KVM简介加部署

2024-03-27 20:14:40

前言：

虚拟化是云计算的基础。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。简单的说，虚拟化使得在一台物理的服务器上可以跑多台虚拟机，虚拟机共享物理机的CPU、内存、IO硬件资源，但逻辑上虚拟机之间是相互隔离的。

虚拟化介绍：

虚拟化说白了就是本来是一个完整的资源，切分或者说虚拟成多份，让这多份资源都使用起来，物尽其用，减少了浪费，提高了利用率，省了钱。

虚拟化技术最早出现在 20 世纪 60 年代的 IBM 大型机系统，在70年代的 System 370 系列中逐渐流行起来.

在物理硬件之上安装软件：虚拟机监控器（Virtual Machine Monitor，VMM），并且用VMM来控制产生多个的虚拟机（Virtual Machine）实例，每个vm都可以运行独立操作系统及应用软件。

虚拟化是一个广义的术语，对于不同的人来说可能意味着不同的东西，这要取决他们所处的环境。在计算机科学领域中，虚拟化代表着对计算资源的抽象，而不仅仅局限于虚拟机的概念。

比如对物理内存的抽象：产生了虚拟内存技术，使得应用程序认为其自身拥有连续可用的地址空间（Address Space），而实际上，应用程序的代码和数据可能是被分隔成多个碎片页或段），甚至被交换到磁盘、闪存等外部存储器上，即使物理内存不足，应用程序也能顺利执行。

虚拟化分类：

全虚拟化：全虚拟化的核心就在全，‘全’指的是VMM为虚拟机模拟了完整的底层硬件，包括处理器、物理内存、时钟、外设等。

优点：原本是为物理硬件设计的操作系统或其它系统软件，完全不做任何修改就可以在虚拟机中运行。

缺点：

然而飞的再高最后也得落地，vm最后还是要与vmm打交道，对于全虚拟化来说， VMM 必须完全并且完整地把自己模拟成硬件，为vm提供全部硬件调用接口
必须模拟特权指令的执行过程

半虚拟化：这是一种修改 Guest OS 部分访问特权状态的代码以便直接与 VMM 交互的技术。在半虚拟化虚拟机中，部分硬件接口以软件的形式提供给客户机操作系统，这可以通过 Hypercall（VMM 提供给 Guest OS 的直接调用，与系统调用类似）的方式来提供。例如，Guest OS 把切换页表的代码修改为调用 Hypercall 来直接完成修改影子 CR3 寄存器和翻译地址的工作。由于不需要产生额外的异常和模拟部分硬件执行流程，半虚拟化可以大幅度提高性能，比较著名的 VMM 有 Denali、Xen。

直通：直接使用物理硬件资源（需要支持，还不完善)

虚拟化优缺点

优势:

集中化管理（远程管理、维护）
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）
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）
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：

前期高额费用（初期的硬件支持）
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）
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）
实施配置复杂、管理复杂（管理人员运维、排障困难）
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）
安全性（虚拟化技术自身的安全隐患）

虚拟化前后对比

为什么要使用虚拟化：

操作系统方面:
LAMP 架构中，如果架构要求服务间的安全性隔离比较高的话，Apache的页面和MySQL数据库的目录一定是不能互相碰面，如果Apache漏洞暴露出来，攻击者就可以Apache的进程访问到MySQL的数据目录，从而获取MySQL中的数据，这种就是严重的安全隐患而想解决这种潜在危险，可以通过实现内核级别的隔离（使用虚拟化技术）。
软硬件结合:
因为硬件和操作系统不兼容或者不支持，导致有些软、硬件功能无法正常使用（也是最难的问题）使用虚拟化，软硬件之间是会通过虚拟化层驱动进行隔离（调配）的，只要虚拟化层可以识别软/硬件应用，就可以将软硬件结合使用
端口冲突
Apache和Nginx 定位相同（80端口）只能使用反向代理的方式进行分离，而同时如果在同一台机器使用这种方式，Apache和Nginx中重要的数据文件如果同时被泄露出去，而虚拟化可以隔离服务。

