KVM虚拟化、vmware vsphere

一、详解虚拟化，KVM

虚拟化

在计算机技术中，虚拟化(Virtualization)是一种资源管理技术，是将计算机的各种实体资源(CPU、内存、磁盘空间、网络适配器等)，予以抽象、转换后呈现出来并可供分割、)组合为一个或多个计算机配置环境，并重新分割、重新组合,以达到最大化合理利用物理资源的目的。

虚拟化可以提高IT敏捷性、灵活性和可扩展性，同时大幅节约成本，实现更高的工作负载移动性、更高的性能和资源可用性、自动化运维–这些都是虚拟化的优势，虚拟化技术可以使IT部门更轻松地进行管理以及降低拥有成本和运维成本。其他优势包括:

降低资金成本和运维成本。
最大限度减少或消除停机。
提高IT部门的工作效率、效益、敏捷性和响应能力。加快应用和资源的调配速度。
提高业务连续性和灾难恢复能力。

虚拟化类型

服务器虚拟化

服务器虚拟化支持将多个操作系统作为高效的虚拟机在单个物理服务器上运行。

网络虚拟化

通过软件定义网络，即网络的创建不再依赖于物理设备，如公有云厂商允许用户创建新的网络，在kubernetes、OpenStack中都会使用到网络虚拟化。

桌面虚拟化

将桌面部署为代管服务使IT组织能够更快地响应不断变化的工作场所需求和新出现的机会。还可以将虚拟化桌面和应用快速、轻松地交付给分支机构、外包、离岸员工以及使用iPad和Android平板电脑的一定员工。

应用虚拟化

将软件虚拟化，如office365。

存储虚拟化

SAN（基于磁盘）/NAS（NFS/Samba）/GlusterFS/ceph等

库虚拟化

在linux上运行Windows程序使用wine，在mac系统运行Windows程序使用CrossOver等。

容器虚拟化

被称为下一代虚拟化技术，典型的就是docker、Linux Container（LXC）、pouch、RKT。

虚拟化技术分类

模拟器

在一个host之上通过虚拟化模拟器软件，模拟出一个硬件或者多个硬件环境，每个环境都是一个独立的虚拟机，CPU、IO、内存等都是模拟出来的，可以在宿主机模拟出不同于当前物理机CPU指令集的虚拟机，比如可以在Windows模拟出mac、OS、Linux系统，比较出名的模拟器有：pearpc、QEMU、Bochs。

全虚拟化（full virtualization）/准虚拟化（native virtualization）

全虚拟化/准虚拟化不做CPU和内存模拟，只对CPU和内存做相应的分配等操作，全虚拟化需要物理硬件的支持，比如需要CPU必须支持并且打开虚拟化功能，例如Intel VT-X/EPT，AMD的AMD-V/RVI，在CPU层面支持虚拟化功能和内存虚拟化技术，因此完全虚拟化也是基于硬件辅助的虚拟化技术。

KVM是硬件辅助的虚拟化技术，主要负责比较繁琐的CPU和内存虚拟化，而Qemu则负责O虚拟化，两者合作各自发挥自身的优势。

半虚拟化 para virtualization

半虚拟化要求guest OS的内核是知道自己运行在虚拟化环境当中的，因此guest OS的系统架构必须和宿主机的系统架构相同，并且要求对guest OS的内核做相应的修改，因此半虚拟化只支持开源内核的系统，不支持闭源的系统。

比较常见的半虚拟化就是早期版本的XEN，但是Xen从其3.0 版本开始，可以支持利用硬件虚拟化技术的支持(http:// www -archive.xenproject.org/files/xen_3.0_datasheet.pdf )，实现了完全虚拟化，可以在其平台上不加修改的直接运行如Linux/windows等系列的操作系统,使得系统具备了更好的兼容性。

Hypervisor类型

Hypervisor是一种运行在基础物理服务器和操作系统之间的中间软件层，其可以允许多个操作系统和应用共享底层的内存、CPU、磁盘等物理硬件，也可叫做VMM ( virtual machine monitor ) ，即虚拟机监视器。

Hypervisor是所有虚拟化技术的核心，非中断地支持多工作负载迁移的能力是Hypervisor的基本功能，当服务器启动并执行Hypervisor时，它会给每一台虚拟机分配适量的内存、CPU、网络和磁盘，并加载所有虚拟机的客户操作系统。

KVM

KVM是Kernel-based Virtual Machine的简称，是一个开源的系统虚拟化模块，自Linux 2.6.20之后集成在Linux的各个主要发行版本中，KVM目前已成为学术界的主流VMM(virtual machine monitor，虚拟机监视器，也称为hypervisor)之一。

