KVM的半虛擬化: KVM-paravirt2012-01-20 20:44:45

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什麼是KVM?

kvm是一個完整的全虛擬化解決方案. 當前主機操作系統支持linux系統和x86架構. 它包括了一個可加載的內核模塊(kvm.ko)和一個用戶空間組件. 通過使用kvm虛擬化技術, 你可以運行多個未修改的linux或windows虛擬機. 每一個虛擬機有自己的虛擬硬件: 一個網卡, 磁盤, 圖形適配器, 等.

KVM支持全虛擬化和半虛擬化.

你可以通過給當前內核打kvm-paravirt-patches補丁來支持半虛擬化.

下面是Ingo Molnar的一些說明(測試和介紹):

kvm-paravirt-patches支持Intel-VMX CPU的cr3-cache硬件功能. (能夠加速進程上下文切換和TLB刷新)

你可以從下面網址獲得最新的內核補丁程序:

http://redhat.com/~mingo/kvm-paravirt-patches/

雖然代碼的一些功能還在測試開發當中, 但是代碼已經過測試證明是穩定的, 歡迎您的任何建議.

下面是一些測試數據:

2個進程上下文切換性能(單位微秒, 越小性能越好):

native: 1.11
———————————-
Qemu: 61.18
KVM upstream: 53.01
KVM trunk: 6.36
KVM trunk+paravirt/cr3: 1.60

比如. 2個進程的上下文切換性能, 第四項(結果1.60)的性能是最好的, 幾乎接近於原始性能!

“hackbench 1″ (使用40個進程, 單位爲秒, 越小性能越好):

native: 0.25
———————————-
Qemu: 7.8
KVM upstream: 2.8
KVM trunk: 0.55
KVM paravirt/cr3: 0.36

速度幾乎快了2倍.

“hackbench 5″ (使用200個進程, 單位爲秒, 越小性能越好):

native: 0.9
———————————-
Qemu: 35.2
KVM upstream: 9.4
KVM trunk: 2.8
KVM paravirt/cr3: 2.2

仍有30%的提高 - 考慮到200個進程的上下文切換, 結果還不是太糟糕. 當前CPU的cr3緩存數爲4.

kvm-paravirt-patches的功能介紹:

1. 在linux客戶和linux主機間提供一個專門的半虛擬化hypercall API.(接下來將被一個更好的hypercall系統調用替代).

2. 通過使用hypercall API利用Intel VMX CPU的”cr3目標緩存”功能和擴展KVM使用這些緩存”. 這項功可避免VM存在於hypervisor的上下文中. (客戶機需要’知道’這些並且客戶和hypervisor共享緩存, 所以完全模擬操作系統與此項功能無關).

3. Linux客戶機的半虛擬化完成了少數幾個更加簡化的更改: IO端口的延遲不再影響VM, i8259A IRQ controller(中斷控制器)的代碼變的更簡單(將由一個更正確的, 基於hypercall和主機維護的IRQ controller來替代), 還有取消了cr3緩存讀入(如果沒有取消將引起VM退出), 因此TLB刷新比以往更有效率. 這些修改已有了直接的影響: 當一個客戶機空閒, 它們能減少qemu的CPU的使用率, 使用率在25%左右. (如果一個帶有-rt選項的客戶機的HZ=1000, CPU的使用率在~20%到14%之間).

半虛擬化通過kvm_paravirt=1啓動選項來打開(現在, 這個方法比較麻煩) - 啓動選項後, KVM客戶機將在hypervisor端檢測是否存在半虛擬化代碼 - 如果發現, 然後將使用它. (如果客戶機在hypervisor端發現不支持KMV-paravirt, 它將以全虛擬化方式運行.)

5.1 半虛擬化驅動

5.1.1 virtio概述

KVM是必須使用硬件虛擬化輔助技術（如Intel VT-x、AMD-V）的hypervisor，在CPU運行效率方面有硬件支持，其效率是比較高的；在有Intel EPT特性支持的平臺上，內存虛擬化的效率也較高。QEMU/KVM提供了全虛擬化環境，可以讓客戶機不經過任何修改就能運行在KVM環境中。不過，KVM在I/O虛擬化方面，傳統的方式是使用QEMU純軟件的方式來模擬I/O設備（如第4章中提到模擬的網卡、磁盤、顯卡等等），其效率並不非常高。在KVM中，可以在客戶機中使用半虛擬化驅動（Paravirtualized Drivers，PV Drivers）來提高客戶機的性能（特別是I/O性能）。目前，KVM中實現半虛擬化驅動的方式是採用了virtio這個Linux上的設備驅動標準框架。

