QEMU与KVM架构

完整架构图，来自QEMU官网

QEMU与KVM架构总体上分为3部分。
VMX root模式的应用层（左上）
VMX root模式的内核层（左下）
虚拟机的运行（右上）
VMX root相对于VMX non-root模式，CPU引入了硬件虚拟化指令后有了这些概念，
VMX root可以理解为宿主机模式，VMX non-root可以理解为虚拟机模式

虚拟机运行在VMX non-root模式下
VMX root模式与未引入VT-x之前是一样的，CPU在运行包括QEMU在内的普通进程和宿主机的操作系统内核时，CPU处于该模式
VMX non-root模式，覆盖CPU运行虚拟机中的用户程序和操作系统代码的时间。

CPU的运行模式和CPU运行时的特权等级是相互正交的
（ARM的security monitor，安全世界和非安全世界，和EL等级）
虚拟机在VMX root模式和VMX non-root模式下，都有ring 0到ring 3 四个特权级别（这是X86概念了）

QEMU 主要任务

左边上半部分，覆盖了QEMU的主要任务：
QEMU在初始化时：
创建模拟的芯片组
创建CPU线程来表示虚拟机的CPU执行流
根据用户在命令行指定的设备为虚拟机创建对应的虚拟设备。

main loop是一个主线程里的循环，虚拟机运行期间在该循环内监听多种事件（还会注册事件对应的回调函数），包括：
虚拟机对设备的I/O访问请求
用户对虚拟机管理界面，虚拟设备对应的宿主机上的一些IO时间

QEMU应用层接受到这些事件之后，调用预先定义好的函数进行处理。

右上部分是虚拟机的运行，虚拟机也有自己的“小世界”，多个特权等级，对应内核层和应用层。只不过是non-root模式下的
虚拟机内可以有操作系统，它对QEMU和KVM不感知

常用操作系统可以不经过修改就运行在虚拟机中

虚拟机中的一个CPU对应为QEMU进程中的一个线程（这个线程是宿主机内的一个凡人，在虚拟机里就但此大任）
QEMU和KVM相互写作，这些线程会被宿主机操作系统正常调度，执行虚拟机中的代码。

虚拟机中的物理内存，对应QEMU进程中的虚拟内存，虚拟机中的操作系统，也有自己的页表管理，它所使用的物理地址，是QEMU进程中的虚拟地址。
即：
虚拟机的虚拟地址 —> 虚拟机内的页表管理（walk等） --> 虚拟机的物理地址(也就是QEMU进程的虚拟地址）–> QEMU所在操作系统的页表管理 --> 宿主机的物理地址

套娃了。。。

虚拟机中的设备，是通过QEMU呈现给它的，操作系统启动时对设备作枚举，加载对应驱动，运行过程中，虚拟机操作系统通过设备的IO端口，MMIO进行交互，KVM截获这个请求，大多时候KVM将请求分发给用户空间的QEMU进程，由QEMU处理这些IO请求

上图的下半部分，表示的是位于linux内核中的KVM驱动，KVM驱动以misc设备驱动的方式存在与内核中，通过/dev/kvm设备节点，导出一些列接口
QEMU用户态程序可以通过这些接口来控制虚拟机的各个方面：
如CPU个数，内存布局，运行等等
KVM需要解惑虚拟机产生的迅即退出事件，并进行处理。