KVM虚拟化系统学习笔记
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了KVM虚拟化系统学习笔记相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
第一章 KVM虚拟化系统的基本概念
1.1虚拟化系统基本概念
1.1.1虚拟化系统架构
1.1.2软件虚拟化和硬件虚拟化
实现虚拟化的关键：虚拟化层必须能够截获计算元件对物理资源的直接访问，并将其重新定向到虚拟资源池中。
根据“截获、重定向”的方式，虚拟化可分为软件虚拟化和硬件虚拟化。
软件虚拟化：用纯软件的方式实现“截获、重定向”；如：QEMU、Vmware的软件虚拟化
优点：可在硬件不支持虚拟化的环境中运行；
缺点：性能较差。
硬件虚拟化：物理资源本身提供了对“截获、重定向”功能的支持；如：Intel virtualizationTechnologgy(Intel VT) ，AMD-V
优点：虚拟化硬件支持Guest OS直接在其上面运行，无需进行二进制转换，性能较软件虚拟化更优；
缺点：需要物理资源支持VT功能，需要CPU、主板芯片组、Bios支持VT。
1.1.3 准虚拟化和全虚拟化
准虚拟化：基于希望解决软件虚拟化性能上的损失，提出了一项解决方案：改动Guest OS的代码，使它以为自己是运行在虚拟化环境中，可于虚拟系统协同工作。这种方法称为准虚拟化。
注解：
张三：一个运行在虚拟化环境中的Guest OS（Linux)，但是他的代码告诉他，他是一个操作系统，于是他理所当然认为自己是直接运行在物理资源上，理所应当可以直接调用物理资源。
张二：一个运行在虚拟化环境中的Guest OS（windows)
李四：底层操作系统，“哼哼，老子才是真正的操作系统。”
王五：虚拟化系统
赵六：物理资源
张三：“赵六，我需要物理资源！”
赵六：“你丫只是个应用程序，想要物理资源，让你老大李四跟我说。”
李四：“张三，你丫只是个应用程序，还想冒充操作系统,滚一边去！”
张三：“靠，老子明明是操作系统！”
王五：“张三，你小子只是我搞出来的山寨货，想要物理资源，得先问我。”
张三： “王王大哥，给点物理资源吧！”
王五：“好的，你等着，让我跟底层操作系统骗点！”“李四大哥，张三这二货只是个应用程序，他让我跟您申请点物理资源，麻烦您处理一下！”
李四：“还是王五懂规矩，现在刚好有多余的物理资源，拿去用吧！”
（虚拟化系统截获了Guest OS对物理资源的直接访问，并将Guest OS的访问需求重定向到自己，实现了基于软件的全虚拟化）
张二（windows)：“赵六，给我一些物理资源！”
赵六：“滚犊子！”
王五：“你个二货，要资源跟我申请啊，不要直接去找赵六老大了，不知道自己的身份吗？”
张二：“唉，造孽啊！”
王五：“唉，总这样也不行啊，这两二货天天骚扰赵六老大，总有一天被打断腿。这样，我来给这个两二货洗洗脑，让他有需求来找我！”
给张三洗脑中……..（修改Guest OS代码，让它以为自己就是运行在虚拟化系统中，实现准虚拟化。）
给张二（windows)洗脑中…….“唉，这个张二是个又丑又硬的货，洗脑不成功哇” （windows是闭源系统，无法修改源代码，无法实现准虚拟化。
张三：我又需要物理资源了，“赵六…….”，唉不对，要资源应该跟王五要哇。
“王五哥，我需要物理资源！”
王五：“这才乖嘛，等着，我去跟李四哥要去。
……………………
张三:"王五哥,我要物理资源,我又要资源了"
王五:"靠,你想累死我啊,等着….."
张三:"快点,我急着用呢"
王五:"急毛线啊,等着,唉,累死我了."
