一、 Libvirt 介绍

为什么需要Libvirt？

  1. Hypervisor 比如 qemu-kvm 的命令行虚拟机管理工具参数众多，难于使用。

  2. Hypervisor 种类众多，没有统一的编程接口来管理它们，这对云环境来说非常重要。

  3. 没有统一的方式来方便地定义虚拟机相关的各种可管理对象。

Libvirt提供了什么？

  1. 它提供统一、稳定、开放的源代码的应用程序接口（API）、守护进程 （libvirtd）和和一个默认命令行管理工具（virsh）。

  2. 它提供了对虚拟化客户机和它的虚拟化设备、网络和存储的管理。

  3. 它提供了一套较为稳定的C语言应用程序接口。目前，在其他一些流行的编程语言中也提供了对libvirt的绑定，在Python、Perl、Java、Ruby、PHP、OCaml等高级编程语言中已经有libvirt的程序库可以直接使用。

  4. 它对多种不同的 Hypervisor 的支持是通过一种基于驱动程序的架构来实现的。libvirt 对不同的 Hypervisor 提供了不同的驱动，包括 Xen 的驱动，对QEMU/KVM 有 QEMU 驱动，VMware 驱动等。在 libvirt 源代码中，可以很容易找到 qemu_driver.c、xen_driver.c、xenapi_driver.c、vmware_driver.c、vbox_driver.c 这样的驱动程序源代码文件。

  5. 它作为中间适配层，让底层 Hypervisor 对上层用户空间的管理工具是可以做到完全透明的，因为 libvirt 屏蔽了底层各种 Hypervisor 的细节，为上层管理工具提供了一个统一的、较稳定的接口（API）。

  6. 它使用 XML 来定义各种虚拟机相关的受管理对象。

     目前，libvirt 已经成为使用最为广泛的对各种虚拟机进行管理的工具和应用程序接口（API），而且一些常用的虚拟机管理工具（如virsh、virt-install、virt-manager等）和云计算框架平台（如OpenStack、OpenNebula、Eucalyptus等）都在底层使用libvirt的应用程序接口。

虚拟化进阶（四）_第1张图片

虚拟化进阶（四）_第2张图片

1.1 Libvirt C API

1.1.1 Libvirti API 所管理的主要对象

对象 解释
Domain （域） 指运行在由Hypervisor提供的虚拟机器上的一个操作系统实例（常常是指一个虚拟机）或者用来启动虚机的配置。
Hypervisor 一个虚拟化主机的软件层
Node （主机） 一台物理服务器。
Storage pool （存储池） 一组存储媒介的集合，比如物理硬盘驱动器。一个存储池被划分为小的容器称作卷。卷会被分给一个或者多个虚机。
Volume （卷） 一个从存储池分配的存储空间。一个卷会被分给一个或者多个域，常常成为域里的虚拟硬盘。

1.2 Libvirt XML 定义

Libvirt 使用 XML 来定义各种对象，其中，与 OpenStack Nova 关系比较密切的有：

disk （磁盘） 任何磁盘设备，包括软盘（floppy）、硬盘（hard disk）、光驱（cdrom）或者半虚拟化驱动都使用 元素来定义。 方式：
。其中：

  • ”type“ 用来指定device source 的类型："file", "block", "dir", "network", 或者 "volume"。具体的 source  由 标签定义。

  • ”device“ 用来指定 device target 的类型："floppy", "disk", "cdrom", and "lun", 默认为 "disk" 。具体的 target 由 标签定义。


（1）”volume“ 类型的 disk
    
      
      
      
    
（2）”file“ 类型的 disk
    
      
      
      
    
（3）”block“ 类型的 disk
   
      
      
      
    
（4）”network“ 类型的 disk

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Host device assignment （主机设备分配）

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    #USB 设备直接分配
      
        
        
      
      
    
     #PCI 设备直接分配
      
        
      
      
      
    

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Network interface (网卡) 
有几种 interface 类型：
（1）type = ‘network’ 定义一个连接 Virtual network 的 interface

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       #虚拟网络的名称为 ‘default’
    
    ...    
      
