前言
云厂商把物理机"切"成一台台云主机卖给你，用的核心武器就是 KVM 虚拟化。理解它，就理解了 IaaS 的地基，也理解了容器的宿主环境。
一、虚拟化要解决什么
一台物理机上跑多个"完整电脑"，核心需求：
- CPU 虚拟化：让多个客户机（Guest）安全地共享物理 CPU
- 内存虚拟化：每个 Guest 拥有连续的"假物理内存"
- 设备虚拟化：网卡、磁盘都是模拟出来的
- 隔离与调度：Hypervisor（VMM）负责资源分配
二、KVM 与 QEMU 的分工
这对搭档经常一起出现，但职责完全不同：
| 组件 | 形态 | 职责 |
|---|---|---|
| KVM | Linux 内核模块（kvm.ko, kvm_intel.ko） |
提供 CPU/内存虚拟化（依赖硬件 VT-x/AMD-V），只管"核心" |
| QEMU | 用户态程序 | 模拟整套硬件（BIOS、网卡、显卡、磁盘控制器），提供设备 IO |
| libvirt | 守护进程 + 工具集 | 管理 API（定义/启动/迁移虚拟机），virsh 是它的 CLI |
一句话：KVM 是发动机，QEMU 是车身和方向盘，libvirt 是仪表台。
# 检查 CPU 是否支持虚拟化
grep -cE "(vmx|svm)" /proc/cpuinfo # >0 即支持
lsmod | grep kvm # 模块是否加载
# 安装全家桶（RHEL 系）
dnf install -y qemu-kvm libvirt virt-install virt-top
systemctl enable --now libvirtd
三、CPU 虚拟化怎么工作（概念级）
- 全虚拟化：Guest 不知道自己被虚拟化，敏感指令陷入 KVM 由内核处理（硬件辅助，VT-x 的 root/non-root 模式）
- 半虚拟化（PV）：Guest 装了特殊驱动（virtio），知道自己在虚拟机里，IO 走高效通道
- 直通（passthrough）：把物理设备直接分配给 Guest（VFIO/SR-IOV），性能接近裸机
四、virtio：性能的关键
模拟真实硬件（e1000 网卡、IDE 磁盘）兼容性好但慢；virtio 是"为虚拟化而生"的设备族，Guest 装上 virtio 驱动后走前后端共享内存通道：
| 设备 | 模拟设备（慢） | virtio（快） |
|---|---|---|
| 网卡 | e1000 | virtio-net |
| 磁盘 | IDE/SATA | virtio-blk / virtio-scsi |
| 队列 | — | virtio-queue（多队列） |
云主机的网卡之所以叫 eth0 而性能还不错，就是 virtio-net 在工作。
五、动手：命令行创建一台 KVM 虚拟机
# 1. 准备磁盘镜像（qcow2: 支持精简置备+快照）
qemu-img create -f qcow2 /var/lib/libvirt/images/test.qcow2 20G
# 2. 安装系统（文本/串口方式, 适合无图形界面服务器）
virt-install \
--name test-vm \
--vcpus 2 --memory 2048 \
--disk path=/var/lib/libvirt/images/test.qcow2,format=qcow2,bus=virtio \
--network network=default,model=virtio \
--os-variant centos-stream9 \
--location /opt/CentOS-Stream-9-latest-x86_64-dvd1.iso \
--graphics none --console pty,target_type=serial \
--extra-args "console=ttyS0"
virsh 日常管理：
virsh list --all # 所有虚拟机
virsh start test-vm # 开机
virsh shutdown test-vm # 优雅关机
virsh destroy test-vm # 拔电源（强制）
virsh console test-vm # 串口控制台（退出: Ctrl+]）
virsh dominfo test-vm # 详细信息
virsh autostart test-vm # 宿主机开机自启
virsh snapshot-create-as test-vm snap1 # 快照
virsh dumpxml test-vm > vm.xml # 导出定义
六、镜像格式：qcow2 vs raw
| 特性 | qcow2 | raw |
|---|---|---|
| 空间占用 | 精简（用多少占多少） | 预分配全量 |
| 快照 | ✅ 内置支持 | 需要外部方案（LVM） |
| 性能 | 略有开销 | 最优 |
| 压缩/加密 | ✅ | ❌ |
qemu-img info test.qcow2 # 查看实际占用 vs 虚拟大小
qemu-img convert -O raw a.qcow2 a.raw # 格式转换
qemu-img snapshot -l test.qcow2 # 列出快照
云主机启动的秘密：云厂商的系统镜像 + 你的数据盘，本质就是一套 qcow2/raw 镜像加一层调度系统（OpenStack/自研），底层还是这套 KVM 技术。
七、嵌套虚拟化与常见问题
# 在虚拟机里再跑虚拟机（测试 K8s 集群常用）
modprobe kvm_intel nested=1
cat /sys/module/kvm_intel/parameters/nested # Y 即开启
# 虚拟机网络不通排查
virsh net-list # default 网络是否 active
virsh domifaddr test-vm # 拿到虚拟机 IP
小结
- KVM（内核）+ QEMU（设备模拟）+ libvirt（管理） 三层架构是 IaaS 地基
- 硬件辅助虚拟化（VT-x）让全虚拟化性能可用，virtio 让 IO 高效
- qcow2 精简+快照适合日常，raw 性能极致
virt-install+virsh就能在命令行管理完整虚拟机生命周期
下一篇回到代码：Git 版本控制。
本文是「云计算」系列第 2 篇。