Linux 桌面虚拟化技术 KVM

KVM:是 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已成为学术界的主流VMM之一。
VM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。
官方网址：http://www.linux-kvm.org/page/Main_Page

KVM：是指基于 Linux 内核的虚拟机(Kernel-based Virtual Machine)。是第一个整合到Linux 内核的虚拟化技术。在 KVM 模型中，每一个虚拟机都是一个由 Linux 调度程序管理的标准进程，你可以在用户空间启动客户机操作系统。
一个普通的 Linux 进程有两种运行模式：内核和用户。 KVM 增加了第三种模式：客户模式(有自己的内核和用户模式)
XEN ：需要升级内核，只能支持和物理机系统一样的操作系统。 xen 虚拟上，可以运行windows ？
KVM：支持 linux 以外的其它系统。比如:windows
QEMU：是一套由 Fabrice Bellard 所编写的以 GPL 许可证分发源码的模拟处理器，在GNU/Linux 平台上使用广泛。QEMU 具有高速度和跨平台的特性，QEMU 能模拟至接近真实电脑的速度。
QEMU 能模拟整个电脑系统，包括中央处理器及其他周边设备。
QEMU 和 vmware 一样，都是仿真虚拟化技术，效率比较低。QEMU 也是一种虚拟机技术。

实验环境：
VM 虚拟机 CentOS 7.6 SElinux、Firewall以及iptables 均为关闭状态

查看 CPU 是否支持虚拟化
egrep "vmx|svm" /proc/cpuinfo
intel： vmx
AMD： svm
如果显示为空，则表示不支持虚拟化，需要开启主板 BIOS 虚拟化支持

安装 KVM 模块、管理工具和 libvirt，命令行安装：
yum install qemu-kvm libvirt libguestfs-tools virt-install libvirt-python librbd1 -y
注：使用系统镜像，先配置好 yum 本地源
qemu-kvm ： kvm 主程序， KVM 虚拟化模块
virt-manager： KVM 图形化管理工具，这里不安装不使用
libvirt：虚拟化服务
libguestfs-tools : 虚拟机的系统管理工具
virt-install ：安装虚拟机的实用工具。比如 virt-clone 克隆工具就是这个包安装的
libvirt-python ： python 调用 libvirt 虚拟化服务的 api 接口库文件
librbd1：是一个属于librados的用户态接口库
安装完 KVM 后启动服务
systemctl enable libvirtd --now
确定正确加载 kvm 模块
lsmod |grep kvm
kvm_intel 188740 0
kvm 637515 1 kvm_intel
irqbypass 13503 1 kvm

如果启动报错，查看系统日志 /var/log/messages 排查

解决办法：安装最新版本的 librbd1
配置 KVM 网络桥接功能
网桥介绍: 经常说的 Bridge 设备其实就是网桥设备，也就相当于现在的二层交换机，用于连接同一网段内的所有机器，目的就是将第一块网卡 ens33 添加到 br0，此时 br0 就成为了所谓的交换机设备，物理机的 ens33 也是连接在上面的。
添加桥接设备 br0：相当于一个二层交换机
使用 virsh 命令配置网桥
使用 virsh 命令配置网桥很方便，但 br0 上不会自动配置 DNS，如果需要虚拟机上网需要自己添加DNS，过程如下：
# yum install libvirt-client -y #安装包括 virsh 命令的 rpm 包
# virsh iface-bridge ens33 br0 --no-stp
注：iface-bridge 网卡接口名新建网桥名不启用 stp 生成树协议
# echo 'DNS1=8.8.8.8' >> /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-br0
# systemctl restart network.service

重启验证

扩展：virbr0 概述
virbr0 是一种虚拟网络接口，这是由于安装和启用了 libvirtd 服务后会自动生成一个桥设备名字为 virbr0。
libvirtd 这个服务，在安装系统时，已经帮你安装好并开机启动了。所以尽管我们没有安装 KVM，一样可以能看到这个 virbr0 这个桥设备。
libvirtd 在服务器上生成一个 virtual network switch (virbr0)，kvm 中所有的虚拟机（guests操作系统）通过这个 virbr0 连起来。默认情况下 KVM 中 virbr0 使用的是 NAT 网络模式。所以这种情况下 KVM 中的虚拟机需要通过物理机的网卡才能访问外部。

