KVM Grundlagen

Übersicht

Kernel-based Virtual Machine (KVM) ist die Virtualisierungslösung im Linux-Kernel.
Nutzt Hardware-Virtualisierung (Intel VT-x, AMD-V).
Besteht aus Kernelmodulen (kvm.ko, kvm_intel.ko bzw. kvm_amd.ko) und setzt für die Geräteemulation auf QEMU auf.
Fester Bestandteil des Linux-Kernels seit Version 2.6.20 (Februar 2007).

Entwickelt von Avi Kivity bei Qumranet in Israel, vorgestellt im Oktober 2006.
Aufgenommen in Kernel 2.6.20, veröffentlicht im Februar 2007.
2008 Übernahme von Qumranet durch Red Hat, das die Entwicklung seitdem maßgeblich vorantreibt.
Heute Grundlage vieler Plattformen, z. B. Proxmox VE, OpenStack und großer Cloud-Anbieter.
Portierungen existieren für FreeBSD und Illumos.

KVM virtualisiert CPU und Arbeitsspeicher, emuliert aber selbst keine Geräte.
Die Geräte der VM (Festplatte, Netzwerkkarte, Grafik) emuliert QEMU.
Jede VM ist ein normaler QEMU-Prozess auf dem Host, den der Kernel wie jeden anderen Prozess einplant.
KVM + QEMU zusammen ergeben ein vollständiges Virtualisierungssystem.

KVM Architektur: KVM übernimmt CPU/RAM Virtualisierung, QEMU emuliert Geräte.

Unterstützt zahlreiche Betriebssysteme:
- Linux (32/64 Bit)
- Windows (32/64 Bit)
- BSD-Derivate, Solaris/Illumos, Haiku, ReactOS, FreeDOS u. a.

Emulierte Geräte (z. B. Netzwerkkarte e1000, IDE-Platte) bilden echte Hardware nach. Der Gast-Treiber spricht mit ihnen wie mit echter Hardware, das erzeugt viele VM-Exits.
VirtIO-Geräte sind für VMs entworfen: Gast und Host tauschen Daten über gemeinsame Warteschlangen (virtqueues) aus, mit wenigen VM-Exits.
Wichtige VirtIO-Geräte:
- virtio-blk / virtio-scsi für Festplatten
- virtio-net für Netzwerk
- virtio-balloon für dynamischen Arbeitsspeicher
Linux bringt die Treiber mit, für Windows gibt es die ISO virtio-win.
Animation: https://labs.xinux.net/kvm-praxis.html#virtio-1

Zeigt die CPU-Modi: VMX Root (Hypervisor, „Ring -1“) und VMX Non-Root (Gast mit eigenem Ring 0 und Ring 3).

Libvirt ist eine einheitliche Schnittstelle zur Verwaltung von KVM/QEMU und anderen Hypervisoren.
Werkzeuge wie virsh und virt-manager sprechen mit dem Dienst libvirtd, der die QEMU-Prozesse startet und verwaltet.
Die Beschreibung einer VM liegt als XML-Datei unter /etc/libvirt/qemu/.

Lebenszyklus einer virtuellen Maschine (erstellt, gestartet, gestoppt, gelöscht).

Befehl	Wirkung
`virsh define vm.xml`	VM anlegen (Zustand: ausgeschaltet)
`virsh start vm`	VM starten
`virsh suspend vm` / `virsh resume vm`	VM anhalten / fortsetzen
`virsh shutdown vm`	sauber herunterfahren (ACPI)
`virsh destroy vm`	hart ausschalten (Stecker ziehen), löscht nichts
`virsh undefine vm`	VM-Definition löschen (Platten bleiben)