KVM创建的虚拟机，虚拟机的网卡是如何生成的
KVM虚拟机的虚拟网卡（vNIC）的生成是一个由用户空间工具（QEMU） 和 Linux内核 协同工作的过程。
其核心流程可以概括为：通过 TUN/TAP 驱动在宿主机上创建一个虚拟网络端点（TAP设备），然后将这个TAP设备的一端交给虚拟机的虚拟网卡，另一端连接到宿主机的虚拟网络（如网桥）上。
下面是详细的步骤和原理分解：
核心参与者
- QEMU/KVM：虚拟机监控器（VMM），负责模拟整个虚拟机，包括虚拟硬件设备（如虚拟网卡）。
- Linux Kernel：
- KVM 模块：处理CPU和内存的虚拟化。
- TUN/TAP 驱动：这是生成虚拟网卡的关键。它提供了创建虚拟网络设备的能力。
- 网桥驱动 或 Open vSwitch：用于将多个TAP设备（即多个虚拟机）连接在一起，构成虚拟网络。
- Libvirt（常用管理工具）：通过定义XML配置文件，最终调用QEMU命令行来启动虚拟机，简化了整个过程。
虚拟网卡生成的具体步骤
第1步：定义与请求（Configuration）
当你通过 libvirt（使用 virsh 或 virt-manager）或直接使用 qemu 命令行启动虚拟机时，你会在配置中指定网络连接方式。最常见的是“桥接网络”或“NAT网络”。
例如，一个典型的Libvirt网络配置XML片段：
<interface type='network'> <mac address='52:54:00:8a:7b:07'/><source network='default'/> <model type='virtio'/>
</interface>
<model type='virtio'/>：指定了要模拟的网卡型号为 virtio。这是一种半虚拟化驱动，性能远优于完全模拟的e1000等网卡。
第2步：设备创建与后端建立（Creation & Backend）
当QEMU进程根据配置启动虚拟机时，会发生以下事情：
-
QEMU调用TAP驱动：QEMU使用Linux的
ioctl()系统调用与/dev/net/tun设备交互，请求内核的TUN/TAP驱动程序创建一个新的TAP设备。 -
内核生成TAP设备：TAP驱动程序在内核中创建并注册一个新的网络接口，名称通常由系统自动分配（如
tap0,vnet0,vnet1）或由QEMU指定。你可以在宿主机上使用ip link命令看到它。# 在宿主机上执行 ip link show ... 5: vnet0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast master virbr0 state UNKNOWN mode DEFAULT group default qlen 1000link/ether fe:54:00:8a:7b:07 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff- 这个
vnet0就是虚拟网卡在宿主机端的对应物。它像一个真实的网卡，一端连着宿主机的网络协议栈，另一端连着QEMU进程。
- 这个
-
QEMU与TAP设备连接：QEMU会打开这个TAP设备文件。从此，QEMU进程可以通过文件读写操作来与这个TAP设备交换数据。发往TAP设备的数据可以被QEMU读取，QEMU写回TAP设备的数据则相当于从该设备发送出去。
第3步：前端模拟（Frontend Emulation）
在虚拟机内部，QEMU会模拟一个完整的、指定型号的网卡硬件（如virtio-net PCI设备）。
- 虚拟机操作系统启动后，会探测到这个虚拟PCI设备。
- 虚拟机内核需要安装相应的驱动程序来驱动它。对于
virtio型号，需要加载virtio_net驱动。 - 驱动加载后，在虚拟机内部就会出现一个普通的网络接口，通常命名为
eth0或ens3等。这就是虚拟机看到的“虚拟网卡”。
第4步：数据通路连接（Data Path）
至此，一条完整的数据通路已经建立：
- 虚拟机内部：应用程序通过socket发送网络数据包。
- 虚拟机内核：数据包经过内核协议栈，由
virtio_net驱动处理。 - QEMU进程：
virtio_net驱动通过一种高效的机制（如vhost-net）将数据包传递到宿主机的用户空间QEMU进程。QEMU再将数据包写入它打开的TAP设备文件（如vnet0）中。 - 宿主机内核：TAP设备
vnet0接收到数据包，仿佛是自己收到的一样，然后将其转发给其“master”（例如网桥virbr0或br0）。 - 虚拟交换机：网桥根据MAC地址表进行转发。如果目的地是外部网络，数据包会从网桥的物理接口（如
ens33）发送到物理交换机；如果目的地是同一宿主机上的另一台虚拟机，则数据包会被转发到对应的TAP设备上，完成内部交换。
反之亦然，从物理网络发往虚拟机的数据包，会通过物理网卡到达网桥，网桥再转发给TAP设备 vnet0，QEMU从TAP设备文件读取到这个数据包，然后通过virtio机制注入到虚拟机内部。
总结与关键点
- 生成机制：虚拟网卡的本质是 “前端（虚拟机内）模拟 + 后端（宿主机上）TAP设备”。
- 谁是创造者：虚拟网卡是由 QEMU进程 请求 Linux内核的TUN/TAP驱动 动态创建的。
- 性能关键：使用
virtio模型和vhost-net（内核加速模块）可以大幅降低开销，让数据通路尽可能短，避免在用户空间（QEMU）多次拷贝，从而获得接近原生的网络性能。 - 管理工具：
libvirt并不是必需的，但它极大地简化了调用QEMU和配置复杂网络（如自动将TAP设备加入网桥）的过程。
简单来说，KVM虚拟机的虚拟网卡是通过QEMU调用TUN/TAP驱动在宿主机上创建一个TAP设备，并将其与虚拟机内部模拟的网卡前端通过高效的virtio机制桥接起来而生成的。