创建KVM 虚拟机，准备一个硬盘或者分区，用于存放安装好的 Linux 操作系统：
mkfs.xfs /dev/sdc
mount /dev/sdc /var/lib/libvirt/images/

写入 fstab 实现开机挂载

virt-install 命令常用选项：
-n NAME, --name=NAME 指定 Guest 名字
-r MEMORY, --ram=MEMORY 指定内存大小
--vcpus=VCPUS 指定虚拟机的 CPU 数量
--disk 指定虚拟机磁盘存储文件的路径 , size=5 指定虚拟磁盘的大小，单位是 G；
例：--disk path=/var/lib/libvirt/images/centos-76.img,size=5
--accelerate KVM 或 KQEMU 内核加速器,这个选项默认是添加的。另外，如果系统 KVM 和KQEMU 加速器都支持，优先使用 KVM 加速器。
-c CDROM, --cdrom=CDROM 指定用于全虚拟化 Guest 的虚拟光驱， --cdrom=后指定ISO 或 CDROM 镜像。
--network #指定虚拟机的网卡模式。如：--network bridge=br0
-x EXTRA, --extra-args=EXTRA 用来给加载的 kernel 和 initrd 提供额外的内核命令行参数。比如无人值守安装系统
准备工作
基于 apache 服务器搭建本地 yum 源镜像
# yum install httpd -y
# systemctl enable httpd --now
# mkdir /var/www/html/centos7/
准备系统镜像：centos7.6 （不建议使用 MINI 版）
# mount /dev/cdrom /var/www/html/centos7/
# iptables -F #关闭防火墙

创建 ks.cfg 自动应答文件
cat /var/www/html/ks.cfg
firewall --disabled
install
url --url="http://192.168.2.234/centos7"
rootpw --iscrypted $1$root$j0bp.KLPyr.u9kgQ428D10
auth --useshadow --passalgo=sha512
text
firstboot --disable
keyboard us
lang en_US.UTF-8
selinux --disabled
logging --level=info
reboot
timezone Asia/Shanghai
network --bootproto=dhcp --device=eth0 --onboot=on
bootloader --location=mbr
zerombr
clearpart --all --initlabel
part /boot --fstype="xfs" --size=500
#part swap --fstype="swap" --size=1000
#part / --fstype="ext4" --size=1 --grow

part pv.156 --fstype="lvmpv" --size=1 --grow
volgroup centos --pesize=4096 pv.156
logvol swap --fstype="swap" --size=1000 --name=swap --vgname=centos
logvol / --fstype="xfs" --vgname=centos --size=1 --grow

%packages
#CentOS 6.X 这里要使用 @base
@^minimal
@core
%end
创建 centos-7 虚拟机：
virt-install --name=centos7 --memory=4096,maxmemory=4096 --vcpus=1,maxvcpus=1 --os-type=linux --os-variant=rhel7 --location=http://192.168.2.234/centos7/ --network bridge=br0 -x "ks=http://192.168.2.234/ks.cfg" --disk path=/var/lib/libvirt/images/centos7.qcow2,size=10 --graphics=none --console=pty,target_type=serial --extra-args="console=tty0 console=ttyS0"

KVM 虚拟机常用命令
# virsh list #列出在运行的虚拟机
# virsh start centos7 #启动 centos7虚拟机
# virsh shutdown centos7 #关闭 centos7 虚拟机
# virsh autostart centos7 #设置 centos7.虚拟机为物理机开机后，自动启动
重启验证

shutdown 需要点时间

设为开机启动 kvm 中 centos7 虚拟机，但是 reboot 物理机后，没有启动。
解决：
# chkconfig --list libvirtd #开机启动了
# libvirtd 0:off 1:off 2:off 3:on4:on5:on6:off
# vim /etc/fstab #记得设置开机自动挂载 sdc，不然后开机启动不了虚拟机

KVM 虚拟机克隆和快照
克隆 kvm 虚拟机
克隆前，centos7.0 需要提前关机。
语法：virt-clone -o 原虚拟机 -n 新虚拟机 -f 新虚拟机镜像存放路径
选项：-o old -n new
虚拟机镜像：就是整个虚拟机文件。
virt-clone -o centos7 -n centos7-1 -f /var/lib/libvirt/images/centos7-1.qcow2

