KVM结构
2. CPU虚拟化
X86体系结构CPU虚拟化技术的称为 Intel VT-x 技术，引入了VMX，提供了两种处理器的工作环境。 VMCS 结构实现两种环境之间的切换。 VM Entry 使虚拟机进去guest模式，VM Exit 使虚拟机退出guest模式。
VMM调度guest执行时，qemu 通过 ioctl 系统调用进入内核模式，在 KVM Driver中获得当前物理 CPU的引用。之后将guest状态从VMCS中读出， 并装入物理CPU中。执行 VMLAUCH 指令使得物理处理器进入非根操作环境，运行guest OS代码。
当 guest OS 执行一些特权指令或者外部事件时， 比如I/O访问，对控制寄存器的操作，MSR的读写等， 都会导致物理CPU发生 VMExit， 停止运行 Guest OS，将 Guest OS保存到VMCS中， Host 状态装入物理处理器中， 处理器进入根操作环境，KVM取得控制权，通过读取 VMCS 中 VM_EXIT_REASON 字段得到引起 VM Exit 的原因。 从而调用kvm_exit_handler 处理函数。 如果由于 I/O 获得信号到达，则退出到userspace模式的 Qemu 处理。处理完毕后，重新进入guest模式运行虚拟 CPU。
3. 内存虚拟化
从CPU视角看来，物理机上的内存是一段1.从0开始，2.连续物理地址。在虚拟化中，VMM接管了所有内存，但guest OS的对内存的使用就存在这两点冲突了，除此之外，一个guest对内存的操作很有可能影响到另外一个guest乃至host的运行。VMM的内存虚拟化就要解决这三个问题，VMM需要给每个guest都虚拟化出这么一段1.从0开始的，2.连续的地址空间作为guest视角下的物理内存，3.还不能互相影响。
在OS代码中，应用程序也是需要一段1.从0开始，2.连续物理地址，3同时不影响其他应用。关键点在于有逻辑地址这个中间层。所以VMM的解决方法也是添加了一个中间层：guest物理地址空间；guest看到是从0开始的guest物理地址空间（类比从0开始的线性地址），而且是连续的，虽然有些地址没有映射；同时guest物理地址映射到不同的host逻辑地址，如此保证了VM之间的安全性要求，比较容易想到将qemu进程的虚拟地址作为这样一段空间提供给guest作为物理地址空间。
这样MEM虚拟化就是GVA->GPA->HPA的寻址过程，传统软件方法有影子页表，硬件虚拟化提供了EPT支持。