部署KVM虚拟化平台(持续更新中~~~)

Posted 2021-09-06 可乐卷儿

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文章目录

• 一、虚拟化背景
• • 1、背景
  • 2、虚拟化技术实现方式
  • 3、虚拟化类型
• 二、KVM概述
• • 1、KVM的实际应用
  • 2、KVM架构及原理
  • 3、KVM的核心组件
  • 4、KVM工作流程

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一、虚拟化背景

1、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；
那么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
那么虚拟化的具体位置在哪呢？一张图带你了解

2、虚拟化技术实现方式

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(从整体)
2. 通过软件/应用程序的方式，来实现物理硬件的功能
   比如ensp软件的形式模拟出硬件设备(二、三层交换机、三层路由器、PC机、防火墙等等)

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)

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

VMM功能:

1. 对物理资源进行逻辑分割(转化为虚拟资源)
2. 调用虚拟资源供与应用程序(虚拟机)

二、KVM概述

1、KVM的实际应用

• KVM (Kernel-based Vritual Machine) --基于内核的虚拟机
• KVM是基于虚拟化扩展的X8 6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(组件)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

2、KVM架构及原理

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

3、KVM的核心组件

1. 在内核层：将物理资源逻辑分割为虚拟化资源
2. 在抽象层：Qemn组件，会和内核层的KVM进行对接，调用所需的资源

4、KVM工作流程

1. 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,
2. 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。
3. 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