以色列qumranet公司研发，后被RedHad公司收购
（1）kvm只支持x86平台
（2）依赖于 HVM,inter VT AMD-v
· KVM是（Kernel-based Virtual Machine）的简称，是一个开源的系统虚拟化模块，自Linux 2.6.20之后集成在Linux的各个主要发行版本中。它使用Linux自身的调度器进行管理，所以相对于Xen，其核心源码很少。
· KVM的虚拟化需要硬件支持（如Intel VT技术或者AMD V技术)。是基于硬件的完全虚拟化。而Xen早期则是基于软件模拟的Para-Virtualization，新版本则是基于硬件支持的完全虚拟化。但Xen本身有自己的进程调度器，存储管理模块等，所以代码较为庞大。广为流传的商业系统虚拟化软件VMware ESX系列是基于软件模拟的Full-Virtualization。
其中，KVM 全称是 基于内核的虚拟机（Kernel-based Virtual Machine），它是一个 Linux 的一个内核模块，该内核模块使得 Linux 变成了一个 Hypervisor：
- 它由 Quramnet 开发，该公司于 2008年被 Red Hat 收购。
- 它支持 x86 (32 and 64 位), s390, Powerpc 等 CPU。
- 它从 Linux 2.6.20 起就作为一模块被包含在 Linux 内核中。
- 它需要支持虚拟化扩展的 CPU。
- 它是完全开源的。官网。
本文介绍的是基于 X86 CPU 的 KVM。
KVM架构: kvm是基于虚拟化扩展（Intel VT 或者 AMD-V）的X86硬件的开源的Linux原生的全虚拟化解决方案,kvm中,虚拟机被实现为常规的一个linux进程,有标准的调度程序进行调度,虚拟机的每个虚拟cpu也被实现为一个linux进程,这使用kvm能够使用Linux内核已有的功能,但kvm本身不执行任何硬件的模拟,需要客户空间程序通过, /dev/kvm,接口设置一个客户机虚拟服务器的空间地址,向它提供模拟的I/O,并将它的视频显示映射回宿主的显示屏,目前的这个程序是QEMU
Linux上的用户空间,内核空间和虚拟机:
- Guest：客户机系统，包括CPU（vCPU）、内存、驱动（Console、网卡、I/O 设备驱动等），被 KVM 置于一种受限制的 CPU 模式下运行。
- KVM：运行在内核空间，提供CPU 和内存的虚级化，以及客户机的 I/O 拦截。Guest 的 I/O 被 KVM 拦截后，交给 QEMU 处理。
- QEMU：修改过的为 KVM 虚机使用的 QEMU 代码，运行在用户空间，提供硬件 I/O 虚拟化，通过 IOCTL /dev/kvm 设备和 KVM 交互。
kvm底层的虚拟化过程和原理:
kvm是基于虚拟化扩展的行x86硬件的开源的linux原生的全虚拟化解决方案,在kvm中,虚拟化被实现为常规的Linux进程,有标准Linux调度程序进行调度, 虚机的每个虚拟 CPU 被实现为一个常规的 Linux 进程。这使得 KMV 能够使用 Linux 内核的已有功能。但是，KVM 本身不执行任何硬件模拟，需要客户空间程序通过 /dev/kvm 接口设置一个客户机虚拟服务器的地址空间，向它提供模拟的 I/O，并将它的视频显示映射回宿主的显示屏。目前这个应用程序是 QEMU。
KVM的核心组件:
1,kvm,ko内核模块:
(kvm.ko)/dev/kvm：工作为hypervisor，在用户空间可通过系统调用ioctl()与内核中的kvm模块交互，从而完成虚拟机的创建、启动、停止、删除等各种管理功能；它的主要负责是虚拟机的创建,虚拟内存的分配,虚拟cpu寄存器,的读写和虚拟cpu的运行.
2.qemu-kvm:用户空间的工具程序
该组件是一个通用的开源机器模拟器和虚拟器,其主要的功能是用于模拟虚拟机的用户空间组件,提供io设备模型,访问外设的途径.
qemu是纯软件的虚拟化模拟器,几乎可以模拟任何硬件设备,,
最熟悉的是能够模拟一台独立的虚拟机,虚拟机认为自己和虚拟机打交道,但其实是和qemu虚拟出来的硬件交互,qemu将这些正真的指令转译给真正的硬件.
