引言
哈嘍，大家！！！該文章為KVM基礎知識的擴展包，用於深入解釋我的《KVM基礎》中涉及的相關知識點，並希望這篇文章有助於大家更加了解KVM
一、宿主機操作內核是如何調度KVM塊和QEMU(硬件模擬器)進程以及管理物理資源的
內核是一個“總調度室”。它看待一個運行的虛擬機，其實只把它當成一個普通的Linux進程，但這個進程有些特殊，因為它裏面“套娃”了，具體如何呢？接下來由我為大家介紹詳細步驟：
1、調度：把“虛擬機”當成“進程”來管
一句話：內核調度的是QEMU的“vCPU線程”，而不是KVM“模塊
1、vCPU = 內核線程： 當QEMU啓動一個有4核vCPU的虛擬機時，它實際上會在宿主機上創建4個普通的Linux線程（再加上一些輔助線程）
2、公平調度： 宿主機的Linux內核調度器（比如CFS）並不知道這是一個“vCPU”，它只把這4個線程當作系統裏普普通通的線程，和你的瀏覽器線程、代碼編輯器線程一起排隊，等待分配物理CPU時間片
2、執行：KVM模塊的“上崗”與“讓位”
當內核調度器決定“臨幸”某個vCPU線程（讓它上物理CPU）時，這個線程就開始執行。這個線程會立即通過一個叫 ioctl 的系統調用，“鑽”進內核態，去調用KVM模塊
這時，KVM模塊開始工作了：
1、VM-Entry (上崗)： KVM模塊啓動CPU的虛擬化擴展（VT-x/AMD-V），把CPU切換到“Non-Root 模式”，然後把控制權交給Guest OS
2、Guest 運行： 此時，Guest OS直接在物理CPU上全速狂奔，宿主機內核完全不插手，效率極高
3、VM-Exit (暫停/讓位)： Guest OS總會遇到自己處理不了的事情，比如：
–它想訪問一個模擬的硬件（比如QEMU模擬的網卡）
–它的時間片用完了（宿主機內核發出了時鐘中斷）
–…
4、CPU硬件自動觸發 VM-Exit，暫停Guest OS，CPU切回“Root 模式”，控制權交還給KVM模塊
3、I/O處理:KVM與QEMU的“踢皮球”
KVM模塊拿到控制權後，會分析“VM-Exit”的原因：
情況A(KVM能處理)
比如是時鐘中斷。KVM自己處理一下，然後馬上再次“VM-Entry”，讓Guest OS繼續跑
情況B(KVM處理不了)
比如Guest OS要從模擬的硬盤讀數據。這是QEMU的工作
1、KVM模塊會喚醒那個在用户態“沉睡”的QEMU進程
2、KVM把I/O請求（“我要讀取硬盤第x塊”）告訴QEMU
3、QEMU進程開始幹活：它像一個普通程序一樣，打開數據機上的那個.qcow2（鏡像文件）虛擬磁盤文件，找到第x塊數據，讀出來
4、QEMU把數據準備好，再通過ioctl告訴KVM：“數據我放在內存裏了，你讓Guest OS來取吧”
5、KVM這才再次“VM-Entry”，喚醒Guest OS
4、物理資源管理：內核的“本職工作”
這反而是最簡單的部分，因為虛擬機（QEMU進程）在內核眼裏就是個普通進程：
內存(RAM)
1、QEMU進程啓動時，會像一個普通程序一樣，向宿主機內核申請一個大塊內存(比如8GB)
2、宿主機內核就從物理RAM裏劃分給它8GB
3、KVM模塊再通過CPU的內存虛擬化擴展(EPT/RVI)(本文後面有對CPU的虛擬化擴展的介紹)，把這8GB內存“映射”給Guest OS,讓Guest OS以為這是它獨佔的“物理內存”
磁盤(Disk)
1、QEMU進程打開一個.qcow2文件。在內核看來，這和Word打開一個.docx文件沒區別。QEMU對這個文件的讀寫。都會被內核的文件系統(如ext4)正常處理
網絡(NIC)
1、QEMU進程會在宿主機上創建一個tap虛擬網卡。在內核看來，這是一個普通的網絡設備。QEMU發出的網絡包，內核就按路由錶轉發給tap設備的數據包，內核就交給QEMU進程
總結
內核調度QEMU線程，QEMU線程調用KVM，KVM啓動Guest OS
二、CPU的虛擬化擴展
如果説KVM是“包工頭”，QEMU是“全能工具箱”，那麼CPU虛擬化擴展就是那個能讓包工頭“合法”開工的“建築許可證”和“專用高速電梯”
