KVM架构与管理
一、KVM 架构介绍
虚拟化（系统虚拟化）：是指通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机。在一台计算机上同时运行多个逻辑计算机，每个逻辑计算机可运行不同的操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率
名词：物理机或宿主机（Host，即真机）、虚拟机里面系统（Guest OS）
虚拟机不能直接与物理机资源访问，必须通过VMM（虚拟机管理程序，即VDSM或称Hypervisor)才能访问物理机资源
虚拟化类型
-
全虚拟化（本地虚拟化、硬件辅助全虚拟化）：虚拟机中运行的软件与系统不需经过任何修改，就好比运行在真实硬件一样；但依然使用虚拟硬件设备，并且需要硬件支持，物理机需支持虚拟化功能（grep -E ‘vmx svm’ /proc/cpuinfo，查询intel与AMD是否支持）
- 半虚拟化：另一种类似于全虚拟化的热门技术，它使用Hypervisor(虚拟机管理程序)分享存取底层的硬件, 但是它的客户操作系统集成了虚拟化方面的代码，该方法无需重新编译或引起陷阱，因为操作系统自身能够与虚拟进程进行很好的协作；但半虚拟化需要客户操作系统做一些修改（配合VDSM），这是一个不足之处，但是半虚拟化提供了与原始系统相近的性能，与全虚拟化一样，半虚拟化可以同时能支持多个不同的操作系统
虚拟化架构
- 寄居架构：就是在操作系统之上安装和运行虚拟化程序，依赖于主机操作系统对设备的支持和物理资源的管理
- 裸金属架构（原生架构）：就是直接在硬件上面安装虚拟化软件，再在其上安装操作系统和应用，依赖虚拟层内核和服务器控制台进行管理。
二、KVM简介
KVM是Kernel Virtual Machine的简写，使用半虚拟化技术创建虚拟机的模块，目前Red Hat只支持在64位的RHEL 5.4及以上的系统运行KVM（其余发行版也可使用），同时硬件需要支持VT技术；KVM的前身是QEMU，2008年被Red Hat公司收购并获得一项hypervisor技术，不过Red Hat的KVM被认为是将成为未来Linux hypervisor的主流，准确来说，KVM仅仅是Linux内核的一个模块，管理和创建完整的KVM虚拟机，需要更多的辅助工具
KVM自Linux 2.6.20版本后就直接整合到Linux内核，它依托CPU和虚拟化指令集（如Inter-VT、AMD-V）实现高性能的虚拟化支持；由于与Linux内核高度整合，因此在性能、安全性、兼容性、稳定性上都有很好的表现
图上简单描述了KVM虚拟化架构，在KVM环境中运行的每个虚拟化操作系统都将表现为单个独立的系统进程。因此它可以很方便地与Linux系统中的安全模块进行整合（SElinux），可以灵活地实现资源的管理及分配
三、KVM安装
安装前要查看 CPU 是否支持虚拟化
Intel CPU：cat /proc/cpuinfo |grep --color vmx
AMD CPU：cat /proc/cpuinfo |grep --color smv
关闭selinux与firewalld
-
systemctl stop firewalld
-
setenforce 0
若以上操作有输出,就说明 CPU 支持虚拟化
实验环境注意勾选”CPU虚拟化”
1.安装方式
- 新装系统
最简单的安装方法就是在安装系统的时候，选择桌面安装，然后选择虚拟化选项
- 已装系统
在已有系统基础上，只需安装KVM所需软件即可
配置本地yum源
[root@kvm ~]# yum -y groupinstall "X Window System" //安装软件包组支持桌面环境
[root@kvm ~]# yum -y groupinstall "GNOME Desktop" //安装软件包组Gnome桌面
[root@kvm ~]#ln -sf /lib/systemd/system/runlevel5.target /etc/systemd/system/default.target //设置开机默认为图形化界面
[root@kvm ~]#ln -sf /lib/systemd/system/runlevel3.target /etc/systemd/system/default.target //设置开机默认为命令行界面