1. QEMU模擬I/O設備的基本原理和優缺點

QEMU純軟件方式模擬現實世界中的I/O設備的基本過程模型如圖5-1所示。

qemu-emulated-io-device

圖5-1 QEMU 模擬I/O設備

使用QEMU模擬I/O的情況下，當客戶機中的設備驅動程序（device driver）發起I/O操作請求之時，KVM模塊中的I/O操作捕獲代碼會攔截這次I/O請求，然後經過處理後將本次I/O請求的信息存放到I/O共享頁，並通知用戶控件的QEMU程序。QEMU模擬程序獲得I/O操作的具體信息之後，交由硬件模擬代碼來模擬出本次的I/O操作，完成之後，將結果放回到I/O共享頁，並通知KVM模塊中的I/O操作捕獲代碼。最後，由KVM模塊中的捕獲代碼讀取I/O共享頁中的操作結果，並把結果返回到客戶機中。當然，這個操作過程中客戶機作爲一個QEMU進程在等待I/O時也可能被阻塞。另外，當客戶機通過DMA（Direct Memory Access）訪問大塊I/O之時，QEMU模擬程序將不會把操作結果放到I/O共享頁中，而是通過內存映射的方式將結果直接寫到客戶機的內存中去，然後通過KVM模塊告訴客戶機DMA操作已經完成。

QEMU模擬I/O設備的方式，其優點是可以通過軟件模擬出各種各樣的硬件設備，包括一些不常用的或者很老很經典的設備（如4.5節中提到RTL8139的網卡），而且它不用修改客戶機操作系統，就可以實現模擬設備在客戶機中正常工作。在KVM客戶機中使用這種方式，對於解決手上沒有足夠設備的軟件開發及調試有非常大的好處。而它的缺點是，每次I/O操作的路徑比較長，有較多的VMEntry、VMExit發生，需要多次上下文切換（context switch），也需要多次數據複製，所以它的性能較差。

2. Virtio的基本原理和優缺點

Virtio最初由澳大利亞的一個天才級程序員Rusty Russell編寫，是一個在hypervisor之上的抽象API接口，讓客戶機知道自己運行在虛擬化環境中，從而與hypervisor根據 virtio 標準協作，從而在客戶機中達到更好的性能（特別是I/O性能）。目前，有不少虛擬機都採用了virtio半虛擬化驅動來提高性能，如KVM和Lguest^[1]。

QEMU/KVM中，Virtio的基本結構框架如圖5-2所示。

qemu-kvm-virtio-arch

圖5-2 KVM中virtio基本架構

其中前端驅動（frondend，如virtio-blk、virtio-net等）是在客戶機中存在的驅動程序模塊，而後端處理程序（backend）是在QEMU中實現的^[2]。在這前後端驅動之間，還定義了兩層來支持客戶機與QEMU之間的通信。其中，“virtio”這一層是虛擬隊列接口，它在概念上將前端驅動程序附加到後端處理程序。一個前端驅動程序可以使用0個或多個隊列，具體數量取決於需求。例如，virtio-net網絡驅動程序使用兩個虛擬隊列（一個用於接收，另一個用於發送），而virtio-blk塊驅動程序僅使用一個虛擬隊列。虛擬隊列實際上被實現爲跨越客戶機操作系統和hypervisor的銜接點，但它可以通過任意方式實現，前提是客戶機操作系統和virtio後端程序都遵循一定的標準，以相互匹配的方式實現它。而virtio-ring實現了環形緩衝區（ring buffer），用於保存前端驅動和後端處理程序執行的信息，並且它可以一次性保存前端驅動的多次I/O請求，並且交由後端去動去批量處理，最後實際調用宿主機中設備驅動實現物理上的I/O操作，這樣做就可以根據約定實現批量處理而不是客戶機中每次I/O請求都需要處理一次，從而提高客戶機與hypervisor信息交換的效率。

Virtio半虛擬化驅動的方式，可以獲得很好的I/O性能，其性能幾乎可以達到和native（即：非虛擬化環境中的原生系統）差不多的I/O性能。所以，在使用KVM之時，如果宿主機內核和客戶機都支持virtio的情況下，一般推薦使用virtio達到更好的性能。當然，virtio的也是有缺點的，它必須要客戶機安裝特定的Virtio驅動使其知道是運行在虛擬化環境中，且按照Virtio的規定格式進行數據傳輸，不過客戶機中可能有一些老的Linux系統不支持virtio和主流的Windows系統需要安裝特定的驅動才支持Virtio。不過，較新的一些Linux發行版（如RHEL 6.3、Fedora 17等）默認都將virtio相關驅動編譯爲模塊，可直接作爲客戶機使用virtio，而且對於主流Windows系統都有對應的virtio驅動程序可供下載使用。

標籤: KVM, Linux,QEMU,Virtualization

VMware 中禁用虛擬內存加速虛擬機速度

當啓動 VMWare 虛擬機後，在虛擬機文件夾下會生成一個 .vmem 的文件，該文件大小與給虛擬機分配的內存大小相同，並且在關閉虛擬機後該文件會消失。這就是VMWare 的虛擬內存文件。
它就是在當你的真實內存比較小的時候，節省內存用的。但這也帶來一個問題就是：當給虛擬機分配的內存比較大，且在虛擬機中使用的內存也比較多時，就會導致系統（虛擬機和物理機器）非常的慢。
    如果你的物理機器的內存比較大，就可以完全禁止該功能。
    關閉的辦法：
    1. 選擇編輯虛擬機----選項---高級--設置選中“Disable memory page trimming”；