      
      
      
        
      

    
  

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#virsh：attach-interface --domain d-2 --type network --source isolatednet1 --mac 52:53:00:4b:75:6f --config
（2）type=‘birdge’ 定义一个 Bridge to LAN（桥接到物理网络）的interface：前提是主机上存在一个 bridge，该 bridge 已经连到物理LAN。

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     #连接到 br0
      
    
     #连接到br1
      
      
      
    
     #连接到 Open vSwithc bridge ovsbr
      
      
        
      
    

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#virsh：attach-interface --domain d-2 --type bridge --source virbr0 --mac 52:22:33:44:55:66 --config
（3）type=‘ethernet’ 定义一个使用指定脚本连接到 LAN 的 interface

    
      
      
    
  
（4）type=‘direct’ 定义一个直接连到物理网卡（Direct attachment to physical interface）的 interface：需要 Linux macvtap 驱动支持
    
      
    
（5）type=‘hostdev’ 定义一个由主机PCI 网卡直接分配（PCI Passthrough）的 interface： 分配主机上的网卡给虚机

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network （网络）

1. bridge：定义一个用于构造该虚拟网络的网桥。 

2. domain：定义 DHCP server 的 DNS domain。

3. forward： 定义虚拟网络直接连到物理 LAN 的方式. ”mode“指转发模式。

 (1) mode=‘nat’：所有连接到该虚拟网络的虚拟的网络都会经过物理机器的网卡，并转换成物理网卡的地址。

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        default
        
        
        
          
            
          
        
        
      

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也可以指定公共的IP地址和端口号。

  
(2) mode=‘route’：类似于 NAT，但是不使用NAT，而是使用routing table。  

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        local
        
        
        
          
            
          
        
        
      

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(3) mode=‘bridge’：使用不受libvirt管理的bridge，比如主机上已有的bridge；open vswitch bridge；使用 macvtap's "bridge"  模式
      
        host-bridge
        
        
      
(4) mode=‘passthrough’：使用 a macvtap "direct" connection in "passthrough" mode 指定主机上的特定网卡用于虚拟网络   

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(5) mode=‘hostdev’：直接分配主机上的网络设备。

    
    
    
    
  


详细的 XML 定义说明在 https://libvirt.org/format.html。

 

1.1.2 对象的管理模型

对象名称 对象 Python 类 描述
Connect 与 Hypervisor的连接

virConnectPtr

 在调用任何 API 去管理一个本地或者远端的Hypervisor前，必须建立和这个Hypervisor的连接。
Domain Guest domain

virDomainPtr

 用于列举和管理已有的虚机，或者创建新的虚机。唯一标识：ID,Name，UUID。一个域可能是暂时性的或者持久性的。暂时性的域只能在它运行期间被管理。持久性的域在主机上保存了它的配置。
Virtual Network 虚拟网络

virNetworkPtr

 用于管理虚机的网络设备。唯一标识：Name，UUID。一个虚拟网络可能是暂时性的或者持久性的。每个主机上安装libvirt后，它都有一个默认的网络设备“default”。它向该主机上运行的虚机提供DHCP服务，以及通过NAT连接到主机上。
Storage Pool 存储池

virStoragePoolPtr

 用于管理虚拟机内的所有存储，包括 local disk, logical volume group, iSCSI target, FibreChannel HBA and local/network file system。唯一标识：Name，UUID。一个存储池可能是暂时性的或者持久性的。Pool 的 type 可以是  dir, fs, netfs, disk, iscsi, logical, scsi,mpath, rbd, sheepdog, gluster 或者 zfs。
Storage Volume   存储卷

virStorageVolPtr

 用于管理一个存储池内的存储块，包括一个池内分配的块、磁盘分区、逻辑卷、SCSI/iSCSI Lun，或者一个本地或者网络文件系统内的文件等。唯一标识：Name，Key，Path。
Host device  主机设备

virNodeDevPtr

 用于管理主机上的物理硬件设备，包括 the physical USB or PCI devices and logical devices these provide, such as a NIC, disk, disk

controller, sound card, etc。唯一标识：Name。

 