KVM(基于内核的虚拟机）是针对Linux的完全虚拟化解决方案，它在x86硬件上包含虚拟化扩展(Intel VT或AMD-V)。它由提供核心虚拟化基础架构的可加载内核模块kvm. ko和处理器特定模块kvm-intel.ko或k vm-amd . ko组成。

KVM结构图

KVM的虚拟化需要硬件支持(如Intel VT技术或者AMDV技术)，是基于硬件的完全虚拟化，而Xen早期则是基于软件模拟的半虚拟化，新版本则是支持基于硬件支持的完全虚拟化，但Xen本身有自己的进程调度器，存储管理模块等,所以代码较为庞大，广为流传的商业系统虚拟化软件VMwareESXI系列是Full-Virtualization。

Guest：客户机系统，包括CPU (vcPU)、内存、驱动(Console、网卡、I/O设备驱动等)，被KVM置于—种受限制的CPU模式下运行。

KVM：运行在内核空间，提供CPU和内存的虚拟化，以及客户机的I/O拦截，Guest的部分I/O被KVM拦截后，交给QEMU处理。

Qemu：纯软件实现的虚拟化模拟器，几乎可以模拟任何硬件设备，我们最熟悉的就是能够模拟一台能够独立运行操作系统的虚拟机，虚拟机认为自己和硬件打交道，但其实是和Qemu模拟出来的硬件打交道，Qemu将这些指令转译给真正的硬件，正因为Qemu是纯软件实现的，所有的指令都要经Qemu过一手，性能非常低，所以，在生产环境中，大多数的做法都是配合KVM来完成虚拟化工作，KVM完成复杂及要求比较高的设备虚拟化，而Qemu完成像鼠标、键盘等设备的虚拟化。

二、使用KVM创建bridge,nat网络虚拟机。

安装kvm工具包

[root@ubuntu ~]#apt install -y qemu-kvm virt-manager libvirt-daemon-system

查看服务是否启动

[root@ubuntu ~]#systemctl is-active libvirtd.service 
active
[root@ubuntu ~]#systemctl is-active qemu-kvm.service
active

验证是否支持kvm

[root@ubuntu ~]#kvm-ok
INFO: /dev/kvm exists
KVM acceleration can be used

说明:

libvirt

使用最多的KVM虚拟化管理工具和应用程序接口，即通过libvirt调用KVM创建虚拟机，libvirt是KVM通用的访问API,，其不但能管理KVM，还能管理VMware、xen、Hyper-v、virtualBox等虚拟化方案。

virsh

是一个常用的管理KVM虚拟化的命令行工具，常用于管理运行在单个宿主机上的虚拟机，virsh是一个使用C语言编写调用libvirt API的虚拟化管理命令行工具。

virt-manager

virt-manager是一个虚拟化管理图形软件，其底层也是调用libvirt AP工来完成对虚拟机的操作，包括虚拟机的创建、删除、启动、停止以及一些简单的监控功能等。

openstack

openstack是一个开源的虚拟化编排工具，常用于构建大规模的虚拟化环境，用于管理成千上万虚拟机的创建、启动、删除等整个生命周期。

llibvirt结构图

创建bridge网络虚拟机

宿主机创建br0桥接网卡

[root@ubuntu ~]#cat /etc/netplan/00-installer-config.yaml
# This is the network config written by 'subiquity'
network:
  ethernets:
    eth0:
      dhcp4: no
      dhcp6: no
  bridges:
    br0:
      dhcp4: no
      dhcp6: no
      addresses: [10.0.0.4/24]
      gateway4: 10.0.0.2
      nameservers:
        addresses: [114.114.114.114]
      interfaces:
        - eth0
  version: 2

查看ip地址

[root@ubuntu ~]#ifconfig
br0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 10.0.0.4  netmask 255.255.255.0  broadcast 10.0.0.255
        inet6 fe80::ac49:7eff:fe20:3fc6  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether ae:49:7e:20:3f:c6  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 194  bytes 26223 (26.2 KB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 150  bytes 19837 (19.8 KB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

eth0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        ether 00:0c:29:00:aa:95  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 1061  bytes 172392 (172.3 KB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 150  bytes 20143 (20.1 KB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

ping外部网络连接正常

[root@ubuntu ~]#ping -c1 -w1 www.baidu.com
PING www.a.shifen.com (182.61.200.7) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 182.61.200.7 (182.61.200.7): icmp_seq=1 ttl=128 time=40.0 ms