虚拟化前后对比:
虚拟化前：

每台主机拥有一个操作系统
软硬件紧密结合
在同一个主机上运行多个应用程序通常会产生冲突
系统资源利用率低（例如：5%）
硬件成本高昂并且不够灵活

虚拟化后：

打破了操作系统和硬件的互相依赖
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
强大的安全和故障隔离
虚拟机时独立于硬件的，它们可以在任何硬件上运行

KVM介绍：

KVM 全称是基于内核的虚拟机（Kernel-based Virtual Machine），它是一个 Linux 的一个内核模块，该内核模块使得 Linux 变成了一个 Hypervisor：

它由 Quramnet 开发，该公司于 2008年被 Red Hat 收购。
它支持 x86 (32 and 64 位), s390, Powerpc 等 CPU。
它从 Linux 2.6.20 起就作为一模块被包含在 Linux 内核中。
它需要支持虚拟化扩展的 CPU。
它是完全开源的。

KVM架构：

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。

Linux 上的用户空间、内核空间和虚机：

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。

KVM：运行在内核空间，提供CPU 和内存的虚级化，以及客户机的 I/O 拦截。Guest 的 I/O 被 KVM 拦截后，交给 QEMU 处理。

QEMU：修改过的为 KVM 虚机使用的 QEMU 代码，运行在用户空间，提供硬件 I/O 虚拟化，通过 IOCTL /dev/kvm 设备和 KVM 交互。

KVM功能：
KVM 所支持的功能包括：

支持CPU 和 memory 超分（Overcommit）
支持半虚拟化I/O （virtio）
支持热插拔（cpu，块设备、网络设备等）
支持对称多处理（Symmetric Multi-Processing，缩写为 SMP ）
支持实时迁移（Live Migration）
支持 PCI 设备直接分配和单根I/O 虚拟化（SR-IOV）
支持内核同页合并（KSM ）
支持 NUMA （Non-Uniform Memory Access，非一致存储访问结构）

结构图：

原理分析：

客户模式：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：
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，主要控制libkvm工具（工具作用，控制内核中的KVM）来调用物理虚拟化资源，并通过ioctl来调用物理虚拟化资源来供虚拟机使用
Linux内核模式：模拟内存、CPU，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，主要为虚拟机提供CPU、内存（硬件资源）的虚拟化，来供Qemu组件调用

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

KVM-创建虚拟机

部署环境：

修改主机名：
[root@localhost ~]# hostnamectl set-hostname kvm
[root@localhost ~]# su

将镜像光盘设为自动/永久挂载：
挂载前需保证光盘已连接
将镜像光盘设为自动/永久挂载：

[root@kvm ~]# vim /etc/fstab
/dev/cdrom /mnt iso9660 defaults 0 0    #末尾添加
[root@kvm ~]# mount -a 
mount: /dev/sr0 is write-protected, mounting read-only
[root@kvm ~]# df -Th
Filesystem     Type      Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda3      xfs       292G  4.5G  288G   2% /
devtmpfs       devtmpfs  3.8G     0  3.8G   0% /dev
tmpfs          tmpfs     3.9G     0  3.9G   0% /dev/shm
tmpfs          tmpfs     3.9G  9.1M  3.9G   1% /run
tmpfs          tmpfs     3.9G     0  3.9G   0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1      xfs       297M  157M  141M  53% /boot
tmpfs          tmpfs     781M  4.0K  781M   1% /run/user/42
tmpfs          tmpfs     781M   32K  781M   1% /run/user/0
/dev/sr0       iso9660   4.3G  4.3G     0 100% /mnt

制作本地仓库：
[root@kvm ~]# cd /etc/yum.repos.d/
[root@kvm yum.repos.d]# ls
CentOS-Base.repo       CentOS-fasttrack.repo  CentOS-Vault.repo
CentOS-CR.repo         CentOS-Media.repo
CentOS-Debuginfo.repo  CentOS-Sources.repo
[root@kvm yum.repos.d]# mkdir backup
[root@kvm yum.repos.d]# mv C* backup/
[root@kvm yum.repos.d]# vi local.repo
[local]
name=kvm
baseurl=file:///mnt
gpgcheck=0
enable=1

