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搭建KVM虚拟机项目实战记录

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。它使用Linux自身的调度器进行管理,所以相对于Xen,其核心源码很少。KVM的虚拟化需要硬件支持(如Intel VT技术或者AMD V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Para-Virtualization,新版本则是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VMware ESX系列是基于软件模拟的Full-Virtualization。

1.KVM简介

虚拟化技术类型和架构:

  • 主机虚拟化:xen, kvm, virtualbox, ...
  • 容器(用户空间隔离): lxc(LinuX Container), openvz, ...
  • 系统库虚拟化:wine, ...
  • 应用程序级虚拟化:jvm, pvm,...

主机虚拟化:
CPU:

  • 模拟:emulation, 虚拟机的arch与物理平台的arch可以不相同;qemu;
  • 虚拟:virtualizatio

内存:
MMU virtualization:

  • Intel: EPT, Extended Page Table
  • AMD: NPT, Nested Page Table

TLB virtualization:tagged TLB
IO:

  • Emulation
  • Para-virtualization
  • IO-through:IO透传

主机虚拟化的类型:

  • TYPE-I:于硬件级别直接运行hypervisor;(xen, vmware ESX/ESXI)
  • TYPE-II:于硬件级别运行一个OS(Host OS),而此OS上运行一个VMM;vmware workstation, virtualbox, kvm

Linux目前流行的开源虚拟化技术解决方案:

  • 主机虚拟化:xen, kvm, virtualbox
  • 容器级:lxc, libcontainer, runC, openvz
  • 模拟器:qemu

KVM的组件:

  • kvm.ko:模块
  • API
  • qemu-kvm:用户空间的工具程序;qemu-kvm is an open source virtualizer that provides hardware emulation for the KVM hypervisor.
  • libvirt:Libvirt is a C toolkit to interact with the virtualization capabilities of recent versions of Linux (and other OSes). The main package includes the libvirtd server exporting the virtualization support.

快速使用kvm技术

# yum install libvirt-daemon-kvm qemu-kvm virt-manager
# modprobe kvm
# systemctl start libvirtd.service
# virsh iface-bridge INTERFACE BRIDGE_NAME
# virt-manager  &

总结:

虚拟化技术的分类:
(1) 模拟:Emulation(Qemu, PearPC, Bochs, ...)
(2) 完全虚拟化:Full Virtualization,Native Virtualization
BT/hvm:VMWare Workstation, VirtualBox, VMWare Server, Parallels Desktop, KVM(hvm), XEN(hvm)
(3) 半虚拟化:Para-Virutalization,特点:GuestOS明确知道自己运行虚拟机之上;
xen, UML(user-mode linux)
(4) 容器级虚拟化:LXC, OpenVZ, libcontainer, runC, rkt, Linux V Servers, Virtuozzo, ...
(5) 库级别虚拟化:wine
(6) 程序级虚拟化jvm, pvm, ...

KVM的组件:两类组件:

(kvm.ko)/dev/kvm:工作为hypervisor,在用户空间可通过系统调用ioctl()与内核中的kvm模块交互,从而完成虚拟机的创建、启动、停止、删除等各种管理功能;

qemu-kvm进程:工作于用户空间,用于实现IO设备模拟;用于实现一个虚拟机实例;

KVM模块load进内存之后,系统的运行模式:

  • 内核模式:GuestOS执行IO类的操作时,或其它的特殊指令操作时的模式;它也被称为“Guest-Kernel”模式;
  • 用户模式:Host OS的用户空间,用于代为GuestOS发出IO请求;
  • 来宾模式:GuestOS的用户模式;所有的非IO类请求;

安装使用KVM:
判断CPU是否支持硬件虚拟化:

grep -i -E '(vmx|svm|lm)' /proc/cpuinfo
  • vmx:Intel VT-x
  • svm:AMD AMD-v

在虚拟机中嵌套虚拟机:开机前:

