KVM 核心概念

一、KVM 是什么

KVM（Kernel-based Virtual Machine）是 Linux 内核中的虚拟化模块，把 Linux 本身变成一个 Type-1 Hypervisor。

关键点：

不是独立程序
是 内核模块
依赖 CPU 硬件虚拟化（VT-x / AMD-V）

二、KVM 的整体架构（必须吃透）

硬件 (CPU / Memory / NIC / Disk)
 └── Linux Kernel
      ├── KVM 模块（kvm.ko / kvm_intel.ko / kvm_amd.ko）
      ├── 内存管理 / 调度 / NUMA
      └── QEMU（用户态进程）
           └── 虚拟机（Guest OS）

各组件职责

组件	作用
KVM	CPU / 内存虚拟化
QEMU	设备模拟（磁盘、网卡、显卡）
libvirt	管理 API（VM 生命周期）
virtio	半虚拟化设备驱动

三、KVM 的工作原理（底层）

1️⃣ CPU 虚拟化

核心依赖

Intel VT-x
AMD-V

执行机制

Guest CPU 指令 -> VMX 模式
特权指令 -> Trap -> Host 处理

👉 性能接近裸机

2️⃣ 内存虚拟化（难点）

地址转换

Guest Virtual Address
 -> Guest Physical Address
 -> Host Physical Address

关键技术

技术	说明
EPT / NPT	二级页表
HugePage	减少 TLB miss
Balloon	内存回收
NUMA	内存亲和

3️⃣ I/O 虚拟化

三种模式

模式	特点
全虚拟化	模拟真实硬件（慢）
半虚拟化	virtio（主流）
直通	PCI Passthrough / SR-IOV

四、QEMU 在 KVM 中的角色（常被误解）

KVM ≠ QEMU

KVM：内核模块，负责执行
QEMU：用户态进程，负责设备

没有 KVM

QEMU -> 纯模拟 -> 很慢

有 KVM

QEMU + KVM -> 硬件辅助 -> 高性能

五、libvirt 的作用（管理层）

libvirt 是 KVM 的“控制面”

能做什么

创建 / 启动 / 停止 VM
网络 / 存储池管理
XML 配置抽象

常见 URI

URI	场景
qemu:///system	生产
qemu:///session	测试

六、KVM 网络模型（高频）

1️⃣ NAT（default）

VM -> virbr0 -> NAT -> 外网

简单
性能一般
不适合生产

2️⃣ Bridge（生产主流）

VM ─┐
    ├─ br0 ── 物理网卡 ── 外网
Host┘

VM 与宿主同网段
性能好
K8S / OpenStack 必用

3️⃣ OVS（云平台）

VXLAN
SDN
OpenStack / Kubernetes

七、KVM 存储模型

类型	场景
文件（qcow2）	测试
LVM	生产
Ceph RBD	云平台
NFS	简单共享

qcow2 特点

支持快照
写时复制
性能略低于 raw

八、KVM 权限与安全模型（很关键）

system vs session

模式	权限
system	root / libvirt 组
session	当前用户

安全机制

SELinux
cgroup
namespace
sVirt

九、KVM vs 其他虚拟化

对比	KVM	Xen	ESXi
类型	内核	裸金属	裸金属
生态	最强	下降	商业
云厂商	主流	少	少

十、KVM 的典型应用场景

私有云（OpenStack）
云厂商 IaaS
Kubernetes 节点
CI / 测试环境
数据库隔离部署

十一、常见误区（一定要避）

❌ KVM 是 Type-2
❌ QEMU = KVM
❌ virtio 不重要
❌ 容器能替代 VM
❌ 不需要 NUMA 规划

十二、总结

KVM 是 Linux 内核中的虚拟化能力，依赖硬件辅助，通过 QEMU 模拟设备、libvirt 管理生命周期，性能接近裸机，是云计算的事实标准。

十三、进阶路线（建议）

1️⃣ KVM 核心原理
2️⃣ 网络（Bridge / OVS）
3️⃣ 存储（LVM / Ceph）
4️⃣ 性能调优（NUMA / HugePage）
5️⃣ OpenStack / K8S