(由于Guest OS每次需要物理资源都需要虚拟化系统转发，基于软件的全虚拟化系统性能低下）
全虚拟化：
为客户机提供了全套虚拟硬件平台，包括 CPU、内存、外设等。支持任何可以真实物理物理平台上运行的操作系统。
基于软件的全虚拟化系统性能较为低下。
基于硬件的全虚拟化系统是现在主流的虚拟化技术的核心。
性能比较：
基于硬件的全虚拟化 》基于软件的准（半）虚拟化 》基于软件的全虚拟化
KVM系统的CPU和内存虚拟化，为基于硬件的全虚化模式；
外设（磁盘、网卡等I/O设备），为基于软件的全虚拟化模式；
通过virtio技术，也可实现外设的准（半）虚拟化，可提高外设的性能。
1.1.4 KVM系统介绍
Kernel Virtual Machine :内核虚拟机
2006年由Qumranet公司发布，同年10月被正式纳入Linux Kernel,成为内核源代码的一部分。
2008年9月4日，Redhat收购了Qumranet公司。
2010年11月，Redhat发布RHEL 6.0,这个改造版中，用KVM取代了原来xen系统。
在KVM系统中，每个虚机都是Linux的一个常规进程，由Linux调试程序进行调度。
KVM本身并不执行任何模拟，需要用户空间程序来进行实现硬件模拟功能。
这个空间程序就是大名鼎鼎的QEMU。
KVM系统架构：
KVM模块：
KVM模块是KVM虚拟机系统的核心部分，主要功能是打开硬件的虚拟化功能，创建特殊设备文件：/dev/kvm,并等待来自用户空间的命令。
QEMU:用户空间程序，虚拟机的创建、运行、管理等操作，是QEMU和KVM模块相互配合的过程。
注解：如果把KVM模块看作是一个系统内核的话，那QEMU就是操作系统，而Virsh、Virt-manager等管理工具就是应用程序。
QEMU本身就是一个开源虚拟机软件，是用纯软件方式实现虚拟化的，因此性能比较低下。
QEMU和KVM的结合，是典型的开源系统的代码共用和合作。
QEMU不但可以和KVM结合使用，还可以和其它虚拟机系统结合使用，比如Xen.
1.2 KVM实验环境的搭建
1.2.1 KVM系统安装
第一步：在BOIS中打开电脑的虚拟化功能（一般现在的电脑支持）
第二步：安装vmware workstation
由于学习成本的问题，我们不可能每个人都去购买一台服务器来做实验，因此推荐使用vmware workstation这个虚拟化软件来搭建实验环境。
Vmware workstation下载链接：https://www.vmware.com/go/getworkstation-win
下载完安装包后，跟普通软件一样安装就行。
第三步：新建虚拟机
点击“文件”--“新建虚拟机”
centos安装界面
GUI界面安装上
查看内核版本：
命令：uname -r
查看centos版本：
命令:cat /etc/centos-release
各种版本在操作上可能会有所不同，不过都是大同小异。
确认KVM模块是否被加载
命令：lsmod | grep kvm
确认qemu是否已安装：
命令：rpm -qa | grep qemu
安装qemu
yum install qemu-kvm
安装管理工具和应用程序接口：libvirt
yum install libvirt -y
安装管理工具：virt-install,virt-manager,virsh
Yum install virt-install virt-manager
到些为止，KVM环境基本架设完毕。
1.2.2小试牛刀,创建第一个虚拟机
第一步：创建一个虚拟机的镜像文件（相当于虚机的存储空间）
dd if=/dev/zero of=kvm1bs=1M count=8096
第二步：Qemu-kvm执行程序默认在/usr/libexec/下面，需要在/sbin下创建qemu-kvm命令的软链接：
ln /usr/libexec/qemu-kvm/sbin -s
第三步：用qemu开启虚拟机，其操作界面默认运行在VNC下，所以要安装VNC
yum install tigervnc
第四步：启动虚机机并开始安装Guest OS
Qemu-kvm -hda kvm1 -cdrom /XXX.iso -boot oder=cd,once=d -vnc0.0.0.0:0
第五步：查看系统监听端口，确认VNC服务已经起来：
netstat -tupln
第六步：在centos图形界面中，用vncviewer工具进入虚机的操作界面：
Vncviewer :0
第七步：也可以用windows版的vncviewer进入虚机的操作界面：不过需要防火墙放通
Firewall-cmd --add-service=vnc-server
第二章虚拟机的基本配置（qemu-kvm)
2.1使用qemu-kvm配置虚拟机的CPU
虚拟化系统中CPU的一些概念：
VCPU:虚拟机(guest os)中拥有的cpu即称为vcpu.
