玩轉OpenStack--6>CPU 和記憶體虛擬化原理

前面我們成功地把 KVM 跑起來了，有了些感性認識，這個對於初學者非常重要。不過還不夠，我們多少得了解一些 KVM 的實現機制，這對以後的工作會有幫助。

CPU 虛擬化

KVM 的虛擬化是需要 CPU 硬體支援的。還記得我們在前面的章節講過用命令來檢視 CPU 是否支援KVM虛擬化嗎？

[email protected]:~# egrep -o '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo

vmx

如果有輸出 vmx 或者 svm，就說明當前的 CPU 支援 KVM。CPU 廠商 Intel 和 AMD 都支援虛擬化了，除非是非常老的 CPU。

一個 KVM 虛機在宿主機中其實是一個 qemu-kvm 程序，與其他 Linux 程序一樣被排程。 比如在我的實驗機上執行的虛機 kvm1 在宿主機中 ps 能看到相應的程序。

虛機中的每一個虛擬 vCPU 則對應 qemu-kvm 程序中的一個執行緒。看下圖

在這個例子中，宿主機有兩個物理 CPU，上面起了兩個虛機 VM1 和 VM2。 VM1 有兩個 vCPU，VM2 有 4 個 vCPU。可以看到 VM1 和 VM2 分別有兩個和 4 個執行緒在兩個物理 CPU 上排程。

這裡也演示了另一個知識點，即虛機的 vCPU 總數可以超過物理 CPU 數量，這個叫 CPU overcommit（超配）。 KVM 允許 overcommit，這個特性使得虛機能夠充分利用宿主機的 CPU 資源，但前提是在同一時刻，不是所有的虛機都滿負荷執行。 當然，如果每個虛機都很忙，反而會影響整體效能，所以在使用 overcommit 的時候，需要對虛機的負載情況有所瞭解，需要測試。

記憶體虛擬化

KVM 通過記憶體虛擬化共享物理系統記憶體，動態分配給虛擬機器。看下圖

為了在一臺機器上執行多個虛擬機器，KVM 需要實現 VA（虛擬記憶體） -> PA（實體記憶體） -> MA（機器記憶體）直接的地址轉換。虛機 OS 控制虛擬地址到客戶記憶體實體地址的對映 （VA -> PA），但是虛機 OS 不能直接訪問實際機器記憶體，因此 KVM 需要負責對映客戶實體記憶體到實際機器記憶體 （PA -> MA）。具體的實現就不做過多介紹了，大家有興趣可以查查資料。

還有一點提醒大家，記憶體也是可以 overcommit 的，即所有虛機的記憶體之和可以超過宿主機的實體記憶體。但使用時也需要充分測試，否則效能會受影響。