bhyve简介

FreeBSD的高性能 hypervisor 名为 bhyve ，类似于Linux内核的 KVM hypervisor，可以创建和运行虚拟机，性能接近于裸机速度。

最早在2000年后期，NetApp开始在自家基于FreeBSD的存储应用上使用hypervisor运行附加服务。 bhyve 最初由NetApp的Neel Natu设计和实现，最后由NetApp的一个开发小组完善并发展。到2011年5月，NetApp将代码开源贡献给FreeBSD，至此开始不断发展。

bhyve 是FreeBSD原生的、高性能hypervisor。和 KVM 类似，也是 type-1 hypervisor，能够发挥硬件虚拟化功能以接近原生的性能来运行虚拟机。

bhyve 相比较KVM有如下优势:

  • 性能: bhyve 和 kvm 都是高性能hypervisor，不过在特定的负载下有些性能差异: 一些存储高负载测试环境，bhyve模拟的 NVMe存储 控制器显示更强的性能

  • 精简: bhyve 的虚拟化堆栈比 KVM / QEMU 组合软件栈架构要简洁、资源占用更少

    • KVM虽然和bhyve一样是 type-1 hypervisor，但是KVM只是一个底层内核模块，只能处理核心虚拟化任务(执行硬件加速CPU虚拟化和管理guest内存)，但是不能提供虚拟化硬件设备(网卡、图形卡、磁盘控制器)。这使得KVM不得不依赖QEMU(用户空间应用)来模拟所有的虚拟硬件以满足guest操作系统需求。

    • bhyve则从一开始就聚焦轻量级和紧密集成hypervisor，提供了独特和标准化的高性能virtio驱动，也就是说bhyve是一个完整的hypervisor解决方案，无需结合类似QEMU这样的模拟硬件的软件。

      • 这种集成了virtio规范的Para-virtualized驱动的模式，使得bhyve没有沉重的历史负担(无需像QEMU那样模拟古老的硬件)

      • 最新的virtio规范提供了 discarded 块功能(类似现代文件系统的TRIM指令用于通知SSD介质某些块不再使用): 这个机制在虚拟环境中，允许guest操作系统通知虚拟机管理程序知晓虚拟磁盘上某些块不再使用，从而使Host主机能够回收底层磁盘的相应空间(底层Host使用UFS和ZFS都可以配置是否以及如何生成TRIM命令)，也提高了SSD支持的虚拟机的性能

bhybe 采用BSD license，从FreeBSD 10.0-RELEASE开始就是base系统的一部分，支持不同的guests系统，包括FreeBSD,OpenBSD, Linux 和 Windows 。默认是， bhyve 提供了一个串口控制台但是不会模拟图形控制台。对于新型CPU提供的虚拟化卸载(virtualization offload)可以避免传统的指令转换和人工管理内存映射。

bhyve 硬件要求

注意，FreeBSD的 bhyve 在ARM上只支持纯ARMv8.0虚拟化，目前尚未使用虚拟化主机扩展(Virtualization Host Extensions)。托管具有多个vCPU的Linux guest或FreeBSD guest需要VMX非限制模式支持(UG)。

最简单判断Intel或AMD处理器是否支持 bhyve 的简单方法是运行 dmesg 或在 /var/run/dmesg.boot 中查找AMD处理器 Features2 行上的 POPCNT 处理器功能标志，或者Intel处理器 Intel VT(Virtualization Technology) 行上的EPT和UG

检查CPU对POPCNT和EPT和UG支持
root@xcloud:~ # dmesg | grep POPCNT
  Features2=0x7ffafbff<SSE3,PCLMULQDQ,DTES64,MON,DS_CPL,VMX,SMX,EST,TM2,SSSE3,SDBG,FMA,CX16,xTPR,PDCM,PCID,SSE4.1,SSE4.2,x2APIC,MOVBE,POPCNT,TSCDLT,AESNI,XSAVE,OSXSAVE,AVX,F16C,RDRAND>

root@xcloud:~ # dmesg | grep UG
  VT-x: PAT,HLT,MTF,PAUSE,EPT,UG,VPID

例如，我组装了一台 Intel Xeon E-2274G 台式机用来不停机(静音)运行，检查 dmesg 输出:

使用 dmesg 检查CPU是否支持SLAT( Intel EPT(extended page tables,扩展页表)技术 )
...
CPU: Intel(R) Xeon(R) E-2274G CPU @ 4.00GHz (4000.00-MHz K8-class CPU)
  Origin="GenuineIntel"  Id=0x906ea  Family=0x6  Model=0x9e  Stepping=10
  Features=0xbfebfbff<FPU,VME,DE,PSE,TSC,MSR,PAE,MCE,CX8,APIC,SEP,MTRR,PGE,MCA,CMOV,PAT,PSE36,CLFLUSH,DTS,ACPI,MMX,FXSR,SSE,SSE2,SS,HTT,TM,PBE>
  Features2=0x7ffafbff<SSE3,PCLMULQDQ,DTES64,MON,DS_CPL,VMX,SMX,EST,TM2,SSSE3,SDBG,FMA,CX16,xTPR,PDCM,PCID,SSE4.1,SSE4.2,x2APIC,MOVBE,POPCNT,TSCDLT,AESNI,XSAVE,OSXSAVE,AVX,F16C,RDRAND>
  AMD Features=0x2c100800<SYSCALL,NX,Page1GB,RDTSCP,LM>
  AMD Features2=0x121<LAHF,ABM,Prefetch>
  Structured Extended Features=0x29c6fbf<FSGSBASE,TSCADJ,SGX,BMI1,HLE,AVX2,SMEP,BMI2,ERMS,INVPCID,RTM,NFPUSG,MPX,RDSEED,ADX,SMAP,CLFLUSHOPT,PROCTRACE>
  Structured Extended Features2=0x40000000<SGXLC>
  Structured Extended Features3=0x9c002600<MCUOPT,MD_CLEAR,TSXFA,IBPB,STIBP,L1DFL,SSBD>
  XSAVE Features=0xf<XSAVEOPT,XSAVEC,XINUSE,XSAVES>
  VT-x: PAT,HLT,MTF,PAUSE,EPT,UG,VPID
  TSC: P-state invariant, performance statistics
real memory  = 68717379584 (65534 MB)
avail memory = 66709450752 (63619 MB)
...

参考