QEMU-KVM의 일반 작동 원리

나의 현재 이해:

1) KVM

KVM(Kernel-based Virtual Machine)은 Linux OS에서 모듈로 실행되는 하이퍼바이저(VMM – Virtual Machine Manager)입니다. 존재하지 않는(가상) 환경에서 일부 소프트웨어를 실행하는 동시에 이 소프트웨어가 실행되는 실제 물리적 하드웨어를 이 소프트웨어로부터 숨기려면 하이퍼바이저가 필요합니다. 하이퍼바이저는 물리적 하드웨어(호스트)와 가상 OS(게스트) 사이에서 "스페이서" 역할을 합니다.

KVM은 Linux 커널의 표준 모듈이므로 커널에서 필요한 모든 기능(메모리 관리, 스케줄러 등)을 받습니다. 따라서 결국 이러한 모든 이점은 게스트에게 돌아갑니다(게스트는 Linux OS 커널에서 실행되는 하이퍼바이저에서 작업하므로).

KVM은 매우 빠르지만 그 자체만으로는 가상 OS를 실행하기에 충분하지 않습니다. 이를 위해서는 I/O 에뮬레이션이 필요합니다. I/O(CPU, 디스크, 네트워크, 비디오, PCI, USB, 직렬 포트 등)의 경우 KVM은 QEMU를 사용합니다.

2) QEMU

QEMU(Quick Emulator)는 하나의 아키텍처용으로 설계된 운영 체제를 다른 아키텍처에서 실행할 수 있게 해주는 다양한 장치용 에뮬레이터입니다(예: ARM -> x86). 프로세서 외에도 QEMU는 네트워크 카드, HDD, 비디오 카드, PCI, USB 등 다양한 주변 장치를 에뮬레이트합니다.

그것은 다음과 같이 작동합니다 :

명령어/바이너리 코드(예: ARM)는 TCG(Tiny Code Generator) 변환기를 사용하여 중간 플랫폼 독립적 코드로 변환된 다음 이 플랫폼 독립적 바이너리 코드는 대상 명령어/코드(예: x86)로 변환됩니다.

ARM –> 중간 코드 –> x86

기본적으로 Intel VT-x(Intel Virtualization Technology)/AMD SVM(AMD Secure Virtual Machine)을 지원하지 않는 이전 프로세서 모델을 사용하더라도 모든 호스트의 QEMU에서 가상 머신을 실행할 수 있습니다. 그러나 이 경우 실행 중인 바이너리 코드를 TCG(TCG는 Just-in-Time 컴파일러임)를 사용하여 즉석에서 두 번 다시 컴파일해야 하기 때문에 매우 느리게 작동합니다.

저것들. QEMU 자체는 매우 훌륭하지만 작동 속도가 매우 느립니다.

3) 보호 링

프로세서의 바이너리 프로그램 코드는 이유가 있어서 작동하지만 가장 특권이 있는 것(링 0)부터 가장 제한적이고 규제된 것까지 데이터 액세스 수준이 다른 다양한 수준(링/보호 링)에 위치합니다. ” (링 3 ).

운영 체제(OS 커널)는 링 0(커널 모드)에서 실행되며 모든 데이터 및 장치에 대해 원하는 모든 작업을 수행할 수 있습니다. 사용자 애플리케이션은 링 3 수준(사용자 모드)에서 작동하며 원하는 것은 무엇이든 할 수 없지만 대신 특정 작업을 수행하기 위해 매번 액세스를 요청해야 합니다(따라서 사용자 애플리케이션은 자신의 데이터에만 액세스할 수 있으며 "얻을 수 없음"). 다른 사람의 샌드박스에'). 링 1과 2는 운전자가 사용하도록 고안되었습니다.

Intel VT-x/AMD SVM이 발명되기 전에는 하이퍼바이저가 링 0에서 실행되었고 게스트는 링 1에서 실행되었습니다. 링 1에는 OS의 정상적인 작동을 위한 충분한 권한이 없기 때문에 게스트 시스템에서 각각의 권한 있는 호출을 사용하면 하이퍼바이저는 이 호출을 즉시 수정하고 링 0에서 실행해야 했습니다(QEMU와 유사). 저것들. 게스트 바이너리 NOT 프로세서에서 직접 실행되었으며 매번 즉시 여러 가지 중간 수정을 거쳤습니다.

오버헤드가 상당했고 이는 큰 문제였으며 프로세서 제조업체는 서로 독립적으로 게스트 OS 코드 실행을 허용하는 확장된 명령 세트(Intel VT-x / AMD SVM)를 출시했습니다. 곧장 호스트 프로세서에서(이전의 경우처럼 비용이 많이 드는 중간 단계를 우회)

Intel VT-x / AMD SVM의 출현으로 특별한 새로운 링 레벨 -1(마이너스 0)이 생성되었습니다. 이제 하이퍼바이저가 여기에서 실행되고 게스트는 링 XNUMX에서 실행되어 CPU에 대한 특권적인 액세스를 얻습니다.

저것들. 결국:

• 호스트는 링 0에서 실행됩니다.
• 손님은 링 0에서 작업합니다.
• 하이퍼바이저는 링 -1에서 실행됩니다.

4) QEMU-KVM

KVM은 게스트에게 링 0에 대한 액세스를 제공하고 QEMU를 사용하여 I/O(게스트가 "보고" 작업하는 프로세서, 디스크, 네트워크, 비디오, PCI, USB, 직렬 포트 등)를 에뮬레이트합니다.

따라서 QEMU-KVM(또는 KVM-QEMU) :)

CREDITS
관심을 끌 수 있는 사진
보호 링 사진

추신: 이 기사의 텍스트는 원래 텔레그램 채널에 게시되었습니다. @RU_Voip 채널 참가자 중 한 사람의 질문에 대한 답변입니다.

제가 주제를 제대로 이해하지 못한 부분이나 추가할 내용이 있으면 댓글로 적어주세요.

감사합니다!

출처 : habr.com