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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(2425)  评论(0)  编辑  收藏  举报
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