kvm虛擬化介紹
- 2020 年 12 月 24 日
- 筆記
一、虛擬化分類
1、虛擬化，是指通過虛擬化技術將一台計算機虛擬為多台邏輯計算機。在一台計算機上同時運行多個邏輯計算機，每個邏輯計算機可運行不同的操作系統，並且應用程序都可以在相互獨立的空間內運行而互相不影響，從而顯著提高計算機的工作效率。
虛擬化使用軟件的方法重新定義劃分 IT 資源，可以實現 IT 資源的動態分配、靈活調度、跨域共享，提高 IT 資源利用率，使 IT 資源能夠真正成為社會基礎設施，服務於各行各業中靈活多變的應用需求。
2、虛擬化層次種類：
（1） 完全虛擬化 — 最流行的虛擬化方法使用名為 hypervisor 的一種軟件，在虛擬服務器和底層硬件之間建立一個抽象層。 VMware 和微軟的VirtualPC 是代表該方法的兩個商用產品，而基於核心的虛擬機 (KVM) 是面向 Linux 系統的開源產品hypervisor 可以捕獲 CPU 指令，為指令訪問硬件控制器和外設充當中介。因而，完全虛擬化技術幾乎能讓任何一款操作系統不用改動就能安裝到虛擬服務器上，而它們不知道自己運行在虛擬化環境下。主要缺點是， hypervisor 給處理器帶來開銷
（2）准虛擬化 — 完全虛擬化是處理器密集型技術，因為它要求 hypervisor管理各個虛擬服務器，並讓它們彼此獨立。減輕這種負擔的一種方法就是，改動客戶端操作系統，讓它以為自己運行在虛擬環境下，能夠與hypervisor 協同工作。這種方法就叫准虛擬化 (para-virtualization)Xen 是開源准虛擬化技術的一個例子。操作系統作為虛擬服務器在 Xen hypervisor 上運行之前，它必須在核心層面進行某些改變。因此， Xen 適用於 BSD 、 Linux 、 Solaris 及其他開源操作系統，但不適合對像Windows 這些專有的操作系統進行虛擬化處理，因為它們無法改動。准虛擬化技術的優點是性能高。經過准虛擬化處理的服務器可與hypervisor 協同工作，其響應能力幾乎不亞於未經過虛擬化處理的服務器。准虛擬化與完全虛擬化相比優點明顯，以至於微軟和 VMware 都在開發這項技術，以完善各自的產品。
（3）系統虛擬化 — 就操作系統層的虛擬化而言，沒有獨立的hypervisor 層。相反，主機操作系統本身就負責在多個虛擬服務器之間分配硬件資源，並且讓這些服務器彼此獨立。一個明顯的區別是，如果使用操作系統層虛擬化，所有虛擬服務器必須運行同一操作系統 ( 不過每個實例有各自的應用程序和用戶。
賬戶 ) 。雖然操作系統層虛擬化的靈活性比較差，但本機速度性能比較高。此外，由於架構在所有虛擬服務器上使用單一、標準的操作系統，管理起來比異構環境要容易。
（4）桌面虛擬化 — 服務器虛擬化主要針對服務器而言，而虛擬化最接近用戶的還是要算的上桌面虛擬化了，桌面虛擬化主要功能是將分散的桌面環境集中保存並管理起來，包括桌面環境的集中下發，集中更新，集中管理。桌面虛擬化使得桌面管理變得簡單，不用每台終端單獨進行維護，每台終端進行更新。終端數據可以集中存儲在中心機房裡，安全性相對傳統桌面應用要高很多。桌面虛擬化可以使得一個人擁有多個桌面環境，也可以把一個桌面環境供多人使用。
3、虛擬化架構分類
（1）1型虛擬化
Hypervisor 直接安裝在物理機上，多個虛擬機在 Hypervisor 上運行。Hypervisor 實現方式一般是一個特殊定製的 Linux 系統。Xen 和 VMWare 的 ESXi 都屬於這個類型。
（2）2型虛擬化
Linux OS windows OS linux OS
VM 1 VM2 VM3
Hypervisor(KVM)
Linux OS
Server Hardware-Dell、HP etc
物理機上首先安裝常規操作系統,如:Redhat、Ubuntu 和 Windows。Hypervisor 作為 OS 上的一個程序模塊運行，並對虛擬機進行管理。KVM、VirtualBox 和 VMWare Workstation 都屬於這個類型。
二、虛擬化—KVM
1、虛擬化kvm發展
2006 年 10 月由以色列的 Qumranet 組織開發的一種新的「虛擬機」方案，並將其貢獻給開源世界
2007 年 2 月於 Linux Kernel-2.6.20 中第一次包含了 KVM
