Qemu-kvm淺析

 

一．虛擬化介紹

在X86平臺的虛擬化技術中，新引入的虛擬化層一般稱爲虛擬化監控器（Virtual Machine Monitor,VMM），也叫Hypervisor。在虛擬化中，VMM必須能截獲計算元件到物理資源的直接訪問，並將其重定向到虛擬資源池中。根據VMM是用純軟件的方法仍是利用物理資源提供的機制來「截獲重定向」，可分爲軟件虛擬化和硬件虛擬化。

 

 

 

 

 

二：軟件虛擬化和硬件虛擬化

軟件虛擬化：QEMU,VMWare

QEMU採用動態二進制翻譯技術，客戶機的指令不能再物理機上直接執行，須要經過VMM翻譯，再轉換成能夠在物理機上執行的指令，這一般會產生顯著的性能開銷，因此QEMU虛擬機用起來是至關慢的，可是QEMU的優勢是平臺無關性，能夠在同一平臺模擬不一樣架構平臺的的虛擬機。這麼好的優勢真的是不該該被這麼慢的性能拖住而不被普遍使用，因此後面就搭配KVM一塊兒用，QEMU提供I/O，KVM提供對硬件的訪問。

VMWare採用二進制翻譯和直接執行相結合的方案。客戶機用戶空間的代碼採用直接執行的方式，客戶機的內核代碼則採用二進制翻譯的方式，咱們知道一個程序的大部分時間都是在用戶空間來完成的，大大的減小了翻譯所佔的開銷，與QEMU相比，這樣作性能會大幅提高，可是失去了跨平臺的能力。

 

硬件虛擬化：

說白了就是硬件提供了對特殊指令的截獲和重定向的支持，從而提高客戶機的性能。

 

 

三．半虛擬化和全虛擬化

在半虛擬化的方案中，經過改動客戶機的操做系統，使客戶機知道本身運行在虛擬化環境下，可以與VMM進行協同工做。本質上，半虛擬化弱化了對虛擬機特殊指令的被動截獲要求，將其轉化爲客戶機的操做系統主動通知。這個主動通知前提是須要修改客戶機的操做系統源代碼的。

 

全虛擬化：

全虛擬化爲客戶機提供了完整的虛x86平臺，包括處理器、內存和外設，客戶機認爲本身運行在硬件之上，性能相對於半虛擬化低。

隨着廠商的cpu對虛擬化的支持愈來愈好，intel引入Intel-VT，AMD引入ADM-V技術，靠硬件輔助的全虛擬化性能愈來愈好，全虛擬化將成爲虛擬化技術的核心

 

 

四．KVM

KVM（kernel-based Virtual Machine）是基於kernel的虛擬機，從Linux 2.6.20開始，KVM就被集成進內核，成爲內核的可加載的模塊。關於KMV,總結以下：

 

1.KVM的模塊:

kvm-intel.ko #for Intel CPU

kvm-amd.ko #for AMD CPU

kvm.ko #主要的模塊

當三個模塊都加載後，會出現/dev/kvm字符設備，負責qemu和kvm的通信

 

2. 在kvm架構中，每一個虛擬的CPU顯示爲一個常規的進程，有Linux調度程序進行調度，享受Linux內核全部的功能

 

3. KVM自己不提供模擬，運行在內核，提供CPU和內存的虛擬化，以及客戶機的I/O攔截，客戶機的I/O被KVM攔截後交給QEMU處理，爲KVM修改過的QEMU運行在用戶空間，提供硬件的I/O虛擬化，經過IOCTL /dev/kvm字符設備和KVM進行交互。

當KVM模塊被加載的時候：

1）首先初始化內部的數據結構；

2）作好準備後，KVM 模塊檢測當前的 CPU，而後打開 CPU 控制及存取 CR4 的虛擬化模式開關，並經過執行 VMXON 指令將宿主操做系統置於虛擬化模式的根模式；

3）最後，KVM 模塊建立特殊設備文件 /dev/kvm 並等待來自用戶空間的指令

 

4. KVM的功能列表：

1）支持CPU和Memory超分（overcommit）

2）支持virtio

3）支持熱插拔（cpu,塊設備，網絡設備等）

4）支持SMP（Symmetric Multi-Processing對稱多處理器系統）

5）支持實時遷移（Live Migration）

6）支持PCI設備直接分配和單根I/O虛擬化（SR-IOV)

7）支持內核同頁合併（KSM）

8）支持非一致性內存訪問（NUMA）

 

 

5. KVM工具集合

1） libvirt: 操做管理kvm虛擬機虛擬化API

2） Virsh: 基於libvirt命令行工具

3） Virt-Manager: 基於libvirt的GUI工具

4） Virt-v2v:虛擬機遷移

5） Virt-*

6） Svirt: 安全工具

 

