kvm的概述和部署

Posted 2021-09-06 遙遙背影暖暖流星

一、云计算和虚拟化

1、云计算定义：

用户可以在任何时间、地点通过网络获取所需要的计算资源、网络资源、存储资源并且按量计费、弹性伸缩；云计算就是一个大的租赁渠道

汇聚资源，并以资源池的方式提供

以云平台，例如openstack做为底座平台提供的

openstack使用虚拟化+物理资源的方式将这些计算、存储、网络等资源租赁给用，openatack只是其中的一种表现形式

2、虚拟化产生的背景

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的能源效率时发现，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，相同功能情况下软件资源是没有硬件资源性能高（稳定和效率）。

公司部分Linux服务器利用率不高，为充分利用这些Linux服务器,可以部署KVM,在物理机上运行多个业务系统
例如:在运行nginx的服务器上部署KVM，然后在虚拟机上运行Tomcat。

虚拟化应用
网吧(由中心服务连接着用户使用的主机-主机只要打开应用时加载中心服务器这部分数据就可以-桌面虚拟化)

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)

wmware workstation

3、虚拟化技术

通过虚拟化技术（具象化成了软件）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（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。
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)

3、虚拟化技术发展

维形:
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CPI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(不仅是CPU)
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

4、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(抽象支援模块)，最后进行调用（调用模块）
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（以软件形式模拟物理硬件功能+物理硬件资源加强型支持）目的是趋近于物理硬件设备的性能

（3）直通
直接使用物理硬件资源（需要支持，还不完善)

（4）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，对于虚拟化支持)

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)

小结:虚拟化: 是提高资源利用率的解决方案
虚拟化典型特性: 在一台操作系统中模拟多个操作系统使用软件形式模拟物理硬件设备
虚拟化技术类型:
KVM XEN vitrailbox (ensp )全需 半虚直通

二、kvm

1、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置于一种受限制的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 I/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（拦截敏感指令），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

2、KVM的组成

KVM Driver
虚拟机创建
分配内存
CPU寄存器读写
CPU运行
QEMU（经过简化与修改）
模拟PC硬件和用户的控件组件
提供I/O设备模型及访问外设的途径

3、KVM简介

​ 广义的KVM实际上包含两部分，一部分是基于LINUX内核支持的KVM内核模块,另一部分就是经过简化和修改的Qemu。
​ KVM内核模块模拟处理器和内存以支持虚拟机的运行,Qemu主要处理1/0以及为用户提供一个用户空间工具来进行虚拟机的管理。两者相互结合，相辅相成，构成了一个完整的虚拟化平台。
​ 请注意: Qemu 本身并不是KVM的一部分，Qemu 是一套完整的虚拟化解决方案，是纯软件实现虚拟化,包括处理器虚拟化、内存虚拟化以及各种虚拟设备的模拟，但因为是纯软件模拟出来的，所以Qemu的性能比较低。

4、 KVM运行时的三种模式

客户模式:

可以简单理解成客户机在操作系统运行中的模式，客户模式又分为内核模式和用户模式。

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运行在这个模式之下。

内核模式：

模拟CPU以及内存，实现客户模式的切换，处理客户模式的退出。KVM内核模块运行在这个模式下