重新加载Yum仓库：
[root@kvm yum.repos.d]# yum clean all
Loaded plugins: fastestmirror, langpacks
Cleaning repos: local
Cleaning up everything
Maybe you want: rm -rf /var/cache/yum, to also free up space taken by orphaned data from disabled or removed repos
Cleaning up list of fastest mirrors
[root@kvm yum.repos.d]# yum makecache 
Loaded plugins: fastestmirror, langpacks
local                                           | 3.6 kB     00:00     网络支持工具
(1/4): local/group_gz                             | 156 kB   00:00     
(2/4): local/filelists_db                         | 3.1 MB   00:00     
(3/4): local/primary_db                           | 3.1 MB   00:00     
(4/4): local/other_db                             | 1.2 MB   00:00     
Determining fastest mirrors
Metadata Cache Created

关闭防火墙和核心防护：
[root@kvm yum.repos.d]# systemctl stop firewalld
[root@kvm yum.repos.d]# setenforce 0

安装KVM

安装KVM基本组件;

安装 GNOME 桌面环境  如果装了图形界面可以不需要装:
[root@kvm yum.repos.d]# yum groupinstall -y "GNOME Desktop"
KVM 模块:
[root@kvm yum.repos.d]# yum -y install qemu-kvm
安装KVM 调试工具,可不安装:
[root@kvm yum.repos.d]# yum -y install qemu-kvm-tools
构建虚拟机的命令行工具:
[root@kvm yum.repos.d]# yum -y install virt-install
qemu 组件,创建磁盘、启动虚拟机等:
[root@kvm yum.repos.d]# yum -y install qemu-img
网络支持工具:
[root@kvm yum.repos.d]# yum -y install bridge-utils
虚拟机管理工具:
[root@kvm yum.repos.d]# yum -y install libvirt
图形界面管理虚拟机:
[root@kvm yum.repos.d]# yum -y install virt-manager

检测CPU是否支持虚拟化:

[root@kvm ~]# cat /proc/cpuinfo | grep vmx

查看KVM模块是否已安装:

[root@kvm ~]# lsmod | grep kvm
kvm_intel             170086  0 
kvm                   566340  1 kvm_intel
irqbypass              13503  1 kvm

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

KVM网络的两种模式：

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
网桥：这种模式允许虚拟机像一*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)

使用Bridge网桥模式进行部署:

[root@kvm ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33

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 ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-br0

重启网卡：

[root@kvm ~]# systemctl restart network
[root@kvm ~]# ifconfig
br0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 192.168.100.133  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.
        inet6 fe80::b22d:afe3:b593:dd16  prefixlen 64  scopeid 0x20<lin
        ether 00:0c:29:18:f1:cd  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 109  bytes 9383 (9.1 KiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 117  bytes 18338 (17.9 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

ens33: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        ether 00:0c:29:18:f1:cd  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 683939  bytes 1013462127 (966.5 MiB)
        RX errors 0  dropped 1  overruns 0  frame 0
        TX packets 262919  bytes 16121133 (15.3 MiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING>  mtu 65536
        inet 127.0.0.1  netmask 255.0.0.0
        inet6 ::1  prefixlen 128  scopeid 0x10<host>
        loop  txqueuelen 1  (Local Loopback)
        RX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

virbr0: flags=4099<UP,BROADCAST,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 192.168.122.1  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.12
        ether 52:54:00:c9:4d:d4  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

KVM部署于管理:
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 ~]# cd /data_kvm/iso/
[root@kvm iso]# ls
[root@kvm iso]# ll
total 0
[root@kvm iso]# rz -E
rz waiting to receive.
[root@kvm iso]# ll
total 221184
-rw-r--r--. 1 root root 226492416 Jan  4  2018 CentOS-7-x86_64-DVD-1708.iso

使用虚拟系统管理器管理虚拟机
创建存储池（iso、store）：

[root@kvm ~]# virt-manager   #输入后会弹出虚拟系统管理器

然后一直点击前进并点击完成进入centOS安装画面

码农公寓

前言：