2. 在虛擬機所在的文件夾，找到“虛擬機名稱.vmx”文件，用文本編輯器打開，新建一行，添加該配置項：mainMem.useNamedFile="FALSE"，保存退出。

標  題: 直接用KVM virtio安裝Windows
發信站: 水木社區 (Sat Apr 30 17:53:17 2011), 站內

大家一般是先裝好一套windows, 然後再安裝virtio驅動，這樣子一來裝得慢，二來系統盤的速度也比較扯淡。其實可以在安裝階段就用上virtio的。
以RHEL/Centos安裝win7爲例介紹

先安裝virtio-win包，我用的是virtio-win-1.1.16，從RedHat官網下載，
先確保這個文件存在：/usr/share/virtio-win/virtio-win.vfd
這是virtio-win驅動的軟盤版

然後用virt-install的時候把這張軟盤也加上，並打開virtio模式

例如：
virt-install --name win7test --ram 1024 --disk path=/dev/vgvirt/lvwin7test,bus=virtio --disk virtio-win.vfd,device=floppy --os-variant win7 --cdrom /opt/win7.iso --cdrom virtio-win.iso

啓動進入安裝程序以後會發現找不到硬盤

此時選擇Load Driver或者加載驅動，選擇從軟盤加載。
注意選擇的驅動和Windows版本要匹配。

裝好驅動以後，硬盤就出來了。

詳解RHEV中安裝win2003和VirtIO驅動

2012-02-15 13:50:26 我來說兩句

我要投稿

系統環境跟前面的幾篇類似，只不過RHEV-M跟RHEV-H做了調換，iSCSI服務器服務的硬盤就換成了RAID0。

創建虛擬機的時候，跟前面的一樣，因爲是服務器系統，提高IO性能，裏面需要用到KVM的半虛擬化的驅動VirtIO，所以創建虛擬磁盤的時候，選的是VirtIO

這裏簡單介紹一下VirtIO，VirtIO是I/O虛擬化的框架，比如說磁盤，如果不使用VirtIO，KVM需要模擬出一塊兒IDE硬盤給虛擬機使用，每次使用的時候，都需要做一次翻譯中轉，效率下降很多，如果裝了VirtIO驅動，就直接調用API接口來處理磁盤的各項請求，跟直接操作磁盤的效果差不多，性能提升很多，網卡也是這樣。

linux內核版本在2.6.25以上的，都應該集成了VirtIO的驅動，但windows需要另外安裝。

下面就安裝VirtIO下的WINDOWS 2003

創建虛擬機的時候，跟其他都一樣，創建好了之後，

點下拉按鈕，然後點擊Run Once

勾選"Attach Floppy"，下拉選擇virtio-win-1.4.0.vfd

CD選擇好windows 2003的鏡像，Boot Sequence裏面，把CD-ROM提到最前面。

其他根據自己的需要做選擇，最後點擊OK

過一會，就能看到系統識別出虛擬的VirtIO磁盤，如下圖

如果沒有加載虛擬的軟盤，就會出現如下的圖:

安裝完成之後，就到達了登陸界面

需要按下Ctrl + Alt +Delete，這個時候，需要在SPICE窗口中點右鍵，然後選擇Send CTRL+ALT+DELETE

這個時候，就可以登陸進去了，登陸之後，就需要安裝各個驅動了，在管理界面中，選定這臺虛擬機，右鍵，然後選擇Change CD ，然後再選擇RHEV-ToolsSetup_3.0_34.iso 如下圖：

這樣，就可以把虛擬機光驅中的光盤換掉了，在虛擬機系統中的光驅中，雙擊RHEV-toolsSetup.exe進行驅動安裝

裝好驅動之後，再打開虛擬機中的設備管理器，發現各個設備都能正常識別了。

我們現在給虛擬機中的網卡配個IP，然後用遠程連接協議登陸上去。

管理界面中，可以選擇RDP直接打開遠程連接，省去手動輸入IP的麻煩，不過前提是你需要在DNS裏面做解析，或者編輯hosts文件，所以，你創建虛擬機的時候，最好是用可以解析的主機名作爲命名。

點擊RDP之後，會直接調用本地的遠程連接，很方便。。。。。

本文出自 “飛翔的單車” 博客

KVM下windows虛擬機使用virtio驅動

發佈時間：2013-01-25 | 佚名：www.07net01.com

1：默認情況下按照好windows虛擬機，採用普通的驅動，即硬盤和網卡都採用默認配置情況下，硬盤是 ide 模式，而網卡工作在模擬的rtl 8139 網卡下，速度爲100M 全雙工。採用 virtio 驅動後，網卡工作在 1000M 的模式下，硬盤工作是SCSI模式下。顯然我想修改爲virtio驅動！

2：開始我試着修改配置文件（配置文件見附件）！然後重啓虛擬機，結果藍屏！