KVM虚拟化技术实践
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作者：朱培 ID：sdksdk0
今天分享的文章是关于云计算中的kvm（虚拟化技术），通过本文你可以知道的是kvm是干什么的，如何使用kvm，如何通过java操作xml从而生成生成虚拟机。
一、虚拟化简介
系统虚拟化是将底层物理设备与上层操作系统、软件分离的一
种去耦合技术，在一台物理机器上逻辑的划分出多台机器。
• 虚拟化的目标是实现IT资源利用效率和灵活性的最大化
在一台物理主机上虚拟出多个虚拟计算机（虚拟机，Virtual
Machine，VM），其上能同时运行多个独立的操作系统，这
些客户操作系统（Guest OS）通过虚拟机管理器（Virtual
Machine Monitor，VMM，也称作Hypervisor）访问实际
的物理资源。
KVM 全称是 基于内核的虚拟机（Kernel-based
Virtual Machine），它是一个 Linux 的一个内核模块，该内
核模块使得 Linux 变成了一个 Hypervisor：
它由 Quramnet 开发，该公司于 2008年被 Red Hat 收购。
• 它支持 x86 (32 and 64 位), s390, Powerpc 等 CPU。
• 它从 Linux 2.6.20 起就作为一模块被包含在 Linux 内核中。
• 它需要支持虚拟化扩展的 CPU。
• 它是完全开源的。
二、使用虚拟化的原因
为什么我们要使用虚拟化技术。当公司的服务器越来越多，我们需要充分利用资源，也需要统一运维管理。
主要原因可以总结如下：
- 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 - 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 - 具备灵活数据备份和应用迁移机制，保
障服务永不中断 - 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。
虚拟化分为3类
- 全虚拟化
- 半虚拟化
- 硬件辅助的虚拟化
无虚拟化
- – CPU一般设为四个Ring
- – Kernel Mode一般跑在Ring 0上
- – User Mode一般跑在Ring 3上
- – 对于一个普通的传统的Linux系统没有问题
• 虚拟化
- – 在Guest机器和Host机器中间加一层Hypervisor
- – Host机器看它像跑在自己上面的程序
- – Guest机器看它像自己所运行的硬件
- – 如果Host机器和Guest机器都跑相同的Linux，它们的Kernel都想运行在Ring 0。
三、常见的虚拟化技术
例如很常见的VMWare、VirtualBox、Citrix Xen、kvm等。桌面虚拟化 将原本在本地电脑安装的桌面系统统一在后端数据中心进
行部署和管理； 用户可以通过任何设备，在任何地点，任何时间访问属于
自己的桌面系统环境。还有服务器虚拟化。包括全虚拟化(Full-Virtulization)：
无需修改操作系统，VM ESXi、Linux KVM
• 半虚拟化(Para-Virtulization)：
集成半虚拟化代码，直接运行特权指令，性能接近物理机，需要修改操作
系统，
MS Hyper-V、 Ctrix Xen、IBM PowerVM
• 操作系统层虚拟化
开发、测试环境，VM Workstation、VM Server
四、kvm环境配置
下面介绍的操作流程是在centos6.6系统中演示。首先把防火墙关掉：
Service iptables stop
Chkconfig iptables off如果你的是centos7关闭防火墙：
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service1、进行cpu检测，
egrep -c '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo命令结果大于0表示cpu支持虚拟化。如果是等于0，就需要手动勾选虚拟化引擎。
如果linux的系统是在VMware Workstation上的，需要将cpu设置为支持硬件虚拟化。需要在设置中把处理器核数里面的虚拟化引擎（虚拟化Intel VT-X/EPT…）这个选项勾上。
2、kvm安装
安装命令kvm：
yum install qemu-kvm• 安装虚拟化管理工具:
yum install virt-manager libvirt libvirt-python python-virtinst bridge-utils• 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。
• Virsh：基于 libvirt 的 命令行工具 （CLI）
• Virt-Manager：基于 libvirt 的 GUI 工具
3、kvm内核模块
将kvm嵌入到内核：
modprobe kvm
modprobe kvm-intel然后使用命令查看是否已经嵌入成功，
lsmod | grep kvm如果显示下面的结果则代表嵌入成功。
[root@controller ~]# lsmod | grep kvm
kvm_intel 55496 0
kvm 337900 1 kvm_intel
[root@controller ~]#
4、启动libvirt
service libvirtd restart
chkconfig libvirtd on5、资源准备
新建kvmtest目录。我们就是这个目录下进行kvm测试。