1.1.3 API 的简单分类

Libvirt API 就是对各种对象的各种操作，包括基本的增、删、改、查操作和其它操作。

对象 增 删 改 查 其它
Connect virConnectOpen
virConnectOpenAuth
virConnectOpenReadOnly		 virConnectClose virConnectSetKeepAlive

Strorage pool virStoragePoolBuild
virStoragePoolCreate
virStoragePoolCreateXML
virStoragePoolDefineXML		 virStoragePoolDelete
virStoragePoolDestroy
virStoragePoolFree
virStoragePoolUndefine		 virStoragePoolRefresh
virStoragePoolSetAutostart		 virConnectFindStoragePoolSources
virConnectListAllStoragePools
virConnectListDefinedStoragePools
virConnectListStoragePools
virConnectNumOfDefinedStoragePools
virConnectNumOfStoragePools

virStoragePoolGetInfo/Name/UUID/UUIDString/XMLDesc
 virStoragePoolIsActive/Persistent
virStoragePoolLookupByName/UUID/UUIDString/Volume
virStoragePoolRef		 virStoragePoolGetAutostart
virStoragePoolGetConnect

virStoragePoolNumOfVolumes

virStoragePoolListAllVolumes

virStoragePoolListVolumes
Storage volume virStorageVolCreateXML
virStorageVolCreateXMLFrom		 virStorageVolDelete
virStorageVolFree		 virStorageVolResize
virStorageVolUpload
virStorageVolWipe
virStorageVolWipePattern		 virStorageVolGetConnect/Info/Key/Name/Path/XMLDesc
 virStorageVolLookupByKey/Name/Path
virStorageVolRef		 virStorageVolDownload
Network virNetworkCreate
virNetworkCreateXML
virNetworkDefineXML		 virNetworkDestroy
virNetworkFree
virNetworkUndefine		 virNetworkSetAutostart
virNetworkUpdate		 virConnectListAllNetworks
virConnectListDefinedNetworks
virConnectListNetworks
virConnectNumOfDefinedNetworks
virConnectNumOfNetworks

virNetworkGetBridgeName/DHCPLeases/Name/UUID/UUIDString/XMLDesc
virNetworkIsActive/Persistent
 virNetworkLookupByName/UUID/UUIDString
virNetworkGetAutostart

virNetworkGetConnect

 virConnectNetworkEventDeregisterAny
virConnectNetworkEventGenericCallback
virNetworkDHCPLeaseFree
Domain snapshot virDomainSnapshotCreateXML virDomainSnapshotDelete
virDomainSnapshotFree		 virDomainRevertToSnapshot virDomainHasCurrentSnapshot
virDomainListAllSnapshots
virDomainSnapshotCurrent
virDomainSnapshotGetConnect/Domain/Name/Parent/XMLDesc
virDomainSnapshotHasMetadata
virDomainSnapshotIsCurrent
virDomainSnapshotListAllChildren
virDomainSnapshotListChildrenNames
virDomainSnapshotListNames
virDomainSnapshotLookupByName
virDomainSnapshotNum
virDomainSnapshotNumChildren
virDomainSnapshotRef
Host
virInitialize
virNodeSetMemoryParameters
virNodeSuspendForDuration		 virConnectBaselineCPU
virConnectCompareCPU
virConnectGetCPUModelNames/Capabilities/Hostname/LibVersion/MaxVcpus/Sysinfo/Type/URI/Version
virConnectIsAlive
virConnectIsEncrypted
virConnectIsSecure
virGetVersion
virNodeGetCPUMap/CPUStats /CellsFreeMemory/FreeMemory/Info/MemoryParameters/MemoryStats /
 virNodeGetSecurityModel		 virTypedParamsAddBoolean
virTypedParamsAddDouble
virTypedParamsAddFromString
virTypedParamsAddInt
virTypedParamsAddLLong
virTypedParamsAddString
virTypedParamsAddUInt
virTypedParamsAddULLong
virTypedParamsClear
virTypedParamsFree
virTypedParamsGet
Interface virInterfaceCreate
virInterfaceDefineXML