2008 年 9 月，紅帽收購了 Qumranet ，由此入手了 KVM 的虛擬化技術。在之前紅帽決是將Xen 加入到自己的默認特性當中——那是 2006 年，因為當時Xen技術脫離了內核的維護方式，也許是因為採用 Xen 的 RHEL 在企業級虛擬化方面沒有贏得太多的市場，也許是因為思傑跟微軟走的太近了，種種原因，導致其萌生了放棄 Xen。而且在正式採用 KVM 一年後，就宣布在新的產品線中徹底放棄 Xen ，集中資源和精力進行 KVM 的工作。
2009 年 9 月，紅帽發佈其企業級 Linux 的 5.4 版本（ RHEL5.4 ），在原先的 Xen 虛擬化機制之上，將 KVM 添加了進來
2010 年 11 月，紅帽發佈其企業級 Linux 的 6.0 版本（ RHEL6.0 ），這個版本將默認安裝的 Xen 虛擬化機制徹底去除，僅提供 KVM 虛擬化機制
2011 年初，紅帽的老搭檔 IBM 找上紅帽，表示 KVM 這個東西值得加大力度去做。於是到了 5 月， IBM 和紅帽，聯合惠普和英特爾一起，成立了開放虛擬化聯盟（ Open Virtualization Alliance ），一起聲明要提升 KVM 的形象，加速 KVM 投入市場的速度，由此避免 VMware 一家獨大的情況出現。聯盟成立之時，紅帽的發言人表示， 大家都希望除 「 VMware 之外還有一種開源選擇。未來的雲基礎設施一定會基於開源
自 Linux 2.6.20 之後逐步取代 Xen 被集成在Linux 的各個主要發行版本中，使用 Linux 自身的調度器進行管理。
2、KVM — 全稱是基於內核的虛擬機（Kernel-based Virtual Machine）
是一個開源軟件，基於內核的虛擬化技術，實際是嵌入系統的一個虛擬化模塊，通過優化內核來使用虛擬技術，該內核模塊使得 Linux 變成了一個Hypervisor，虛擬機使用 Linux 自身的調度器進行管理。
3、Linux上的用戶空間、內核空間、虛擬：
Linux(host) 虛擬機1 虛擬機2
QEMU 虛擬硬件 虛擬硬件
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|
用戶空間
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內核空間
KVM模塊
硬件系統
處理器 內存 輸入輸出設備
Guest：客戶機系統，包括CPU（vCPU）、內存、驅動（Console、網卡、I/O 設備驅動等），被 KVM 置於一種受限制的 CPU 模式下運行。
KVM：運行在內核空間，提供CPU 和內存的虛擬化，以及客戶機的 I/O 攔截。Guest 的 I/O 被 KVM 攔截後，交給 QEMU 處理。
QEMU：修改過的為 KVM 虛機使用的 QEMU 代碼，運行在用戶空間，提供硬件 I/O 虛擬化，通過IOCTL /dev/kvm 設備和 KVM 交互
4、KVM有一個內核模塊叫 kvm.ko，只用於管理虛擬 CPU 和內存。IO 的虛擬化，就交給 Linux 內核和qemu來實現。
Libvirt：是 KVM 的管理工具。Libvirt 除了能管理 KVM 這種 Hypervisor，還能管理 Xen，VirtualBox 等。OpenStack 底層也使用 Libvirt。
Libvirt 包含 3 個東西：後台 daemon 程序 libvirtd、API 庫和命令行工具virsh
（1）libvirtd是服務程序，接收和處理 API 請求；
（2）API 庫使得其他人可以開發基於 Libvirt 的高級工具，比如 virt-manager，這是個圖形化的 KVM 管理工具，後面也會介紹；
（3）virsh 是我們經常要用的 KVM 命令行工具，後面會有使用的示例。作為 KVM 和 OpenStack 的實施人員，virsh 和 virt-manager 是一定要會用的。
nmtui命令進入圖形化界面配置網卡
三、虛擬化VT開啟確認
KVM 本身也有一些弱點，那就是相比裸金屬虛擬化架構的 Xen 、 VMware ESX 和 HyperV ， KVM 是運行在 Linux 內核之上的寄居式虛擬化架構，會消耗比較多的計算資源；不過針對這一點， Intel 、 AMD 已經在處理器設計上有專門的VT-x 和 AMD-V 擴展，這種特性在每次硬件更新的時候也會更新，往往每次更新後都對虛擬化性能和速度上有明顯的提升，所以長遠來看，也不是什麼大問題
