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一、QEMU简介

QEMU是法布里斯·贝拉在Linux内核上写的一个CPU模拟器，这套开放源码的模拟器软件与Bochs、PearPC近似，但具有后两者所不具备的高速度及跨平台等特性。QEMU可以在不同的机器上运行独自开发的操作系统与软件，经由KQEMU这个开源的加速器，能模拟至接近真实电脑的速度。QEMU构思巧妙， 效率极高， 在借助核心态的KQEMU加速器之后，模拟代码的执行速度甚至能够接近真实机器。QEMU已成为目前使用最广泛的模拟器，KVM和Google Android的模拟器都是基于QEMU的。

QEMU是一款开源的模拟器及虚拟机监管器(Virtual Machine Monitor, VMM)。QEMU主要提供两种功能给用户使用。一是作为用户态模拟器，利用动态代码翻译机制来执行不同于主机架构的代码。二是作为虚拟机监管器，模拟全系统，利用其他VMM(Xen, KVM, etc)来使用硬件提供的虚拟化支持，创建接近于主机性能的虚拟机。

用户可以通过不同Linux发行版所带有的软件包管理器来安装QEMU。如在Debian系列的发行版上可以使用下面的命令来安装：

sudo apt-get install qemu

或者在红帽系列的发行版上使用如下命令安装：

sudo yum install qemu -y

除此之外，也可以选择从源码安装。

获取QEMU源码

可以从QEMU官网上下载QEMU源码的tar包，以命令行下载2.0版本的QEMU为例：

$wget http://wiki.qemu-project.org/download/qemu-2.0.0.tar.bz2
$tar xjvf qemu-2.0.0.tar.bz2

如果需要参与到QEMU的开发中，最好使用Git获取源码：

$git clone git://git.qemu-project.org/qemu.git

编译及安装

获取源码后，可以根据需求来配置和编译QEMU。

$cd qemu-2.0.0 //如果使用的是git下载的源码，执行cd qemu
$./configure --enable-kvm --enable-debug --enable-vnc --enable-werror  --target-list="x86_64-softmmu"
$make -j8
$sudo make install

configure脚本用于生成Makefile，其选项可以用./configure --help查看。这里使用到的选项含义如下：

--enable-kvm：编译KVM模块，使QEMU可以利用KVM来访问硬件提供的虚拟化服务。
--enable-vnc：启用VNC。
--enalbe-werror：编译时，将所有的警告当作错误处理。
--target-list：选择目标机器的架构。默认是将所有的架构都编译，但为了更快的完成编译，指定需要的架构即可。

二、基本原理

QEMU作为系统模拟器时，会模拟出一台能够独立运行操作系统的虚拟机。如下图所示，每个虚拟机对应主机(Host)中的一个QEMU进程，而虚拟机的vCPU对应QEMU进程的一个线程。

QEMU结构图

系统虚拟化最主要是虚拟出CPU、内存及I/O设备。虚拟出的CPU称之为vCPU，QEMU为了提升效率，借用KVM、XEN等虚拟化技术，直接利用硬件对虚拟化的支持，在主机上安全地运行虚拟机代码(需要硬件支持)。虚拟机vCPU调用KVM的接口来执行任务的流程如下(代码源自QEMU开发者Stefan的技术博客)：

open("/dev/kvm")
ioctl(KVM_CREATE_VM)
ioctl(KVM_CREATE_VCPU)
for (;;) {
     ioctl(KVM_RUN)
     switch (exit_reason) {
     case KVM_EXIT_IO:  /* ... */
     case KVM_EXIT_HLT: /* ... */
     }
}

QEMU发起ioctrl来调用KVM接口，KVM则利用硬件扩展直接将虚拟机代码运行于主机之上，一旦vCPU需要操作设备寄存器，vCPU将会停止并退回到QEMU，QEMU去模拟出操作结果。

虚拟机内存会被映射到QEMU的进程地址空间，在启动时分配。在虚拟机看来，QEMU所分配的主机上的虚拟地址空间为虚拟机的物理地址空间。

QEMU在主机用户态模拟虚拟机的硬件设备，vCPU对硬件的操作结果会在用户态进行模拟，如虚拟机需要将数据写入硬盘，实际结果是将数据写入到了主机中的一个镜像文件中。

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