mkdir /kvmtest然后将已经下载好的 CentOS-6.8-x86_64-minimal.iso上传到这个/kvmtest目录下。这里需要说明一下，我的系统是centos6.6的，然后对于6.6或者6.8的迷你版系统兼容更好，否则我们在后面创建电脑之后可能会发生无法启动的问题。对于其他版本开机时可能会遇到 “no filename or root path specified”的错误。
6、创建安装盘
qemu-img create -f qcow2 /kvmtest/centos-6.8.qcow2
10G7、创建虚拟机
virt-install --virt-type kvm --name centos-6.8 --ram 1024 \
--vcpus 1 \ --cdrom=/kvmtest/CentOS-6.8-x86_64-minimal.iso \ --disk /kvmtest/centos-6.8.qcow2,format=qcow2 \ --network network=default \ --graphics vnc,listen=0.0.0.0 --noautoconsole \ --os-type=linux --os-variant=rhel6以下是各参数代表的意思：
- -n NAME
指定虚拟机的名称 - -r MEMORY
指定虚拟机的内存用量 - -u UUID
指定虚拟机的唯一通用标识符
（Universally Unique Identifier，UUID）。
省略这个参数时，virt-install 将会自动产生 - –vcpus=VCPUS
指定虚拟机的虚拟 CPU （Virtual CPU，VCPU） 数量
-f DISKFILE
指定虚拟磁盘的文件路径名称
-s DISKSIZE
用来指定虚拟磁盘的大小，这个参数需配合-f 使用。
DISKSIZE为虚拟磁盘的大小，单位是GB
-m MAC
指定虚拟机的网络卡之硬件地址。
这个参数可以省略，省略时virt-install 将自动产生
-p 以半虚拟化的方式建立虚拟机
-l LOCATION 指定安装来源
8、创建完成之后我们就可以使用命令来查看虚拟机了。
virsh list --all因为我这边创建了3台，所以可以看到有3台虚拟机。
shut off代表的是关机中的意思。你可以参照下面的命令来查看虚拟机的信息。
例如我这里需要开启一台，命令就是
virsh start centos-6.8
virsh list # 显示本地活动虚拟机
• virsh start openSuse # 启动名字为ubuntu的非活动虚拟机
• virsh create ubuntu.xml # 创建虚拟机（创建后，虚拟机立即执行，成为活
动主机）
• virsh suspend openSuse # 暂停虚拟机
• virsh resume ubuntu # 启动暂停的虚拟机
• virsh shutdown ubuntu # 正常关闭虚拟机
• virsh destroy ubuntu # 强制关闭虚拟机
• virsh dominfo openSuse # 显示虚拟机的基本信息
• virsh dumpxml openSuse # 显示虚拟机的当前配置文件
• virsh setmem ubuntu 51200 # 给不活动虚拟机设置内存大小
• virsh setvcpus ubuntu 4 # 给不活动虚拟机设置cpu个数
• virsh edit ubuntu # 编辑配置文件（一般用在刚定义完VM）
9、客户端连接。
我们可以使用命令
netstat -natp
来查看启动的进程。我们可以看到5900端口的进程是/qemu-kvm。
启动一台是5900，那么启动两台就是5900和5901，依次类推。
我们可以在window系统中使用vnc-4_1_3-x86_win32_viewer.exe来连接。
输入ip地址和端口号进行连接，例如的我的是192.168.44.146
然后就和平常的linux系统的安装流程来操作就行。安装好之后就可以连接进来操作即可。root 123456
在这里把电源模块安装好。
电源管理:
yum install acpid
yum install tcpdump
五、kvm的xml文件
我们需要知其然也要知其所以然。那么我们是怎样做到在VMware Workstation虚拟出来的centos6.6系统中再其中虚拟化出来一台centos6.8系统。
使用ifconfig命令可以查看IP网络配置。
我们进入到/etc/libvirt/qemu目录下。我们可以看到有centos-6.8.xml文件。
在这个xml文件可以看到里面有虚拟机名字配置，磁盘大小配置等。那么这样我们就可以看出来了，原来这样一个centos6.8只需要一个xml文件就可以搞定，是不是我们可以复制一份这个xml文件就可以生成一个虚拟机了呢？答案是肯定了，激动人心的时候到了，那么我们就复制一份珍贵xml文件，然后改改名字呗。
cp centos-6.8.xml centos-6.8.01.xml
然后vi新的这个centos-6.8.01.xml文件，将其虚拟机名字改为centos-6.8.01，这样我们就有了一台新的虚拟机了。
那么我们如何启动我们刚才新的这台机器了。使用下面的命令：
virsh define 模板文件路径
例如我的是：
virsh define /etc/libvirt/qemu/centos-6.8.02.xml
如果我们不想要了可以使用下面的命令移除虚拟机（virsh undefine 虚拟机名)
virsh undefine centos-6.8
六、通过JAVA编程控制KVM
在上一个章节中我们知道了一个kvm虚拟机我们可以使用xml文件来控制，那么我们自然也可以用java程序来写xml文件，从而生成虚拟机。如果你使用过阿里云或者腾讯云等云服务器的话你就知道，上面可以自定义选择cpu核数内存磁盘什么的，不就类似操作不同的参数，从而生成不同的xml文件，最后生成云服务器了。现在对于阿里腾讯等这些云服务器又增加的想法没，嘿嘿嘿！