运行中的一个kvm虚拟机就是一个qemu-kvm进程,运行qemu-kvm程序并传递给它合适的选项及参数即能完成虚拟机启动,终止此进程即能关闭虚拟机;
kvm工具栈:
qemu:qemu-kvm 、qemu-img(CentOS内核中)
libvirt:GUI:(virt-manager, virt-viewer)、(CLI: virsh, virt-install)

安装:
(1) 装载内核模块modprobe kvm

使用virt-manager管理KVM
# yum install qemu-kvm libvirt-daemon-kvm virt-manager
# modprobe kvm
# systemctl start libvirtd.service
# virt-manager &

网络虚拟化:
二层的虚拟网络设备:kernel net bridge/brctl、openvswitch
CentOS 7创建物理桥,使用内核自带的桥接模块实现:
桥接口配置文件保留地址信息;

  • TYPE=Bridge
  • Device=BRIDGE_NAME

物理网卡配置文件:删除地址、掩码和网关等相关的配置,添加BRIDGE=BRIDGE_NAME
重启网络服务

2.KVM实战应用

Qemu:

  • 处理器模拟器
  • 仿真各种IO设备
  • 将仿真设备连接至主机的物理设备
  • 提供用户接口

qemu-kvm命令语法:qemu-kvm  [options]  [disk_image]
选项有很多类别:标准选项、块设备相关选项、显示选项、网络选项、...
标准选项:

  • -machine [type=]name:-machine help来获取列表,用于指定模拟的主机类型;
  • -cpu cpu:-cpu help来获取列表;用于指定要模拟的CPU型号;
  • -smp n[,maxcpus=cpus][,cores=cores][,threads=threads][,sockets=sockets]:指明虚拟机上vcpu的数量及拓扑;
  • -boot [order=drives][,once=drives][,menu=on|off] [,splash=sp_name][,splash-time=sp_time][,reboot-timeout=rb_time][,strict=on|off]
    •   order:各设备的引导次序:c表示第一块硬盘,d表示第一个光驱设备;-boot order=dc,once=d
  • -m megs:虚拟机的内存大小;
  • -name NAME:当前虚拟机的名称,要惟一;

块设备相关的选项:

  • -hda/-hdb file:指明IDE总线类型的磁盘映射文件路径;第0和第1个;
  • -hdc/-hdd file:第2和第3个;
  • -cdrom file:指定要使用光盘映像文件;
  • -drive [file=file][,if=type][,media=d][,index=i] [,cache=writethrough|writeback|none|directsync|unsafe][,format=f]:
    file=/PATH/TO/SOME_IMAGE_FILE:映像文件路径;
    if=TYPE:块设备总线类型,ide, scsi, sd, floppy, virtio,...
    media=TYPE:介质类型,cdrom和disk;
    index=i:设定同一类型设备多个设备的编号;
    cache=writethrough|writeback|none|directsync|unsafe:缓存方式;
    format=f:磁盘映像文件的格式;
    View Code

显示选项:

  • -display type:显示的类型,sdl, curses, none和vnc;
  • -nographic:不使用图形接口;
  • -vga [std|cirrus|vmware|qxl|xenfb|none]:模拟出的显卡的型号;
  • -vnc display[,option[,option[,...]]]]:启动一个vnc server来显示虚拟机接口; 让qemu进程监听一个vnc接口;
  • -monitor stdio:在标准输出上显示monitor界面;

options:password:连接此服务所需要的密码;
Ctrl-a, c:在console和monitor之间切换;
Ctrl-a, h
网络选项:
-net nic[,vlan=n][,macaddr=mac][,model=type][,name=str][,addr=str][,vectors=v] 

为虚拟机创建一个网络接口,并将其添加至指定的VLAN;
model=type:指明模拟出的网卡的型号,ne2k_pci,i82551,i82557b,i82559er,rtl8139,e1000,pcnet,virtio;
-net nic,model=?
macaddr=mac:指明mac地址;52:54:00:
View Code

