kvm虚拟了哪些硬件，kvm虚拟机是什么类型

***：KVM（Kernel - based Virtual Machine）是基于内核的虚拟机。它主要虚拟了多种硬件，如虚拟CPU，可在宿主机物理CPU基础上为虚拟机分配虚拟的处理核心；虚拟内存，为虚拟机提供独立的内存空间；还有虚拟磁盘、虚拟网络设备等。KVM虚拟机属于一种全虚拟化类型，它依赖于Linux内核，能高效利用硬件资源，提供接近原生性能的虚拟机运行环境。

本文目录导读：

1. KVM虚拟机对CPU的虚拟
2. KVM虚拟机对内存的虚拟
3. KVM虚拟机对磁盘的虚拟
4. KVM虚拟机对网络的虚拟
5. KVM虚拟机对其他硬件的虚拟

《深入解析KVM虚拟机：硬件虚拟类型全剖析》

KVM（Kernel - based Virtual Machine）是一种基于Linux内核的开源虚拟机技术，它在现代数据中心、云计算环境以及企业内部的虚拟化部署中扮演着至关重要的角色，要全面理解kvm虚拟机是什么类型，关键在于探究它虚拟了哪些硬件，通过对这些虚拟硬件的深入分析，我们能够清晰地认识到KVM虚拟机的特性、优势以及适用场景等多方面的内容。

KVM虚拟机对CPU的虚拟

1、指令集模拟

- KVM虚拟机通过在宿主机的CPU上模拟各种CPU指令集来支持不同类型操作系统在虚拟机中的运行，对于x86架构的宿主机，它可以模拟出兼容旧版本x86指令集的环境，使得古老的操作系统版本（如Windows 98等）也能够在虚拟机中运行，这种指令集模拟是在硬件层面之上进行的软件层面的转换，当虚拟机中的操作系统发出一条指令时，KVM会检查这条指令是否能够直接在宿主机的CPU上执行，如果可以，就直接执行；如果不可以，例如一些已经被新架构弃用但在旧操作系统中存在的指令，KVM会通过软件模拟的方式来提供等效的操作结果。

- 在多核心的场景下，KVM能够将宿主机的多核心CPU资源分配给虚拟机，它可以为每个虚拟机分配指定数量的虚拟CPU核心，这些虚拟CPU核心在虚拟机内部看起来就像是独立的物理CPU核心一样，一个宿主机有8个物理核心，我们可以为一个虚拟机分配2个虚拟核心，虚拟机中的操作系统会像对待真实的2个物理核心一样对这2个虚拟核心进行调度和任务分配，KVM通过对CPU核心的虚拟分配，实现了多个虚拟机在单个宿主机上共享CPU资源，提高了硬件资源的利用率。

2、CPU特性模拟

- 现代CPU具有许多高级特性，如缓存（Cache）、超线程（Hyper - Threading）等，KVM虚拟机需要对这些特性进行模拟，以提供更加真实的计算环境，对于缓存的模拟，KVM会为虚拟机创建虚拟的缓存结构，虽然虚拟机不能直接使用宿主机的物理缓存，但KVM通过软件手段模拟缓存的行为，例如缓存的命中和未命中处理等，当虚拟机中的程序访问内存数据时，KVM的缓存模拟机制会根据一定的算法判断数据是否在虚拟缓存中，如果在则可以快速获取，否则需要从虚拟内存中读取并更新虚拟缓存。

- 对于超线程技术的模拟，KVM可以在虚拟机中创建出看起来像是超线程的虚拟CPU环境，即使宿主机的CPU没有启用超线程或者虚拟机所运行的硬件平台不支持超线程，KVM也可以通过软件调度的方式模拟超线程的效果，在一个没有超线程的物理CPU上，KVM可以让虚拟机中的操作系统认为它有超线程的CPU资源，从而提高虚拟机内部多线程应用程序的并发执行效率。

KVM虚拟机对内存的虚拟

1、内存分配与管理

- KVM虚拟机为每个虚拟机分配独立的内存空间，宿主机的物理内存被划分为多个部分，分别分配给不同的虚拟机，这种分配是动态的，可以根据虚拟机的需求进行调整，当一个虚拟机启动时，KVM可以根据预先设定的内存大小为其分配一定量的物理内存，如果这个虚拟机在运行过程中需要更多的内存（如运行大型应用程序或者数据库时），KVM可以在宿主机物理内存允许的情况下，为其动态增加分配的内存量，同样，如果虚拟机释放了部分内存（如关闭了一些占用大量内存的程序），KVM可以回收这部分内存并重新分配给其他虚拟机或者宿主机的其他进程。

