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搭建KVM虛擬機項目實戰記錄

本文轉載自   查看原文   2017-11-30 15:45   1613    linux運維
Kernel-based Virtual Machine的簡稱，是一個開源的系統虛擬化模塊，自Linux 2.6.20之后集成在Linux的各個主要發行版本中。它使用Linux自身的調度器進行管理，所以相對於Xen，其核心源碼很少。KVM的虛擬化需要硬件支持（如Intel VT技術或者AMD V技術)。是基於硬件的完全虛擬化。而Xen早期則是基於軟件模擬的Para-Virtualization，新版本則是基於硬件支持的完全虛擬化。但Xen本身有自己的進程調度器，存儲管理模塊等，所以代碼較為龐大。廣為流傳的商業系統虛擬化軟件VMware ESX系列是基於軟件模擬的Full-Virtualization。

1.KVM簡介

虛擬化技術類型和架構：

  • 主機虛擬化：xen, kvm, virtualbox, ...
  • 容器（用戶空間隔離）: lxc（LinuX Container）, openvz, ...
  • 系統庫虛擬化：wine, ...
  • 應用程序級虛擬化：jvm, pvm,...

主機虛擬化：
CPU：

  • 模擬：emulation, 虛擬機的arch與物理平台的arch可以不相同；qemu；
  • 虛擬：virtualizatio

內存：
MMU virtualization：

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

TLB virtualization：tagged TLB
IO：

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

主機虛擬化的類型：

  • TYPE-I：於硬件級別直接運行hypervisor；（xen, vmware ESX/ESXI）
  • TYPE-II:於硬件級別運行一個OS（Host OS），而此OS上運行一個VMM；vmware workstation, virtualbox, kvm

Linux目前流行的開源虛擬化技術解決方案：

  • 主機虛擬化：xen, kvm, virtualbox
  • 容器級：lxc, libcontainer, runC, openvz
  • 模擬器：qemu

KVM的組件：

  • kvm.ko：模塊
  • API
  • qemu-kvm：用戶空間的工具程序；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技術

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

總結：

虛擬化技術的分類：
(1) 模擬：Emulation（Qemu, PearPC, Bochs, ...）
(2) 完全虛擬化：Full Virtualization，Native Virtualization
BT/hvm：VMWare Workstation, VirtualBox, VMWare Server, Parallels Desktop, KVM(hvm), XEN(hvm)
(3) 半虛擬化：Para-Virutalization，特點：GuestOS明確知道自己運行虛擬機之上；
xen, UML(user-mode linux)
(4) 容器級虛擬化：LXC, OpenVZ, libcontainer, runC, rkt, Linux V Servers, Virtuozzo, ...
(5) 庫級別虛擬化：wine
(6) 程序級虛擬化jvm, pvm, ...

KVM的組件：兩類組件：

(kvm.ko)/dev/kvm：工作為hypervisor，在用戶空間可通過系統調用ioctl()與內核中的kvm模塊交互，從而完成虛擬機的創建、啟動、停止、刪除等各種管理功能；

qemu-kvm進程：工作於用戶空間，用於實現IO設備模擬；用於實現一個虛擬機實例；

KVM模塊load進內存之后，系統的運行模式：

  • 內核模式：GuestOS執行IO類的操作時，或其它的特殊指令操作時的模式；它也被稱為“Guest-Kernel”模式；
  • 用戶模式：Host OS的用戶空間，用於代為GuestOS發出IO請求；
  • 來賓模式：GuestOS的用戶模式；所有的非IO類請求；

安裝使用KVM:
判斷CPU是否支持硬件虛擬化：

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

在虛擬機中嵌套虛擬機：開機前：

運行中的一個kvm虛擬機就是一個qemu-kvm進程，運行qemu-kvm程序並傳遞給它合適的選項及參數即能完成虛擬機啟動，終止此進程即能關閉虛擬機；
kvm工具棧：
qemu：qemu-kvm 、qemu-img（CentOS內核中）
libvirt：GUI：（virt-manager, virt-viewer）、（CLI: virsh, virt-install）

安裝：
(1) 裝載內核模塊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 &

網絡虛擬化：
二層的虛擬網絡設備：kernel net bridge/brctl、openvswitch
CentOS 7創建物理橋，使用內核自帶的橋接模塊實現：
橋接口配置文件保留地址信息；

