qemu-kvm

QEMU / KVM

用途

指导 Agent 使用 QEMU 系统仿真和 KVM 加速：qemu-system-x86_64 的关键标志、virtio 设备、VFIO 设备直通、QMP 监控协议、libvirt/virsh 管理，以及使用 -kernel -initrd -append 进行内核开发。

适用场景

• 使用硬件加速运行 Linux 虚拟机
• 无需裸机即可测试自定义内核
• 通过 VFIO 将 GPU 或 NIC 直通给虚拟机
• 使用 libvirt 和 virsh 管理虚拟机
• 创建虚拟机快照，以便进行可复现测试
• 通过直接启动内核来开发内核或引导加载程序

工作流

1. 基本 KVM 虚拟机

# Check KVM support
egrep -c '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo
ls -l /dev/kvm

# Minimal Ubuntu VM
qemu-system-x86_64 \
  -enable-kvm \
  -cpu host \
  -m 4096 \
  -smp 4 \
  -drive file=ubuntu.img,format=qcow2 \
  -netdev user,id=net0 \
  -device virtio-net-pci,netdev=net0 \
  -display none \
  -serial mon:stdio

标志	用途
-enable-kvm	使用 KVM 加速
-cpu host	透传主机 CPU 特性
-m	RAM 大小，单位为 MB
-smp	vCPU 数量
-drive	磁盘映像
-netdev / -device	网络后端

2. virtio 设备

# virtio-blk (paravirtual disk — faster)
-device virtio-blk-pci,drive=hd0 \
-drive if=none,id=hd0,file=disk.qcow2,format=qcow2

# virtio-net
-netdev tap,id=net0,ifname=tap0,script=no,downscript=no \
-device virtio-net-pci,netdev=net0

# virtio-balloon (dynamic memory)
-device virtio-balloon-pci

# virtio-scsi
-device virtio-scsi-pci,id=scsi0 \
-device scsi-hd,drive=hd0,bus=scsi0.0

为获得更好的性能，始终优先使用 virtio，而不是仿真设备。

3. VFIO 设备直通

# Bind device to vfio-pci
echo 10de 1c03 | sudo tee /sys/bus/pci/drivers/vfio-pci/new_id
sudo virsh nodedev-detach pci_0000_01_00_0

# QEMU with passthrough
qemu-system-x86_64 \
  -enable-kvm -m 8192 -smp 8 \
  -device vfio-pci,host=01:00.0 \
  ...

需要启用 IOMMU（在内核命令行中设置 intel_iommu=on 或 amd_iommu=on）。

4. QMP 监控器

# Start with QMP socket
qemu-system-x86_64 ... \
  -qmp unix:/tmp/qmp.sock,server,nowait

# Send QMP commands
socat - UNIX-CONNECT:/tmp/qmp.sock
{"execute":"qmp_capabilities"}
{"execute":"query-status"}
{"execute":"system_powerdown"}
{"execute":"savevm", "arguments":{"name":"checkpoint1"}}

5. libvirt 和 virsh

# Define VM from XML
virsh define myvm.xml

# Start/stop
virsh start myvm
virsh shutdown myvm
virsh destroy myvm   # force power off

# Console
virsh console myvm

# Snapshot
virsh snapshot-create-as myvm snap1 "before upgrade"

# List
virsh list --all

# Create VM interactively
virt-install \
  --name ubuntu-vm \
  --ram 4096 \
  --vcpus 4 \
  --disk path=/var/lib/libvirt/images/ubuntu.qcow2,size=20 \
  --os-variant ubuntu22.04 \
  --network bridge=virbr0 \
  --graphics none \
  --console pty,target_type=serial \
  --location http://archive.ubuntu.com/ubuntu/dists/jammy/main/installer-amd64/ \
  --extra-args 'console=ttyS0,115200n8'

6. 内核开发启动

# Direct kernel boot (no disk install needed)
qemu-system-x86_64 \
  -enable-kvm \
  -m 512 \
  -kernel arch/x86/boot/bzImage \
  -initrd /path/to/initramfs.cpio.gz \
  -append "console=ttyS0 root=/dev/sda rw nokaslr" \
  -serial stdio \
  -display none \
  -no-reboot

# With custom rootfs on virtio disk
-drive file=rootfs.ext4,format=raw,if=virtio \
-append "console=ttyS0 root=/dev/vda rw"

7. 在 QEMU 中调试内核

# GDB stub for kernel
qemu-system-x86_64 \
  -kernel bzImage -append "console=ttyS0 nokaslr" \
  -s -S \   # -s = gdb port 1234, -S = wait for gdb
  -serial stdio -display none

# Host GDB
gdb vmlinux
(gdb) target remote :1234
(gdb) break start_kernel
(gdb) continue

8. qcow2 磁盘管理

qemu-img create -f qcow2 disk.qcow2 20G
qemu-img snapshot -c clean disk.qcow2
qemu-img convert -O raw disk.qcow2 disk.raw
qemu-img info disk.qcow2

常见问题

症状	原因	解决方法
KVM 已禁用警告	BIOS 中的 VT-x 已关闭或存在嵌套问题	启用 VT-x/AMD-V；检查 /dev/kvm
虚拟机运行很慢	KVM 未启用	添加 -enable-kvm；安装 kvm 模块
VFIO 组错误	设备不在 IOMMU 组中	使用 find /sys/kernel/iommu_groups/
虚拟机中没有网络	netdev 后端错误	使用用户网络或 tap/bridge
启动时内核崩溃	root= 设置错误或缺少驱动	将 virtio 驱动添加到 initrd
QMP 连接被拒绝	套接字尚未就绪	等待 QEMU 启动；检查路径

相关技能

• skills/virtualization/hypervisor-internals — KVM 下的 VT-x/SVM 理论
• skills/kernel/kernel-testing — 在 QEMU 中启动测试内核
• skills/kernel/os-dev-scratch — 在 QEMU 中进行最小化 OS 开发
• skills/kernel/kernel-debugging — 使用 QEMU -s -S 进行 kgdb 调试
• skills/async-io/dpdk — 使用 QEMU virtio 运行 DPDK
• skills/platform/riscv-privileged — qemu-system-riscv64