在Libvirt中有使用java操作kvm的API。
我们知道在我的centos6.6中安装了qume-kvm，那么我们想要从其他地方（例如windos中）想要远程访问怎么办呢？所以我们需要对linux服务器做相应的设置，把端口打开，这样才能让其他的来访问我这个kvm，从而进行操作。
1、启用tcp的端口。修改配置文件
vi /etc/sysconfig/libvirtd
然后打开里面的如下内容，把“#”去掉
LIBVIRTD_CONFIG=/etc/libvirt/libvirtd.conf
LIBVIRTD_ARGS="--listen"
然后再下面的文件中修改：
vi /etc/libvirt/libvirtd.conf
listen_tls = 0
listen_tcp = 1
tcp_port = “16509”
listen_addr = “0.0.0.0”
auth_tcp = “none”连接测试：
在window中安装Libvirt，然后打开virsh-launcher.bat
virsh -c qemu+tcp://192.168.44.146/system在这里我们可以看到在之前linux服务器中的虚拟机。
3、在eclipse中操作kvm
新建java工程，导入libvirt-0.5.1.jar和jna-3.5.0.jar。
然后就可以愉快的进行编码操作了：
public class Test {
public static void testVM() {
try {
Connect conn = new Connect("qemu+tcp://192.168.44.146/system");
conn.domainLookupByName("centos-6.8").shutdown();
// conn.domainLookupByName("centos-6.6-02").create();
// conn.domainLookupByName("centos-6.6").shutdown();
// conn.domainLookupByName("centos-6.6-02").create();
} catch (LibvirtException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) {
testVM();
}
}在这里shutdown是可以关机，然后create是开机，而不是我们传统理解上的start。当然你有强迫症的话可以通过修改源码将create方法改为start。
4、生成xml文件
public class Test02 {
public static void main(String[] args) {
Connect conn = null;
int flags = 0;
//jdom dom4j
try {
conn = new Connect("qemu+tcp://192.168.44.146/system");
String dumpxml ="<domain type='kvm'> "+
" <name>bjsxtvm03</name> "
+ " <memory unit='KiB'>1048576</memory>"
+ " <currentMemory unit='KiB'>1048576</currentMemory>"
+ " <vcpu placement='static'>1</vcpu>"
+ " <os>"
+ " <type arch='x86_64' machine='rhel6.6.0'>hvm</type>"
+ " <boot dev='hd'/>"
+ " </os>"
+ " <features>"
+ " <acpi/>"
+ " <apic/>"
+ " <pae/>"
+ " </features>"
+ " <clock offset='utc'/>"
+ " <on_poweroff>destroy</on_poweroff>"
+ " <on_reboot>restart</on_reboot>"
+ " <on_crash>restart</on_crash>"
+ " <devices>"
+ " <emulator>/usr/libexec/qemu-kvm</emulator>"
+ " <disk type='file' device='disk'>"
+ " <driver name='qemu' type='qcow2' cache='none'/>"
+ " <source file='/kvmtest/centos-6.6-04.qcow2'/>"
+ " <target dev='vda' bus='virtio'/>"
+ " <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x05' function='0x0'/>"
+ " </disk>"
+ " <disk type='block' device='cdrom'>"
+ " <driver name='qemu' type='raw'/>"
+ " <target dev='hdc' bus='ide'/>"
+ " <readonly/>"
+ " <address type='drive' controller='0' bus='1' target='0' unit='0'/>"
+ " </disk>"
+ " <controller type='usb' index='0' model='ich9-ehci1'>"