- 在内存管理方面，KVM采用了类似于宿主机操作系统的内存管理机制，它为虚拟机创建了虚拟的页表（Page Table）结构，虚拟机中的操作系统通过操作这个虚拟页表来管理内存，当虚拟机中的进程访问内存地址时，KVM会根据虚拟页表将这个虚拟内存地址转换为宿主机的物理内存地址，这种转换过程对于虚拟机中的操作系统是透明的，就像在真实的物理硬件上运行一样，KVM还支持内存的共享和保护机制，多个虚拟机之间可以共享部分只读内存区域，例如共享一些系统库等，这样可以节省内存资源，KVM通过内存保护机制确保每个虚拟机的内存空间不会被其他虚拟机非法访问。

2、内存性能优化

- KVM虚拟机采用了多种技术来优化内存性能，其中之一是内存预取（Memory Prefetching）技术，在虚拟机内部，当一个程序即将访问某一块内存区域时，KVM可以提前将这部分内存数据预取到虚拟内存的缓存中，以减少内存访问的延迟，对于虚拟机中频繁访问的数组数据，KVM可以根据程序的访问模式预测下一个将要访问的数组元素，并提前将其预取到缓存中。

- KVM还支持内存的压缩（Memory Compression）技术，当宿主机的物理内存资源紧张时，KVM可以对虚拟机中暂时不使用的内存数据进行压缩存储，当需要访问这些被压缩的内存数据时，再进行解压操作，这种内存压缩技术可以在不增加物理内存的情况下，提高内存的利用率和虚拟机的整体性能，对于虚拟机中一些长时间处于休眠状态的后台进程所占用的内存，可以进行压缩，释放出更多的物理内存给其他活跃的虚拟机或进程。

KVM虚拟机对磁盘的虚拟

1、磁盘设备模拟

- KVM虚拟机可以模拟多种类型的磁盘设备，如IDE（Integrated Drive Electronics）磁盘、SCSI（Small Computer System Interface）磁盘等，对于虚拟机中的操作系统来说，它看到的是一个完全正常的磁盘设备，当在虚拟机中安装操作系统时，就像在真实的物理磁盘上安装一样，KVM通过软件模拟磁盘的基本操作，如读、写、寻道等，以IDE磁盘模拟为例，KVM会模拟出IDE磁盘的寄存器、命令集等硬件组件，当虚拟机中的操作系统向IDE磁盘发出读数据的命令时，KVM会根据这个命令在宿主机的磁盘文件（虚拟机的磁盘镜像文件）或者物理磁盘分区（如果虚拟机使用的是物理磁盘分区作为磁盘设备）中获取相应的数据，并返回给虚拟机中的操作系统。

- 在SCSI磁盘模拟方面，KVM可以模拟出SCSI磁盘的高级特性，如多任务处理、命令排队等，这使得虚拟机中的应用程序如果是专门为SCSI磁盘优化的，也能够在虚拟的SCSI磁盘环境中发挥较好的性能，对于一些企业级的数据库应用，它们通常对磁盘的多任务处理和命令排队特性有较高的要求，KVM的SCSI磁盘模拟可以满足这些应用在虚拟机中的运行需求。

2、磁盘I/O优化

- KVM虚拟机采用了缓存技术来优化磁盘I/O，在虚拟机内部，有虚拟的磁盘缓存，当虚拟机中的操作系统对磁盘进行写操作时，数据首先被写入到这个虚拟磁盘缓存中，然后再由KVM根据一定的策略将数据写入到宿主机的磁盘文件或者物理磁盘中，这样可以减少磁盘I/O的次数，提高磁盘操作的速度，对于虚拟机中的频繁小文件写操作，通过虚拟磁盘缓存可以将这些小文件的写操作合并为较大的写操作，然后一次性写入到宿主机磁盘，减少了磁盘的寻道时间和写操作的开销。

- KVM还支持磁盘I/O的异步处理，当虚拟机中的操作系统发出磁盘I/O请求时，KVM可以将这个请求放入到异步处理队列中，然后继续处理其他任务，当磁盘I/O操作完成后，KVM再通知虚拟机中的操作系统，这种异步处理方式可以提高虚拟机的整体性能，尤其是在多虚拟机并发进行磁盘I/O操作的情况下，可以避免因为磁盘I/O等待而造成的虚拟机性能下降。

