KVM虚拟化

  • 一、什么是虚拟化技术
  • 二、虚拟化技术发展
  • 三、虚拟化的类型
  • 四、虚拟化的特性
  • 五、虚拟化前后对比
  • 六、KVM简介
  • 七、KVM 虚拟化架构/三种模式
  • 八、KVM工作原理
  • 九、搭建KVM虚拟机
    • 9.1 虚拟机的初始设置
    • 9.2 关闭DNS反解
    • 9.3 安装KVM
    • 9.4 检测CPU是否支持虚拟化
    • 9.5 设置开启启动界面的显示模式
    • 9.6 设置KVM网络
      • 9.6.1 使用Bridge网桥模式进行部署
      • 9.6.2 创建、编辑桥接网卡
    • 9.7 KVM部署与管理
      • 9.7.1 创建KVM存储和镜像数据的目录、上传centos7镜像
      • 9.7.2 使用虚拟系统管理器管理虚拟机
      • 9.7.3 创建存储池
      • 9.7.4 创建存储卷
      • 9.7.5 创建虚拟机
    • 9.8 最小化安装

一、什么是虚拟化技术

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不影响，从而提高计算机的工作效率

二、虚拟化技术发展

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退出的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），能够控制虚拟机给多个客户机分配资源
KVM 2007年问世，现已内置在kernel内核中
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

三、虚拟化的类型

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，为质量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）

四、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（物力资源利用率低-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）前提高额费用（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（本地物理机宕机会导致虚拟机不可用，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、应用程序以及供应商结合使用）
6）安全性（虚拟化技术自身的安全隐患）

五、虚拟化前后对比

虚拟化前：
1）每台主机拥有一个操作系统
2）软硬件紧密结合
3）在同一个主机上运行多个应用程序通常会产生冲突
4）系统资源利用率低
5）硬件成本高昂并且不够灵活
虚拟化后：
1）打破了操作系统和硬件的相互依赖
2）通过封装到虚拟机的技术，管理操作系统和应用程序为单一的个体
3）强大的安全和故障隔离
4）虚拟机是独立于硬件的，它们可以在任何硬件上运行

六、KVM简介

广义KVM：
KVM（Kernel-based Vritual Machine)–基于内核的虚拟机
KVM 是基于虚拟化扩展的X86硬件的开源Linux原生的全虚拟化方案（要求cpu支持Intel-VT-x或AMD-V）
KVM内嵌于内核模块中，模拟处理器和内存以支持虚拟机运行
虚拟机被实现为常规的 Linux 进程，由标准 Linux 调度程序进行调度；
虚拟机的每个虚拟 CPU 被实现为一个常规的 Linux 进程。这使得 KMV 能够使用 Linux 内核的已有功能
但KVM本身不执行任何模拟。需要客户空间程序（虚拟机）通过/dev/kvm（此虚拟设备需要开起硬件辅助虚拟化才能看到）接口设置一个客户机虚拟服务器的地址空间，
并且由Qemu模拟I/O（ioctl）进行调度资源和维护管理

Libvirt：KVM的管理工具，除了可以管理KVM这类VMM，还可以管理Xen，VirtualBox，甚至OpenStack底层

Libvirt包含3个组件：后台daemon程序libvirtd、API库、命令行工具virsh

七、KVM 虚拟化架构/三种模式

客户模式：执行非I/O的客户代码，虚拟机运行在这个模式
用户模式： 代表用户执行I/O指令，QEMU运行在这个模式
内核模式：实现客户模式的切换，处理因为I/O或者其他指令引起的从客户模式推出，KVM模块工作在这个模式

八、KVM工作原理

KVM 是基于虚拟化扩展（Intel VT 或者 AMD-V）的 X86 硬件的开源的 Linux 原生的全虚拟化解决方案。KVM 中，虚拟机被实现为常规的 Linux 进程，由标准 Linux 调度程序进行调度；虚机的每个虚拟 CPU 被实现为一个常规的 Linux 进程。这使得 KMV 能够使用 Linux 内核的已有功能。
但是，KVM 本身不执行任何硬件模拟，需要客户空间程序通过 /dev/kvm 接口设置一个客户机虚拟服务器的地址空间，向它提供模拟的 I/O，并将它的视频显示映射回宿主的显示屏。目前这个应用程序是 QEMU。