 virInterfaceDestroy
virInterfaceFree
virInterfaceUndefine		 virInterfaceChangeBegin
virInterfaceChangeCommit
virInterfaceChangeRollback

 virConnectListAllInterfaces
virConnectListDefinedInterfaces
virConnectListInterfaces
virConnectNumOfDefinedInterfaces
virConnectNumOfInterfaces
virInterfaceGetConnect
virInterfaceGetMACString
virInterfaceGetName
virInterfaceGetXMLDesc
virInterfaceIsActive
virInterfaceLookupByMACString
virInterfaceLookupByName
virInterfaceRef
Net Filter virNWFilterDefineXML

 virNWFilterFree
virNWFilterUndefine		 virConnectListAllNWFilters
virConnectListNWFilters
virConnectNumOfNWFilters
virNWFilterGetName
virNWFilterGetUUID
virNWFilterGetUUIDString
virNWFilterGetXMLDesc
virNWFilterLookupByName
virNWFilterLookupByUUID
virNWFilterLookupByUUIDString
virNWFilterRef

Domain Event virConnectDomainEventDeregister
virConnectDomainEventDeregisterAny
virConnectDomainEventDeviceAddedCallback
virConnectDomainEventDeviceRemovedCallback		 virConnectDomainEventAgentLifecycleCallback
virConnectDomainEventBalloonChangeCallback
virConnectDomainEventBlockJobCallback
virConnectDomainEventCallback
virConnectDomainEventDiskChangeCallback
virConnectDomainEventGenericCallback
virConnectDomainEventGraphicsCallback
virConnectDomainEventIOErrorCallback
virConnectDomainEventIOErrorReasonCallback
virConnectDomainEventPMSuspendCallback
virConnectDomainEventPMSuspendDiskCallback


Domain virDomainCreate
virDomainCreateLinux
virDomainCreateWithFiles
virDomainCreateWithFlags
virDomainCreateXML
virDomainCreateXMLWithFiles
virDomainDefineXML
virDomainDefineXMLFlags

 virDomainDestroy
virDomainDestroyFlags

virDomainFree
virDomainUndefine
virDomainUndefineFlags
virDomainUpdateDeviceFlags		 virDomainAbortJob
virDomainAddIOThread

virDomainDelIOThread

virDomainAttachDevice
virDomainAttachDeviceFlags
virDomainDetachDevice
virDomainDetachDeviceFlags

virDomainBlockCommit
virDomainBlockCopy
virDomainBlockJobAbort
virDomainBlockJobSetSpeed
virDomainBlockPeek
virDomainBlockPull
virDomainBlockRebase
virDomainBlockResize

virDomainCoreDump
virDomainCoreDumpWithFormat

virDomainFSFreeze
virDomainFSInfoFree
virDomainFSThaw
virDomainFSTrim
virDomainInjectNMI

virDomainInterfaceFree

virDomainManagedSave
virDomainManagedSaveRemove

virDomainMigrate
virDomainMigrate2
virDomainMigrate3

virDomainMigrateSetCompressionCache
virDomainMigrateSetMaxDowntime
virDomainMigrateSetMaxSpeed
virDomainMigrateToURI
virDomainMigrateToURI2
virDomainMigrateToURI3

virDomainOpenChannel
virDomainOpenConsole
virDomainOpenGraphics
virDomainOpenGraphicsFD
virDomainPMSuspendForDuration

virDomainPMWakeup

virDomainReboot
virDomainReset
virDomainRestore
virDomainRestoreFlags
virDomainResume
virDomainSave
virDomainSaveFlags
virDomainSaveImageDefineXML
virDomainScreenshot
virDomainSendKey
virDomainSendProcessSignal