每个guest os都是宿主机OS中的一qemu进程；
每个vcpu则是qemu进程派生出来的一个线程。
进程和线程的关系
（1）一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程。线程是操作系统可识别的最小执行和调度单位。
（2）资源分配给进程，同一进程的所有线程共享该进程的所有资源。
（3）处理机分给线程，即真正在处理机上运行的是线程。
（4）线程在执行过程中，需要协作同步。不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步。
SMP和numa
Smp:symmetric multi-processor(对称多处理器）
多CPU通过一个总线访问内存。
缺点：当内存接口达到饱和的时候，增加处理器并不能获得更高的性能，SMP支持的CPU个数有限。
Numa:每个处理器有自己的内存，每个处理器也可以访问别的处理器的内存。
CPU配置
qemu-kvm -smp n,[maxcpus=maxcpus],[cores=cores],[threads=threadw],[sockets=sockets]
参数注解：
n：VCPU数量（默认为1 ）
maxcpus:最大使用cpu数量（配合cpu热插拨机制使用）
cores:每个cpu的core数量；
threads:每个core线程数量；
sockets:cpu插槽数量
实验1：
qemu-kvm test1.qcow2 -monitor stdio -vnc 0.0.0.0:0
(不加任何CPU参数）
实验2：
qemu-kvm -smp 2 test1.qcow2 -monitor stdio -vnc 0.0.0.0:0
实验3：
qemu-kvm -smp2,maxcpus=3,cores=2 test1.qcow2 -monitor stdio -vnc 0.0.0.0:0
实验4：
qemu-kvm -smp 2,maxcpus=3,cores=1,sockets=1 test1.qcow2-monitor stdio -vnc 0.0.0.0:0
VCPU=sockets * cores * threads
指定CPU型号：
Guest os未指定型号时：
查看当前qemu支持的cpu型号：
qemu-kvm -smp 2,maxcpus=3,cores=1,sockets=1 -cpuSandyBridge test1.qcow2 --vnc 0.0.0.0:0
2.2使用qemu-kvm配置虚拟的内存
虚机机内存配置
qemu配置命令：
qemu -m <size> test1.qcow2
如果不加内存配置参数，默认分配给虚机的内存为128M
在虚机中使用free -h查看内存大小为108M。
少掉的内存为内核执行文件占用和系统保留占用，108M为实际可用内存。
实验1：为虚机分配1024M内存
qemu-kvm -m 1024 test1.qcow2 -monitorstdio -vnc 0.0.0.0:0
2.3 使用qemu-kvm配置虚拟机的存储
虚拟机存储配置
qemu-kvm -hda file -fdafile -cdrom file
hda:指定虚拟机第一块硬盘。在Guest os中表现为/dev/hda或/dev/sda。hda对应的值，可以为磁盘镜像文件，也可以为宿主机的存储设备文件。
hdb/hdc…:指定虚拟机中的第二、三块硬盘。依此类推。
fda:指定虚拟机中的第一个软驱。
cdrom:指定虚拟机的光驱。cdrom是Guest os中的第三个IDE设备，不能和hdc同时使用。
mtdblock:虚拟机中的flash存储器
sd:虚拟机中的sd卡
详细配置存储参数：qemu-kvm -drive option,[option],[option]……..