上传镜像

[root@ubuntu ~]#ll /opt/CentOS-7-x86_64-Minimal-2009.iso 
-rw-r--r-- 1 root root 1020264448 Jul 28 16:11 /opt/CentOS-7-x86_64-Minimal-2009.iso

创建qcow2格式磁盘

[root@ubuntu ~]#qemu-img create -f qcow2 /var/lib/libvirt/images/CentOS-7-bridge.qcow2 10G
Formatting '/var/lib/libvirt/images/CentOS-7-bridge.qcow2', fmt=qcow2 size=10737418240 cluster_size=65536 lazy_refcounts=off refcount_bits=16

创建基于桥接网络的虚拟机

[root@ubuntu ~]#virt-install --virt-type kvm --name centos7 --ram 1024 --vcpus 1 \
--cdrom=/opt/CentOS-7-x86_64-Minimal-2009.iso \
--disk path=/var/lib/libvirt/images/CentOS-7-bridge.qcow2 \
--network bridge=br0 --graphics vnc,listen=0.0.0.0 --noautoconsole

Starting install...
Domain installation still in progress. You can reconnect to 
the console to complete the installation process.

VNC连接并安装虚拟机

vnc连接地址为宿主机IP:Port（5900）

开始安装

完成后重启

#查看虚拟机状态
[root@ubuntu ~]#virsh list --all 
 Id    Name                           State
----------------------------------------------------
 -     centos7                        shut off

# 第一次需要手动开启虚拟机
[root@ubuntu ~]#virsh start centos7
Domain centos7 started

登录虚拟机

virt-manager管理虚拟机

[root@ubuntu ~]#virt-manager

设置虚拟机网络地址

[root@localhost ~]# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0 
BOOTPROTO=static
NAME=eth0
DEVICE=eth0
IPADDR=10.0.0.5
PREFIX=24
GATEWAY=10.0.0.2
ONBOOT=yes
DNS1=114.114.114.114

外部ssh连接

# Windows远程ssh连接正常
C:\Users\djl>ssh root@10.0.0.5
root@10.0.0.5's password:
Last login: Fri Jul 29 00:06:16 2022 from 10.0.0.4

# ping www.baidu.com网络正常
[root@localhost ~]# ping www.baidu.com
PING www.a.shifen.com (182.61.200.7) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 182.61.200.7 (182.61.200.7): icmp_seq=1 ttl=128 time=39.1 ms
64 bytes from 182.61.200.7 (182.61.200.7): icmp_seq=2 ttl=128 time=42.3 ms
64 bytes from 182.61.200.7 (182.61.200.7): icmp_seq=3 ttl=128 time=40.2 ms
64 bytes from 182.61.200.7 (182.61.200.7): icmp_seq=4 ttl=128 time=41.1 ms
^C
--- www.a.shifen.com ping statistics ---
4 packets transmitted, 4 received, 0% packet loss, time 3014ms
rtt min/avg/max/mdev = 39.131/40.727/42.390/1.201 ms

创建NAT网络虚拟机

上传镜像文件

[root@ubuntu ~]#ll /opt/CentOS-7-x86_64-Minimal-2009.iso 
-rw-r--r-- 1 root root 1020264448 Jul 28 16:11 /opt/CentOS-7-x86_64-Minimal-2009.iso

创建qcow2格式磁盘

[root@ubuntu ~]#qemu-img create -f qcow2 /var/lib/libvirt/images/CentOS-7-nat.qcow2 10G
Formatting '/var/lib/libvirt/images/CentOS-7-nat.qcow2', fmt=qcow2 size=10737418240 cluster_size=65536 lazy_refcounts=off refcount_bits=16

创建默认网络虚拟机

[root@ubuntu ~]#virt-install --virt-type kvm --name centos7-nat --ram 1024 --vcpus 1 --cdrom=/opt/CentOS-7-x86_64-Minimal-2009.iso \
--disk path=/var/lib/libvirt/images/CentOS-7-nat.qcow2 \
--network network=default --graphics vnc,listen=0.0.0.0 --noautoconsole

Starting install...
Domain installation still in progress. You can reconnect to 
the console to complete the installation process.