virDomainShutdown
virDomainShutdownFlags
virDomainSuspend

virDomainSetAutostart
virDomainSetBlkioParameters
virDomainSetBlockIoTune
virDomainSetInterfaceParameters
virDomainSetMaxMemory
virDomainSetMemory
virDomainSetMemoryFlags
virDomainSetMemoryParameters
virDomainSetMemoryStatsPeriod
virDomainSetMetadata
virDomainSetNumaParameters
virDomainSetSchedulerParameters
virDomainSetSchedulerParametersFlags
virDomainSetTime
virDomainSetUserPassword
virDomainSetVcpus
virDomainSetVcpusFlags		 virConnectGetAllDomainStats
virConnectGetDomainCapabilities
virConnectListAllDomains
virConnectListDefinedDomains
virConnectListDomains
virConnectNumOfDefinedDomains
virConnectNumOfDomains

virDomainBlockStats
virDomainBlockStatsFlags

virDomainGetAutostart
virDomainGetBlkioParameters
virDomainGetBlockInfo
virDomainGetBlockIoTune
virDomainGetBlockJobInfo
virDomainGetCPUStats
virDomainGetConnect
virDomainGetControlInfo
virDomainGetDiskErrors
virDomainGetEmulatorPinInfo

virDomainGetFSInfo
virDomainGetHostname
virDomainGetID
virDomainGetIOThreadInfo
virDomainGetInfo

virDomainGetInterfaceParameters
virDomainGetJobInfo
virDomainGetJobStats
virDomainGetMaxMemory
virDomainGetMaxVcpus
virDomainGetMemoryParameters
virDomainGetMetadata
virDomainGetName

virDomainGetNumaParameters
virDomainGetOSType
virDomainGetSchedulerParameters
virDomainGetSchedulerParametersFlags
virDomainGetSchedulerType

virDomainGetSecurityLabel
virDomainGetSecurityLabelList
virDomainGetState
virDomainGetTime
virDomainGetUUID
virDomainGetUUIDString
virDomainGetVcpuPinInfo
virDomainGetVcpus
virDomainGetVcpusFlags

virDomainGetXMLDesc
virDomainHasManagedSaveImage
virDomainIOThreadInfoFree

virDomainInterfaceAddresses
virDomainInterfaceStats

virDomainIsActive
virDomainIsPersistent
virDomainIsUpdated
virDomainListGetStats

virDomainLookupByID
virDomainLookupByName
virDomainLookupByUUID
virDomainLookupByUUIDString

virDomainMemoryPeek
virDomainMemoryStats

virDomainMigrateGetCompressionCache
virDomainMigrateGetMaxSpeed

virDomainPinEmulator ?
virDomainPinIOThread
virDomainPinVcpu
virDomainPinVcpuFlags

virDomainSaveImageGetXMLDesc
virDomainStatsRecordListFree		 virConnectDomainXMLFromNative
virConnectDomainXMLToNative
Secret virSecretDefineXML virSecretFree
virSecretUndefine		 virSecretSetValue virConnectListAllSecrets
virConnectListSecrets
virConnectNumOfSecrets
virSecretGetConnect/UUID/UUIDString/UsageID/UsageType/Value/XMLDesc
virSecretLookupByUUID/UUIDString/Usage
virSecretRef
Stream virStreamNew virStreamFree virStreamFinish

virStreamAbort

virStreamRecv

virStreamRecvAll

virStreamSend

virStreamSendAll

 virStreamSinkFunc
virStreamSourceFunc


1.3 Libvirt API 的实现

libvirt API 的实现是在各个 Hypervisor driver 和 Storage dirver 内。Hypervisor 驱动包括：

  • LXC - Linux Containers

  • OpenVZ

  • QEMU

  • Test - Used for testing

  • UML - User Mode Linux

  • VirtualBox

  • VMware ESX

  • VMware Workstation/Player

  • Xen

  • Microsoft Hyper-V

  • IBM PowerVM (phyp)

  • Parallels

  • Bhyve - The BSD Hypervisor

1.4 Libvirt 的 Python 绑定

python-libvirt 包含 Libvirt 的 Python 语言绑定。安装 libvirt 时，默认会安装 python-libvirt 。 来源： https://libvirt.org/python.html  https://pypi.python.org/pypi/libvirt-python 