+ " <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x04' function='0x7'/>"
+ " </controller>"
+ " <controller type='usb' index='0' model='ich9-uhci1'>"
+ " <master startport='0'/>"
+ " <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x04' function='0x0' multifunction='on'/>"
+ " </controller>"
+ " <controller type='usb' index='0' model='ich9-uhci2'>"
+ " <master startport='2'/>"
+ " <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x04' function='0x1'/>"
+ " </controller>"
+ " <controller type='usb' index='0' model='ich9-uhci3'>"
+ " <master startport='4'/>"
+ " <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x04' function='0x2'/>"
+ " </controller>"
+ " <controller type='ide' index='0'>"
+ " <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x01' function='0x1'/>"
+ " </controller>"
+ " <interface type='network'>"
+ " <source network='default'/>"
+ " <model type='virtio'/>"
+ " <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x03' function='0x0'/>"
+ " </interface>"
+ " <serial type='pty'>"
+ " <target port='0'/>"
+ " </serial>"
+ " <console type='pty'>"
+ " <target type='serial' port='0'/>"
+ " </console>"
+ " <input type='tablet' bus='usb'/>"
+ " <input type='mouse' bus='ps2'/>"
+ " <graphics type='vnc' port='-1' autoport='yes' listen='0.0.0.0'>"
+ " <listen type='address' address='0.0.0.0'/>"
+ " </graphics>"
+ " <video>"
+ " <model type='cirrus' vram='9216' heads='1'/>"
+ " <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x02' function='0x0'/>"
+ " </video>"
+ " <memballoon model='virtio'>"
+ " <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x06' function='0x0'/>"
+ " </memballoon>" + "</devices>" + "</domain>";
Domain dm = null;
Domain dm1 = conn.domainDefineXML(dumpxml);
dm1.create();//start
//Domain dm1 = conn.domainDefineXML(dumpxml); //创建一个域，但不启动
//dm1.undefine(); //undefind一个域，如果活动，则不停止
/****
try{
Domain dm1 =conn.domainLookupByName("bjsxtvm03");
}
catch (LibvirtException e) {
System.out.println("libvirt 错误" + e);
// TODO: handle exception
}
if(dm!=null)
{
dm.undefine();
}
****/
/********
Domain dm2 = conn.domainDefineXML(dumpxml);
dm2.undefine();
*******/
} catch (LibvirtException e) { //LibvirtException 返回错误详细信息
System.out.println("exception caught:" + e);
System.out.println("获取的错误;" + e.getError());
}
System.out.println("Clean exit");
}
}这里特别提醒一下，在window中操作kvm可能会遇到各种奇奇怪怪的问题，毕竟版本兼容比较麻烦。强烈建议在centos图形版的eclipse中连接kvm操作。
总结：虚拟化技术为日后的云平台的架设打好基础，如果对于kvm不理解的话，那么对于openstack的学习还是会有一定的影响。平时需要对学习进行总结，找到知识互通的地方。这样对于云计算整体算是基础的认知。对于kvm在本篇文章中没有介绍到的有网络桥接，增加磁盘配置。