KVM虚拟化技术

一、虚拟化产生背景

美国环境保护EPA报告中曾经统计过一组统计数据:EPA研究服务器和数据中心得能源效率时发现，实际上服务器只有5%得时间时在工作的,其他时间一直处于休眠状态
软件资源是没有硬件资源性能高（稳定和效率)的(相同功能)

二 、虚拟化技术简介

2.1 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、在一个操作系统中(win10)模拟多个操作系统(centos、 win10、suse)，同时每个操作系统可以跑不同的服务(nginx+tomcat)，从而实现一台宿主机搭建一个集群(整体2、通过软件/应用程序的方式,来实现物理硬件的功能
ensp
以软件形式实现物理设备的功能（二层交换机、路由器、三层交换机等)

2.2 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/VMM程序(虚拟机管理程序)，能够控制宿主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

2.3 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)

2.4 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、6、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)

三、KVM

3.1 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/kom (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

3.2 KVM架构以及原理

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

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—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l/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

3.3 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V/O则处理完成后重新进入客户模式。如果需要V/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

四、KVM虚拟化平台部署

一、虚拟机资源

CPU：双核双线程-CPU虚拟化开启

内存：8G

硬盘：300G #可以自己外加一块硬盘，但是记得创建磁盘格式化挂载使用

双网卡：单网卡

操作系统：Centos 7.6（1810）

二、实验环境

1、修改主机名

 hostnamectl set-hostname kvm su

2、将镜像光盘设为自动/永久挂载

vim /etc/fstab/dev/cdrom /mnt iso9660 defaults 0 0mount -a df -hT/dev/sr0    iso9660  4.3G  4.3G   0  100% /mnt

3、环境优化

① 设置DNS反向解析

是否反解DNS，设置为NO可以让客户端连接服务器更快

vim /etc/ssh/sshd_config \#115行 取消DNS注释，改为NO   UseDNS no 

4、制作本地YUM仓库

cd /etc/yum.repos.d/lsmv CentOS-* repo.bakvim local.repo[local]name=kvmbaseurl=file:///abcgpgcheck=0enabled=1yum clean all && yum makecache

5、关闭防火墙、核心防护

systemctl stop firewalldsystemctl disable firewalldsetenforce 0

三、安装KVM

① 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yum groupinstall -y "GNOME Desktop"\# KVM 模块yum -y install qemu-kvm\# 安装KVM 调试工具,可不安装yum -y install qemu-kvm-tools\# 构建虚拟机的命令行工具yum -y install virt-install\# qemu 组件,创建磁盘、启动虚拟机等yum -y install qemu-img\# 网络支持工具yum -y install bridge-utils\# 虚拟机管理工具yum -y install libvirt\# 图形界面管理虚拟机	yum -y install virt-manager

以下是安装的内容

yum groupinstall -y "GNOME Desktop"yum -y install qemu-kvmyum -y install qemu-kvm-toolsyum -y install virt-installyum -y install qemu-imgyum -y install bridge-utilsyum -y install libvirtyum -y install virt-manager

检测CPU是否支持虚拟化

cat /proc/cpuinfo | grep vmx 

查看CPU是否支持虚拟化

查看KVM模块是否已安装

Lsmod：显示已载入的系统模块

[root@kvm ~]# lsmod | grep kvmkvm_intel       183621  0 kvm          586948  1 kvm_intelirqbypass        13503  1 kvm

② 设置开启启动界面的显示模式

ln -sf /lib/systemd/system/graphical.target /etc/systemd/system/default.target

三、设置KVM网络

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)

使用Bridge网桥模式进行部署

vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33 

TYPE="Ethernet"
PROXY_METHOD="none"
BROWSER_ONLY="no"
BOOTPROTO=none	'//原本的修改为none'
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="0739b616-18e4-49b1-9a09-f75cc793899b"
DEVICE="ens33"
ONBOOT="yes"
#IPADDR=192.168.233.136
#NETMASK=255.255.255.0
#GATEWAY=192.168.233.2
#DNS1=8.8.8.8
#DNS2=114.114.114.114
BRIDGE=br0	'//注释掉原本的IP地址，添加此处'

创建、编辑桥接网卡

vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-br0

TYPE=Bridge
OTPROTO=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=192.168.126.10              #这里可以改成之前ens33的ip，这样就可以再次连上xshell了
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.126.2        #网卡也跟之前一样

添加上述内容即可

systemctl restart network	'//重启网卡'

四、KVM部署与管理

创建KVM存储和镜像数据的目录、上传centos7镜像

 mkdir -p  /data/data_kvm/isomkdir -p /data/data/_kvm/store

注：我这里使用windows共享目录给linux使用,直接使用windows里面的镜像文件

smbclient -L 192.168.1.118     #查看window共享文件目录mkdir /gongxiangmount.cifs //192.168.1.118/常用工具 /gongxiang

cp -p  CentOS-7-x86_64-DVD-1708.iso /data/data_kvm/iso  &  
#因复制文件较大，可以放后台复制

查看镜像DATA

cd /data/data_kvm/iso/ll -h总用量 4.3G
-rwxr-xr-x. 1 qemu qemu 4.3G 10月 29 2017 CentOS-7-x86_64-DVD-1708.iso

使用虚拟系统管理器管理虚拟机

创建思路：

① 创建存储池（ISO、STORE)

② 添加存储卷

③ 创建虚拟机

 virt-manager

① 第一步：创建存储池

鼠标双击QEMU/KVM图标

② 创建存储卷

③ 创建虚拟机