 

Python API 和 C API 之间几乎是一对一的映射关系，比如：

复制代码

 virDomainSetMaxMemory (virDomainPtr domain, unsigned  memory);

#Python API

复制代码

 因此，libvirt 官网并没有提供详细的 python API 描述。

二、QEMU/KVM libvirt 驱动

2.1 架构

虚拟化进阶（四）_第3张图片

•Libvirtd 是一个 daemon 进程，可以被本地的virsh调用，也可以被远程的virsh调用

•Libvirtd 调用 qemu-kvm 操作KVM 虚拟机

 

这里有一个 virsh 命令、Libvirt C API、 QEMU driver 方法 和 QEMU Monitor 命令的对照表（部分）：

virsh command Public API QEMU driver function Monitor command
virsh create XMLFILE virDomainCreateXML() qemudDomainCreate() info cpus, cont, change vnc password, balloon (all indirectly)
virsh suspend GUEST virDomainSuspend() qemudDomainSuspend() stop
virsh resume GUEST virDomainResume() qemudDomainResume() cont
virsh shutdown GUEST virDomainShutdown() qemudDomainShutdown() system_powerdown
virsh setmem GUEST MEM-KB virDomainSetMemory() qemudDomainSetMemory() balloon (indirectly)
virsh dominfo GUEST virDomainGetInfo() qemudDomainGetInfo() info balloon (indirectly)
virsh save GUEST FILENAME virDomainSave() qemudDomainSave() stop, migrate exec
virsh restore FILENAME virDomainRestore() qemudDomainRestore() cont
virsh dumpxml GUEST virDomainDumpXML() qemudDomainDumpXML() info balloon (indirectly)
virsh attach-device GUEST XMLFILE virDomainAttachDevice() qemudDomainAttachDevice() change, eject, usb_add, pci_add (all indirectly)
virsh detach-device GUEST XMLFILE virDomainDetachDevice() qemudDomainDetachDevice() pci_del (indirectly)
virsh migrate GUEST DEST-URI virDomainMigrate() qemudDomainMigratePerform() stop, migrate_set_speed, migrate, cont
virsh domblkstat GUEST virDomainBlockStats() qemudDomainBlockStats() info blockstats
- virDomainBlockPeek() qemudDomainMemoryPeek() memsave

 

2.2 安装

有三种方式来安装 libvirt：

（1）下载 libvirt 的源代码，然后编译和安装

（2）从各 Linux 的发行版中直接安装，比如 Ubuntu 上运行 apt-get install libvirt-bin

（3）从 git 上克隆 libvirt 的代码，然后编译和安装

2.3 libvirt log

这篇文章 描述了 livbirt log。设置所有日志的方法是在 /etc/libvirt/libvirtd.conf 中添加下面的配置然后重启 libvirt：

log_filters="1:libvirt 1:util 1:qemu"log_outputs="1:file:/var/log/libvirt/libvirtd.log"

3 使用 libvirt 编程来管理 KVM 虚机的实例

 这里只描述基本的过程。具体的过程，下一篇文章会具体分析 Nova 中 libvirt 的使用。

  1. 定义虚机的基本配置，包括 vCPU、内存、磁盘或者cdrom以及启动顺序，生成 xml 配置，调用 virDomainCreateXML API 启动一个虚机

  2. 使用 Domain 相关的 API 来管理虚机的生命周期。我的这篇文章有虚机生命周期的详细介绍。

  3. 添加磁盘：定义一个 disk 的 xml 配置，使用 virDomainAttachDevice API 将它挂载到虚机上。如果不是本地的源磁盘，需要提前准备好。

  4. 添加interface：使用 Network API 定义一个虚拟网络（需要提前准备好物理网络），然后定义一个 interface 的 XML 配置，使用 virDomainAttachDevice API 将它加到虚机。

  5. 按照需要，重复2、3、4步骤。 

 

转自：http://www.cnblogs.com/sammyliu/p/4558638.html