QEMU-KVM के सामान्य संचालन सिद्धांत

मेरी वर्तमान समझ:

1) केवीएम

केवीएम (कर्नेल-आधारित वर्चुअल मशीन) एक हाइपरवाइजर (वीएमएम - वर्चुअल मशीन मैनेजर) है जो लिनक्स ओएस पर एक मॉड्यूल के रूप में चलता है। कुछ सॉफ़्टवेयर को गैर-मौजूद (आभासी) वातावरण में चलाने के लिए और साथ ही इस सॉफ़्टवेयर से वास्तविक भौतिक हार्डवेयर को छिपाने के लिए हाइपरवाइज़र की आवश्यकता होती है जिस पर यह सॉफ़्टवेयर चलता है। हाइपरवाइजर भौतिक हार्डवेयर (होस्ट) और वर्चुअल ओएस (अतिथि) के बीच "स्पेसर" के रूप में कार्य करता है।

चूंकि केवीएम लिनक्स कर्नेल का एक मानक मॉड्यूल है, यह कर्नेल (मेमोरी प्रबंधन, शेड्यूलर, आदि) से सभी आवश्यक सुविधाएं प्राप्त करता है। और तदनुसार, अंत में, ये सभी लाभ मेहमानों को मिलते हैं (चूंकि मेहमान एक हाइपरवाइजर पर काम करते हैं जो लिनक्स ओएस कर्नेल पर चलता है)।

KVM बहुत तेज़ है, लेकिन अपने आप में यह वर्चुअल OS चलाने के लिए पर्याप्त नहीं है, क्योंकि... इसके लिए I/O अनुकरण की आवश्यकता है। I/O (सीपीयू, डिस्क, नेटवर्क, वीडियो, पीसीआई, यूएसबी, सीरियल पोर्ट इत्यादि) के लिए केवीएम क्यूईएमयू का उपयोग करता है।

2) क्यूईएमयू

QEMU (क्विक एमुलेटर) विभिन्न उपकरणों के लिए एक एमुलेटर है जो आपको एक आर्किटेक्चर के लिए डिज़ाइन किए गए ऑपरेटिंग सिस्टम को दूसरे पर चलाने की अनुमति देता है (उदाहरण के लिए, ARM -> x86)। प्रोसेसर के अलावा, QEMU विभिन्न परिधीय उपकरणों का अनुकरण करता है: नेटवर्क कार्ड, HDD, वीडियो कार्ड, PCI, USB, आदि।

यह इस तरह काम करता है:

निर्देश/बाइनरी कोड (उदाहरण के लिए, एआरएम) को टीसीजी (टाइनी कोड जेनरेटर) कनवर्टर का उपयोग करके मध्यवर्ती प्लेटफ़ॉर्म-स्वतंत्र कोड में परिवर्तित किया जाता है और फिर इस प्लेटफ़ॉर्म-स्वतंत्र बाइनरी कोड को लक्ष्य निर्देश/कोड (उदाहरण के लिए, x86) में परिवर्तित किया जाता है।

एआरएम -> इंटरमीडिएट_कोड -> x86

अनिवार्य रूप से, आप किसी भी होस्ट पर क्यूईएमयू पर वर्चुअल मशीन चला सकते हैं, यहां तक ​​कि पुराने प्रोसेसर मॉडल के साथ भी जो इंटेल वीटी-एक्स (इंटेल वर्चुअलाइजेशन टेक्नोलॉजी) / एएमडी एसवीएम (एएमडी सिक्योर वर्चुअल मशीन) का समर्थन नहीं करते हैं। हालाँकि, इस मामले में, यह बहुत धीमी गति से काम करेगा, इस तथ्य के कारण कि निष्पादित बाइनरी कोड को टीसीजी (टीसीजी एक जस्ट-इन-टाइम कंपाइलर है) का उपयोग करके दो बार तुरंत पुन: संकलित करने की आवश्यकता है।

वे। QEMU अपने आप में बहुत बढ़िया है, लेकिन यह बहुत धीमी गति से काम करता है।

3) सुरक्षा के छल्ले

प्रोसेसर पर बाइनरी प्रोग्राम कोड एक कारण से काम करता है, लेकिन डेटा एक्सेस के विभिन्न स्तरों के साथ विभिन्न स्तरों (रिंग / प्रोटेक्शन रिंग) पर स्थित होता है, सबसे विशेषाधिकार प्राप्त (रिंग 0) से लेकर, सबसे सीमित, विनियमित और "नट्स को कसने के साथ" (अंगूठी 3).

