kvm虚拟机分析

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1、CN43—1258／TPISSN1007—130X计算机工程与科学COMPUTERENGINEERING＆SCIENCE2008年第30卷第Al期v01．30，No．A1，2008文章编号：1007—130X(2008)A1—0129-04KVM虚拟机分析AnalysisonKVMVirtualizationMachine李胜召，郝沁汾。肖利民LISheng-zhao。HAOQin-fen，XIAOLbmin(北京航空航天大学计算机学院，北京100083)(SchoolofComputerSciencea

2、ndEngineering，lkihangUniversity，eeoiP瑶100083，China)摘要：KVM(Kemel-basedVirtualMachine，基于内核的虚拟机)是一个新兴的基于Linux内核的虚拟机管理软件。目前其研究资料非常匮乏。本文着重分析KVM虚拟机的内部结构，重点探讨了其内部基于Intelv，r-x的硬件虚拟化技术，从处理器管理、内存管理、设备管理三个方面阐释了KVM虚拟机的基本工作原理及其实现的关键技术；在此基础上探讨了提高KVMI／0效率的方法。Abstract：KV

3、M(Kernel—basedVirtualMachine)isanewvirtualmachinemanagementsoftwarebasedontheLinuxker—nel．Atpresentitsresearchmaterialisverydeficient．ThispaperfocusesontheanalysisoftheKVMvirtnalmachine’Sin-ternalstructure，especiallydiscussesitsinteriorhardwarevirtualizat

4、iontechnologybasedontheIntelv，r．x，andalsoexplainsthebasicprincipleandkeytechnologieswhichtheKVMvirtualmachineusesfromtheprospectsofprocessor，memoryanddevicemanagement．BasedOntheaboveanalysis。amethodofenhancingKVMI／Oefficiencyisproposed．关键词：KVM；硬件虚拟化；处理器管理

5、；内存管理；设备管理Keywords：KVM：hardwarevirtualization；processormanagement；memorymanagement；devicemanagement中图分类号：TP309文献标识码：A1引言上世纪六七十年代，IBM公司最早提出了虚拟机的概念，并将其运用到VM／370系统中。但是后来虚拟机的发展一度很缓慢。现在随着硬件性能的大幅提升以及网络服务整合的需求，使得虚拟机技术获得了良好的发展基础和广泛的应用前景(这里所讨论的虚拟机是系统虚拟机，即支持操作系统的虚拟

6、机)。虚拟机具有很多优点和重要的应用场合，在许多文献[3“1都有提到。下面列举其中一些：(1)充分共享计算机资源，多个操作系统可以同时存在和运行于同一台计算机，使得操作系统的部署灵活方便，并且能够有效隔离操作系统和资源；(2)用于系统软件的测试；(3)能够虚拟物理上不存在的硬件。目前的虚拟机管理软件有很多，例如：Xen，Bochs、Crusoe、Qemu、BIRD、VMware、VinualPC、UML等。而最近出现的基于I．inux内核的虚拟机KVM，由Qumrant公司资助开发，其性能接近单机操作系统

7、(NativeOperatingSystem)。由于其优越的性能和开源性，被业界广泛看好，被认为是未来最有前途的一款虚拟机管理软件。但正是由于其新兴性，关于其内部结构的研究资料非常少，因此本文着重对KVM的内部实现进行了大量深入细致的分析，从处理器管理、内存管理和设备管理三个方面详细的分析了KVM的内部实现及其关键技术，之后分析了KVM现存的一些问题，提出了提高KVMI／O效率的方法，总结和展望了未来KVM的发展。2KVM虚拟机结构及工作原理X86体系结构设计之初并没有考虑对虚拟机的支持，一些特权指令在用

8、户空间执行的时候很难被截获。例如POPF；一些特权状态很难被隐藏，例如CPL(当前特权级)。这为基于X86的虚拟化技术带来一些问题和挑战，Robin和Irvine分析了X86体系结构在虚拟化时面临的问题[6]。一些传统的系统虚拟机，例如：Bochs、Crusoe、Qe-mu、BIRD、VirtualPC、UML等，其实现复杂并且效率较低，KVM吸纳了各个虚拟机的长处和优势，使用基于硬件·收稿日期：2007—04-13；修订日期