option参数注解：
1）file= 指定磁盘镜像文件名，或存储设备文件名；
2）if= 指定存储驱动器的接口类型（如ide、scsi（目录qemu版本不支持）、virtio)；
3）bus= 指定存储驱动器的总线编号；
4）unit= 指定存储驱动器的单元编号；
5）index= 同一种接口驱动器的索引编号；
6）media= 设置存储驱动器中媒介的类型(disk、cdrom)
7 )snapshot= 可选值为（on,off),当值为on时，不会将更改、新增的数据回写到磁盘镜像文件中，而是写到一个临时文件中。默认为off. 可以在monitor中，使用commit命令强制回写。
8）cache= cache访问方式，可先值为（none,write back,writethrough)
默认值：writethrough,（直写模式）数据直接写入磁盘里，不使用缓存；在数据更新时，同时写入Guest os Pagecache和后端块设备。
writeback:（回写模式）在数据更新时只写入 Guestos 和宿主机os的PageCache。只在数据被替换出缓存时，被修改的缓存数据才会被写到后端存储。此模式的优点是数据写入速度快，因为不需要写存储；缺点是一旦更新后的数据未被写入存储时出现系统掉电的情况，数据将无法找回。
none:这种模式作用在Guest OS Pagecache和物理磁盘Cache中，相当于虚拟机能直接访问宿主机的磁盘，性能不错！
性能上： writeback > none >writethrough
安全上 ：writeback < none <writethrough
9）format= 指定磁盘的格式，默认情况下由qemu自动识别。如：qcow2,vmdk,raw
10)serial= 分配 给设备的序列号
11）addr= 存储控制器的PCI地址
12）id= 设置驱动器id
13)readonly= on|off 是否只读
设置启动顺序
qemu-kvm -boot [order=drives ],[once=drives ],[menu=on|off]
注解：
drives:
a:第一个软驱
b:第二个软驱
c:第一块硬盘
d:光驱
n：网络启动）
order:设定启动顺序,如设成order=dc,即先从光驱启动，再从第一块硬盘启动。
once:设定第一次的启动顺序，重启后失效。
menu:启用交互式启动菜单
qemu支持的磁盘镜像文件
使用qemu-img -h命令查看支持的磁盘镜像文件格式
常用格式介绍：
1、raw
原始磁盘镜像格式，qemu-img命令的默认格式。
之前用DD创建的磁盘镜像文件就是raw格式。
2、qcow2
qemu推荐的文件
支持稀疏文件，支持AES加密，支持快照。
3、qcow
旧版的qcow2，现在很少使用
4、vdi
virtualbox镜像文件格式
5、vmdk
vmware镜像文件格式
6、vpc
Microsfot virtual pc文件格式
qemu硬盘管理工具qemu-img
命令格式：qemu-img [command] [-o options]
1)check:对镜像文件进行检查，查找镜像文件中的错误；
目前只支持qcow2、qed、vdi格式
2)create [-f fmt][-o option] filename [size]
创建镜像文件
-f 镜像文件格式（如raw、qcow2)
-b指定backing_file(这个镜像文件只记录与backing_file差异的部分）
-o 选项（如backing_file)
Size 指定文件大小（如M、G、T)
3)commit [-f fmt] filename
提交filename中的内容到backing_file中。
4）convert[-c] [-f fmt] [-O output_fmt][-o option] filename outputfilename
镜像文件格式转换
-c:压缩
-f:源文件格式
-O:输出文件格式
Filename:源文件名
Ouputfilename:输出文件名
5）info filename
显示镜像文件信息
6）snapshot [-l |-a snapshot|-c snapshot|-d snapshot] filename
-l 列出所有快照
-a使用一个快照
-c创建一个快照
-d删除一个快照
7）resize filename[+|-]size
增加、减小镜像文件的大小（qcow2格式不支持减小空间）
2.4使用qemu-kvm配置虚拟机的网络
虚拟机的网络配置
Qemu-kvm提供了三种网络模式
1、桥接(bridge)
将虚拟机的网卡桥接到宿主机的物理网卡。虚拟机和宿主机处于同一个网络内，使用同一个网段。相当于将虚拟机的网卡和宿主机的网卡接在同一台二层交换机上。
2、NAT
宿主机需要两块网卡，一块网卡连接物理网络，另一块网卡（通常是虚拟网卡）和虚拟机网卡做桥接。虚拟机需通过宿主机的NAT功能，转发数据包。（这时宿主机相当一台NAT路由器。
3、qemu内部的用户模式
完全由qemu模拟出来的一种网络模式，性能相对较差。
基本网络配置
qemu-kvm -netnic[,vlan=n][,macaddr=mac][,model=type][,name=str][,addr=str][,vectors=v]
