學習 KVM 的系列文章：
- （1）介紹和安裝
- （2）CPU 和 內存虛擬化
- （3）I/O QEMU 全虛擬化和准虛擬化（Para-virtulizaiton）
- （4）I/O PCI/PCIe設備直接分配和 SR-IOV
- （5）libvirt 介紹
- （6）Nova 通過 libvirt 管理 QEMU/KVM 虛機
- （7）快照 （snapshot）
- （8）遷移 （migration）
1. Libvirt 在 OpenStack 架構中的位置
在 Nova Compute 節點上運行的 nova-compute 服務調用 Hypervisor API 去管理運行在該 Hypervisor 的虛機。Nova 使用 libvirt 管理 QEMU/KVM 虛機，還使用別的 API 去管理別的虛機。
libvirt 的實現代碼在 /nova/virt/libvirt/driver.py 文件中。
這里是 OpenStack Hypervisor Matrix。
這里是 每個 Linux 發行版里面 libvirt， QEMU/KVM 的版本號。
請注意Juno 版本 Nova 對 libvirt 和 QEMU 的各種最低版本要求：
| 功能 | 最低 libvirt 版本 | 最低 QEMU 版本 | 不支持的后果 |
| 所有 | 0.9.11 | Nova 不能使用 libvirt driver | |
| 支持 device callback |
1.1.1 | 不支持的話，就無法支持 Detach PCI/SR-IOV 設備 | |
| Live snapshot | 1.3.0 | 1.3.0 | 只能使用 Clod Snapshot |
| 掛載卷時設置卷的 block 大小（Block IO） | 0.10.2 | 不能使用的話，就不能設置卷的特定 block size，只能使用其默認的 block size。 | |
| Block Job Info | 1.1.1 | 不能在線刪除卷的快照 （online deletion of volume snapshots） | |
| Discard | 1.0.6 | 1.6.0 | 不支持 image 設置 hw_disk_discard 屬性，具體參考 BluePrint |
| NUMA topology | 1.0.4 | 無法獲取 node 的 NUMA topology 信息，就無法將虛機的 vCPU 指定到特定的 node CPU 上，會影響虛機的性能 |
2. Nova 中 libvirt 的使用
Nova 使用 libvirt 來管理虛機，包括：
- 創建虛機
- 虛機的生命周期管理（參考這篇文檔）
- 添加和刪除連接到別的網絡的網卡 （interface）
- 添加和刪除 Cinder 卷 （volume）
2.1 創建 QEMU/KVM 虛機
創建虛機的配置有幾個來源：
- 用戶的選項，包括虛機的基本信息，比如 name，flavor，image，network，disk等。
- image 的屬性，比如 hw_vif_model，hw_scsi_model 等。完整的供 libvirt API 使用的屬性列表 在這里。
- 管理員在 nova.conf 中的配置
（注意：image 的元數據屬性的優先級高於 nova.conf 中的配置。只有在沒有property的情況下才使用nova.conf中的配置）
創建虛機的過程的幾個主要階段：
（1）消息由 nova-api 路由到某個 nova compute 節點 (API -> Scheduler -> Compute (manager) -> Libvirt Driver)
（2）調用 Neutron REST API 去准備網絡。其返回的數據類似：
[VIF({'profile': {}, 'ovs_interfaceid': u'59cfa0b8-2f5c-481a-89a8-7a8711b368a2', 'network': Network({'bridge': 'br-int', 'subnets': [Subnet({'ips': [FixedIP({'meta': {}, 'version': 4, 'type': 'fixed', 'floating_ips': [], 'address': u'10.0.10.14'})], 'version': 4, 'meta': {'dhcp_server': u'10.0.10.11'}, 'dns': [], 'routes': [], 'cidr': u'10.0.10.0/24', 'gateway': IP({'meta': {}, 'version': 4, 'type': 'gateway', 'address': u'10.0.10.1'})})], 'meta': {'injected': False, 'tenant_id': u'74c8ada23a3449f888d9e19b76d13aab'}, 'id': u'a924e87a-826b-4109-bb03-523a8b3f6f9e', 'label': u'demo-net2'}), 'devname': u'tap59cfa0b8-2f', 'vnic_type': u'normal', 'qbh_params': None, 'meta': {}, 'details': {u'port_filter': True, u'ovs_hybrid_plug': True}, 'address': u'fa:16:3e:e0:30:e7', 'active': False, 'type': u'ovs', 'id': u'59cfa0b8-2f5c-481a-89a8-7a8711b368a2', 'qbg_params': None})]
（3）從 image 啟動話，nova 會調用 Glane REST API 后者 image metadata 和准備本地啟動盤
image metadata：
