KVM虚拟化平台介绍及搭建

文章目录

一：虚拟化技术
- 1.1：虚拟化技术发展
- 1.2：虚拟化类型
- 1.3：虚拟化的特性：
- - 优势
  - 劣势
  - 案例：
二：KVM：
- 2.1、KVM 原理简介
- 2.2、KVM架构及原理
- 2.3、KVM原理
- 2.4、KVM工作流程
三、kvm部署过程
- 3.1、kvm部署拓扑图
- 3.2、安装KVM前的环境部署
- 3.3、安装KVM和网络配置
- 3.4、创建kvm存储

一：虚拟化技术

通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机，在一台计算机上同时运行多个逻辑计算机，
同时每个逻辑计算机可运行不同的操作系统，应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互相不影响，
从而提高计算机的工作效率

1.1：虚拟化技术发展

雏形：
1961年，IBM709机器实现了分时系统，将CPU占用切分为多个极短的时间片(1/100sec)每一个时间片执行不同的工作，通过对这些时间片进行轮询
从而将一个CPU伪装成多个CPU
1972年， IBM正式将system370机的分时系统命名为虚拟机
1990年， IBM推出的system390机支持逻辑分区（将一个CPU分为多份，相互独立，也就是逻辑分割）
Xen 2003年问世，是一个外部的hypervisor程序（虚拟机管理程序），能够控制虚拟机和给多个客户机分配资源

KVM：2007年问世，现已内置在kernel内核中的
Xen 支持的虚拟化技术：全虚拟化，半虚拟化
KVM：支持的虚拟化技术：全虚拟化

1.2：虚拟化类型

1、全虚拟化：将物理硬件资源全部通过软件的方式抽象化，最后进行调用
⭐⭐使用的方法:使用hypervisor（VMM）软件，其原理是在底层硬件和服务器之间建立一个抽象层，
而基于核心的虚拟机是面向Linux系统的开源产品hypervisor(VMM)可以捕捉CPU的指令，
为指令访问硬件控制器和外设充当中介。

2、半虚拟化：需要修改操作系统

3、直通：直接使用物理硬件资源（需要支持，还不完善)

1.3：虚拟化的特性：

优势

① 集中化管理（远程管理、维护）

② 提高硬件利用率（物理资源利用率低-例如峰值，虚拟化解决了“空闲”容量）

③ 动态调整机器/资源配置（虚拟化把系统的应用程序和服务硬件分离、提高了灵活性）

④ 高可靠（可部署额外的功能和方案，可提高透明负载均衡、迁移、恢复复制等应用环境）

劣势

① 前期高额费用（初期的硬件支持）

② 降低硬件利用率（特定场景-例如极度吃资源的应用不一定适合虚拟化）

③ 更大的错误影响面（本地物理机down机会导致虚拟机均不可用，同时可能虚拟机中文件全部损坏）

④ 实施配置复杂、管理复杂（管理人员运维、排障困难）

⑤ 一定的限制性（虚拟化技术涉及各种限制，必须与支持/兼容虚拟化的服务器、应用程序及供应商结合使用）

⑥ 安全性（虚拟化技术自身的安全隐患）

案例：

VMwareWorkstation：使用软件达到虚拟多操作系统
VirtualBox：使用软件虚拟出多物理设备功能

以VMwareworkstation为例
硬件辅助虚拟化技术Intel-VT-x AMD-V

Intel VT-x技术主要包含CPU、内存和I／O三方面的虚拟化技术，同时提供优化处理（早期为弥补X86架构虚拟化的缺陷）

AMD-V 是对x86处理器系统架构的一组硬件扩展和硬件辅助虚拟化技术，可以简化纯软件的虚拟化解决方案，

改进VMM（虚拟机监视器）的设计，更充分地利用硬件资源，提高服务器和数据中心的虚拟化效率

VMM(虚拟机监视器/管理程序）

VMM是一个系统软件，可以维护多个高效、隔离的程序环境(虚拟机），同时可以管理计算机系统的真实资源、为虚拟机提供接口

二：KVM：

2.1、KVM 原理简介

广义的KVM实际上包含两部分，

1.基于LINUX内核支持的KVM内核模块，

KWM内核模块模拟处器和内存以支持虚拟机的运行，

2. 经过简化和修改的Qemu。

Qemu主要处理 I/0以及为用户提供一个用户空间工具来进行虛拟机的管理。两者相互结合，相辅相成，构成了一个完整的虚拟化平台。

注意: Qemu本身并不是KVI的一部分，Qemu 是一套完整的虚拟化解决方案，是纯软件实现虚拟化，包括处理器虚拟化、内存虚拟化以及各种虚拟设备的模拟，但因为是纯软件模拟出来的，所以Qemu的性能比较低。

