2019/07/18 kvm虚拟化(03)

虚拟化技术的分类：
(1) 模拟：Emulation （模拟出的架构，和底层的架构是可以异构，可以不同）
Qemu, PearPC, Bochs, …
(2) 完全虚拟化：Full Virtualization，Native Virtualization（把环0所提供的内核代码，以软件模拟的方式，或者提供环-1的方式来解决）（如果cpu硬件不支持虚拟化，没有环-1，就需要把环0，对每个虚拟机实例用软件来进行模拟）
（支持环-1比较容易解决，宿主机位于环-1，虚拟机内核运行环0，不必要用软件给虚拟机模拟出一颗cpu来）
虚拟机无须了解，也无须知道运行在虚拟化中，硬件支持虚拟化，才能运行在完全虚拟化中
BT/hvm
VMWare Workstation, VirtualBox, VMWare Server, Parallels Desktop, KVM(hvm),
XEN(hvm)
(3) 半虚拟化：Para-Virutalization （环3运行在环0当中某部分指令，其他指令能够让宿主机操作系统来发现，自己知道自己在虚拟化环境中
性能非常接近底层硬件平台的性能）
特点：GuestOS明确知道自己运行虚拟机之上；
xen, UML(user-mode linux)
(4) 容器级虚拟化：（抛弃了guest-os内核，而是将本来属于宿主机的用户空间，切割分离成多个，彼此之前隔离
达到类似实验虚拟机一样的目的）
LXC, OpenVZ, libcontainer, runC, rkt, Linux V Servers, Virtuozzo, …
(5) 库级别虚拟化：
wine
(6) 程序级虚拟化
jvm, pvm, …

主机虚拟化：Emulation 模拟 , Full Virtualization 虚拟化, Para-Virutalization 半虚拟化

主机虚拟化分两种
Type-I：Hypervisor直接运行于硬件；
Type-II：Hypervisor运行主机OS之上；

云栈的类别：
IaaS, PaaS, SaaS, FWaaS, DBaaS, LBaaS, …

m个主机N个虚拟主机
openstack，想象成安装在一组主机上的，能监控运行n台虚拟机实例的统一操作接口，称为cloudos
一旦有了云计算环境，就有这么个结果，需要调用一个主机，环境，一键完成，
操作系统都部署好了，用户只需要部署软件程序
基础架构即服务laaS，创建实例，用户依然需要部署操作系统，部署程序的依赖库环境，依然需要用户做
如果把依赖的环境都提供好，操作环境有了，依赖库环境好了，PAAS，就是doccker云环境提供的，直接部署引用即可
saas软件即服务，用户直接使用，（qq这样的）
软件后期也需要后面管理的服务，软件的具体需求级别，DBaaS（自动帮你备份，恢复数据库）
LBaas 负载均衡即服务
FWaas 防火墙都帮你部署

青牛云，存储解决方案，mysql自己备份的放在本地就比较麻烦
云很坑，尤其是公有云
这操作系统接口如果提供的是主机接口就是LAAS（openstack），如果是平台接口就是PAAS（docker ，k8s），

KVM(02)
kvm: Kernel-based Virtual Machine
Qumranet公司 --> RedHat
(1) X86_64 支持，不支持其他平台
(2) HVM: 要求cpu必须支持硬件虚拟化 hvm
Intel VT
AMD AMD-v

KVM的组件：
两类组件：
(kvm.ko)/dev/kvm：工作为hypervisor，在用户空间可通过系统调用ioctl()与内核中的kvm模块交互，从而完成虚拟机的创建、启动、停止、删除等各种管理功能；
（每个kvm启动的虚拟机表现为qemu-kvm进程）qemu-kvm进程：工作于用户空间，用于实现IO设备模拟；最终用于实现一个虚拟机实例；
每一个启动的kvm虚拟机，表现为一个qemu进程，qemu-kvm是一个程序，程序运行起来后，可以帮用户创建出模拟的IO设备，而且更重要的是，这些进程能表现为最终的虚拟机实例，工作于用户空间，用于IO设备模拟，并实现虚拟机实例
（虚拟机可以虚拟多颗cpu，每一颗cpu表现为宿主机上的一个线程，每一个线程被单独调度的物理机，一个cpu核心上来运行，如果某一个虚拟机的虚拟cpu核心数超过物理机的核心数，还是没有任何意义的，反而性能会下降）
每一个虚拟机从cpu被对应为宿主机之上的qemu-kvm进程的一个线程，从而模拟出多个cpu的效果

操作系统本来只要两种模式，用户模式和内核模式，多了一个guest mode 来宾模式
io设备有三种虚拟化方式，
模拟，
半虚拟化，
io透传
KVM模块load进内存之后，系统的运行模式：
内核模式：GuestOS执行IO类的操作时，或其它的特殊指令操作时的模式；它也被称为“Guest-Kernel”模式；
用户模式：Host OS的用户空间，用于代为GuestOS发出IO请求；
来宾模式：GuestOS的用户模式；所有的非IO类请求；