KVM 虚拟机组成
一台 KVM 虚拟机由两部分组成：虚拟机配置文件和镜像 img
查看虚拟机的配置文件：
ll /etc/libvirt/qemu
总用量 8
drwxr-xr-x 2 root root 25 8月 11 10:50 autostart
-rw------- 1 root root 3340 8月 13 12:34 centos7-1.xml
-rw------- 1 root root 3334 8月 11 10:31 centos7.xml
drwx------ 3 root root 42 8月 11 07:59 networks
vim /etc/libvirt/qemu/centos7-1.xml

调整虚拟机配置，必须关闭该虚拟机
viresh shutdown centos7-1
重新加载配置文件
virsh define --file /etc/libvirt/qemu/centos7-1.xml
定义域 centos7-1（从 /etc/libvirt/qemu/centos7-1.xml）

发现内存已经调整为 1G

测试链接
修改 IP HOSTNAME

开启之前关闭的虚拟机
virsh start centos7

原虚拟机和克隆完的虚拟机配置文件的区别：

vimdiff /etc/libvirt/qemu/centos7.xml /etc/libvirt/qemu/centos7-1.xml

注：这里可以看出两者的 MAC 地址是不一样的。所以对克隆或复制出来的虚拟机启动后，要修改网卡配置文件的 MAC 地址，因为克隆出来的虚拟机的真实 MAC 地址和操作系统中的 ifcfg-eth0 中的MAC 地址不一样。
虚拟机常用镜像格式对比
目前主要虚拟机的镜像格式：raw，cow， qcow，qcow2，vmdk 。
raw 格式镜像
raw：老牌的镜像格式，用一个字来说就是裸，也就是赤裸裸，你随便 dd 一个 file 就模拟了一个raw 格式的镜像。由于裸的彻底，性能上来说的话还是不错的。centos6 上 KVM 和 XEN 默认的格式还是这个格式。centos7 以上默认是 qcow2 。
裸的好处还有就是简单，支持转换成其它格式的虚拟机镜像对裸露的它来说还是很简单的（如果其它格式需要转换，有时候还是需要它做为中间格式），空间使用来看，这个很像磁盘，使用多少就是多少（du -h 看到的大小就是使用大小）。
例： qcow2 转为 vmdk 方法是： qcow2 转为 raw ，然后把 raw 转为 vmdk 。也可以直接 qcow2 转为 vmdk
raw 格式的缺点：不支持 snapshot 快照。
cow、qcow、qcow2 格式
1、cow 格式：还没有成熟，就被放弃了。后来被 qcow 格式所取代。
2、qcow 格式：刚刚出现的时候有比较好的特性，但其性能和 raw 格式对比还是有很大的差距，目前已经被新版本的 qcow2 取代。
3、qcow2 格式：
现在比较主流的一种虚拟化镜像格式，经过优化，目前 qcow2 的性能上接近 raw 裸格式的性能qcow2 格式支持 snapshot，可以在镜像上做 N 多个快照，具有以下优点：
更小的存储空间
支持创建 image 镜像
支持多个 snapshot，对历史 snapshot 进行管理
支持 zlib 的磁盘压缩
支持 AES 的加密
4、 vmdk 格式：
VMware 的格式，整体性能最好，因为原本 VMware 就是做虚拟化起家。从性能和功能上来说，vmdk 应该算最出色的，由于 vmdk 结合了 VMware 的很多能力，目前来看，KVM 和 XEN 使用这种格式的情况不是太多。但就 VMware 的企业级虚拟化 Esxi 来看，它的稳定性和各方面的能力都很好

KVM 快照：
快照的作用：1、热备 2、灾难恢复 3、回滚到历中的某个状态
注：快照是存放在 kvm 的磁盘镜像中。
kvm 快照，分两种：
方法 1：使用 lvm 快照，如果分区是 lvm，可以利用 lvm 进行 kvm 的快照备份
方法 2：使用 qcow2 格式的镜像创建快照。
创建 KVM 快照
要使用快照功能，磁盘格式必须为 qcow2。
qemu-img info /var/lib/libvirt/images/centos7-1.qcow2

语法：virsh snapshot-create-as KVM 虚拟机名 快照名
virsh snapshot-create-as centos7-1 系统初始
查看快照文件大小
ll -h /var/lib/libvirt/qemu/snapshot/centos7-1/