2.2、KVM架构及原理

KVM 虚拟化架构/三种模式
1、客户模式(guestOS):VM中的OS为GuestOS
客户机在操作系统中运行的模式，客户机分为内核模式和用户模式，作用如下：
2、用户模式：
为用户提供虚拟机管理的用户空间工具以及代表用户执行I/O，Qemu工作在此模式下（Qemu的主要功能）
3、linux内核模式
模拟CPU、内存，实现客户模式切换，处理从客户模式的推出，KVM即运行在此模式下

2.3、KVM原理

1、Guest：客户机系统，包括CPU（vCPU）、内存、驱动（Console、网卡、I/O 设备驱动等），
被KVM 置于一种受限制的CPU 模式下运行。
2、KVM ：内核模块模拟处理器和内存以支持虚拟机运行

3、Qemu ：主要处理I/O以及为客户提供一个用户空间/dev/kvm 工具libvirt 来进行虚拟机管理
ioctl（定义）专用于设备输入输出操作的系统调用
libvirt：KVM管理工具
以上构成一个完整的虚拟化平台

简单理解：

KVM驱动提供处理器、内存的虚拟化，以及客户机I/O的拦截，guest的I/O被拦截后，交由Qemu处理
Qemu利用接口libkvm调用（ioctl）虚拟机设备接口/dev/kvm来分配资源、管理、维护虚拟机

2.4、KVM工作流程

用户模式的 Qemu 利用接口 libkvm 通过 ioctl 系统调用进入内核模式。 KVM驱动为虚拟机创建虚拟 CPU 和虚拟内存，
然后执行 VMLAU·NCH 指令进入客户模式，装载 Guest OS 并运行。Guest OS 运行过程中如果发生异常，则暂停Guest OS
的运行并保存当前状态同时退出到内核模式来处理这些异常。
内核模式处理这些异常时如果不需要 I/O则处理完成后重新进入客户模式。如果需要 I/O 则进入到用户模式，
则由 Qemu 来处理 I/O，处理完成后进入内核模式，再进入客户模式

三、kvm部署过程

3.1、kvm部署拓扑图

3.2、安装KVM前的环境部署

1、在VMware软件中新建虚拟机，并安装centos7系统

注意：
- 处理器数量:2 每个处理器内核数:2 处理器内核总数:4
- 虚拟化Intel VT-X 选项√下
- 内存大小为16G 网络NAT模式声卡和打印机移除挂载光盘硬盘1TG
- 安装GNOME桌面点开发工具分区自动分配安装操作系统
  具体centos7的安装这里不做详细介绍，网上有很多文章介绍。
  
  2、centos7系统开局优化和KVM环境准备

1、配置静态IP地址，保证与nat模式的网段一致
vi /etc/resolv.conf
nameserver 8.8.8.8
保证网络能够上网2、挂载光盘
vi /etc/fstab
/dev/sr0   /mnt   iso9660  defaults   0   0
mount -a3、关闭防火墙
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 04、关闭核心防护
sed -i '7s/enforcing/disabled/' /etc/sysconfig/selinux
cat /etc/sysconfig/selinux 5、配置yum本地源
[root@localhost ~]# cd /etc/yum.repos.d/
[root@localhost yum.repos.d]# mkdir backup
[root@localhost yum.repos.d]# mv C* backup/
[root@localhost yum.repos.d]# ls
backup
[root@localhost yum.repos.d]# vim local.repo
输入以下信息
[centos]
name=centos
baseurl=file:///mnt
gpgcheck=0
enabled=1
[root@localhost yum.repos.d]# yum clean all       #清空yum仓库
[root@localhost yum.repos.d]# yum makecache    #加载yum数据

3.3、安装KVM和网络配置

1、安装一些需要的软件

yum groupinstall -y "GNOME Desktop"   #安装 GNOME 桌面环境  如果装了图形界面不需要装了
yum -y install qemu-kvm               #安装KVM 模块
yum -y install qemu-kvm-tools         #安装KVM 调试工具
yum -y install virt-install           #构建虚拟机的命令行工具
yum -y install libvirt                #虚拟机管理工具
yum -y install virt-manager            #图形界面管理虚拟机