正因为Qemu是纯软件实现的，所有的指令都要经过qemu过一手，性能非常低，所以，在生产环境中，所以在生产环境中，Qemu配合KVM来完成虚拟化工作，因为kvm是硬件辅助的虚拟化技术，主要负责比较繁琐的cpu虚拟化和内存虚拟化，而QEMU则负责IO设备虚拟化，两者合作发挥自身的优势，相得益彰
从本质上看,虚拟出的每个虚拟机对应宿主机上的qemu进程,而虚拟机的执行线路(cpu线路,io线路)对用qemu进程中的一个线程,
下面通过启动一个虚拟机来讲解kvm 与QEmu是怎么交互工作的
第一步: 获取到kvm句柄
kvmfd = open("/dev/kvm", O_RDWR);
// 第二步，创建虚拟机，获取到虚拟机句柄。
vmfd = ioctl(kvmfd, KVM_CREATE_VM, 0);
第三步: 为虚拟机映射内存,还有其他的pci,信号处理的初始化
ioctl(kvmfd, KVM_SET_USER_MEMORY_REGION, &mem);
第四部: 将虚拟机镜像映射到内存中,想当于物理机的boot过程
第五步:创建vcpu(虚拟cpu),并为vcpu分配内存空间,
ioctl(kvmfd, KVM_CREATE_VCPU, vcpuid);
vcpu->kvm_run_mmap_size = ioctl(kvm->dev_fd, KVM_GET_VCPU_MMAP_SIZE, 0); //
第六步: 创建vcpu个数的线程并运行虚拟机
ioctl(kvm->vcpus->vcpu_fd, KVM_RUN, 0);
第七步: 线程进入循环,并捕获虚拟机退出原因,作出处理
for (;;) { ioctl(KVM_RUN) switch (exit_reason) {
case KVM_EXIT_IO: case KVM_EXIT_HLT:
} }
这里的退出并不一定是虚拟机关机，
// 虚拟机如果遇到 I/O 操作，访问硬件设备，缺页中断等都会退出执行，
// 退出执行可以理解为将 CPU 执行上下文返回到 Qemu。
qemu-kvm进程:工作用于用户空间,用于实现io设备模拟,用于实现虚拟机实例.
3libvirt:工具箱用于与主流os虚拟化进行交互工具
libvirt是cs架构应用：
客户端：libvirt-client
virt-manager
daemon：图像化工具
libvirt-deaemon
3,kvm中vcpu在运行模式下运行:
kvm模块load进内存之后,系统的运行模式:
内核模式: Kernel Mode）运行KVM内核，实现模式的切换（VM Exit/VM Entry），执行特权与敏感指令。GuestOS执行IO类的操作时，或其它的特殊指令操作时的模式；它也被称为“Guest-Kernel”模式.
用户模式: （User Mode）运行QEMU，实现IO模拟与管理。,用于代为Guest os发出io请求.
客户模式：（Guest Mode）运行GuestOS，执行Guest非IO操作指令。
KSM机制
扫描物理内存，发现多个虚拟机实例有相同的内存空间，合并成为一个共享内存空间，节省内存。
qemu工具
- qemu-kvm：用户空间的工具程序，创建管理虚拟机
- qemu-img：是 QEMU 的磁盘管理工具
· libvirt工具
- GUI：virt-manager, virt-viewer：图形化管理
- CLI: virsh, virt-install：创建管理虚拟机
· 集群工具：
libvirtd：管理虚拟机和其他虚拟化功能，比如存储管理，网络管理的软件集合。Libvirt是一个C工具包的虚拟化功能与最新版本的Linux(以及其他操作系统)。主包包含libvirtd服务器虚拟化支持出口。
Kvm 工作原理的基本阐释：
用户模式的qume利用libkvm通过ioctl进入内核模式,kvm模块
为虚拟机创建了虚拟内存,虚拟cpu后执行VMLUAC指令进入到客户模式,,加载guest os并执行,如果 guest os 发生外部中断,或者缺页等情况就会暂停执行guest os,退出客户模式,进行异常处理,内核模式处理这些异常时如果不需要I/O则处理完成后重新进入客户模式，如果需要I/O则进入到用户模式，由Qemu来处理I/O，处理完成后进入内核模式，再进入客户模式