建立一个新的网卡，并加入vlan n(默认为 vlan 0)
macaddr:网卡的mac地址
model:网卡型号默认为rtl8139
name:网卡名称
addr:网卡PCI地址
2.4.1桥接模式配置
安装桥接管理工具：yum instal bridge-utils
检查一下tun模块是否被加载
如果未加载，使用modprobe tun命令加载一下。
新建一个bridge（br0)
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-br0
Ifcfg-br0文件配置内容
DEVICE=br0
TYPE=Bridge
BOOTPROTO=static
IPADDR=192.168.0.198
PREFIX=24
GATEWAY=192.168.0.1
DNS=114.114.114.114
ONBOOT=yes
修改宿主机物理网卡配置
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
TYPE=Ethernet
PROXY_METHOD=none
BROWSER_ONLY=no
BOOTPROTO=static
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=ac25a1e2-258c-42c9-aa11-f5565b3474d9
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
#IPADDR=192.168.0.197 #将此行注释掉
#PREFIX=24 #将此行注释掉
#GATEWAY=192.168.0.1 #将此行注释掉
#DNS1=114.114.114.114 #将此行注释掉
BRIDGE=br0 #新增此行
重启网络服务：systemctl restart network
使用ifconfig查看当前网络情况，br0已启动，IP地址配置在br0上
虚拟机配置命令
qemu-kvm -net nic -net tap，script= filename
-net tap:添加一块tap虚拟网络设备（用于连接虚拟机的网卡）
-nettap[,vlan=n][,name=str][,fd=h][,ifname=name][,script=file][,downscript=dfile][,helper=helper][,sndbuf=nbytes][,vnet_hdr=on|off][,vhost=on|off][,vhostfd=h][,vhostforce=on|off]
vlan:配置加入的vlan号
ifname:指定tap设备的名称
script:指定启动虚机时宿主机执行的脚本（默认为/etc/qemu-ifup)
创建/etc/qemu-ifup脚本
#!/bin/bash
ip link set up $1
brctl addif br0 $1
downscript:虚拟机关闭时执行的脚本（非必要）
2.4.2NAT模式配置
新建一个桥br1，用于连接虚拟机的网卡（跟桥接模式一样）
Vim/etc/sysconfig/network-script/ifcfg-br1
DEVICE=br1
TYPE=Bridge
BOOTPROTO=static
IPADDR=192.168.100.254
PREFIX=24
ONBOOT=yes
修改br1的IP地址为:192.168.100.254(根据环境不同自己配置）
重启网络服务systemctl restart network
查看网络情况：ifconfig
宿主机安装DHCP软件（建议使用dnsmasq)
yum install dnsmasq
配置/etc/dnsmasq.conf文件内容
Interface=br1
dhcp-range=192.168.100.100,192.168.100.200,255.255.255.0,12h
dhcp-option=option:router,192.168.100.254
dhcp-option=option:dns-server,114.114.114.114
放通宿主机防火墙DHCP服务
firewall-cmd --add-service=dhcp
创建/etc/qemu-ifup-NAT脚本（参考桥接配置）
#!/bin/bash
ip link set $1 up
brctl addif br1 $1
启动虚拟机
qemu-kvm -m 2048 -net nic -nettap,script=/etc/qemu-ifup-NAT test1.qcow2
此时虚拟机应该已成功获取到IP地址、网关、DNS，已经可以和宿主机br1连通。但是还无法访问外网。
开启宿主机的数据包转发功能
修改 /etc/sysctl.conf文件
net.ipv4.ip_forward = 1
立即应用配置：sysctl -p
NAT配置
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.100.0/24 -j MASQUERADE
将宿主机当成一个NAT网关，主有虚拟机通过宿主地址转换后访问外网。
OpenStack学习笔记----安装虚拟化工具