查看虚拟机状态

[root@ubuntu ~]#virsh list --all
 Id    Name                           State
----------------------------------------------------
 4     centos7                        running
 5     centos7-nat                    running

管理虚拟机

[root@ubuntu ~]#virt-manager

开始安装虚拟机系统

完成后重启

配置虚拟机网络

[root@localhost ~]# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0 
TYPE=Ethernet
BOOTPROTO=dhcp
DEFROUTE=yes
NAME=eth0
DEVICE=eth0
ONBOOT=yes

查看IP

虚拟机IP

[root@localhost ~]# ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host 
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 52:54:00:dc:78:28 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.122.203/24 brd 192.168.122.255 scope global noprefixroute dynamic eth0
       valid_lft 3588sec preferred_lft 3588sec
    inet6 fe80::5054:ff:fedc:7828/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever

宿主机virbr0 IP

[root@ubuntu ~]#ifconfig virbr0
virbr0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 192.168.122.1  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.122.255
        ether 52:54:00:c5:be:f7  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 467  bytes 54423 (54.4 KB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 646  bytes 59843 (59.8 KB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

宿主机验证虚拟机进程

宿主机连接虚拟机

# 宿主机ssh连接虚拟机
[root@ubuntu ~]#ssh 192.168.122.203
The authenticity of host '192.168.122.203 (192.168.122.203)' can't be established.
ECDSA key fingerprint is SHA256:7xHCNNgu5YUMItu7XbkyqcfzwEJ8mnwYtBzZxq9EC68.
Are you sure you want to continue connecting (yes/no)? yes
Warning: Permanently added '192.168.122.203' (ECDSA) to the list of known hosts.
root@192.168.122.203's password: 
Last login: Fri Jul 29 12:57:03 2022

# 虚拟机可连接外部网络
[root@localhost ~]# ping -c1 -w1 www.baidu.com
PING www.a.shifen.com (182.61.200.6) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 182.61.200.6 (182.61.200.6): icmp_seq=1 ttl=127 time=35.6 ms

--- www.a.shifen.com ping statistics ---
1 packets transmitted, 1 received, 0% packet loss, time 0ms
rtt min/avg/max/mdev = 35.682/35.682/35.682/0.000 ms

虚拟机管理命令virsh使用说明

virsh list			#列出当前开机的
virsh list --inactive		#列出关闭的虚拟机
virsh list --all		#列出所有
virshshutdown centos-7-x86_64	#正常关机
virsh startcentos-7-x86_64	#正常开机
virsh destroycentos7		#强制停止/关机
virsh undefine win_2008_r2-x86_64	#强制删除
virsh autostart centos7		#设置当前虚拟机开机自启动

三、使用KVM创建windows10虚拟机。

安装kvm工具包

apt install -y qemu-kvm virt-manager libvirt-daemon-system

设置宿主机bridge桥接网络

[root@ubuntu ~]#cat /etc/netplan/00-installer-config.yaml
# This is the network config written by 'subiquity'
network:
  ethernets:
    eth0:
      dhcp4: no
      dhcp6: no
  bridges:
    br0:
      dhcp4: no
      dhcp6: no
      addresses:
        - 10.0.0.4/24
      gateway4: 10.0.0.2
      nameservers:
        addresses:
          - 114.114.114.114
      interfaces:
        - eth0
  version: 2

上传镜像

[root@ubuntu opt]#ls /opt/
CentOS-7-x86_64-Minimal-2009.iso  virtio-win-0.1.141_amd64.vfd  Windows10.iso

创建磁盘

[root@ubuntu opt]#qemu-img create -f qcow2 /var/lib/libvirt/images/win10.qcow2 30G
Formatting '/var/lib/libvirt/images/win10.qcow2', fmt=qcow2 size=32212254720 cluster_size=65536 lazy_refcounts=off refcount_bits=16

创建虚拟机

virt-install --virt-type kvm --name win10 --ram 4096 --vcpus 2 \		#4G内存，2CPU
--os-type=windows --cdrom=/opt/Windows10.iso \					#操作系统类型，系统镜像文件
--disk path=/var/lib/libvirt/images/win10.qcow2,format=qcow2,bus=virtio \	#系统使用磁盘路径
--disk path=/opt/virtio-win-0.1.141_amd64.vfd,device=floppy \			#系统驱动文件
--network bridge=br0,model=virtio --graphics vnc,listen=0.0.0.0 --noautoconsole		#桥接模式

安装win10
```
virt-manager
```
安装操作系统

选择加载驱动程序

选择浏览

进入软盘驱动器(A:)-->amd64，选择Win10

两个驱动都要加载

点击新建，设置大小，点击应用

选择主分区，下一步开始安装

等待安装完成

完成后重启

设置用户名

进入操作系统
设置IP

8. 验证连接外部网络

<img src="https://img2022.cnblogs.com/blog/2621461/202207/2621461-20220731135045160-1298426815.png" width="50%" height="50%" />

