一个开源的系统虚拟化模块------KVM虚拟机

1.首先我们简单的了解以下什么是KVM:
KVM是Kernel-based Virtual Machine(基于内核的虚拟机)的简称，是一个开源的系统虚拟化模块，自Linux 2.6.20之后集成在Linux的各个主要发行版本中。它使用Linux自身的调度器进行管理，所以相对于Xen，其核心源码很少。KVM目前已成为学术界的主流VMM之一。
KVM的虚拟化需要硬件支持（如Intel VT技术或者AMD V技术)。是基于硬件的完全虚拟化。而Xen早期则是基于软件模拟的Para-Virtualization，新版本则是基于硬件支持的完全虚拟化。但Xen本身有自己的进程调度器，存储管理模块等，所以代码较为庞大。广为流传的商业系统虚拟化软件VMware ESX系列是基于软件模拟的Full-Virtualization。
准确的来说，KVM 仅仅是 Linux 内核的一个模块, 该内核模块使得 Linux 变成了一个 Hypervisor。KVM是由 Quramnet 开发，该公司于 2008年被 RedHat 收购、KVM支持 x86 (32 and 64位), s390, Powerpc等 CPU、KVM需要支持虚拟化扩展的 CPU、并且它是完全开源的。管理和创建完整的 KVM 虚拟机，需要更多的辅助工具。

QEMU-KVM:在 Linux 操作系统中，首先我们可以通过 modprobe 命令加载 KVM 模块(如果用通过RPM 安装 KVM软件包，系统会在启动时自动加载模块)，加载了模块后，才能进一步通过其他工具创建虚拟机。但仅有 KVM模块是远远不够的，因为用户无法直接控制内核模块去做事情，还必须有一个用户空间的工具。关于用户空间的工具，KVM的开发者选择了已经成型的开源虚拟化软件 QEMU。
QEMU: 一个强大的虚拟化软件，它可以虚拟不同的 CPU 构架。比如说在 x86 的CPU 上虚拟一个 Power 的 CPU，并利用它编译出可运行在 Power 上的程序。

注意:KVM本身不执行任何硬件虚拟，需要客户的空间程序(如:QEMU)通过 /dev/kvm接口设置一个客户机虚拟服务器的地址空间，向它提供模拟的 I/O，并将它的视频显示映射回宿主的显示屏。它是KVM 虚机的核心部分，其主要功能是初始化 CPU 硬件，打开虚拟化模式，然后将虚拟客户机运行在虚拟机模式下，并对虚机的运行提供一定的支持。以在 Intel 上运行为例，KVM 模块被加载的时候，它执行以下相应步骤：

1)首先初始化内部的数据结构;
2)做好准备后，KVM 模块检测当前的CPU，然后打开CPU控制及存取的虚拟化模式开关，并通过执行VMXON指令将宿主操作系统置于虚拟化模式的根模式;
3)最后，KVM 模块创建特殊设备文件 /dev/kvm 并等待来自用户空间的指令;

Linux操作系统上用户空间、内核空间与虚拟机的关系如下图所示:

2.KVM的功能列表:

1)支持CPU 和memory 超分（Overcommit）;
2)支持半虚拟化I/O (virtio);
3)支持热插拔(CPU、块设备、网络设备等);
4)支持对称多处理（Symmetric Multi-Processing，缩写为 SMP）;
5)支持实时迁移（Live Migration）;
6)支持 PCI 设备直接分配和 单根I/O 虚拟化 （SR-IOV）;
7)支持内核同页合并 （KSM ）;
8)支持 NUMA （Non-Uniform Memory Access，非一致存储访问结构 ）;

3.了解KVM相关的工具集合:

1)libvirt:操作和管理KVM虚机的虚拟化API，使用 C 语言编写，可以由 Python、Ruby、 Perl、 PHP、 JAVA等语言调用。可以操作包括 KVM、vmware、XEN、Hyper-v、 LXC等Hypervisor;
2)Virsh:基于libvirt的命令行工具 （CLI）;
3)Virt-Manager:基于 libvirt 的图形化工具(GUI);
4)Virt-v2v:虚机格式迁移工具;
5)Virt-*工具:包括 Virt-install （创建KVM虚机的命令行工具），Virt-viewer （连接到虚机屏幕的工具），Virt-clone（虚机克隆工具），virt-top 等;
6)SVirt:安全工具;

4.KVM的优势:

1)打破“一台服务器对应一套应用”的模式，将物理服务器进行整合，提升利用率;
2)服务器和相关IT硬件更少,节省了机房空间，也减少了散热和电力需求;
3)具备灵活数据备份和应用迁移机制，保障服务永不中断;
4)资源动态调配和模板化部署，应用系统快速上线，及时响应业务变化;

5.了解Linux操作系统下如何安装部署KVM虚拟机:
实验环境:准备一台可以运行最新Linux内核的Intel处理器(含VT虚拟化技术)或AMD处理器(含SVM安全虚拟机技术的AMD处理器, 也叫AMD-V)的并且是64bit环境的计算机(因为Linux 发行版本必须在64bit环境中才能使用KVM)。