 

五．Qemu-KVM的簡單安裝和使用

1）查看CPU是否支持虛擬化

cat /proc/cpuinfo|egrep 「vmx|svm」

2）如今的linux都帶有kvm 模塊，確保kvm模塊正確安裝

ls /dev/kvm

3) 安裝qemu

yum install qemu*

或者git clone https://git.qemu.org/git/qemu.git 下載最新的qemu

或者https://download.qemu.org/來下載想要的版本

 

4）建立img 文件，有通常有兩種方式

[a]. dd if=/dev/zero of=rhel7u4.img bs=1M count=8192

[b]. qemu-img create -f qcow2 rhel7u4.img 8G ; 推薦使用這種方式，這種方式建立出 來的img文件是稀疏文件，也就是剛建立出來並無8G,會隨着數據的增多而增長。

 

-f : 磁盤文件格式，通常有raw和qcow2, 一般用的較多的是qcow2,相比較raw格式來講，性能雖然差點，可是優勢是稀疏文件，而且具備加密、壓縮、快照等功能

 

格式轉換：qemu-img convert -f raw input.img -O qcow2 output.qcow2

 

5）將客戶機os安裝到img中，img能夠當作是qemu 客戶機啓動的硬盤。

taskset -c 0-4 qemu-system-x86_64 -name vm2 -enable-kvm -cpu host -smp cores=16,sockets=1, -m 77G -drive file=redhat.img -vnc :12  -netdev tap,id=ipvm1,ifname=tap3,script=/etc/qemu-ifup -device e1000,netdev=ipvm1,id=net0,mac=00:00:02:98:AC:62

 

taskset -c 1-4：綁定host的core，意思是用host的1-4 core來起這個guest

  -name vm2 :客戶機的名字

-enable-kvm 開啓kvm加速

-cpu host：客戶機cpu 模型

-smp：客戶機cpu

-m 77G:客戶機的內存

-drive file=/home/redhat.img : 配置驅動器，也能夠這樣寫 -boot order=cd  -hda=redhat.img  -cdrom=redhat.iso

-vnc :12 開啓vnc 5912端口，能夠經過該端口鏈接到客戶機，也能夠指定ip，例如-vnc  10.10.10.10:12,默認是127.0.0.1

-netdev tap,id=ipvm1,ifname=tap3,script=/etc/qemu-ifup 這是新版的net配置方式，這句話的意思是建立一個tap型的網絡設備，id=ipvm1 這個標識符能夠隨便取，ifname=tap3 tap設備網卡的名字，script=/etc/qemu-ifup表示在建立的虛擬機的時候會先執行qemu-ifup這個腳本，事實上還有個downscript=/etc/qemu-ifdown，這個是自動調用的，不須要特地去指定，是在結束的時候調用。

-device e1000,netdev=ipvm1,id=net0,mac=00:00:02:98:AC:62 這個-netdev是在host端建立了一個tap網卡，網卡id爲ipvm1, -device e1000是建立一個千兆的網卡，netdev=ipmi1，是與host端的tap設備網卡相對應的另一端，id=net0是guest端網卡的標識符，mac是指定guest端網卡的mac

 

 

另外有種結合numa node來指定客戶端的smp，例如 -smp cores=4,threads=2,socket=2 -numa  node, mem=1G，cpus=0-8,nodeid=0  -numa  node,mem=1G,cpus=9-15,nodeid=1

更簡單的方式也能夠寫成-smp 16，即指定guest的cpu 16 core

 

6）啓動guest後，按ctrl+alt+2 進入到(qemu)命令行，輸入info cpus 能夠看到guest cpu對應在host中的線程ID

另外能夠在起qemu的時候加入參數-monitor unix:/tmp/vm0.monitor,server,nowait

而後在host中輸入nc -U /tmp/vm0.monitor也能夠進到monitor裏

 

或者在host中ps -efL |grep qemu也能夠看到

 

22288是qemu啓動客戶機的進程號，22290-22297是它產生的線程，做爲客戶機的vCPU在運行。

 

7）進程處理器的親和性和vCPU的綁定

a. 查看vcpu在哪一個core上運行

[root@xid]# taskset  -p  3963

pid 3963′s current affinity mask: 4

這個4是16進制，即0100，即運行在core 3上

或者

[root@xid]# taskset  -pc  3963

pid 3963′s current affinity core: 3

加-c的參數，就直接表示哪一個core，是10進制的

b. 修改客戶機的qemu進程，使其運行在core 4上

[root@xid]# taskset -p 0x8 3963

pid 3963′s current affinity mask: 4

pid 3963′s new affinity mask: 8

或者

[root@xid]# taskset -pc  4  3963

pid 3963′s current core : 3

pid 3963′s new affinity core: 4