四、如何快速创建虚拟机。

使用virt-manager工具进行clone创建虚拟机

找到已安装好的系统，如CentOS7

修改ip地址（10.0.0.6），网络连接正常

查看生成clone磁盘文件
```
[root@ubuntu opt]#ls /var/lib/libvirt/images/
CentOS-7-bridge-clone.qcow2  CentOS-7-bridge.qcow2
```

copy虚拟机磁盘文件，快速创建虚拟机

#复制虚拟机磁盘文件
[root@ubuntu ~]# cd /var/lib/libvirt/images/
[root@ubuntu images]#cp CentOS-7-bridge.qcow2 CentOS-7-bridge-bak.qcow2

#查看磁盘文件
[root@ubuntu images]#ls
CentOS-7-bridge-bak.qcow2  CentOS-7-bridge-clone.qcow2  CentOS-7-bridge.qcow2

# 查看镜像文件
[root@ubuntu images]#ls /opt/
CentOS-7-x86_64-Minimal-2009.iso virtio-win-0.1.141_amd64.vfd  Windows10.iso

# 安装
[root@ubuntu images]# virt-install --virt-type kvm \
--name centos7-bak \
--ram 1024 \
--vcpus 2 \
--cdrom=/opt/CentOS-7-x86_64-Minimal-2009.iso \
--disk path=/var/lib/libvirt/images/CentOS-7-bridge-bak.qcow2 \
--network bridge=br0 \
--graphics vnc,listen=0.0.0.0 \
--noautoconsole			#虚拟机不要开始安装过程，即虚拟机启动后立即强制关系重新启动即可进入到虚拟机系统

可看到新复制的虚拟机

修改IP为（10.0.0.7），连接外部网络正常

五、将vmvare虚拟机迁移到KVM环境。

上传文件

[root@ubuntu opt]#ls /opt/
CentOS-7-x86_64-Minimal-2009.iso  Ubuntu1804.vmdk

格式转换：vmdk转换为qcow2

qemu-img -h 可查看帮助

[root@ubuntu opt]#qemu-img convert -f vmdk -O qcow2  /opt/Ubuntu1804.vmdk /var/lib/libvirt/images/Ubuntu1804.qcow2
[root@ubuntu opt]#ls /var/lib/libvirt/images/
CentOS-7-bridge-bak.qcow2  CentOS-7-bridge-clone.qcow2  CentOS-7-bridge.qcow2  Ubuntu1804.qcow2

使用virt-manager恢复

virt-manager

查看IP，连接网络正常

若遇到虚拟键盘无法使用时，对以下配置进行修改

Type：VNC server

Keymap：en-us

六、exsi的安装和使用。

配置宿主机

在vmware workstation安装exsi

开始新建宿主机，选择稍后安装操作系统
选择对应的vmware esxi版本
指定虚拟机名称及存放路径
设置磁盘文件大小
创建完成虚拟机
调整虚拟机内存及开启CPU虚拟化功能
选择esxi安装镜像

安装exsi

安装界面
加载内核
加载安装程序
确认安装

输入Enter安装
同意协议

按F11同意
硬盘扫描
选择安装硬盘
选择键盘
设置管理员密码

密码长度最少7位，且符合复杂要求 !QA2ws3ed
F11开始安装

正在安装
完成安装，reboot重启
F2进入配置界面
登录服务器

输入安装过程中设置的密码，用户名为root
设置静态IP

当前为通过DHCP获取的IP地址

更改服务器IP为静态IP
配置DNS
ESC退出，根据提示按Y确认

web界面管理exsi

登录web管理界面

通过浏览器访问宿主机IP地址
输入用户名、密码
进入web管理界面首页

workstation管理exsi

选择文件-->连接服务器

输入服务器ip、用户名，密码
连接成功状态

exsi创建虚拟机

web界面方式

创建镜像文件存放目录
上传本地ISO镜像文件

等待上传完成

查看镜像文件
创建虚拟机

选择创建新虚拟机

填写名称，选择响应的系统版本

选择存储

自定义设置

确认信息
开始安装操作系统

打开电源

选择安装

安装过程

完成安装，重启系统

进入系统
配置静态IP，网络连接测试

重启网络服务

systemctl restart NetworkManager

连接外部网络测试

外部网络连接虚拟机测试
安装完成后，workstation可看到该虚拟机，也可对其进行管理