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：

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。

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：

xml 复制代码

<interface type='network'> 
  <mac address='52:54:00:8a:7b:07'/>
  <source network='default'/> 
  <model type='virtio'/> 
</interface>

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。
复制代码
```
# 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 1000
    link/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。
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。

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）。

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。

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。