深入了解虚拟化技术：Hostkvm实现原理解析

虚拟化技术是一种可将计算机一些资源进行虚拟化处理，使得多个操作系统能够共享一个物理机器的技术。虚拟化技术通过虚拟机监控器 (VMM) 来管理和分配物理资源。其中最常见的虚拟化技术是 Xen 和 KVM。

本文将深入介绍基于 KVM 的虚拟化技术，并重点解析 Hostkvm 的实现原理。

Hostkvm 是一款基于内核模块的 KVM 实现，其模块名为 kvm-host 。KVM 是最初由 Qumranet 公司在 2006 年推出，经过多年的开发和完善，现在已成为 Linux 内核的一部分，且得到了广泛应用。

KVM 的优点之一是其能够提供对完整的硬件支持，它使用现有的内核设备驱动程序，因此允许虚拟机直接访问物理硬件。为了充分发挥这个优势，Hostkvm 通过在内核中执行它的管理代码，将 Qemu-kvm 加速到极限。

Hostkvm 连接到硬件平台，并直接控制硬件，这样可以为虚拟机提供更快的运行速度和更好的性能。在 Hostkvm 中，每个虚拟机进程都将拥有一个自己的物理 CPU 核心。由于 Hostkvm 的每个虚拟机进程都是对应于物理硬件的一个线程，因此不出现线程停滞的情况。

Hostkvm 直接访问物理内存，因此将硬件加速传递到虚拟机中。其实现方式详见如下：

1. KVM 初始化

Hostkvm 首先使用 kvm_arch_vcpu_init 函数来初始化一个虚拟 CPU 。在初始化函数内部，Hostkvm 首先定义了一个全局 CPU 核心列表，并将其映射到 CPU Ids 上。然后，虚拟机状态被设置为“未定义”，因此没有任何指令被执行。

2. 建立虚拟散列表

Hostkvm 实现的第二个关键技术是建立虚拟散列表。该列表负责跟踪每个虚拟机的内存映射情况以及公共设备的状态。具体来说，它维护符合条件的页表条目和页表结构。这些页面地址被存储在一个称为“虚拟 DRAM”的内存区域中，同时带有一个映射内核空间的表。

虚拟 DRAM 在 Hostkvm 系统上运行，它是一段物理 DRAM，被逻辑地映射到多个虚拟机上，这样每个虚拟机都可以拥有自己的虚拟 DRAM 。在虚拟 DRAM 中，每个页面都被分配到每个虚拟机的专用目录项中。

Hostkvm 内部使用两种类型的页面，在一个内存区上进行操作，以便在虚拟机和 Hostkvm 内部之间有效地共享数据。Hostkvm 为每个虚拟机都分配一个虚拟 DMA 空间，这样虚拟机就可以作为硬件设备使用。

3. 支持虚拟机

最后，Hostkvm 通过 kvm_io_bus_register_device() 函数将支持虚拟机的外设添加到内核中，从而支持虚拟机。外设驱动程序在 Hostkvm 内部运行，并在虚拟机中经过均衡分配进行解析。

总而言之， Hostkvm 是一种基于 KVM 的虚拟化技术实现，其能够提供更好的硬件支持、更快的运行速度和更好的性能等优势。了解 Hostkvm 的实现原理有助于深入理解 KVM 技术的工作原理和优势。