簡單來説，它就是CPU 硬件層面內置的、專門用來加速虛擬機運行的特殊功能(指令集)
為了讓您徹底明白，我們來個“有擴展”和“沒有擴展”的對比:
1、沒有虛擬化擴展的時代（純軟件模擬）
在”遠古時代“，CPU並不知道”虛擬機“是啥玩意
問題所在
操作系統(Guest OS)需要運行在最高權限(Ring 0)才能管理硬件。但虛擬管理器(Hypervisor)本身已經佔用了Ring 0
笨方法(Trap-and-Emulate 陷阱-模擬)：
1、Hypervisor 只能“騙”Guest OS，讓它以為自己跑在 Ring 0，其實是跑在一個較低的權限(比如 Ring 1)
2、當 Guest OS 嘗試執行一個“特權指令”(比如訪問硬件)，CPU 會因為權限不夠而“報錯”(產生一個Trap，即陷阱）
3、Hypervisor 捕獲這個“陷阱”
4、Hypervisor在軟件層面慢吞吞地"模擬"這個指令的效果，然後在把結果返回給Guest OS
來一個生動的比喻：您（Guest OS）想開燈（特權指令），但您沒有開關權限。您只能大喊一聲：“我要開燈！”。 管家（Hypervisor）聽到後，跑過來，用手搖發電機（軟件模擬）把燈點亮，然後告訴您：“燈開好了。”
這樣開銷巨大，效率極低
2、擁有虛擬化擴展的時代（硬件輔助虛擬化）
CPU廠商看不下去之前使用的笨辦法了，決定從硬件層面提供支持，於是就有了“CPU虛擬化擴展”
–Intel的技術：稱為Intel VT-x(Virtualization Technology)
–AMD的技術：稱為AMD-V(AMD Virtualization)
聰明的辦法(硬件輔助虛擬化)
1、這些擴展技術在CPU層面創造來兩種新模式:“Root模式”(給Hypervospr用)和”Non-Root“模式（給Guest OS用）
2、Gugest OS現在可以直接在”Non-Root模式“下運行。它在這個模式下就擁有Ring 0權限(一個 ”虛擬的Ring0“)
3、當Guest OS執行絕大多是指令時，它直接在物理CPU上全速運行，就像運行一個普通程序一樣
4、只有當它執行極少數，必須由Hypervisor處理的敏感指令時(比如訪問真實的物理設備I/O)，CPU硬件才會自動“暫停”Guest OS(這個過程叫VM-Exit)，切換到“Root模式“去通知Hypervisor
來一個生動的比喻：您(Guest OS)現在有了一個專用的房間(Non-Root 模式)。 房間裏所有的電器(CPU指令)您都可以直接使用(硬件直通)，只有當您需要叫“客房服務”(訪問模擬的I/O設備)時，您按一下服務鈴(VM-Exit)，管家(Hypervisor，比如KVM0才會進來處理您的請求
三、存儲池詳解
一、存儲池定義
存儲池就是Libvirt提供的一種管理虛擬磁盤存放位置的機制。它就像專門為虛擬機硬盤建立的一個 “倉庫”。您告訴Libvirt：“嘿，我把/data/kvm-storage這個目錄劃分出來當倉庫了。Libvirt就會把這個目錄管理起來，您以後創建虛擬機硬盤時，就可以直接從這個“倉庫”裏劃分空間，非常規整
二、存儲池分類
1、目錄類型(dir)
這是最簡單直接的一種(也是本系列教程中使用的一種)。直接使用宿主機上的一個目錄作為存儲池。對新手極其友好
2、LVM類型(logical)
使用LVM(邏輯卷管理器)的卷組作為存儲池，性能和管理上更靈活，適合進階用户
3、NFS/iSCSI類型
使用網絡存儲作為存儲池
三、為什麼要用存儲池
1、集中管理，井井有條
所有的虛擬硬盤都存放在一個或幾個預先定義的池中，查找、備份、遷移都非常方便，告別混亂
2、簡化創建流程
創建虛擬機時，不再需要手動指定一個常常的硬盤文件路徑，直接説在某某存儲池裏創建一個20G的盤就行了，Libvirt會幫您搞定剩下的事
3、資源監控
Libvirt可以輕鬆地告訴您每個存儲池的總容量、已用空間和剩餘空間，方便您進行容量規劃
4、標準化操作
無論是使用virsh命令還是圖形界面，操作都變得統一和標準化，大大降低裏管理成本