KVM 与 Qemu 的关系

• KVM

基于内核的虚拟机，Kernel-Based Virtual Machine。以色列公司 Qumranet 开发，于 2007 年 2 月被正式合并到 Linux2.6.20 核心中。

KVM 基于虚拟化扩展（Intel VT-x 或 Amd-V）的 x86 硬件，是 Linux 完全原生的全虚拟化解决方案。

在 KVM 架构中，虚拟机实现为常规的 Linux 进程，由标准 Linux 调度程序进行调度。实际上，每个虚拟 CPU 显示为一个常规的 Linux 进程。这使得 KVM 能够享受 Linux 内核的所有功能。

KVM 本身不执行任何模拟，需要用户空间成程序通过 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 IO，并将它的视频显示映射回宿主的显示屏。目前，这个程序就是 Qemu 。

KVM 模块是 “KVM 虚拟机” 的核心部分。其主要功能是初始化 CPU 硬件，打开虚拟化模式，然后将虚拟客户机运行在虚拟机模式下，并对虚拟客户机的运行提供一定的支持。

为了软件的简洁性并保证其性能，KVM 仅支持硬件虚拟化。“CPU 虚拟化” 和 “Memory 虚拟化” 都是由 KVM 模块完成。

• QEMU

QEMU 全称是 "Quick Emulator"。它是一个开源的机器模拟器和虚拟化环境，能够模拟多种处理器架构，广泛用于开发、测试、虚拟化和其他应用场景。

它是一个完整的可以运行的软件，非常灵活且可移植，能够模拟一台能够独立运行操作系统的虚拟机。

虚拟机认为自己在和硬件打交道，但其实是和 Qemu 模拟出来的硬件打交道，Qemu 再将这些指令转译给真正的硬件。

QEMU 对虚拟机的模拟是通过纯软实现的，所有指令都要经过 Qemu 处理，导致性能很低。

实际上，大多数的做法都是配合 KVM 来完成虚拟化工作，KVM 是硬件辅助的虚拟化技术，主要负责比较繁琐的 CPU 和 Memory 虚拟化，而 Qemu 负责 IO 虚拟化，两者合作各自发挥自身的优势，相得益彰。

在支持 Qemu 本身编译运行的平台上就可以实现虚拟机的功能，虚拟机甚至可以和宿主机并不是同一个架构。

作为一个存在已久的虚拟机，Qemu 代码中有整套的虚拟机实现，包括 CPU 虚拟化、Memory 虚拟化以及 KVM 使用到的虚拟设备模拟（如网卡、显卡、存储控制器和硬盘等）。

• 关系

左侧部分是一个标准的 Linux 操作系统，KVM 内核模块在运行时按需加载进入内核空间运行。

KVM 本身不执行任何设备模拟，需要用户空间程序 Qemu 通过 /dev/kvm 接口设置一个虚拟客户机地址空间，向它提供模拟的 IO 设备，并将它的视频显示映射回宿主机的显示屏。

为了简化开发和进行代码重用，KVM 在 Qemu 基础上进行了修改。虚拟机运行期间，Qemu 会通过 KVM 模块提供的系统调用进入内核，由 KVM 模块负责将虚拟机置于处理器的特殊模式运行。遇到虚拟机进行输入输出操作，KVM 模块会从上次的系统调用出口处返回 Qemu，由 Qemu 负责解析和模拟这些设备。

从 Qemu 角度来看，Qemu 使用了 KVM 模块的虚拟化功能，为自己的虚拟机提供硬件虚拟化的加速，从而极大提高了虚拟机的性能。除此之外，虚拟机的配置和创建、虚拟机运行依赖的虚拟设备、虚拟机运行时的用户操作环境和交互，以及一些针对虚拟机的特殊技术（诸如动态迁移），都是由 Qemu 自己实现的。

Qemu 是一个独立的虚拟化解决方案，通过 Intel-VT 或 AMD SVM 实现全虚拟化，安装 Qemu 的系统，可以直接模拟出另一个完全不同的系统环境，虚拟化的创建通过 Qemu-image 即可完成。

Qemu 本身可以不依赖于 KVM，但是如果有 KVM 的存在并且硬件（处理器）支持如 Intel VT 的功能，那么 Qemu 在对处理器虚拟化这一块可以利用 KVM 提供的功能来提升性能。

• 总结

简单来说：

CPU 和 Memory 的虚拟化是由 HostOS Linux 内核中的 KVM 模块完成。

虚拟机的 IO 和视频映射由用户空间中的 Qemu 模拟器完成。

Qemu 可以通纯软的方式来模拟虚拟机，但是这样性能太低了。为了提高性能，Qemu 将对 CPU 和 Memory 的虚拟化借助 KVM 实现，因此 KVM 位于 Linux 内核中，可以直接对 CPU 和 Memory 实现虚拟化功能。这样，虚拟化的性能就大大提升了。

虚拟机以及镜像文件的操作管理主要还是 Qemu 负责，所以平时在 console 使用的还是 qemu 命令。