ऑपरेटिंग सिस्टम (ओएस कर्नेल) रिंग 0 (कर्नेल मोड) पर चलता है और किसी भी डेटा और डिवाइस के साथ जो चाहे कर सकता है। उपयोगकर्ता एप्लिकेशन रिंग 3 स्तर (उपयोगकर्ता मोड) पर काम करते हैं और उन्हें वह करने की अनुमति नहीं है जो वे चाहते हैं, बल्कि उन्हें किसी विशेष ऑपरेशन को करने के लिए हर बार पहुंच का अनुरोध करना होगा (इस प्रकार, उपयोगकर्ता एप्लिकेशन के पास केवल अपने स्वयं के डेटा तक पहुंच है और वे इसे प्राप्त नहीं कर सकते हैं) किसी और के सैंडबॉक्स में)। रिंग 1 और 2 ड्राइवरों द्वारा उपयोग के लिए हैं।

इंटेल वीटी-एक्स/एएमडी एसवीएम के आविष्कार से पहले, हाइपरविजर रिंग 0 पर चलते थे, और गेस्ट रिंग 1 पर चलते थे। चूंकि रिंग 1 के पास ओएस के सामान्य संचालन के लिए पर्याप्त अधिकार नहीं हैं, इसलिए गेस्ट सिस्टम से प्रत्येक विशेषाधिकार प्राप्त कॉल के साथ, हाइपरवाइज़र को तुरंत इस कॉल को संशोधित करना पड़ा और इसे रिंग 0 पर निष्पादित करना पड़ा (काफी हद तक QEMU की तरह)। वे। अतिथि बाइनरी नहीं सीधे प्रोसेसर पर निष्पादित किया गया था, और हर बार तुरंत कई मध्यवर्ती संशोधनों से गुज़रा।

ओवरहेड महत्वपूर्ण था और यह एक बड़ी समस्या थी, और फिर प्रोसेसर निर्माताओं ने, एक-दूसरे से स्वतंत्र रूप से, निर्देशों का एक विस्तारित सेट (इंटेल वीटी-एक्स / एएमडी एसवीएम) जारी किया जो अतिथि ओएस कोड को निष्पादित करने की अनुमति देता था। सीधे होस्ट प्रोसेसर पर (किसी भी महंगे मध्यवर्ती चरण को दरकिनार करते हुए, जैसा कि पहले मामला था)।

Intel VT-x/AMD SVM के आगमन के साथ, एक विशेष नया रिंग लेवल -1 (माइनस वन) बनाया गया। और अब हाइपरवाइजर इस पर चलता है, और मेहमान रिंग 0 पर चलते हैं और सीपीयू तक विशेषाधिकार प्राप्त पहुंच प्राप्त करते हैं।

वे। अंततः:

• होस्ट रिंग 0 पर चलता है
• मेहमान रिंग 0 पर काम करते हैं
• हाइपरवाइजर रिंग-1 पर चलता है

4) क्यूईएमयू-केवीएम

KVM मेहमानों को रिंग 0 तक पहुंच प्रदान करता है और I/O (प्रोसेसर, डिस्क, नेटवर्क, वीडियो, पीसीआई, यूएसबी, सीरियल पोर्ट इत्यादि) का अनुकरण करने के लिए QEMU का उपयोग करता है, जिन्हें मेहमान "देखते हैं" और उनके साथ काम करते हैं)।

इसलिए QEMU-KVM (या KVM-QEMU) :)

क्रेडिट
ध्यान आकर्षित करने के लिए चित्र
सुरक्षा छल्लों का चित्र

PS इस लेख का पाठ मूल रूप से टेलीग्राम चैनल में प्रकाशित हुआ था @RU_Voip चैनल प्रतिभागियों में से एक के प्रश्न के उत्तर के रूप में।

जहां मुझे विषय ठीक से समझ में न आए या कुछ जोड़ना हो तो टिप्पणी में लिखें।

शुक्रिया!

स्रोत: www.habr.com