[root@kvm ~]#reboot //重启生效
[root@kvm ~]#yum -y install qemu-kvm //KVM模块
[root@kvm ~]#yum -y install qemu-kvm-tools //KVM调试工具，可不安装
[root@kvm ~]#yum -y install bridge-utils //网络支持工具
[root@kvm ~]#yum -y install virt-install //命令管理虚拟机工具
[root@kvm ~]#yum -y install libvirt //虚拟机管理工具
[root@kvm ~]#yum -y install virt-manager //图形界面管理虚拟机
[root@kvm ~]#yum -y install libguestfs-tools //virt-cat等命令的支持软件包
[root@kvm ~]#reboot //重启系统
[root@kvm ~]#lsmod | grep kvm //检查KVM模块是否安装
2.设置KVM网络
宿主服务器安装完成KVM，首先要设定网络，在libvirt中运行KVM网络有两种方法：NAT和Bridge，默认是NAT
- 用户模式：即NAT方式，这种方式是默认网络，数据包由NAT方式通过主机的接口进行传送，可以访问外网，但是无法从外部访问虚拟机网络
- 桥接模式：即Bridge方式，这种模式允许虚拟机像一台独立的主机一样拥有网络，外部的机器可以直接访问到虚拟机内部，但需要网卡支持，一般有线网卡都支持
Bridge（桥接）模式配置
新安装的KVM没有桥接网络，所以需要配置桥接
[root@kvm ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eno16777728
TYPE=Ethernet
DEVICE=eno16777728
ONBOOT=yes
BRIDGE=br0
[root@kvm ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-br0
TYPE=Bridge
BOOTPROTO=dhcp
DEVICE=br0
ONBOOT=yes
[root@kvm ~]# systemctl restart network
出现以上信息，说明桥接成功
3.KVM虚拟机安装
3.1 创建存储池
在安装虚拟机之前，为了方便管理虚拟机的磁盘及镜像文件，一般建议单独新建存储池（即磁盘文件和镜像存储位置指定）
[root@kvm ~]# mkdir -pv /kvm/{store,iso} //新建磁盘及镜像存储目录
[root@kvm ~]# virt-manager //开启图形化管理工具
双击”QEMU/KVM”，选择”存储选项卡”，然后单击”+”按钮新建存储池
根据提示输入存储池名称，如store
指定store存储池里面内容的存储目录（该处为之前新建的/kvm/store）
同样的操作再创建一个镜像存储池，命名为iso
目录为kvm/iso即可
3.2 上传镜像到镜像池
存储池创建完成后，就可以将安装系统的ISO镜像文件上传到/kvm/iso目录，以方便后续安装系统使用
上传过程略…，这里以Centos 6.5 64bit镜像为例
3.3 新建存储卷
存储卷即安装系统时虚拟机所使用的磁盘文件，那么在vmware软件中是在新建虚拟机时可选择磁盘文件的位置和大小，而KVM可提前新建虚拟机所使用磁盘文件及大小（当然也可直接使用默认KVM创建的default存储池空间），相比更加灵活
单击刚创建好的”store”存储池，单击对话框右侧的“加号”按钮建立一个存储卷
设置新建存储卷取名并指定卷最大容量（格式选择”qcow2”不然不能快照）
3.4 新建虚拟机
回到虚拟系统管理器后，选择”新建虚拟机”选项
选择“本地安装介质“，点击”前进”
指定安装镜像文件，勾选“根据安装介质自动侦测操作系统”
选择内存大小和CPU数量，点击“前进”
选择虚拟机产生文件存储位置，这里选择之前新建存储卷”Centos_6.5”使用它的空间
设置虚拟机的名称，并且勾选“在安装前自定义配置”
设置显示 spice 类型为“VNC服务器”，地址为“所有接口”，键盘布局和真机一样（一定选择，不然里面键盘输入有问题）
开始引导安装系统（其余硬件调整和VMware使用差不多，这里不再阐述）
