1. KVM API纵览

KVM的 API是通过/dev/kvm设备进行访问的。/dev/kvm是一个字符型设备。

作为 Linux 的一个标准字符型设备，可以使用常见的系统调用如 open、close、ioctl等指令进行操作。

因为KVM的字符型设备的实现函数中，没有包含write、read等操作。所有对KVM的操作都是通过ioctl发送相应的控制字实现的。

KVM所提供的用户空间API从功能上划分，可以分为三种类型，如表所示。


通常，

1. 对于KVM API的操作是从打开/dev/kvm设备文件开始的，通过使用系统调用open之后，会获得针对kvm subsystem的一个fd文件描述符。

2. 然后通过ioctl系统指令针对该文件描述符进行进一步的操作。

3. 通过KVM_CREATE_VM指令将创建一个虚拟机并返回该虚拟机对应的fd文件描述符，然后根据该描述符来控制虚拟机的行为。

4. 通过KVM_CREATE_VCPU指令，将创建一个虚拟CPU并且返回该vCPU对应的fd。

需要注意的一点是，在 Linux 的系统调用中，通过 fork()系统调用创建的子进程将继承父进程的文件访问描述符 fd，从而实现多进程访问。而在 KVM内部的API实现中，并没有针对这种情况进行保护。

2. system ioctls调用

system ioctls系统调用用于控制KVM运行环节的参数，相关工作包括全局性的参数设置和虚拟机创建等工作，其主要指令字如表所示。


KVM_CREATE_VM 是其中比较重要的指令字。通过该参数，KVM 将返回一个文件描述符，该文件描述符指向内核控件中一个新的虚拟机。

全新创建的虚拟机没有vCPU，也没有内存，需要通过后续的ioctl指令进行配置。使用mmap()系统调用，则会直接返回该虚拟机对应的虚拟内存空间，并且内存的偏移量为 0。如果 KVM支持 KVM_CAP_USER_MEMORY扩展特性，则应使用其他方法。

3. vm ioctl系统调用

vm ioctl系统调用实现了对虚拟机的控制。vm ioctl控制指令的参数大多需要从 KVM_CREATE_VM 中返回的 fd 文件描述符来进行操作，涉及的操作主要针对某一个虚拟机进行控制，如配置内存、配置vCPU等。


KVM_RUN和KVM_CREATE_VCPU是vm ioctl系统调用的两个重要指令字。在通过 KVM_CREATE_VCPU为 VM虚拟机创建 vCPU，并且获得 vCPU对应的fd文件描述符！！！ 之后，可以进行KVM_RUN启动虚拟机！！！ 的操作。

KVM_RUN 指令字虽然没有任何参数，但是在调用 KVM_RUN 启动了虚拟机之后，可以通过 mmap()系统调用映射 vCPU 的 fd 所在的内存空间！！！ 来获得kvm_run 结构体信息！！！。该结构体位于内存偏移量 0，结束位置在 KVM_GET_VCPU_MMAP_SIZE指令所返回的大小中。

kvm_run结构体的定义在include/uapi/linux/kvm.h中，通过读取该结构体可以了解 KVM 内部的运行状态，可以类比为计算机芯片中的寄存器组。其中主要的字段及说明如表4所示。



4. vcpu ioctl系统调用

vcpu ioctl系统调用主要针对具体的每一个虚拟的vCPU进行配置，包括寄存器读/写、中断设置、内存设置、调试开关、时钟管理等功能，能够对 KVM的虚拟机进行精确的运行时配置。

4.1. 寄存器控制

对于一个 VM的 CPU来说，寄存器控制是最重要的一个环节，vcpu ioctl在寄存器控制方面提供了丰富的指令字，如表所示。



4.2. 中断和事件管理

KVM在中断管理和事件管理中，也提供了丰富的指令字。在KVM运行期间，可以通过中断管理向vCPU插入中断，或者获取vCPU的一些事件（如热插拔等），该部分指令字如表所示。



4.3. 内存管理

内存管理是虚拟机管理中一个重要的组成部分，KVM也提供了相应的API支持，该部分指令字如表所示。



4.4. 其它管理

除了上面的vCPU 管理、中断管理和内存管理之外，KVM 最后还提供了其他方面的管理，如 CPUID 的设置、调试接口等，这部分接口的指令字如表所示。