品味KVM虚拟化技术部署及其虚拟磁盘扩容私房菜

    一、简介

    虚拟化是指计算机组件在虚拟的基础上而不是在真实的基础上运行，虚拟化技术可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程，允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序都可在相互独立的空间运行而相互不影响彼此，从而提高计算机的运行效率。KVM是一个开源的虚拟化软件，英文名为kernel-base virtual machine，基于内核的虚拟机，KVM在2007年2月被导入Linux 核心中，以可加载核心模块的方式被移植到FreeBSD上。

虚拟化技术分类：

主机虚拟化：完全虚拟化（KVM）、半虚拟化（XEN）

用户空间虚拟化：LXC,OPENVZ

应用程序虚拟化：JVM

      

KVM相关简介：

• KVM是开源软件，全称是kernel-based virtual machine（基于内核的虚拟机）。

• 是x86架构且硬件支持虚拟化技术（如 intel VT 或 AMD-V）的Linux全虚拟化解决方案。

• 它包含一个为处理器提供底层虚拟化 可加载的核心模块（kvm-或kvm-）。

• KVM还需要一个经过修改的QEMU软件（qemu-kvm），作为虚拟机上层控制和界面。

• KVM能在不改变linux或windows镜像的情况下同时运行多个虚拟机，（它的意思是多个虚拟机使用同一镜像）并为每一个虚拟机配置个性化硬件环境（网卡、磁盘、图形适配器……）。

• 在主流的Linux内核，如以上的内核均已包含了KVM核心。

KVM 内存管理：

    KVM 继承了 Linux 系统管理内存的诸多特性，比如，分配给虚拟使用的内存可以被交换至交换空间、能够使用大内存页以实现更好的性能，以及对 NUMA 的支持能够让虚拟机高效访问更大的内存空间等。

    KVM 基于 Intel 的 EPT （ ExtendedPage Table ）或 AMD 的 RVI （ Rapid Virtualization Indexing ）技术可以支持更新的内存虚拟功能，这可以降低 CPU 的占用率，并提供较好的吞吐量。  

    此外，KVM 还借助于 KSM （ Kernel Same-pageMerging ）这个内核特性实现了内存页面共享 。 KSM 通过扫描每个虚拟机的内存查找各虚拟机间相同的内存页，并将这些内存页合并为一个被各相关虚拟机共享的单独页面。在某虚拟机试图修改此页面中的数据时， KSM 会重新为其提供一个新的页面副本。实践中，运行于同一台物理主机上的具有相同 GuestOS 的虚拟机之间出现相同内存页面的概率是很的，比如共享库、内核或其它内存对象等都有可能表现为相同的内存页，因此， KSM 技术可以降低内存占用进而提高整体性能。

KVM组件：

/dev/kvm：管理虚拟机的设备节点，用户空间的程序可通过其ioctl()系统调用集来完成虚拟机的创建启动等管理工作；它是一个字符设备；其主要完成的操作包括：

    qemu进程：工作于用户空间的组件，用于仿真PC机的I/O类硬件设备；

    qemu全称Quick Emulator。是独立虚拟软件，能独立运行虚拟机（根本不需要kvm）。kqemu是该软件的加速软件。kvm并不需要qemu进行虚拟处理，只是需要它的上层管理界面进行虚拟机控制。虚拟机依旧是由kvm驱动。

    二、KVM虚拟化安装

    前提：

    ①确保cpu执行HVM

    grep -E "(svm|vmx)"  /proc/cpuinfo   

    ②内核编译提供了KVM模块

    modinfo kvm   

[root@node1 ~]# grep -E "(vmx|svm)" /proc/cpuinfo #确保支持使用虚拟化
flags		: fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic sep mtrr pge mca cmov pat pse36 clflush mmx fxsr sse sse2 syscall nx mmxext fxsr_opt pdpe1gb rdtscp lm constant_tsc rep_good nopl tsc_reliable nonstop_tsc aperfmperf pni pclmulqdq ssse3 fma cx16 sse4_1 sse4_2 x2apic popcnt aes xsave avx f16c hypervisor lahf_lm svm extapic cr8_legacy abm sse4a misalignsse 3dnowprefetch osvw xop fma4 tbm arat npt svm_lock nrip_save vmcb_clean flushbyasid decodeassists bmi1
flags		: fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic sep mtrr pge mca cmov pat pse36 clflush mmx fxsr sse sse2 syscall nx mmxext fxsr_opt pdpe1gb rdtscp lm constant_tsc rep_good nopl tsc_reliable nonstop_tsc aperfmperf pni pclmulqdq ssse3 fma cx16 sse4_1 sse4_2 x2apic popcnt aes xsave avx f16c hypervisor lahf_lm svm extapic cr8_legacy abm sse4a misalignsse 3dnowprefetch osvw xop fma4 tbm arat npt svm_lock nrip_save vmcb_clean flushbyasid decodeassists bmi1
[root@node1 ~]#
[root@node1 ~]# modinfo kvm  #确保存在此模块
filename:       /lib/modules/-_64/kernel/arch/x86/kvm/
license:        GPL
author:         Qumranet
rhelversion:    
srcversion:     13ED0467630AC8D418AB2C8
depends:
intree:         Y
vermagic:       -_64 SMP mod_unload modversions
signer:         CentOS Linux kernel signing key
sig_key:        79:AD:88:6A:11:3C:A0:22:35:26:33:6C:0F:82:5B:8A:94:29:6A:B3
sig_hashalgo:   sha256
parm:           ignore_msrs:bool
parm:           min_timer_period_us:uint
parm:           kvmclock_periodic_sync:bool
parm:           tsc_tolerance_ppm:uint
parm:           lapic_timer_advance_ns:uint
parm:           halt_poll_ns:uint
[root@node1 ~]# ll /dev/kvm  #虚拟主机节点管理
crw-rw-rw-+ 1 root kvm 10, 232 Dec 11 15:11 /dev/kvm

