Общи принципи на работа на QEMU-KVM

Сегашното ми разбиране:

1) KVM

KVM (базирана на ядрото виртуална машина) е хипервайзор (VMM – Virtual Machine Manager), работещ като модул на Linux OS. Хипервизорът е необходим, за да стартира някакъв софтуер в несъществуваща (виртуална) среда и в същото време да скрие от този софтуер реалния физически хардуер, на който работи този софтуер. Хипервайзорът действа като „дистанционер“ между физическия хардуер (хост) и виртуалната ОС (гост).

Тъй като KVM е стандартен модул на ядрото на Linux, той получава всички необходими екстри от ядрото (управление на паметта, планировчик и т.н.). И съответно в крайна сметка всички тези предимства отиват при гостите (тъй като гостите работят на хипервизор, който работи на/в ядрото на Linux OS).

KVM е много бърз, но сам по себе си не е достатъчен за стартиране на виртуална ОС, защото... Това изисква I/O емулация. За I/O (CPU, дискове, мрежа, видео, PCI, USB, серийни портове и т.н.) KVM използва QEMU.

2) QEMU

QEMU (Quick Emulator) е емулатор за различни устройства, който ви позволява да стартирате операционни системи, предназначени за една архитектура, на друга (например ARM -> x86). В допълнение към процесора QEMU емулира различни периферни устройства: мрежови карти, HDD, видео карти, PCI, USB и др.

Работи така:

Инструкциите/двоичният код (например ARM) се преобразуват в междинен независим от платформата код с помощта на конвертора TCG (Tiny Code Generator) и след това този независим от платформата двоичен код се преобразува в целеви инструкции/код (например x86).

ARM –> междинен_код –> x86

По същество можете да стартирате виртуални машини на QEMU на всеки хост, дори и с по-стари модели процесори, които не поддържат Intel VT-x (Intel Virtualization Technology) / AMD SVM (AMD Secure Virtual Machine). В този случай обаче той ще работи много бавно, поради факта, че изпълняващият се двоичен код трябва да бъде прекомпилиран в движение два пъти, като се използва TCG (TCG е компилатор Just-in-Time).

Тези. Самият QEMU е мега готин, но работи много бавно.

3) Защитни пръстени

Двоичният програмен код на процесорите работи с причина, но е разположен на различни нива (пръстени / защитни пръстени) с различни нива на достъп до данни, от най-привилегированите (пръстен 0), до най-ограничените, регулирани и „със затегнати гайки“ ” (Пръстен 3 ).

Операционната система (ядрото на ОС) работи на Ring 0 (режим на ядрото) и може да прави каквото си поиска с всякакви данни и устройства. Потребителските приложения работят на ниво Ring 3 (потребителски режим) и не им е позволено да правят каквото си искат, а вместо това трябва да изискват достъп всеки път, за да извършат определена операция (по този начин потребителските приложения имат достъп само до собствените си данни и не могат да „получат в” пясъчника на някой друг). Пръстен 1 и 2 са предназначени за използване от шофьори.

Преди изобретяването на Intel VT-x / AMD SVM, хипервайзорите работеха на Ring 0, а гостите работеха на Ring 1. Тъй като Ring 1 няма достатъчно права за нормална работа на операционната система, с всяко привилегировано повикване от системата за гости, хипервайзорът трябваше да промени това повикване в движение и да го изпълни на Ring 0 (подобно на QEMU). Тези. двоичен файл за гости НЕ се изпълнява директно на процесора и всеки път преминава през няколко междинни модификации в движение.

Режийните разходи бяха значителни и това беше голям проблем, а след това производителите на процесори, независимо един от друг, пуснаха разширен набор от инструкции (Intel VT-x / AMD SVM), които позволиха изпълнението на гост OS код ДИРЕКТНО на хост процесора (заобикаляйки всякакви скъпи междинни стъпки, както беше преди).

С появата на Intel VT-x / AMD SVM беше създадено специално ново ниво на звънене -1 (минус едно). И сега хипервайзорът работи на него, а гостите работят на Ring 0 и получават привилегирован достъп до процесора.

Тези. в крайна сметка:

• хостът работи на пръстен 0
• гостите работят на Ring 0
• хипервизорът работи на Ring -1

4) QEMU-KVM

KVM дава на гостите достъп до Ring 0 и използва QEMU за емулиране на I/O (процесор, дискове, мрежа, видео, PCI, USB, серийни портове и т.н., които гостите „виждат“ и с които работят).

Следователно QEMU-KVM (или KVM-QEMU) :)

КРЕДИТИ
Снимка за привличане на внимание
Изображение на защитни пръстени

PS Текстът на тази статия е публикуван първоначално в канала на Telegram @RU_Voip като отговор на въпрос на един от участниците в канала.

Пишете в коментарите къде не разбирам правилно темата или ако има какво да добавя.

Благодаря ви!

Източник: www.habr.com