2、进行检查

查看CPU是否支持虚拟化
cat /proc/cpuinfo | grep vmx          查看KVM模块是否安装
lsmod | grep kvm  优化
ln -sf /lib/systemd/system/graphical.target /etc/systemd/system/default.target
将 系 统 的 默 认 运 行 target 更 改 为
graphical.targe开启libvirtd服务，并设置开机自启动
systemctl start libvirtd
systemctl enable libvirtd

重启系统

3、设置KVM网络
宿主服务器安装完成 KVM，首先要设定网络，在 libvirt 中运行 KVM 网络有两种方法：
NAT 和 Bridge，默认是 NAT。

用户模式，即 NAT 方式，这种方式是默认网络，数据包由 NAT 方式通过主机的接口进行
传送，可以访问外网，但是无法从外部访问虚拟机网络。
桥接模式，这种模式允许虚拟机像一台独立的主机一样拥有网络，外部的机器可以直接
访问到虚拟机内部，但需要网卡支持，一般有线网卡都支持。
这里以 Bridge（桥接）为例。
修改ens33网卡

[root@localhost ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
TYPE=Ethernet
PROXY_METHOD=none
BROWSER_ONLY=no
BOOTPROTO=none
DEFROUTE=yes
IPV4_FAILURE_FATAL=no
IPV6INIT=no
IPV6_AUTOCONF=yes
IPV6_DEFROUTE=yes
IPV6_FAILURE_FATAL=no
IPV6_ADDR_GEN_MODE=stable-privacy
NAME=ens33
UUID=0e5a02f3-25d6-4222-a2c7-3303cc76117a
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
#IPADDR=20.0.0.80
#PREFIX=24
#GATEWAY=20.0.0.2
BRIDGE=br0   #注释掉IP地址、网关、掩码，添加上br0

[root@localhost ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-br0
TYPE=Bridge
BOOTPROTO=static
DEFROUTE=yes
PEERDNS=yes
PEERROUTES=yes
IPV4_FAILURE_FATAL=no
IPV6INIT=yes
IPV6_AUTOCONF=yes
IPV6_DEFROUTE=yes
IPV6_PEERDNS=yes
IPV6_PEERROUTES=yes
IPV6_FAILURE_FATAL=no
IPV6_ADDR_GEN_MODE=stable-privacy
NAME=br0
DEVICE=br0
ONBOOT=yes
IPADDR=20.0.0.80  #添加NAT网段的IP地址
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=20.0.0.2
DNS1=8.8.8.8
DNS2=114.114.114.114重启network网络
systemctl restart network

3.4、创建kvm存储

1、创建镜像文件夹，上传镜像

mkdir -p /data_kvm/iso
mkdir -p /data_kvm/store    #虚拟机存储的目录//挂载本地共享文件夹
mount.cifs //192.168.100.1/share /opt
cp CentOS-7-x86_64-DVD-1810.iso /data_kvm/iso/[root@localhost Linux]# ls /data_kvm/iso/
CentOS-7-x86_64-DVD-1810.iso//图形界面敲下面命令，打开虚拟系统管理器
virt-manager

创建两个存储池 iso 和 store
双击打开QEMU/KVM—存储–—添加（加号）—–填写名称—–前进—–浏览—–其他位置–----计算机—–data_kvm–store–打开–完成，使用相同方法创建镜像存储池，选择的文件夹是/data_kvm/iso
创建存储卷
在store存储池里添加存储卷，最大容量选择20G

- 创建虚拟机
打开虚拟系统管理器–右击QEMU/KVM–选择新建

默认本地安装介质–前进

选择ISO映像–浏览选择刚刚创建的镜像----–前进

选择CPU：2G、内存：2048M的配置

选择存储卷的位置

点击在安装前自定义配置–选择网络（桥接）–完成

点击引导选项-----勾选主机引导时启动虚拟机------开始安装-----出现提示默认是

更改一下分区，去掉home目录。

这里需要DHCP自动分配一个IP地址，所以虚拟机配置里nat模式要勾选后打开网络，
注意：要记住分配的IP地址，过一会儿用
选择最小化安装

到这里我们的KVM已经完成了！！！