KVM 的虛擬化需要硬件支持（需要處理器支持虛擬化：如 Intel 廠商的 Intel-VT （ vmx ）技術&&AMD 廠商的 AMD-V （ svm ）技術。是基於硬件的完全虛擬化。而 Xen 早期則是基於軟件模擬的半虛擬化（ Para-Virtualization ），新版本則是基於硬件支持的完全虛擬化。但 Xen 本身有自己的進程調度器，存儲管理模塊等，所以代碼較為龐大。
不確定當前 CPU 是否支持 VT 技術時
1. 可以在 windows 下使用 cpu-z 軟件來進行測試
2. 可以在 Linux 下查看 CPU 的相信信息來確定
CPU虛擬化的好處
CPU 的虛擬化技術可以將單 CPU 模擬多 CPU 並行，允許一個平台同時運行多個操作系統，並且應用程序都可以在相互獨立的空間內運行而互不影響，從而顯著提高計算機的工作效率。
虛擬化技術與多任務超線程的技術的區別
虛擬化技術與多任務以及超線程技術是完全不同的。多任務是指在一個操作系統中多個程序同時並行運行，而在虛擬化技術中，則可以同時運行多個操作系統，而且每一個操作系統中都有多個程序運行，每一個操作系統都運行在一個虛擬的 CPU 或者是虛擬主機上；而超線程技術只是單 CPU 模擬雙 CPU 來平衡程序運行性能，這兩個模擬出來的 CPU 是不能分離的，只能協同工作
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安裝kvm前準備工作
1. 確定處理器有 VT
命令行： grep vmx /proc/cpuinfo (INTEL 芯片 )
grep svm /proc/cpuinfo (AMD 芯片 )
cat /proc/cpuinfo | grep -e vmx -e nx -e svm
不知道芯片的生產廠商則輸入：egrep ‘(vmx|svm)’ /proc/cpuinfo
如果 flags: 里有 vmx 或者 svm 就說明支持 VT ；如果沒有任何的輸出，說明你的 cpu 不支持，將無法成功安裝 KVM 虛擬機
2. 當你硬件本身支持虛擬化，但查詢相應參數無果時，請檢查 BIOS 設定，確認你的 BIOS 中開啟了硬件支持虛擬化的功能！
四、KVM虛擬化安裝
1. 安裝 KVM 要求
（1）64bitCPU( 支持虛擬化 VT-x or AMD-V)
（2）2G 以上空閑內存，確認內存大小
grep -e MemTotal /proc/meminfo
free -m
（3）6GB 空閑存儲空間
free -h : 以G的形式查看文件大小
free -m ：以M的形式查看文件大小
df -h ：查看文件系統
df -T ：查看文件系統格式
Lsblk :查看塊設備
2.注意檢查一下自己的安裝環境,建議使用和系統版本一致的鏡像源(可以減少很多不必要的麻煩,尤其是初學者).
2. 安裝 KVM 並檢測
（1）YUM 安裝 KVM
yum install kvm virt-manager libvirt libvirt-python python-virtinst libvirt-client qemu-kvm qemu-img
（2）YUM 安裝 KVM( 簡單版 )
yum install kvm virt-manager libvirt*
（3）如果無法連入互聯網 , 可自行建立源來完成安裝並避免各種關聯。建立一個本地的 YUM 源：
（4）kvm虛擬化所需組件介紹
kvm: 核心套件
virt-manager: 圖形化 KVM 管理軟件
libvirt: 提供虛擬機與宿主相互通信的機制
libvirt-python: 允許使用 libvirt API
python-virtinst:CLI 下創建KVM的工具
libvirt-client: 提供 client 訪問 kvm 服務器的機制 ,並包含 virsh 命令進行
管理和控制 VMs
qemu-kvm: 提供用戶級 KVM 環境
qemu-img:VMs 磁盤管理
3.啟動 KVM
（1）modprobe kvm 加載 kvm 模塊
（2）lsmod | grep kvm 查看加載成功
（3）systemctl start libvirtd
systemctl enable libvirtd
（4）systemctl status libvirtd
4.啟動並檢測
[root@Centos8 ~]# virsh list –all
Id Name State
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安裝成功
5. 在 GUI 模式下安裝虛擬機，啟動虛擬系統管理器
這裡不多介紹介紹和物理機安裝沒有太多區別