安装过程略。
4.KVM基本功能管理
4.1 KVM配置文件存放目录
[root@kvm ~]# ls /etc/libvirt/qemu
centos6.5.xml networks
4.2查看虚拟机状态
[root@kvm ~]# virsh list --all
Id 名称 状态
----------------------------------------------------
4 centos6.5 running
4.3 虚拟机关机、开机、开机自启等操作
关机
[root@kvm ~]# virsh shutdown centos6.5 //关闭名为Centos6.5的KVM虚拟机
[root@kvm ~]# virsh list --all
Id 名称 状态
----------------------------------------------------
4 centos6.5 shut off
- 注：KVM虚拟机默认是无法用virsh shutdown进行关机的，如果要想使用该命令关机，则必须在kvm虚拟机上安装acpid包，启动acpid服务，并且加入开机启动（并且shutdown命令只能在虚拟机启动后才能关闭）
开机
[root@kvm ~]# virsh start cento6.5 //开启名为centos6.5的kvm虚拟机
[root@kvm ~]# virsh list --all
Id 名称 状态
----------------------------------------------------
4 centos6.5 running
强制关机
[root@kvm ~]# virsh destroy centos6.5 //强制关闭名为centos6.5的KVM虚拟机
挂起（暂停）
[root@kvm ~]# virsh suspend centos6.5 //挂起名为centos6.5的虚拟机
[root@kvm ~]# virsh list --all
Id 名称 状态
----------------------------------------------------
6 centos6.5 pausd
恢复虚拟机
[root@kvm ~]# virsh resume centos6.5
开机自启KVM虚拟机
[root@kvm ~]# virsh autostart centos6.5
域 centos6.5标记为自动开始
配置文件备份
[root@kvm ~]# virsh dumpxml centos6.5 >/etc/libvirt/qemu/centos6.5.xml.bak //导出虚拟机配置文件做备份（配置文件中存储虚拟机配置情况等，如CPU、内存等）
删除KVM虚拟机
[root@kvm ~]# virsh undefine centos6.5 //删除名为centos6.5的KVM虚拟机
域 centos6.5 已经被取消定义
[root@kvm ~]# virsh list --all
Id 名称 状态
----------------------------------------------------
- 注：”undefine”选项只会删除该虚拟机配置文件，而使用的磁盘文件不会删除，如需要彻底删除注意删除磁盘文件；如果只是删除配置文件，当有备份的配置文件时，还可恢复该虚拟机
添加KVM虚拟机
[root@kvm ~]# virsh define /etc/libvirt/qemu/centos6.5.xml.bak 通过之前备份的配置文件，重新将centos6.5虚拟机添加
定义域 centos6.5（从 /etc/libvirt/qemu/centos6.5.xml.bak）
[root@kvm ~]# virsh list --all
Id 名称 状态
----------------------------------------------------
- centos6.5 关闭
修改KVM虚拟机配置信息
[root@kvm ~]# virsh edit centos6.5 //编辑虚拟机centos6.5的配置文件
centos6.5
b1aed133-f66e-472f-bd2f-741d94e30e96
1048576
1048576
1
/machine
.....