这里需要注意的是我的实验环境是在VMWare虚拟平台上虚拟了一台Linux操作系统的虚机，在该虚机中创建基于内核层的KVM虚拟机，所以CPU中的内存管理单元MMU(是通过页表的形式将程序运行的虚拟地址转换成实际物理地址)的页表则必须在一次查询的时候完成两次地址转换。因为除了将KVM客户机程序的虚拟地址转换成Linux客户机的物理地址外，还要将Linux客户机物理地址转化为真实物理地址。

5.1在进行实验之前我们首先需要开启我们Linux操作系统虚机的CPU虚拟化功能:

5.2通过以下命令查看虚拟化功能是否开启成功:

[root@localhost ~]# lsmod | grep kvm
kvm_intel             162153  0 
kvm                   525259  1 kvm_intel
[root@localhost ~]# grep vmx /proc/cpuinfo 
flags		: fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic sep mtrr pge mca cmov pat pse36 clflush dts mmx fxsr sse sse2 ss syscall nx pdpe1gb rdtscp lm constant_tsc arch_perfmon pebs bts nopl xtopology tsc_reliable nonstop_tsc aperfmperf eagerfpu pni pclmulqdqvmx ssse3 fma cx16 pcid sse4_1 sse4_2 x2apic movbe popcnt tsc_deadline_timer aes xsave avx f16c rdrand hypervisor lahf_lm abm 3dnowprefetch ida arat epb pln pts dtherm hwp hwp_noitfy hwp_act_window hwp_epp tpr_shadow vnmi ept vpid fsgsbase tsc_adjust bmi1 hle avx2 smep bmi2 invpcid rtm rdseed adx smap xsaveopt

注意: 如果输出的结果包含 vmx，它是 Intel处理器虚拟机技术标志;如果包含 svm，它是 AMD处理器虚拟机技术标志;如果你什么都得不到，那么你的系统是不支持虚拟化处理的 ，相应的也就不能使用KVM。
5.3准备安装KVM的镜像资源(可以通过Xftp进行上传，也可以通过rz命名进行上传):

[root@localhost ~]# rz

#因为资源过大所以上传会比较的慢

#上传结束后，我们可通过下列命令查看镜像资源是否上传成功

[root@localhost ~]# ll
-rw-r--r--. 1 root root 4043309056 6月  19 2017 rhel-server-7.2-x86_64-dvd.iso

5.4图形化界面下进行安装(一般建议图形化界面下进行安装操作，因为在shell中执行安装操作无法进行相应配置的选择):

#首先挂载光盘镜像安装KVM图形化界面对应的软件程序包
[root@localhost ~]# mount /dev/sr0 /mnt/
[root@localhost ~]# yum install virt-manager –y
#启用图形化界面管理窗口
[root@localhost ~]# virt-manager

5.5命令行界面下实现KVM安装:

#首先安装命令行界面下安装KVM相应的软件程序包
[root@localhost ~]# yum install virt-install.noarch virt-viewer –y
#创建磁盘分区用于安装KVM虚拟机(注意不要将手动配置的分区进行格式化，格式化安装会出现错误)
[root@localhost ~]# fdisk /dev/sda
[root@localhost ~]# partprobe
#添加一块桥接网卡
[root@localhost ~]# nmcli connection add type bridge con-name br1 ifname br1
成功添加的连接 'br1'（07e5f9f3-307a-4704-875b-f76275e057bb）。
#添加从设备到桥接网络
[root@localhost ~]# nmcli connection add type bridge-slave con-name br1-port1 ifname eno33554984 master br1
[root@localhost ~]# nmcli connection show
#RHEL7.2版本执行以下命令进行安装操作
[root@localhost ~]#virt-install --name kvm2 --disk path=/dev/sda5 --check path_in_use=off --graphics spice --vcpus=1 --ram=1024 --location=/test/rhel.iso  --network bridge=br1 --os-type=linux --os-variant=rhel7

注意:如果未创建桥接网卡，也可以设置—network=default(默认代表nat模式);–check path_in_use在RHEL7.2版本中是忽略图形界面安装，在RHEL7.0版本中是通过—force实现同样的功能。

了解命令相关的参数:
–name=虚拟机器的名字 ，用户可以自定义;
–disk path=指定虚拟机器安装的位置;
–ram=设置虚拟机器内存的大小 单位为MB;
–vcpu=虚拟cpu的数量;
–os-type=设置虚拟机操作系统的类型;
–os-variant=设置虚拟机操作系统的版本;
–file-size=虚拟硬盘的大小，单位为GB;

如果是RHEL7.0版本可以通过以下命令实现安装:

[root@localhost ~]# virt-install --name kvm2 --disk path=/dev/sda5 --force --graphics spice --vcpus=1 --ram=1024 --location=/test/rhel.iso  --network bridge=br1 --os-type=linux --os-variant=rhel7

#安装完成可以通过以下命令查看是否安装成功

[root@localhost ~]# virsh -c qemu:///system list