KVM虚拟机对网络的虚拟

1、网络设备模拟

- KVM虚拟机可以模拟多种网络设备，如虚拟网卡，在虚拟机内部，虚拟网卡看起来就像一个真实的物理网卡，KVM通过软件模拟网卡的MAC地址、网络接口等硬件特性，每个虚拟机都有自己独立的虚拟网卡MAC地址，这使得虚拟机在网络中可以被唯一标识，当虚拟机中的操作系统配置网络时，就像在真实的物理网络环境中配置物理网卡一样，KVM模拟的虚拟网卡支持多种网络协议，如TCP/IP协议等，这使得虚拟机中的应用程序可以通过虚拟网卡与外部网络进行通信。

- 除了虚拟网卡，KVM还可以模拟虚拟交换机，虚拟交换机在虚拟机网络环境中起到连接各个虚拟机的作用，就像真实的物理交换机一样，虚拟交换机可以根据MAC地址进行数据帧的转发，在一个多虚拟机的环境中，虚拟机之间的通信可以通过虚拟交换机进行内部转发，而不需要经过外部物理网络，提高了网络通信的效率，在一个企业内部的测试环境中，多个测试虚拟机之间的通信可以通过虚拟交换机在宿主机内部快速完成。

2、网络性能优化

- KVM虚拟机采用了网络流量控制技术来优化网络性能，它可以对虚拟机的网络流量进行限制和优先级设置，对于企业中的关键业务虚拟机，可以为其设置较高的网络优先级，保证其网络通信的流畅性，KVM可以限制某些非关键虚拟机的网络流量，防止其过度占用网络资源，这种网络流量控制是通过软件手段在宿主机的网络接口和虚拟机的虚拟网络接口之间进行的。

- KVM还支持网络数据的缓存和预取，当虚拟机中的应用程序频繁访问某些网络数据时，KVM可以将这些数据缓存到虚拟机内部的网络缓存中，当再次访问这些数据时，可以直接从缓存中获取，减少了网络传输的延迟，KVM可以根据网络数据的访问模式进行预取操作，当虚拟机正在下载一个大型文件时，KVM可以预取文件的后续部分，提高网络下载的速度。

KVM虚拟机对其他硬件的虚拟

1、显卡与显示设备的虚拟

- KVM虚拟机可以对显卡和显示设备进行虚拟，虽然在大多数服务器虚拟化场景中，对显卡的要求不高，但在一些特殊场景，如桌面虚拟化中，显卡的虚拟就非常重要，KVM可以模拟基本的显卡功能，如提供虚拟的显示分辨率设置、颜色模式等，对于虚拟机中的桌面操作系统，用户可以像在真实的物理桌面环境中一样设置显示参数，KVM通过与宿主机的显卡驱动协作，在一定程度上利用宿主机的显卡资源来实现虚拟显卡的功能，在支持GPU直通（GPU Passthrough）的环境中，KVM可以将宿主机的显卡直接分配给虚拟机使用，提供更强大的图形处理能力，满足如3D游戏、图形设计等对显卡性能要求较高的应用在虚拟机中的运行需求。

2、输入设备的虚拟

- 在输入设备方面，KVM虚拟机可以模拟键盘和鼠标等设备，对于虚拟机中的操作系统，它接收到的键盘和鼠标输入就像来自真实的物理设备一样，KVM会将宿主机的键盘和鼠标输入事件转换为虚拟机内部能够识别的输入信号，当用户在宿主机的键盘上按下一个键时，KVM会将这个按键事件发送到虚拟机中的操作系统，虚拟机中的操作系统会根据自身的设置进行相应的处理，如在文本编辑器中输入字符等，同样，对于鼠标的移动、点击等操作，KVM也会进行准确的转换和传递，使得用户可以在虚拟机环境中像在真实的物理设备上一样操作。

KVM虚拟机通过对CPU、内存、磁盘、网络、显卡、输入设备等硬件的虚拟，构建了一个完整的虚拟计算环境，这种全面的硬件虚拟能力使得KVM在多种应用场景下都具有很大的优势，在数据中心中，它可以高效地整合服务器资源，提高硬件利用率；在桌面虚拟化领域，它可以为用户提供方便的虚拟桌面环境；在云计算环境中，它可以作为底层的虚拟化技术，支持大规模的虚拟机部署，随着技术的不断发展，KVM虚拟机对硬件的虚拟能力也将不断提高，进一步拓展其应用范围和提升性能。