[root@kvm ~]# vim /etc/libvirt/qemu/centos6.5.xml //也可直接编辑配置文件，但不建议使用
5 KVM高级功能管理
5.1 raw磁盘格式转换为qcow2磁盘格式
KVM虚拟机常用磁盘格式为raw与qcow2格式，默认使用qcow2格式，那么其中raw格式的磁盘性能最好、速度最快，但不支持AES加密、zlib磁盘压缩等新功能，而qcow2格式磁盘存储空间更小，并支持AES加密、zlib、快照等新功能，缺点是性能较差 如果想管理指定虚拟机磁盘（如分区情况、磁盘数量等），可以使用”libguestfs-tools”工具（一般默认安装），下面举例，说明如和转换磁盘格式
qemu-img info /kvm/store/centos6.5 //查看指定磁盘文件的信息（如磁盘格式、占用磁盘大小等）
qemu-img convert -f raw -O qcow2 raw格式磁盘镜像路径 qcow2格式磁盘镜像路径
选项：
- -c：对输出的镜像文件进行压缩，但只有qcow2和qcow格式支持
- -f：指定源磁盘格式
- -O：指定转换后磁盘格式
qemu-img convert -f raw -O qcow2 /kvm/store/centos6.5 /kvm/store/centos6.5.qcow2 //将指定raw格式文件转换为qcow2磁盘格式文件（注意该虚拟机需关机）
qemu-img info /kvm/store/centos6.5.qcow2 //查看转换后磁盘格式信息
- 注：转换后，需更改KVM虚拟机配置文件，因为虚拟机中还是用原磁盘格式文件，需要更改为新转换后的磁盘文件，才能使用新磁盘格式
virsh edit centos6.5 //编辑指定名为centos6.5虚拟机配置文件
24 5.2 管理KVM虚拟机文件
virt-cat -a 磁盘文件路径 文件绝对路径 //查看指定KVM虚拟机磁盘文件里指定路径内容
[root@kvm ~]# virt-cat -a /kvm/store/Centos6.5 /etc/sysconfig/network //查看centos6.5磁盘文件中/etc/sysconfig/network内容
virt-edit -a 磁盘文件路径 文件决定路径 //编辑指定KVM虚拟机磁盘文件里指定路径内容
[root@kvm ~]# virt-edit -a /kvm/store/Centos6.5 /etc/sysconfig/network
virt-df -h 虚拟机名称 //查看指定KVM虚拟机磁盘使用情况
5.3 虚拟机克隆
克隆：即将虚拟机复制一份，快速创建一个同样的虚拟机，节省时间并提高创建效率
virt-clone -o 源虚拟机名称 -n 克隆的虚拟机名称 -f 克隆的虚拟机磁盘文件路径
[root@kvm ~]# virt-clone -o centos6.5 -n centos6.5_clone -f /kvm/store/Centos6.5_clone //将centos6.5虚拟机克隆，生成centos6.5_clone并指定磁盘文件路径（注意克隆的虚拟机必须关机）
[root@kvm ~]# virsh list --all
Id 名称 状态
----------------------------------------------------
- centos6.5 关闭
- centos6.5_clone 关闭
5.4 虚拟机快照
快照：将虚拟机系统的某个状态保存，通过快照可快速恢复到虚拟机系统的某个状态
- 注：KVM快照只支持qcow2磁盘格式，如不是需转换
创建快照 virsh snapshot-create 虚拟机名称
[root@kvm ~]# virsh snapshot-create centos6.5 //给名为centos6.5虚拟机创建快照
已生成域快照 1558427973
查看快照信息 virsh snapshot-list 虚拟机名称
[root@kvm ~]# virsh snapshot-list centos6.5 //查看指定虚拟机所有创建的快照信息
名称 生成时间 状态
------------------------------------------------------------
1558427973 2019-05-21 16:39:33 +0800 shutoff
[root@kvm ~]# virsh snapshot-current centos6.5 //查看名为centos6.5虚拟机详细快照信息
1558427973
shutoff
1558427973
......
恢复快照 virsh snapshot-revert 虚拟机名称 快照序号
[root@kvm ~]# virsh snapshot-revert centos6.5 1558427973 //将名为centos6.5的虚拟机恢复到"Name"为1558427973时的状态
删除快照 virsh snapshot-delete 虚拟机名称 快照序号
[root@kvm ~]# virsh snapshot-delete centos6.5 1558427973 //将centos6.5虚拟机"Name"为1558427973的快照删除
已删除域快照 1558427973