    安装：

yum -y install libvirt virt-manager virt-viewer virt-install qemu-kvm  
#其中libvirt提供虚拟化服务，其配置文件为/etc/libvirt/,unit file:
#以下为用户空降管理工具
virt-manager 
virt-viewer
virt-install
#配置好后启动服务
systemctl start 

    三、项目部署kvm虚拟化   

    在部署之前需准备配置环境：关闭网络管理，创建桥接接口，虚拟机网卡充当交换机的作用。  

[root@node1  ~]#  systemctl stop NetworkManager 
[root@node1 ~]# virsh iface-bridge eno16777736 br0 -no-stp  #配置成桥接接口
[root@node1 ~]# ifconfig
br0: flags=4163  mtu 1500
        inet   netmask   broadcast 
        inet6 fe80::20c:29ff:fe2e:3557  prefixlen 64  scopeid 0x20
        ether 00:0c:29:2e:35:57  txqueuelen 0  (Ethernet)
        RX packets 694  bytes 57740 ( KiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 101  bytes 13261 ( KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0
#此时物理机接口就类似于交换机使用
eno16777736: flags=4163  mtu 1500
        ether 00:0c:29:2e:35:57  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 270458  bytes 37652584 ( MiB)
        RX errors 0  dropped 85  overruns 0  frame 0
        TX packets 5761  bytes 826732 ( KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0
[root@node1 ~]#virt-manager  #启动图形化界面创建虚拟机

图形化安装图示：

使用virsh-manager命令后将出现此图形界面，注意如未此命令需安装virt-manager程序包，需选择安装源。

配置其内存大小及其cpu核心个数

设置主机名存储空间大小等配置

本过程使用已搭建好的cobbler自动化安装

如下为在虚拟机中虚拟出一个虚拟机：

    四、virsh命令使用及其实现虚拟磁盘扩容

virsh命令使用：  

create：创建并启动域  
domuuid:获取域的uuid 
domid:获取域的id
dominfo:域的信息  
reboot:重启域 
destroy:关闭域  
shutdown:关闭域  
save：保存状态至某文件中
pause：暂停域   
resume：恢复暂停的域  

管理域的资源：
setmem:改变内存大小，不能超过装机时的最大值  
setvcpus:修改域的vcpu数量  
setmaxmem:设置内存最大值 
vcpuinfo:显示vcpu的信息 
实时修改内存大小：
[root@node1 ~]# virsh list #显示已创建的虚拟机，此处在虚拟机中运行着两台使用kvm虚拟化出来的虚拟机
 Id    Name                           State
----------------------------------------------------
 3     centos6s                       running
 4                           running

[root@node1 ~]#
[root@node1 ~]# virsh vcpuinfo   #查看其虚拟cup的状态信息
VCPU:           0
CPU:            0
State:          running
CPU time:       
CPU Affinity:   yy

VCPU:           1
CPU:            1
State:          running
CPU time:       
CPU Affinity:   yy

[root@node1 ~]# virsh dominfo
error: command 'dominfo' requires  option
[root@node1 ~]# virsh dominfo 
Id:             4
Name:           
UUID:           9f12e96f-7bf4-469d-b3e8-79f7e1cf4eee
OS Type:        hvm
State:          running
CPU(s):         2
CPU time:       
Max memory:     524288 KiB
Used memory:    524288 KiB
Persistent:     yes
Autostart:      disable
Managed save:   no
Security model: none
Security DOI:   0

#指定域的xml格式配置文件，使用此配置文件可快速创建kvm虚拟机
#将此配置文件作出相应的修改提供镜像模板，及其xml配置文件即可快速生成大批量虚拟机
#如下标签需修改：///等，需与此虚拟机不一样即可
[root@node1 ~]# virsh dumpxml  

   
  9f12e96f-7bf4-469d-b3e8-79f7e1cf4eee
  524288 
  524288
  2
  
    /machine
  
  
    hvm
    
  
  
