前言#

Xen和KVM都是开源的虚拟化软件，同时它们也是FusionCompute所采用的底层架构。为了方便我们后续对FusionCompute的学习，有必要对Xen和KVM进行初步理解。

Xen vs KVM#

Xen#

Xen的虚拟化架构如下：

在Xen架构中，有两类虚拟机：Domain 0和Domain U。 **Domain 0：**属于控制域，是一台启动优先级最高、处于特权级别的虚拟机，用于对Domain U进行管理。全虚拟化场景下，Xen负责DomainU的CPU虚拟化和内存虚拟化，而Domain 0的后端驱动会主动捕获Domain U的I/O操作，通过硬件驱动去实现I/O虚拟化。而在半虚拟化场景下，Domain U的前端驱动可以主动将I/O请求发送给Domain 0的后端驱动，Domain 0通过硬件驱动直接访问硬件资源，实现I/O虚拟化。可以这么说，Domain 0全权负责Domian U的I/O虚拟化。 **Domain U：**普通的用户虚拟机

KVM#

KVM，全称Kernel-based Virtual Machine，意为“基于内核的虚拟机”。KVM的虚拟化架构如下：

如今，QEMU-KVM一般都会统称为KVM，因为作者已经把QEMU集成到KVM模块中了。其中，QEMU是一个开源的纯虚拟化软件，运行在用户态，主要负责I/O虚拟化。而KVM是一个内核驱动模块，运行在内核态，负责虚拟机的CPU虚拟化和内存虚拟化。

KVM体系架构#

下图是一个基本的KVM体系架构：

KVM的IO操作流程#

全虚拟化（默认）#

• 1-2：KVM主动捕获GuestOS的IO请求；
• 3：KVM模块将GuestOS的IO请求发送到IO共享页，并通知QEMU到IO共享页读取；
• 4：QEMU收到通知，并从IO共享页读取GuestOS的IO请求；
• 5-6：QEMU通过设备驱动，将IO请求交由硬件进行模拟执行；
• 7：执行完毕后，QEMU将IO执行结果返回到到IO共享页，并通知KVM模块到IO共享页进行读取；
• 8：KVM模块收到通知，并从IO共享页读取GuestOS的IO操作结果；
• 9-10：KVM模块将IO操作结果返回给GuestOS。

缺点：采用同步机制，GuestOS需要主动等待KVM模块将IO共享页中的IO操作结果返回以后，才能继续发送下一条IO操作（即阻塞），性能差。

半虚拟化（使用virtio驱动）#

特点：前端驱动部署在GuestOS上，后端驱动部署在QEMU上。

• 1-2：GuestOS主动将IO请求通过virtio前端驱动发送到virtio-ring（virtio的IO共享环），并通知QEMU到virtio-ring进行捕获；
• 3：QEMU收到通知，并通过virtio后端驱动从virtio-ring读取GuestOS的IO请求；
• 4-5：QEMU通过设备驱动，将IO请求交由硬件进行模拟执行；
• 6：执行完毕后，QEMU将IO执行结果返回到virtio-ring，并通知KVM模块到virtio-ring进行读取；
• 7：KVM模块收到通知，并从virtio-ring读取GuestOS的IO操作结果；
• 8：KVM模块将IO操作结果返回给GuestOS。

特点：采用异步机制，GuestOS将IO请求批量发送到virtio-ring而无需等待，供QEMU的virtio后端驱动批量读取执行，而GuestOS无需等待执行可以批量从virtio-ring中读取IO操作结果（非阻塞），大幅提升了性能。