{u'status': u'active', u'deleted': False, u'container_format': u'bare', u'min_ram': 0, u'updated_at': u'2015-04-26T04:34:40.000000', u'min_disk': 0, u'owner': u'74c8ada23a3449f888d9e19b76d13aab', u'is_public': False, u'deleted_at': None, u'properties': {}, u'size': 13167616, u'name': u'image', u'checksum': u'64d7c1cd2b6f60c92c14662941cb7913', u'created_at': u'2015-04-26T04:34:39.000000', u'disk_format': u'qcow2', u'id': u'bb9318db-5554-4857-a309-268c6653b9ff'}
本地啟動盤：
{'disk_bus': 'virtio', 'cdrom_bus': 'ide', 'mapping': {'disk': {'bus': 'virtio', 'boot_index': '1', 'type': 'disk', 'dev': u'vda'}, 'root': {'bus': 'virtio', 'boot_index': '1', 'type': 'disk', 'dev': u'vda'}, 'disk.local': {'bus': 'virtio', 'type': 'disk', 'dev': 'vdb'}, 'disk.swap': {'bus': 'virtio', 'type': 'disk', 'dev': 'vdc'}}}
本地啟動盤的文件信息：
root@compute2:/home/s1# qemu-img info /var/lib/nova/instances/02699155-940f-4401-bc01-36220db80639/disk.local
image: /var/lib/nova/instances/02699155-940f-4401-bc01-36220db80639/disk.local
file format: qcow2
virtual size: 1.0G (1073741824 bytes) #由 flavor.ephemeral_disk 指定其 size
disk size: 324K
cluster_size: 65536
backing file: /var/lib/nova/instances/_base/ephemeral_1_default
Format specific information:
compat: 1.1
lazy refcounts: false
root@compute2:/home/s1# qemu-img info /var/lib/nova/instances/02699155-940f-4401-bc01-36220db80639/disk.swap
image: /var/lib/nova/instances/02699155-940f-4401-bc01-36220db80639/disk.swap
file format: qcow2
virtual size: 30M (31457280 bytes) # 由 flavor.swap_disk 指定其size
disk size: 196K
cluster_size: 65536
backing file: /var/lib/nova/instances/_base/swap_30
Format specific information:
compat: 1.1
lazy refcounts: false
（4）根據這些信息，生成 domain xml，然后生成其配置使得它是一個持久性虛機 （調用 libvirt Python DefineXML API）。
一個從 image 啟動的 Domain 的配置 XML 實例（藍色部分是注釋說明）：
<domain type="qemu"> <uuid>8352e969-0a25-4abf-978f-d9d0ec4de0cd</uuid> <name>instance-0000002f</name> <memory>51200</memory> # guest.memory = flavor.memory_mb * units.Ki 即 50 * 1024 = 51200 <vcpu cpuset="0">1</vcpu> #flavor.vcpus <metadata> <nova:instance xmlns:nova="http://openstack.org/xmlns/libvirt/nova/1.0"> <nova:package version="2014.2.2"/> <nova:name>vm11</nova:name> #input.name <nova:creationTime>2015-06-09 23:54:04</nova:creationTime> <nova:flavor name="tiny2"> #input.flavor <nova:memory>50</nova:memory> <nova:disk>1</nova:disk> <nova:swap>30</nova:swap> <nova:ephemeral>1</nova:ephemeral> <nova:vcpus>1</nova:vcpus> </nova:flavor> <nova:owner> <nova:user uuid="bcd37e6272184f34993b4d7686ca4479">admin</nova:user> <nova:project uuid="74c8ada23a3449f888d9e19b76d13aab">admin</nova:project> </nova:owner> <nova:root