Grundlagen

Ein Hypervisor bildet eine abstrahierende Schicht zwischen der tatsächlich vorhandenen Hardware und den Gast-Betriebssystemen.
Er erlaubt es, eine virtuelle Umgebung zu definieren.
Diese dient unabhängig von der tatsächlich vorhandenen Hardware als Basis für die Installation von (Gast-)Betriebssystemen.
Zwei Arten sind möglich:
- Typ-1-Hypervisoren
- Typ-2-Hypervisoren
- Es gibt Mischformen.

Emulation vs. Virtualisierung

Bei der Emulation baut das Hostsystem die Plattform des Gastes vollständig in Software nach.
Das umfasst die Hardware, die CPU-Befehle und die Firmware.
Jeder Befehl des Gastes wird gelesen und in mehrere Befehle für die echte CPU übersetzt.
Vorteil: Host- und Gastplattform sind unabhängig, z. B. ein ARM-Gast auf einem x86-Host.
Nachteil: Dieser Ansatz ist sehr langsam und ressourcenintensiv.
Beispiel: QEMU (Quick Emulator) ohne KVM emuliert alles, auch die CPU.

Der Gast-Code läuft direkt auf der echten CPU und wird nicht übersetzt.
Die CPU muss dies unterstützen: Intel VT-x oder AMD-V.
Dadurch ist sie fast so schnell wie ein System ohne VM.
Nachteil: Gast und Host müssen dieselbe Plattform verwenden.
Beispiel: QEMU-KVM reicht die CPU an den Gast durch, QEMU emuliert nur noch die Geräte (Festplatte, Netzwerkkarte, Grafik).

VM-Entry: QEMU sagt zu KVM „Starte meine VM“ (ioctl(KVM_RUN) auf /dev/kvm). KVM richtet die CPU ein und übergibt ihr den Gast-Code.
Der Gast rechnet allein: Millionen Befehle laufen direkt auf der CPU. KVM ist in dieser Zeit gar nicht aktiv.
VM-Exit: Will der Gast etwas, das er nicht selbst darf (z. B. Festplatte, Ports, Interrupts), stoppt die CPU ihn und springt automatisch zu KVM zurück.
KVM erledigt Timer und Interrupts selbst und gibt Gerätezugriffe an QEMU weiter. Danach folgt wieder ein VM-Entry.
Merke: KVM steht nicht zwischen jedem Befehl, das wäre wieder Emulation. KVM steht nur am Anfang und bei den Sonderfällen.

Der Fahrschüler (Gast) fährt selbst.
Der Fahrlehrer (KVM) greift nicht bei jeder Lenkbewegung ein, hat aber eine eigene Bremse und übernimmt, sobald es kritisch wird.
Bei Emulation würde der Fahrlehrer jede Lenkbewegung selbst ausführen.

grep -m1 -owE 'vmx|svm' /proc/cpuinfo

vmx = Intel VT-x, svm = AMD-V, keine Ausgabe = im BIOS/UEFI abgeschaltet oder nicht vorhanden.

Nativer oder Bare-Metal-Hypervisor.
Wird direkt auf der Host-Hardware ausgeführt.
Verwaltet die Gast-Betriebssysteme.
Übernimmt selbst die Rolle des Host-Betriebssystems.
VM-Ressourcen werden direkt von der Hardware abgerufen.
Einsatz in Rechenzentren von Unternehmen und anderen serverbasierten Umgebungen.

Wird auch gehosteter Hypervisor genannt.
Läuft als Anwendung auf einem normalen Host-Betriebssystem.
Trennt die Gast-Betriebssysteme vom Host-Betriebssystem.
VM-Ressourcen werden beim Host-Betriebssystem angefordert und von diesem über die Hardware abgerufen.

Die KVM-Module (kvm, kvm_intel bzw. kvm_amd) werden in den Linux-Kernel geladen.
Damit wird der Linux-Kernel selbst zum Hypervisor und sitzt direkt auf der Hardware.
Jede VM ist ein normaler QEMU-Prozess, den der Kernel wie jeden anderen Prozess einplant.
QEMU emuliert die Hardware der VM, die CPU reicht KVM durch.

Red Hat verortet KVM als Typ-1-Hypervisor.
Weil Geräte über QEMU im Userspace laufen, wird KVM teilweise auch als Mischform gesehen.