虚拟化管理软件libvirt

1. 相关命令

1、安装：

yum install libvirt libvirt-daemon-kvm qemu-kvm
rpm -q virt-manager    # 查看是否安装virt-manager
yum install virt-manager

2、启动libvirtd服务

systemctl status libvirtd
systemctl start libvirtd     # 设置立即启动，仅本次会话有效
systemctl enable libvirtd    # 设置开启自启动

2. 概述

内核管理着三个重要的资源：计算、网络和存储。计算指CPU和内存，网络指网络设备，存储指硬盘等。

2.1 qemu，KVM，Virsh

qemu，其中的emu实际上是emulator，模拟器。所以单纯使用qemu是采用的完全虚拟化的模式。qemu实际上是作为GuestOS和真正的CPU、硬件之间的“中间商”，所有的指令都要从qemu中间过一手。

kvm: Kernel-based Virtual Machine，基于内核的虚拟机。kvm是Linux内核的一部分，提供了对硬件虚拟化的支持。通过kvm，Linux内核可以作为一个虚拟机管理程序（hypervisor），允许在一台物理机器上运行多个隔离的虚拟机。
在kvm中创建虚拟机硬盘时，qcow2格式为动态分配，raw格式为固定大小。

由于完全虚拟化是非常慢的，因此使用硬件辅助虚拟化技术Intel-VT，AMD-V。使用后CPU将开启相应的标志位。此时通过kvm，GuestOS的CPU指令不需要再经过qemu转译，可以直接运行。因此，kvm需要在物理机的内核中设置相应的模块，来设置当前CPU是GuestOS在用还是HostOS在用。

接着，qemu将kvm整合进来，通过ioctl调用/dev/kvm接口，将有关CPU指令的部分交由内核模块来做，即qemu-kvm(qemu-system-XXX)。这样CPU的性能问题就得到了解决。但是由于qemu还会模拟其他的硬件，如Network和Disk等，因此qemu采用半虚拟化或直通的方式，让GuestOS加载特殊的驱动来做这件事。

例如网络需要加载virtio_net，存储需要加载virtio_blk，GuestOS需要安装这些半虚拟化驱动，GuestOS知道自己是虚拟机，所以数据直接发送给半虚拟化设备，经过特殊处理，例如排队，缓存，批量处理等性能优化方式，最终发送给真正的硬件，一定程度上提高了性能。

直接用qemu或qemu-kvm的较少，大多数通过virsh启动。virsh属于libvirt工具，分服务端和客户端。libvirtd是一个daemon进程，是服务端，可以被本地的virsh调用，也可以被远程的virsh调用，virsh相当于客户端。

整个关系如下：

总的来说，qemu、kvm和virsh的关系如下：

• kvm是Linux内核的一部分，主要负责CPU和内存的虚拟化。

• qemu是一个开源的硬件虚拟化软件，可以独立运行，也可以和kvm结合来帮助处理I/O虚拟化和设备虚拟化等任务。

• virsh是基于libvirt的命令行工具，用于管理不同的虚拟化技术，包括kvm/qemu在内。

2.2 libvirt

libvirt是对KVM虚拟机进行管理的工具和应用程序接口，一些常用的虚拟机管理工具（如virsh、virt-install、virt-manager等）和云计算框架平台（如OpenStack、ZStack、OpenNebula、Eucalyptus等）都在底层使用libvirt的应用程序接口。

在libvirt中涉及几个重要概念：

• Node：物理机器，上面运行着多个虚拟客户机。

• Hypervisor：也称虚拟机监控器VMM，如kvm、VMware、Hyper-V等，是虚拟化中的一个底层软件层，它可以虚拟化一个节点让其运行多个虚拟客户机。

• Domain：Hypervisor上运行的一个客户机操作系统实例，域(Domain)和实例(Instance)、客户机操作系统(GuestOS)、虚拟机(Virtual Machine)均为同一个概念。

3. libvirt API使用

libvirt源码地址：https://gitlab.com/libvirt/libvirt.git

一个简单的示例：通过调用libvirt的API来查询一些关于某个域的信息。

/**
 * Get domain information via libvirt C API.
 * Tested with libvirt-devel-2.0.0 on a RHEL 7.3 host system.
 */
#include <libvirt/libvirt.h>
#include <stdio.h>
 
int getDomainInfo(int id) {
  virConnectPtr conn = NULL; /* the hypervisor connection */
  virDomainPtr dom = NULL;   /* the domain being checked */
  virDomainInfo info;        /* the information being fetched */
  /* NULL means connect to local QEMU/KVM hypervisor */
  conn = virConnectOpenReadOnly(NULL);
  if (conn == NULL) {
    fprintf(stderr, "Failed to connect to hypervisor\n");
    return 1;
  }
  /* Find the domain by its ID */
  dom = virDomainLookupByID(conn, id);
  if (dom == NULL) {
    fprintf(stderr, "Failed to find Domain %d\n", id);
    virConnectClose(conn);
    return 1;
  }
  /* Get virDomainInfo structure of the domain */
  if (virDomainGetInfo(dom, &info) < 0) {
    fprintf(stderr, "Failed to get information for Domain %d\n", id);
    virDomainFree(dom);
    virConnectClose(conn);
    return 1;
  }
  /* Print some info of the domain */
  printf("Domain ID: %d\n", id);
  printf(" vCPUs: %d\n", info.nrVirtCpu);
  printf(" maxMem: %d KB\n", info.maxMem);
  printf(" memory: %d KB\n", info.memory);
  if (dom != NULL)
    virDomainFree(dom);
  if (conn != NULL)
    virConnectClose(conn);
  return 0;
}
int main(int argc, char **argv) {
  int dom_id = 1;
  printf("-----Get domain info by ID via libvirt C API -----\n");
  getDomainInfo(dom_id);
  return 0;
}

编译：

gcc libvirt-demo.c -o libvirt-demo -lvirt

运行：

$ sudo ./libvirt-demo 
-----Get domain info by ID via libvirt C API -----
Domain ID: 1
 vCPUs: 2
 maxMem: 4194304 KB
 memory: 4194304 KB