统一的半虚拟化解决方案，virtio

对于virtio支持的半虚拟化设备有这么几种，
块半虚拟化 vritio-blk
网络半虚拟化vritio-net
pci设备半虚拟化 vritio-pci
vritio-ballon（物理机内存32，虚拟机启动，物理机的内存会分配给虚拟机，分配给虚拟后，假如想把内存回收回来，分的太多了（一般是只能关闭虚拟机实例，回收内存）
想要动态回收，就是气球的作用，膨胀收缩）
控制台半虚拟化 vritio-console

ksm，内核共享内存，如果在一个物理机上，启动了三个虚拟机实例，跑的都说centos7.2，就可以认为三个虚拟机里面有些内存数据都是一样的，每一个虚拟机内核启动以后，要给每一个程序加载共享库文件，把三个共享内容合并成一个
KSM就是这样的，扫描物理内存，发现多个虚拟机实例，如果有共同的内存数据空间，把他们合并成一个，但是也麻烦，毕竟共享都会导致锁的，所以用的不多
对虚拟化技术，不同的方式不同的设备，虚拟化的性能如何
对cpu而言如果用模拟器，真正性能相当于物理性能的7%，损失了93%
paravirtualized 半虚拟化 kvm不指出半虚拟化
host pass-through 透传技术，硬件辅助虚拟化，97%(支持扩展嵌套页表，相当于物理性能97%)，85%（不支持硬件虚拟化，用软件的方式，影子页表，85%）

对网络IO
模拟方式 相当于物理网卡的60%，损失40%
如果半虚拟化，75%
透传 95%

磁盘IO
模拟 IDE 接口 40%
半虚拟化 85%
透传 95%

显卡 只能模拟
因为显示器只有一个，做显示加速，也只有一组显存

time accuracy 时间精准度，linux有两套时钟，系统时钟（基于内核频率，用于进行进程间切换的时序控制，对于虚拟化来讲，时间慢是必然的，时间是不可能精准的），

如何去使用KVM

有两套工具栈kvm，一个是kvm原生的，还有一个qemu-kvm，当进行IO模拟，并运行为一个进程，对qemu而言，每一个虚拟机的硬盘设备，都是一个映像磁盘文件用qemu-img来管理
对于磁盘的数据访问和监控都用qemu-io实现
virsh命令行工具
virt-manager 图形化工具
virt-viewer 虚拟机播放器，不能做管理
virtinst 安装，要想启动虚拟机，需要安装和创建，创建虚拟机实例的命令行工具

libvirt可以监听在一个套接字上，这些工具都可以远程运行，
如何用qemu命令行工具，来完成虚拟机管理
使用qemu-kvm管理vms：
Qemu：
处理器模拟器
仿真各种IO设备
将仿真设备连接至主机的物理设备
提供用户接口
为了避免qemu手动操作，安装后，并没有放在path路径下，放在了。usr/libexec/qemu.kvm

但是可以创建软连接

功能包括创建，引导启动一个虚拟机实例，有很多选项是用来配置虚拟机的

块选项
各种选项
要想运行kvm，得主机指定创建一个虚拟机实例

标准选项、块设备相关选项、显示选项、网络选项、…
标准选项：
-machine [type=]name：-machine help来获取列表，用于指定模拟的主机类型； 模拟出来的硬件平台架构是哪一种
-cpu cpu：-cpu help来获取列表；用于指定要模拟的CPU型号；（amd，intel，kvm）
-smp n[,maxcpus=cpus][,cores=cores]（每一个插槽有几核）[,threads=threads]（1核是几线程）[,sockets=sockets]（有几个插槽）：指明虚拟机上vcpu的数量及拓扑；（对称多处理器，打算虚拟出几颗cpu，n=4 先可以4个 maxcpus最多可以到8个，不一下子8个）
-boot [order=drives][,once=drives]（光驱只在第一次启动引导）[,menu=on|off] [,splash=sp_name][,splash-time=sp_time][,reboot-timeout=rb_time][,strict=on|off]
order：各设备的引导次序：c表示第一块硬盘，d表示第一个光驱设备
；-boot order=dc,once=d
-m megs：虚拟机的内存大小；
-name NAME：当前虚拟机的名称，要惟一（在一个屋里主机上要唯一）；

主机平台类型

想要知道支持哪些cpu

块设备相关的选项：
-hda/-hdb file：指明IDE总线类型的磁盘映射文件路径；第0和第1个；
-hdc/-hdd file：第2和第3个；

-cdrom file：指定要使用光盘映像文件；

（指定磁盘设备）-drive [file=file][,if=type]（接口类型）[,media=d]（媒介类型，光驱，还是硬盘）[,index=i] [,cache=writethrough通写|writeback回写|none不使用|directsync直接同步|unsafe]缓存方式有4种[,format=f]：
file=/PATH/TO/SOME_IMAGE_FILE：映像文件路径 ；
if=TYPE：块设备总线类型，ide, scsi, sd, floppy, virtio,…
media=TYPE：介质类型，cdrom和disk；
index=i：设定同一类型设备多个设备的编号；
cache=writethrough|writeback|none|directsync|unsafe：缓存方式；
format=f：磁盘映像文件的格式；