  • TYPE=Bridge
  • Device=BRIDGE_NAME

物理網卡配置文件：刪除地址、掩碼和網關等相關的配置，添加BRIDGE=BRIDGE_NAME
重啟網絡服務

2.KVM實戰應用

Qemu：

  • 處理器模擬器
  • 仿真各種IO設備
  • 將仿真設備連接至主機的物理設備
  • 提供用戶接口

qemu-kvm命令語法：qemu-kvm  [options]  [disk_image]
選項有很多類別：標准選項、塊設備相關選項、顯示選項、網絡選項、...
標准選項：

  • -machine [type=]name：-machine help來獲取列表，用於指定模擬的主機類型；
  • -cpu cpu：-cpu help來獲取列表；用於指定要模擬的CPU型號；
  • -smp n[,maxcpus=cpus][,cores=cores][,threads=threads][,sockets=sockets]：指明虛擬機上vcpu的數量及拓撲；
  • -boot [order=drives][,once=drives][,menu=on|off] [,splash=sp_name][,splash-time=sp_time][,reboot-timeout=rb_time][,strict=on|off]
    • 　　order：各設備的引導次序：c表示第一塊硬盤，d表示第一個光驅設備；-boot order=dc,once=d
  • -m megs：虛擬機的內存大小；
  • -name NAME：當前虛擬機的名稱，要惟一；

塊設備相關的選項：

  • -hda/-hdb file：指明IDE總線類型的磁盤映射文件路徑；第0和第1個；
  • -hdc/-hdd file：第2和第3個；
  • -cdrom file：指定要使用光盤映像文件；
  • -drive [file=file][,if=type][,media=d][,index=i] [,cache=writethrough|writeback|none|directsync|unsafe][,format=f]： 
    file=/PATH/TO/SOME_IMAGE_FILE：映像文件路徑； if=TYPE：塊設備總線類型，ide, scsi, sd, floppy, virtio,... media=TYPE：介質類型，cdrom和disk； index=i：設定同一類型設備多個設備的編號； cache=writethrough|writeback|none|directsync|unsafe：緩存方式； format=f：磁盤映像文件的格式；
    View Code

顯示選項：

  • -display type：顯示的類型，sdl, curses, none和vnc；
  • -nographic：不使用圖形接口；
  • -vga [std|cirrus|vmware|qxl|xenfb|none]：模擬出的顯卡的型號；
  • -vnc display[,option[,option[,...]]]]：啟動一個vnc server來顯示虛擬機接口； 讓qemu進程監聽一個vnc接口；
  • -monitor stdio：在標准輸出上顯示monitor界面；

options：password：連接此服務所需要的密碼；
Ctrl-a, c：在console和monitor之間切換；
Ctrl-a, h
網絡選項：
-net nic[,vlan=n][,macaddr=mac][,model=type][,name=str][,addr=str][,vectors=v] 

為虛擬機創建一個網絡接口，並將其添加至指定的VLAN； model=type：指明模擬出的網卡的型號，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]:

通過物理的TAP網絡接口連接至vlan n； script=file：啟動虛擬機時要執行的腳本，默認為/etc/qemu-ifup downscript=dfile：關閉虛擬機時要執行的腳本，/etc/qemu-ifdown ifname=NAME：自定義接口名稱；
View Code 

-daemonize：以守護進程運行；

/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 半虛擬化，性能比全虛擬化高；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轉發器和DHCP服務器）
--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
但通常用虛擬機時不會用繁瑣且易出錯的命令行形式一個個生成，而是virsh，默認生成模版文件在/etc/libvirt/qemu/目錄下
virsh命令:虛擬機的生成需要依賴於預定義的xml格式的配置文件；其生成工具有兩個：virt-manager, virt-install；
virsh [OPTION]... COMMAND [ARG]..
子命令的分類：

  • 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：從xml格式的配置文件創建並啟動虛擬機；
  • define：從xml格式的配置文件創建虛擬機；
  • destroy：強行關機；
  • shutdown：關機；
  • reboot：重啟；
  • undefine：刪除虛擬機；
  • suspend/resume：暫停於內存中，或繼續運行暫停狀態的虛擬機；
  • save/restore：保存虛擬機的當前狀態至文件中，或從指定文件恢復虛擬機；
  • console：連接至指定domain的控制台；
  • attach-disk/detach-disk：磁盤設備的熱插拔；
  • attach-interface/detach-interface：網絡接口設備的熱插拔；

type：bridge
source：BRIDGE_NAME
注意 ：無須事先創建網絡接口設備；
Domain Monitoring (help keyword 'monitor')

  • domiflist
  • domblklist
  • ...

圖形管理工具：

  • kimchi：基於H5研發web GUI; virt-king；
  • OpenStack: IaaS
  • oVirt：


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