第四章QemuXen、与KVM41基於系统核心的虚拟机器(Kernel-based.PDFVIP

第四章 Qemu 、Xen 、與KVM 在本章節中，我們將描述三種常使用在電腦上並實現虛擬機器的軟體工具， 像是使用完全虛擬化技術來模擬一個客戶端作業系統來提供虛擬機器運作的 QEMU軟體工具，以及使用半虛擬化技術來模擬一個可修改過的客戶端作業系 統來提供虛擬機器運作的 Xen軟體工具 ，與基於 Linux的 KVM(Kernel-based Virtual Machine) 。透過本章節的描述與介紹，能夠使讀者對一些模擬虛擬化機器 的軟體工具有所了解。 4.1 基於系統核心的虛擬機器(Kernel-based Virtual Machine, KVM) 4.1.1 KVM的介紹 基於系統核心的虛擬機器(Kernel-based Virtual Machine, KVM)是一個開放式 自由軟體的完全虛擬化技術， KVM 主要是運行在x86硬體架構下的 Linux作業 系統，KVM的虛擬化技術也可支援 Intel VT或是 AMD-V的硬體架構。 KVM是 由一系列可載入的系統核心模組所組成，這個可載入的系統核心模組稱為 kvm.ko ，這個kvm.ko是提供核心虛擬化的基礎技術與處理器的特定模組，例如： kvm-intel.ko或是 kvm-amd.ko ，透過kvm.ko的支援能夠使 KVM運行在 x86 、Intel VT 、或是AMD-V的硬體架構上。 KVM可以支援多個虛擬機器來運行未修改過 的 Linux或 Windows 作業系統，每一個虛擬機器都是使用獨自的虛擬化裝置， 例如：網路卡、硬碟、圖形介面卡、音效卡等虛擬化裝置。 KVM廣泛地支援各 種不同客戶端的作業系統，例如：Linux 與Windows 兩大作業系統以及OpenBSD 、 FreeBSD 、OpenSolaris 、Solaris x86 、與MS DOS 等平台。KVM源起於 Qumranet 公司，KVM的程式碼在 2006 年12月提交到 Linux 系統核心社群，並在2007 年 1月正式納入到 Linux 系統核心2.6.20的版本中，之後 KVM也成為 Linux 系統 核心的主要特色之一。在2008 年小紅帽(Red Hat)併購 Qumranet 公司，而KVM 是由 Avi Kivity 與Marcelo Tosatti 共同維護。KVM在各程 GNU 授權下可以分成 下列幾個部份：KVM 系統核心模式是授權在GPL v2 ，而KVM的使用者模式是 授權在 LGPL v2 ，QEMU 虛擬處理器核心的函式庫(libqemu.a)與QEMU的 PC 系 統模擬器都是授權在LGPL ，Linux的使用者模式 QEMU模擬器是授權在 GPL ， 而BIOS的檔案是授權在 LVPL v2 ，例如：bios.bin 、vgabios.bin 、與vgabios-cirrus.bin 等。 KVM的架構 在 KVM的架構中，虛擬機器是以正規化的 Linux作業系統程序來呈現，而 處理器的資源排程技術也是以標準化的 Linux作業系統處理器排程來進行。事實 上，每一個虛擬化的處理器看似一個正規化的Linux作業系統程序來運行，所以 KVM能夠以虛擬化的方式來模擬 Linux 系統核心上所有的裝置功能。而在模擬 一些裝置設備上是應用已修改過的QEMU版本來進行處理，這些裝置設備包含 支援 BIOS 、PCI 匯流排、USB 匯流排、與一套標準化的設備模擬，例如：IDE 、 小型計算機系統介面(Small Computer System Interface, SCSI)的磁碟控制器、網路 卡、圖形介面卡、或音效卡等裝置設備。 記憶體管理 (Memory Management) KVM也具有 Linux作業系統中有效地管理內部記憶體空間的特性，所以在 使用 KVM 來模擬出多個虛擬機器時，每一個虛擬機器在運作時所需佔用到的內 部記憶體空間配置，可以透過 Linux作業系統中的內部記憶體管理技術來達成最 佳化的效益，例如：不均勻記憶體存取(Non-Uniform Memory Access, NUMA)的 內部記憶體管理技術，NUMA是一個在多處理器中常使用的計算機記憶體設計， 而NUMA的記憶體存取時間是取決於處理器的記憶體相對位置。在 NUMA中， 處理器可以存取自己所擁有的記憶體相對位置