    
    
  
  
    Opteron_G5
  
  
    
    
    
  
  destroy
  restart
  restart
  
    
    
  
  
    /usr/libexec/qemu-kvm
    
      
      
      
      
      
      
    
    
      
      
    
    
      
      
      
    
    
      
      
      
    
    
      
      
      
    
    
      
      
    
    
      
    
    
      
      
      
      
      
      
    
    
      
      
      
    
    
      
      
      
    
    
      
      
      
      
    
    
      
      
      
    
    
      
    
    
    
    
      
      
    
    
      
      
    
    
    
      
    
    
      
    
    
      
      
    
  


[root@node1 ~]# ll /var/lib/libvirt/images/ #此处为虚拟机的镜像文件存储路径
-rw-r--r-- 1 qemu qemu 85912715264 Dec 11 16:47 /var/lib/libvirt/images/
[root@node1 ~]# ll /etc/libvirt/qemu/ #上诉dump出来配置文件在此路径下
-rw------- 1 root root 3913 Dec 10 21:09 /etc/libvirt/qemu/
[root@node1 ~]#

虚拟磁盘扩容：

[root@node1 ~]# qemu-img create -f qcow2 -o ?
Supported options:
size             Virtual disk size
compat           Compatibility level ( or )
backing_file     File name of a base image
backing_fmt      Image format of the base image
encryption       Encrypt the image
cluster_size     qcow2 cluster size
preallocation    Preallocation mode (allowed values: off, metadata, falloc, full)
lazy_refcounts   Postpone refcount updates
#创建磁盘映像文件大小为20G
[root@node1 ~]# qemu-img create -f qcow2 -o preallocation=metadata /tmp/ 20G
Formatting '/tmp/', fmt=qcow2 size=21474836480 encryption=off cluster_size=65536 preallocation='metadata' lazy_refcounts=off
[root@node1 ~]# ls -lh /tmp/
-rw-r--r-- 1 root root 21G Dec 11 17:12 /tmp/
#将磁盘映像文件添加至kvm虚拟机中
[root@node1 ~]# virsh attach-disk  /tmp/ vdb
Disk attached successfully  #表示添加成功
[root@node1 ~]#
#在创建的kvm虚拟机中查看是否存在此虚拟磁盘
[root@localhost ~]# fdisk -l

Disk /dev/vda:  GB, 85899345920 bytes
16 heads, 63 sectors/track, 166440 cylinders
Units = cylinders of 1008 * 512 = 516096 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk identifier: 0x000ab84c

   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/vda1   *           3         409      204800   83  Linux
Partition 1 does not end on cylinder boundary.
/dev/vda2             409      125239    62914560   8e  Linux LVM
Partition 2 does not end on cylinder boundary.

Disk /dev/mapper/vg0-root:  GB, 21474836480 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 2610 cylinders
Units = cylinders of 16065 * 512 = 8225280 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk identifier: 0x00000000


Disk /dev/mapper/vg0-swap: 2147 MB, 2147483648 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 261 cylinders
Units = cylinders of 16065 * 512 = 8225280 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk identifier: 0x00000000


Disk /dev/mapper/vg0-usr:  GB, 10737418240 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 1305 cylinders
Units = cylinders of 16065 * 512 = 8225280 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk identifier: 0x00000000


Disk /dev/mapper/vg0-var:  GB, 21474836480 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 2610 cylinders
Units = cylinders of 16065 * 512 = 8225280 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk identifier: 0x00000000

#查看到此vdb时则说明添加至此的虚拟磁盘生效，可对其进行分区格式化使用
Disk /dev/vdb:  GB, 21478375424 bytes  
16 heads, 63 sectors/track, 41617 cylinders
Units = cylinders of 1008 * 512 = 516096 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk identifier: 0x00000000

[root@localhost ~]# fdisk -cu /dev/vdb
Device contains neither a valid DOS partition table, nor Sun, SGI or OSF disklabel
Building a new DOS disklabel with disk identifier 0x67288332.
Changes will remain in memory only, until you decide to write them.
After that, of course, the previous content won't be recoverable.

Warning: invalid flag 0x0000 of partition table 4 will be corrected by w(rite)

Command (m for help):
Disk /dev/vdb:  GB, 21478375424 bytes
16 heads, 63 sectors/track, 41617 cylinders, total 41949952 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk identifier: 0x35c26476

   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/vdb1            2048       20480        9216+  83  Linux
/dev/vdb2           20481    41949951    20964735+  83  Linux

Command (m for help): #后续即格式化挂载使用即可

总结：kvm虚拟化技术有着隔离的功能，应用程序都可在相互独立的空间运行而相互不影响彼此，在大型公司运用广泛，上诉所写的内容只是一个入门级别，知道相应的原理之后可结合使用脚本完成自动化的部署，通过脚本自动完成创建虚拟机。