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【解説】
「KVM」――Linux標準の仮想化機能の得意領域を知る

Linuxカーネルに統合された仮想マシン環境

（2008年07月07日）

Linuxカーネル標準の仮想化機能「KVM」

　KVMとは「Kernel-based Virtual Machine」の略であり、Linuxカーネルにハイパーバイザの機能を追加する仕組みである。完全仮想化（フル・バーチャライゼーション）による仮想マシン環境を提供し、仮想マシンを動作させたまま実マシン間を移動するライブ・マイグレーションにも対応する。

　KVMはもともと、イスラエルの仮想化ベンダー、クムラネットが独自に開発したもので、2006年10月にアナウンスされ、同年12月にLinuxカーネルにマージされた（バージョン2.6.20）。現在は公開から間がないため、今すぐ企業で利用することは難しいと思われるが、次期Red Hat Enterprise LinuxのベースとなるFedoraにも導入され注目を浴びており、コミュニティ（http://kvm.qumranet.com/kvmwiki/）においても活発に開発が進められている。

　KVMの基本的な実装はほぼ完成し、現在はゲストOS上で動作するパラドライバ（Para-virtualized Device Driver）の開発や、パフォーマンス・チューニング、IA以外のアーキテクチャへの対応が行われている。

CPUの仮想化機能を活用し「ネーティブ並み」の速度を実現

　KVMでのI/Oエミュレーションは、従来から開発されているユーザー・モードでの完全仮想化環境を提供するエミュレータ「Qemu」をベースとしている。Qemuの基本的な動作は、これから実行する命令をチェックし、I/O処理などの特権が必要な場合には、ソフトウェアによるエミュレーション層に分岐して各種デバイスやCPU動作のエミュレーションを行い、エミュレーションが不要な場合には命令をそのまま実行する。

　従来のQemuは、特権命令であるか否かの判定をソフトウェア・ベースで行っていたが、KVMではこれをCPUの仮想化支援機能を利用して行うことで、処理の大幅な高速化を実現している。

　KVMは、Linuxカーネルのモジュールとして実装されており、CPUの仮想化支援機能（インテルVTまたはAMD-V）にアクセスするためのインタフェース
（/dev/kvm）を提供する。これにより、カーネル・モード、ユーザー・モードに加えて、ゲスト・モードという新しい動作モードが追加されることになる（図1）。

図1：KVMのアーキテクチャ

　ゲスト・モードではI/O以外の動作は自由に行えるが、I/O動作の命令はトラップされて、カーネル・モードに遷移する。そしてユーザー・モードで動作するハードウェア・エミュレーション層に制御が移る。ハードウェア・エミュレーション層は、必要に応じてエミュレーション処理、システムコールによる実デバイスへのリクエストを行う。

　このようにKVMには、CPUの仮想化支援機能を活用する仕組みが実装されている。

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