「libvirt」- The virtualization API

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认识

官网：https://libvirt.org/
文档：https://libvirt.org/docs.html
仓库：https://gitlab.com/libvirt/libvirt

其是一个管理虚拟化平台的工具包；
可以从 C，Python，Perl，Java 等访问；
支持 KVM，QEMU，Xen，Virtuozzo，VMWare ESX，LXC，BHyve 等；
针对 Linux，FreeBSD，Windows 和 OS-X；

Difference between KVM and QEMU

目前来说，QEMU 是一个独立的虚拟化解决方案，并不依赖 KVM（它本身自己可以做 CPU 和内存的模拟，只不过效率较低），而 KVM 是另一套虚拟化解决方案，对 CPU 进行虚拟效率较高（采用了硬件辅助虚拟化），但本身不提供其他设备的虚拟化，借用了 QEMU 的代码进行了定制，所以 KVM 方案一定要依赖 QEMU；

即使后来 RedHat 后来开发了 libvirt，也只能简单的认为 libvirt 是个虚拟机管理工具，仍然需要通过用户空间 QEMU 来与 KVM 进行交互；

组成

QEMU – Quick Emulator

QEMU 是一个管理程序（Virtual Machine Monitor），一个管理和分配硬件资源的程序。QEMU 通过动态二进制转换来模拟 CPU，并提供一系列的硬件模型，使客户操作系统认为自己和硬件直接打交道，其实是同 QEMU 模拟出来的硬件打交道，QEMU 再将这些指令翻译给真正硬件进行操作。通过这种模式，客户操作系统可以和主机上的硬盘、网卡、CPU、CD-ROM、音频设备、USB 设备进行交互。但由于所有指令都需要经过 QEMU 来翻译，因而性能会比较差；

所以说，QEMU 是一个模拟器；

http://wiki.qemu.org/Main_Page
http://wiki.qemu.org/Contribute
http://wiki.qemu.org/Documentation

KVM – Kernel-based Virtual Machine

KVM 实际是 Linux 内核提供的虚拟化架构，可将内核直接充当 Hypervisor 来使用。KVM 需要处理器硬件本身支持虚拟化扩展，如 intel VT 和 AMD AMD-V 技术。KVM 自 2.6.20 版本后已合入主干并发行，除此之外，还以模块形式被移植到 FreeBSD 和 illumos 中。除了支持 x86 的处理器，同时也支持 S/390、PowerPC、IA-61 以及 ARM 等平台；

KVM 包含一个内核模块 kvm.ko 用来实现核心虚拟化功能，以及一个和处理器强相关的模块（如 kvm-intel.ko 或 kvm-amd.ko）。KVM 本身不实现任何模拟，仅仅是暴露了一个 /dev/kvm 接口，这个接口可被宿主机用来主要负责 vCPU 的创建，虚拟内存的地址空间分配，vCPU 寄存器的读写以及 vCPU 的运行。有了 KVM 以后，guest os 的 CPU 指令不用再经过 QEMU 来转译便可直接运行，大大提高了运行速度。但 KVM 的 kvm.ko 本身只提供了 CPU 和内存的虚拟化，所以它必须结合 QEMU 才能构成一个完整的虚拟化技术；

QEMU-KVM

从前面的介绍可知，KVM 负责 CPU 虚拟化 + 内存虚拟化，实现了 CPU 和内存的虚拟化，但 kvm 并不能模拟其他设备，还必须有个运行在用户空间的工具才行。KVM 的开发者选择了比较成熟的开源虚拟化软件 QEMU 来作为这个工具，QEMU 模拟 IO 设备（网卡，磁盘等），对其进行了修改，最后形成了 QEMU-KVM；

从前面的介绍可知，KVM 负责 CPU 虚拟化 + 内存虚拟化，实现了 CPU 和内存的虚拟化，但 kvm 并不能模拟其他设备，还必须有个运行在用户空间的工具才行。KVM 的开发者选择了比较成熟的开源虚拟化软件 QEMU 来作为这个工具，QEMU 模拟 IO 设备（网卡，磁盘等），对其进行了修改，最后形成了 QEMU-KVM；

在 QEMU-KVM 中：KVM 运行在内核空间；QEMU 运行在用户空间，实际模拟创建、管理各种虚拟硬件。QEMU 将 KVM 整合了进来，通过 ioctl 调用 /dev/kvm，从而将 CPU 指令的部分交给内核模块来做，KVM 实现了 CPU 和内存的虚拟化，但 KVM 不能虚拟其他硬件设备，因此 qemu 还有模拟 IO 设备（磁盘，网卡，显卡等）的作用，KVM 加上 QEMU 后就是完整意义上的服务器虚拟化；

综上所述，QEMU-KVM 具有两大作用：

  • 提供对 CPU，内存（KVM 负责），IO 设备（QEMU 负责）的虚拟；
  • 对各种虚拟设备的创建，调用进行管理（QEMU 负责）；

这个方案中，QEMU 模拟其他的硬件，如网络、硬盘，同样会影响这些设备的性能。于是又产生了半虚拟化设备 virtio_blk, virtio_net，提高设备性能；

命令程序 and 配置文件

# dpkg –get-selections | grep libvirt | awk ‘{print $1}’ | xargs dpkg -L | grep -E ‘(/(s)*)bin/’ | xargs dpkg -S

客户端

  • virsh | management user interface
  • virt-admin | daemon administration interface
  • virt-host-validate | validate host virtualization setup
  • virt-login-shell | tool to execute a shell within a container matching the users name
  • virt-pki-validate | validate libvirt PKI files are configured correctly
  • virt-xml-validate | validate libvirt XML files against a schema

服务端

  • libvirtd | libvirtd management daemon
  • virt-sanlock-cleanup | remove stale sanlock resource lease files
  • virtlockd | libvirt lock management daemon
  • virtlogd | libvirt log management daemon

构建

for Kylin v4

apt-get install qemu-* -y --allow-unauthenticated
apt-get install libvirt* -y --allow-unauthenticated
apt-get install virt-manager -y --allow-unauthenticated

应用

许多应用程序都是使用该库来管理虚拟机；使用 libvirt 的应用可以参考「Applications using libvirt」一文；

参考文献

KVM – Kernel Virtual Machine
homepage of the virt-manager
QEMU,KVM 及 QEMU-KVM 介绍
Hypervisor, KVM, QEMU 总结
Wikipedia/QEMU, Hypervisor
Qemu-KVM 基本工作原理分析