type="image" uuid="bb9318db-5554-4857-a309-268c6653b9ff"/> #input.source </nova:instance> </metadata> <sysinfo type="smbios"> # Nova 中寫死的 <system> <entry name="manufacturer">OpenStack Foundation</entry> <entry name="product">OpenStack Nova</entry> <entry name="version">2014.2.2</entry> <entry name="serial">03bb1a0f-ae04-4765-9f3c-d200a2540675</entry> <entry name="uuid">8352e969-0a25-4abf-978f-d9d0ec4de0cd</entry> </system> </sysinfo> <os> <type>hvm</type> #表示 Guest OS 需要 full virtualiaiton 支持 <boot dev="hd"/> #指定啟動盤 <smbios mode="sysinfo"/> #去讀取 <sysinfo> 的定義 </os> <features> <acpi/> # Soft Reboot 需要 ACPI 的支持，否則只能使用 Hard reboot。 https://bugs.launchpad.net/horizon/+bug/1346741 <apic/> # 沒 APIC 的話，Windows Guest 會在 Xen 或者 KVM 上崩潰。 https://bugs.launchpad.net/nova/+bug/1086352 </features> <clock offset="utc"/> #如果Guest OS 是 MS，則是 localtime，否則都是 utc <cpu mode="host-model" match="exact"> # 對於 KVM，如果 CONF.libvirt.cpu_mode 是 none，mode 則設為 "host-model"。具體可參考 https://wiki.openstack.org/wiki/LibvirtXMLCPUModel <topology sockets="1" cores="1" threads="1"/> #默認的時候，sockets 數目設為 vcpu 的數目，cores 和 threads 都設為 1. 可以通過設置 image 的 hw_cpu_topology 屬性來改變這里的設置，具體請參考 https://blueprints.launchpad.net/nova/+spec/support-libvirt-vcpu-topology 以及 https://wiki.openstack.org/wiki/VirtDriverGuestCPUMemoryPlacement </cpu> <devices> <disk type="file" device="disk"> # 從 image 啟動時候的啟動盤（flavor.root_disk） <driver name="qemu" type="qcow2" cache="none"/> <source file="/var/lib/nova/instances/8352e969-0a25-4abf-978f-d9d0ec4de0cd/disk"/> <target bus="virtio" dev="vda"/> #對於 KVM，disk 的 bus 為 "virtio"，cdrom 的 bus 為 "ide"，floppy 的 bus 為 "fdc" </disk> <disk type="file" device="disk"> #臨時分區 (falvor.ephemeral_disk) <driver name="qemu" type="qcow2" cache="none"/> <source file="/var/lib/nova/instances/8352e969-0a25-4abf-978f-d9d0ec4de0cd/disk.local"/> <target bus="virtio" dev="vdb"/> </disk> <disk type="file" device="disk"> #swap 分區 (flavor.swap_disk) <driver name="qemu" type="qcow2" cache="none"/> <source file="/var/lib/nova/instances/8352e969-0a25-4abf-978f-d9d0ec4de0cd/disk.swap"/> <target bus="virtio" dev="vdc"/> </disk> <interface type="bridge"> # 虛機通過網橋連接到 OVS <mac address="fa:16:3e:e0:30:e7"/> <model type="virtio"/> #該 type 可以由 image metadata hw_vif_type 指定。未指定的話，如果配置了 conf.libvirt.use_virtio_for_bridges = true (默認就是 true)的話，QEMU/KVM 會使用 virtio 類型。 <driver name="qemu"/> <source bridge="qbr59cfa0b8-2f"/> #qbr59cfa0b8-2f 連接虛機的 vNIC tap59cfa0b8-2f 和 qvb59cfa0b8-2f ，而 qvb59cfa0b8-2f 練到 OVS 的 br-int 上。 <target dev="tap59cfa0b8-2f"/> </interface> <serial type="file"> 當 CONF.serial_console.enabled = true 時，type 為 "tcp"，使用 config 配置，其 XML 為 <serial type="tcp"> <source host="127.0.0.1" mode="bind" service="10000"/> </serial>；當為 false 時，使用 console.log 文件，type 為 file。 <source path="/var/lib/nova/instances/8352e969-0a25-4abf-978f-d9d0ec4de0cd/console.log"/> </serial> <serial type="pty"/> #每個domain都有 type 為 "pty" 的 serial 配置。 <input type="tablet" bus="usb"/> #當 CONF.vnc_enabled = true 或者 CONF.spice.enabled = true 並且 CONF.spice.agent_enabled = false 時添加 tablet，type 和 bus 都是固定的。 <graphics type="vnc" autoport="yes" keymap="en-us" listen="0.0.0.0"/> #如果 CONF.vnc_enabled = true，那么 keymap=CONF.vnc_keymap；listen=CONF.vncserver_listen <video> #如果 CONF.vnc_enabled 或者 CONF.spice.enabled，則添加該 video 配置 <model type="cirrus"/> #如果 CONF.spice.enabled，則 type 為 qxl；否則為 cirrus。 </video> <memballoon model="virtio"> #如果 CONF.libvirt.mem_stats_period_seconds >0 則添加 memballoon；對 KVM，model 固定為 "virtio" <stats period="10"/> </memballoon> </devices> </domain>
從 bootable volume 啟動的話，disk 部分為：
<disk type="file" device="disk"> <driver name="qemu" type="qcow2" cache="none"/> <source file="/var/lib/nova/instances/02699155-940f-4401-bc01-36220db80639/disk.local"/> <target bus="virtio" dev="vdb"/> </disk> <disk type="file" device="disk"> <driver name="qemu" type="qcow2" cache="none"/> <source file="/var/lib/nova/instances/02699155-940f-4401-bc01-36220db80639/disk.swap"/> <target bus="virtio" dev="vdc"/> </disk> <disk type="block" device="disk"> <driver name="qemu" type="raw" cache="none"/> <source dev="/dev/disk/by-path/ip-10.0.2.41:3260-iscsi-iqn.2010-10.org.openstack:volume-26446902-5a56-4c79-b839-a8e13a66dc7a-lun-1"/> <target bus="virtio" dev="vda"/> <serial>26446902-5a56-4c79-b839-a8e13a66dc7a</serial> </disk>
（5）. 啟動 domain （調用 libvirt Python createWithFlags API）
2.2 添加 volume 到虛機 （nova volume-attach）
（1）使用 volume id 通過 volume driver 找到指定的 volume
（2）調用 volume driver 來建立主機和 Volume 之間的連接
主機信息為：
{'ip': '192.168.1.15', 'host': 'compute2', 'initiator': 'iqn.1993-08.org.debian:01:a9f2b45c24f9'}
建立的 iSCSI 連接信息為：
{u'driver_volume_type': u'iscsi', u'data': {u'access_mode': u'rw', u'target_discovered': False, u'encrypted': False, u'qos_specs': None, u'target_iqn': u'iqn.2010-10.org.openstack:volume-51da0d1f-0a17-4e7f-aeff-27438963348a', u'target_portal': u'10.0.2.41:3260', u'volume_id': u'51da0d1f-0a17-4e7f-aeff-27438963348a', u'target_lun': 1, u'auth_password': u'hXG64qrzEjNt8MDKnERA', u'auth_username': u'fKSAe6vhgyeG88U9kcBV', u'auth_method': u'CHAP'}}
volume 在主機上的磁盤為：
root@compute2:/home/s1# ls /dev/disk/by-path/ -ls
total 0
0 lrwxrwxrwx 1 root root 9 Jun 10 12:18 ip-10.0.2.41:3260-iscsi-iqn.2010-10.org.openstack:volume-51da0d1f-0a17-4e7f-aeff-27438963348a-lun-1 -> ../../sdc
