初识KVM API-天翼云开发者社区

（特别提示：本人所有文章都是凭记忆书写，不保证准确、正确，请读者注意鉴别！）

提到KVM，大家的第一反应是QEMU或QEMU-KVM。搜索KVM，通常得到结果都是关于怎么使用QEMU，libvirt等等。有必要先介绍下它的历史了。

云计算非常依赖虚拟化技术，虚拟化必须得把电脑完整得虚拟化出来，这就包括：CPU虚拟化，内存虚拟化，存储虚拟化，网络虚拟化，设备虚拟化（除前述设备）等等。过去几十年，不同的虚拟化发展道路各不相同。存储虚拟化现在基本上Ceph一统天下，其他系统各显神通。网络虚拟化得益于TCP/IP栈的超前设计，几乎从一开始就支持“虚拟化”，现在和存储的SDS（软件定义存储）一样，走在了SDN（软件定义网络）的康庄大道。设备虚拟化的拳头产品是QEMU。

QEMU作为设备虚拟化大杀器，可以虚拟各种设备，从CPU到主板到鼠标。在CPU虚拟化上，QEMU一开始走的是“模拟器“的路线，即Guest操作系统和应用对应的机器码，被QEMU一条一条模拟执行。模拟器的好处是它可以跨CPU模拟，在Mac-m1机器上模拟一个80386的CPU跑DOS系统。模拟器的缺点也很致命，速度慢。

解决CPU虚拟化的速度问题，还是得从CPU入手。有两种思路，一是在操作系统上把CPU逻辑上分割，二是CPU本身从硬件上支持虚拟化。前一种思路包括了进程，cgroups/namespace/容器，模拟器等，当然这看各自理解了。后一种思路就必须得芯片厂商出手了。Intel，AMD当仁不让，相继推出了虚拟化方案。

有了CPU硬件虚拟化的支持，接下来就是在操作系统层面把相关的功能暴露给开发人员，这就是KVM的由来。KVM是可加载到操作系统内核的一个模块，它可以操作CPU的硬件虚拟化功能，来创建虚拟CPU。从软件层面讲，KVM和Linux内核的其他模块如内存管理操作CPU的特权指令激活页内存管理是一样的道理。KVM出现之后，QEMU马上就支持用KVM代替其原来的模拟器，这就是QEMU-KVM。因为KVM创建虚机是CPU硬件支持的，所以QEMU-KVM的速度会超级快，或者说不能更快了。但是呢，因为QEMU不但要虚拟CPU，还需要虚拟各种其他设备，整体来看QEMU-KVM的性能肯定是不够的。这间接给了所有人一种印象，即虚拟机总是比较慢。对此芯片厂商是不太乐意的，因为它们早就从硬件上支撑了虚拟化了，QEMU-KVM的慢是在其他地方。

接下来再看KVM是什么？一：基于CPU的虚拟化指令构建的内核模块；二：它对外提供的API。第一点涉及到KVM本身的研发，我基本没有探究，就此略过。

libc的API或Linux的内核API都是一个一个的函数，而KVM API不太一样，只有一个函数（ioctl），通过参数来实现不同的功能。详细列表在下面的页面有介绍:https://kernel.org/doc/Documentation/virtual/kvm/api.txt

以KVM_SET/GET_REGS为例，创建VCPU之后可以通过它们设置或获取CPU的寄存器，如下图所示。