进程进行写操作时，先写到缓存，接下去写到硬盘，硬盘写完，返回给进程写完了，这种叫做通写，性能低，但是数据安全性高
directsync 直接写到磁盘，数据安全性更高，但是性能更差
回写，写入缓冲区，就告诉你写完了，过一会由内核自行 决定什么时候同步到硬盘上，性能好，但是数据安全性查
unsafe 性能更好，但是数据安全性得不到保障


这个命令可以显示磁盘镜像文件的型号，vwmare是vmdk的
kvm是qcow2

显示选项：
-display type：显示的类型，sdl, curses, none和vnc；
-nographic：不使用图形接口；
-vga [std|cirrus|vmware|qxl|xenfb|none]：指明模拟出的显卡的型号；
-vnc display[,option[,option[,…]]]]：启动一个vnc server来显示虚拟机接口（vnc在宿主机上，而不是在虚拟机上的）；让qemu进程监听一个vnc接口；
display：
(1) HOST:N
在HOST主机的第N个桌面号输出vnc；
5900+N
(2) unix:/PATH/TO/SOCK_FILE
(3) none

options：
password：连接此服务所需要的密码；

-monitor stdio：在标准输出上显示monitor界面；
Ctrl-a, c：在console和monitor之间切换；
Ctrl-a, h

现在在命令行操作

先看下如何启用命令行来安装虚拟机
name centos7
-m 内存大小 512M 默认单位M
-cpu cpu类型 使用host主机类型cpu
-smp cpu核心数 2，有多少颗cpu=1，一颗cpu2核
-cdfrom file 磁盘映像文件

info查看映像文件信息，虚拟硬盘大小是39M，真正的disksize 磁盘文件大小是11M
format specific information 格式特有信息

** create创建空白映像文件。-f指定格式，-o指定选项，filename 指定文件名称，**

？问号可以获取帮助，这里显示创建时支持的哪些选项

encryption 文件要不要加密
prellocation 立即分配， metadata 立即分配拟元数据，falloc 文件分配器决定，使用一个很大的磁盘映像文件最好使用ometadata ，表示只预先分配元数据
size可以直接指明大小

du才是真正大小，所以称为稀疏格式的磁盘映像文件


显示选项：
-display type：显示的类型，sdl, curses, none和vnc；
-nographic：不使用图形接口；
-vga [std|cirrus|vmware|qxl|xenfb|none]：模拟出的显卡的型号；
-vnc display[,option[,option[,…]]]]：启动一个vnc server来显示虚拟机接口；
让qemu进程监听一个vnc接口；
display：
(1) HOST:N
在HOST主机的第N个桌面号输出vnc；
5900+N
(2) unix:/PATH/TO/SOCK_FILE
(3) none

options：
password：连接此服务所需要的密码；

-monitor stdio：在标准输出上显示monitor界面；
Ctrl-a, c：在console和monitor之间切换；
Ctrl-a, h

virtio，用半虚拟化，性能会好很多，media整个设备是什么，disk 是磁盘设备，
cacahe=writeback回写
format=qcow2格式
-nographic
现在就准备创建一个虚拟机实例，并尝试启动，没有启动图形界面，就卡在这里

可以ps aux查看，可以直接kill掉
、可以用vnc来进行显示，有个参数，显示在哪个桌面上 冒号:0代表第0个桌面（也标识监听在本机的5900端口，1表示监听在5901端口）


可以用客户端链接



没有可引导设备，所以启动虚拟机的时候需要装系统，需要一个iso镜像文件


重新启动刚才的虚拟机实例
–dirve file =文件
order 启动方式
d第一个光盘设备c第一个硬盘c ，，once




如果用网卡可以基于PXE来安装

网络选项：
-net nic[,vlan=n][,macaddr=mac][,model=type][,name=str][,addr=str][,vectors=v]
为虚拟机创建一个网络接口，并将其添加至指定的VLAN；
model=type：指明模拟出的网卡的型号，ne2k_pci,i82551,i82557b,i82559er,rtl8139,e1000,pcnet,
virtio；
-net nic,model=?
macaddr=mac：指明mac地址；默认是52:54:00:（多个会冲突，所以需要指明）

-net tap[,vlan=n][,name=str][,fd=h][,fds=x:y:...:z][,ifname=name][,script=file][,downscript=dfile]:
	通过物理的TAP网络接口连接至vlan n；
	script=file：启动虚拟机时要执行的脚本，默认为/etc/qemu-ifup
	downscript=dfile：关闭虚拟机时要执行的脚本，/etc/qemu-ifdown
	ifname=NAME：自定义接口名称；
	
	/etc/qemu-ifup
	
		#!/bin/bash
		#
		bridge=br0

		if [ -n "$1" ];then
			ip link set $1 up
			sleep 1
			brctl addif $bridge $1
			[ $? -eq 0 ] && exit 0 || exit 1
		else
			echo "Error: no interface specified."
			exit 1
		fi	

网络虚拟化，是操作起来最复杂的部分