-net tap[,vlan=n][,name=str][,fd=h][,fds=x:y:...:z][,ifname=name][,script=file][,downscript=dfile]:

通过物理的TAP网络接口连接至vlan n;
script=file:启动虚拟机时要执行的脚本,默认为/etc/qemu-ifup
downscript=dfile:关闭虚拟机时要执行的脚本,/etc/qemu-ifdown
ifname=NAME:自定义接口名称;
View Code 

-daemonize:以守护进程运行;

/etc/qemu-ifup

#!/bin/bash
#
bridge=br0
if [ -n "$1" ];then
ip link set $1 up
sleep 1
brctl addif $bridge $1
[ $? -eq 0 ] && exit 0 || exit 1
else
echo "Error: no interface specified."
exit 1
fi	

示例1:
qemu-kvm -name c2 -smp 2,maxcpus=4,sockets=2,cores=2 -m 128 -drive file=/images/kvm/cos-i386.qcow2,if=virtio -vnc :1 -daemonize -net nic,model=e1000,macaddr=52:54:00:00:00:11 -net tap,script=/etc/qemu-ifup  (注意:最好用if=virtio 半虚拟化,性能比全虚拟化高;if后不能有空格!)
示例2:
qemu-kvm -name winxp -smp 1,maxcpus=2,sockets=1,cores=2 -m 1024 -drive file=/data/vms/winxp.qcow2,media=disk,cache=writeback,format=qcow2 file=/tmp/winxp.iso,media=cdrom -boot order=dc,once=d -vnc :1 -net nic,model=rtl8139,macaddr=52:54:00:00:aa:11 -net tap,ifname=tap1,script=/etc/qemu-ifup -daemonize
dnsmasq:(DNS转发器和DHCP服务器)
--listen-address=192.168.64.2,127.0.0.1
--dhcp-range=192.168.64.10,192.168.64.254,48h
--dhcp-option=3,192.168.0.1
但通常用虚拟机时不会用繁琐且易出错的命令行形式一个个生成,而是virsh,默认生成模版文件在/etc/libvirt/qemu/目录下
virsh命令:虚拟机的生成需要依赖于预定义的xml格式的配置文件;其生成工具有两个:virt-manager, virt-install;
virsh [OPTION]... COMMAND [ARG]..
子命令的分类:

  • Domain Management (help keyword 'domain')
  • Domain Monitoring (help keyword 'monitor')
  • Host and Hypervisor (help keyword 'host')
  • Interface (help keyword 'interface')
  • Networking (help keyword 'network')
  • Network Filter (help keyword 'filter')
  • Snapshot (help keyword 'snapshot')
  • Storage Pool (help keyword 'pool')
  • Storage Volume (help keyword 'volume')

Domain Management (help keyword 'domain')

  • create:从xml格式的配置文件创建并启动虚拟机;
  • define:从xml格式的配置文件创建虚拟机;
  • destroy:强行关机;
  • shutdown:关机;
  • reboot:重启;
  • undefine:删除虚拟机;
  • suspend/resume:暂停于内存中,或继续运行暂停状态的虚拟机;
  • save/restore:保存虚拟机的当前状态至文件中,或从指定文件恢复虚拟机;
  • console:连接至指定domain的控制台;
  • attach-disk/detach-disk:磁盘设备的热插拔;
  • attach-interface/detach-interface:网络接口设备的热插拔;

type:bridge
source:BRIDGE_NAME
注意 :无须事先创建网络接口设备;
Domain Monitoring (help keyword 'monitor')

  • domiflist
  • domblklist
  • ...

图形管理工具:

  • kimchi:基于H5研发web GUI; virt-king;
  • OpenStack: IaaS
  • oVirt:
posted @ 2017-11-30 15:45  黑夜繁星  阅读(2441)  评论(0编辑  收藏  举报
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