九、搭建KVM虚拟机

9.1 虚拟机的初始设置

内存设置8G，硬盘300G

9.2 关闭DNS反解

[root@server2 ~]# hostnamectl set-hostname kvm
[root@server2 ~]# su
[root@kvm ~]# vi /etc/ssh/sshd_config   ## 关闭DNS反解
UseDNS no

9.3 安装KVM

[root@kvm ~]# yum -y install qemu-kvm   ##安装KVM模块
[root@kvm ~]# yum -y install virt-install  ##构建虚拟机的命令行工具
[root@kvm ~]# yum -y install qemu-img  ##qemu 组件,创建磁盘、启动虚拟机等
[root@kvm ~]# yum -y install bridge-utils  ##网络支持工具
[root@kvm ~]# yum -y install libvirt  ##虚拟机管理工具
[root@kvm ~]# yum -y install virt-manager  ##图形界面管理虚拟机

9.4 检测CPU是否支持虚拟化

[root@kvm ~]# cat /proc/cpuinfo | grep vmx
flags       : fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic sep mtrr pge mca cmov pat pse36 clflush mmx fxsr sse sse2 ss ht syscall nx pdpe1gb rdtscp lm constant_tsc arch_perfmon nopl xtopology tsc_reliable nonstop_tsc eagerfpu pni pclmulqdq vmx ssse3 fma cx16 pcid sse4_1 sse4_2 x2apic movbe popcnt tsc_deadline_timer aes xsave avx f16c rdrand hypervisor lahf_lm abm 3dnowprefetch tpr_shadow vnmi ept vpid fsgsbase tsc_adjust bmi1 avx2 smep bmi2 invpcid mpx rdseed adx smap clflushopt xsaveopt xsavec arat[root@kvm ~]# lsmod | grep kvm  ## 查看KVM模块是否已安装  Lsmod：显示已载入的系统模块
kvm_intel             170086  0
kvm                   566340  1 kvm_intel
irqbypass              13503  1 kvm

9.5 设置开启启动界面的显示模式

[root@kvm ~]# ln -sf /lib/systemd/system/graphical.target /etc/systemd/system/default.target

9.6 设置KVM网络

KVM网络的两种模式：
① NAT: 默认设置，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
② 网桥：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)

9.6.1 使用Bridge网桥模式进行部署

[root@kvm ~]# vi /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
TYPE=Ethernet
PROXY_METHOD=none
BROWSER_ONLY=no
BOOTPROTO=none
#IPADDR=192.168.10.20
#NETMASK=255.255.255.0
#GATEWAY=192.168.10.2
#DNS=192.168.10.2
DEFROUTE=yes
IPV4_FAILURE_FATAL=no
IPV6INIT=yes
IPV6_AUTOCONF=yes
IPV6_DEFROUTE=yes
IPV6_FAILURE_FATAL=no
IPV6_ADDR_GEN_MODE=stable-privacy
NAME=ens33
UUID=b38bddc0-a22d-4263-a97e-8a3523882ae4
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
BRIDGE=br0             # 删除原先地址，设置为网桥模式，关联br0网卡

9.6.2 创建、编辑桥接网卡

[root@kvm ~]# cp /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33 /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-br0
[root@kvm ~]# vi /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-br0
TYPE=Bridge
BOOTPROTO=static
IPADDR=192.168.10.20
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.10.2
#DNS=192.168.10.2
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

9.7 KVM部署与管理

9.7.1 创建KVM存储和镜像数据的目录、上传centos7镜像

[root@kvm ~]# mkdir -p /data_kvm/iso
[root@kvm ~]# mkdir -p /data_kvm/store
[root@kvm ~]# mv CentOS-7-x86_64-DVD-1708.iso /data_kvm/iso/
[root@kvm ~]# cd /data_kvm/iso/
[root@kvm iso]# ll
总用量 4415488
-rw-r--r--. 1 root root 4521459712 1月  13 09:41 CentOS-7-x86_64-DVD-1708.iso

9.7.2 使用虚拟系统管理器管理虚拟机

[root@kvm ~]# virt-manager

9.7.3 创建存储池




9.7.4 创建存储卷


9.7.5 创建虚拟机









9.8 最小化安装

开始安装之后就进入到装系统部分，安装完即可正常使用

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