查看当前 kvm 中的虚拟机，是基于哪个快照来运行
virsh snapshot-current centos7-1 |head
查看快照占用的大小：
emu-img info /var/lib/libvirt/images/centos7-1.qcow2
image: /var/lib/libvirt/images/centos7-1.qcow2
file format: qcow2
virtual size: 10G (10737418240 bytes)
disk size: 3.3G
cluster_size: 65536
Snapshot list:
ID TAG VM SIZE DATE VM CLOCK
1 系统初始 226M 2021-08-13 13:17:37 00:15:30.624
Format specific information:
compat: 1.1
lazy refcounts: true

恢复虚拟机快照必须关闭虚拟机
安装一些软件后创建快照

关闭虚拟机后执行恢复快照
virsh snapshot-revert 虚拟机名称快照名称
virsh shutdown centos7-1
域 centos7-1 被关闭

virsh domstate centos7-1
关闭

virsh snapshot-revert centos7-1 系统初始

virsh snapshot-current centos7-1 |head

删除快照
virsh snapshot-delete centos7-1 vim_lrzsz

virsh 常用命令
# virsh list #查看已启动的虚拟机列表
# virsh list --all #查看所有虚拟机列表
# virsh start centos7 #启动名称为 centos7 虚拟机
# virsh shutdown centos7 #关闭名称为 centos7 虚拟机
# virsh dumpxml centos7 > /opt/centos7.xml #导出centos7 虚拟机配置文件
# virsh undefine centos7 #取消域 centos7.0 的定义。
注：virsh undefine centos7.0 会删除虚拟机 centos7.0 的配置文件，虚拟机 centos7.0 的磁盘
镜像文件还在。另外，发现“虚拟系统管理器”中管理的 kvm 虚拟机，没有 centos7.0
#

不能直接删除有快照的虚拟机，要先删除快照

列表、配置文件已经删除，但是磁盘文件依然存在

把虚拟机重新加入到 virt-manager 目录列表。
语法：virsh define 虚拟机.xml 的绝对路径
# virsh destroy centos7 #强制关机，强制关闭虚拟机。当使用 virsh shutdown 正常关机，不行时，用这个。
# virsh autostart centos7#设置开机自启动 centos7.0
# virsh autostart --disable centos7.0 #取消虚拟机随宿主机开机自启
# virsh suspend centos7.0 #挂起虚拟机
# virsh resume centos7.0 #恢复虚拟机

qcow2 格式转换成 raw
qemu-img convert -f qcow2 -O raw /var/lib/libvirt/images/centos7-1.qcow2 /var/lib/libvirt/images/centos7-1.raw
查看转换后的格式，已经转换成了 raw
qemu-img info /var/lib/libvirt/images/centos7-1.raw
image: /var/lib/libvirt/images/centos7-1.raw
file format: raw
virtual size: 10G (10737418240 bytes)
disk size: 1.2G

修改虚拟机配置文件-使用新的磁盘格式启动虚拟机
virsh edit centos7-1
#注意 vim 直接编辑配置文件/etc/libvirt/qemu/xuegod63-kvm2.xml 不生效
修改后，需要重启服务

其他镜像格式转换方法
例 1：将 vmdk 转换为 qcow2
qemu-img convert -f vmdk -O qcow2 source-name.vmdk target-name.qcow2
例 2：将 qcow2 转换为 vmdk
]# cd /var/lib/libvirt/images/
]# qemu-img convert -f qcow2 -O vmdk centos7.img centos7.vmdk

使用 X11 图形转发
需要安装 virt-manager 和 tigervnc
yum -y install virt-manager tigervnc
注：5900为 tigervnc默认监听端口，使用的不是真正的虚拟机图形界面，虚拟机并没有安装图形界面

kvm 使用的系统字体，对中文支持不是很友好，需要单独准备字体，这里使用win系统的微软雅黑，将字体文件导入到 /usr/share/fonts/dejavu/ 目录下，然后重启一下

重启之后检查xshell设置X11 转发，使用 virt-manager 命令启动
注意这里调用的是 Xmanager - Passive 程序

图形界面点点鼠标即可

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创建 ks.cfg 自动应答文件

创建 centos-7 虚拟机：

KVM 虚拟机克隆和快照

KVM 快照：
快照的作用：1、热备 2、灾难恢复 3、回滚到历中的某个状态

qcow2 格式转换成 raw

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