Disk /dev/sdc: 1073 MB, 1073741824 bytes
34 heads, 61 sectors/track, 1011 cylinders, total 2097152 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk identifier: 0x00000000
Disk /dev/sdc doesn't contain a valid partition table
（3）通過 domain name 來找到指定 domain 對象 （通過調用 lookupByName API）
（4）生成 volume 連接的配置 xml，比如：
<disk type="block" device="disk">
<driver name="qemu" type="raw" cache="none"/>
<source dev="/dev/disk/by-path/ip-10.0.2.41:3260-iscsi-iqn.2010-10.org.openstack:volume-51da0d1f-0a17-4e7f-aeff-27438963348a-lun-1"/>
<target bus="virtio" dev="vdd"/>
<serial>51da0d1f-0a17-4e7f-aeff-27438963348a</serial>
</disk>
（5）調用 attachDeviceFlags API 將 volume 掛載到該虛機
2.3 添加連接到新的網絡的 interface 給虛機 （nova interface-attach）
（1）運行 nova interface-attach，傳入 network-id，Neutron 會分配如下network info 給 Nova
VIF({'profile': {}, 'ovs_interfaceid': u'0142efee-7382-43ef-96e8-d0084ecc893c', 'network': Network({'bridge': u'br-int', 'subnets': [Subnet({'ips': [FixedIP({'meta': {}, 'version': 4, 'type': u'fixed', 'floating_ips': [], 'address': u'10.0.0.40'})], 'version': 4, 'meta': {u'dhcp_server': u'10.0.0.3'}, 'dns': [], 'routes': [], 'cidr': u'10.0.0.0/24', 'gateway': IP({'meta': {}, 'version': 4, 'type': u'gateway', 'address': u'10.0.0.1'})})], 'meta': {u'injected': False, u'tenant_id': u'74c8ada23a3449f888d9e19b76d13aab'}, 'id': u'01630966-b21f-4a6d-95ff-10c4575f1fe2', 'label': u'demo-net'}), 'devname': u'tap0142efee-73', 'vnic_type': u'normal', 'qbh_params': None, 'meta': {}, 'details': {u'port_filter': True, u'ovs_hybrid_plug': True}, 'address': u'fa:16:3e:14:32:d9', 'active': True, 'type': u'ovs', 'id': u'0142efee-7382-43ef-96e8-d0084ecc893c', 'qbg_params': None})
（2）執行下面的命令，將 Neutron 分配的 port 連接到 OVS
#添加 linux bridge brctl addbr qbr0142efee-73 #名字是 devname 的后半部分 brctl setfd qbr0142efee-73 0 brctl stp qbr0142efee-73 off tee /sys/class/net/qbr0142efee-73/bridge/multicast_snooping ip link add qvb0142efee-73 type veth peer name qvo0142efee-73 ip link set qvb0142efee-73 ip link set qvb0142efee-73 promisc on #在 OVS 上添加端口 ovs-vsctl --timeout=120 -- --if-exists del-port qvo0142efee-73 -- add-port br-int qvo0142efee-73 -- set Interface qvo0142efee-73 external-ids:iface-id=0142efee-7382-43ef-96e8-d0084ecc893c external-ids:iface-status=active external-ids:attached-mac=fa:16:3e:14:32:d9 external-ids:vm-uuid=8352e969-0a25-4abf-978f-d9d0ec4de0cd
（3）生成 interface 配置的xml，比如：
<interface type="bridge">
<mac address="fa:16:3e:14:32:d9"/>
<model type="virtio"/>
<driver name="qemu"/>
<source bridge="qbr0142efee-73"/>
<target dev="tap0142efee-73"/>
</interface>
（4）調用 attachDeviceFlags API 來掛載該 interface 到虛機
至於其他的虛機操作，會在另一篇文章中描述。