KVM虚拟化平台部署
- 一、虚拟化概述
- 1、虚拟化技术
- 2、虚拟化技术的发展
- 3、虚拟化类型
- 4、虚拟化优劣势
- （1）、优势
- （2）劣势
- 二、KVM简介
- 1、广义KVM
- 2、KVM虚拟化架构及三种模式
- 3、KVM原理
- 4、KVM工作流程
- 三、KVM宿主机部署
- 1、实验环境部署
- 2、实验环境部署
- 3、安装KVM
- 4、设置网络
- 5、 KVM部署与管理
一、虚拟化概述
1、虚拟化技术
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允许多个逻辑计算机
同时每个逻辑计算机可运行不同的操作系统，应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互相不影响，从而提高计算机的工作效率。
2、虚拟化技术的发展
（1）1961年，IBM709机器实现了分时系统，将CPU占用切分为多个极短的时间片（1/100sec）每一个时间片执行不同的工作，通过对这些时间片进行轮询从而将一个CPU伪装成多个CPU
（2）1972年，IBM正式将system370机分时系统命名为虚拟机
（3）1990年，IBM推出的system390机支持逻辑分区（将一个CPU分为多份，相互独立，也就是逻辑分割）
（4）Xen 2003年问世，是一个外部的hypervisor/VMM程序（虚拟机管理程序），能够控制宿主机和给多个客户机分配资源
（5）KVM：2007年问世，现已内置在kernel内核中的
（6）Xen 支持的虚拟化技术：全虚拟化，半虚拟化
（7）KVM支持的虚拟机化技术：全虚拟化
3、虚拟化类型
（1）全虚拟化：将物理硬件资源全部通过软件的方式抽象化，最后进行调用
白使用的方法:使用hypervisor (VMM)软件，其原理是在底层硬件和服务器之 间建立一个抽象层，而基于核心的虚拟机是面向Linux系统的开源户品hypervisor(VMM)可以捕捉CPU的指令,为指令访问硬件控制器和外设充当中介。
（2）半虚拟化;需要修改操作系统
（3）直通：直接使用物理硬件资源（需要支持，还不完善）
4、虚拟化优劣势
（1）、优势
①集中化管理（运程管理、维护）
②提高硬件利用率（物理资源利用率低例如峰值，虚拟化解决了“空闲”容量）
③动态调整机器/资源配置（虚拟化把系统的应用程序和服务硬件分离、提高了灵活性）
④高可靠（可部署额外的功能和方案，可提高透明负载均衡、迁移、恢复复制等应用环境）
（2）劣势
①前期高额费用（初期的硬件支持）
②降低硬件利用率（特定场景：例如极度吃资源的应用不一定适合虚拟化）
③更大的错误影响面（本地物理机down机会导致虚拟机均不可用，同时可能虚拟机中文件全部损坏）
④实施配置复杂、管理复杂（管理人员运维、排障困难）
⑤一定的限制性（虚拟化技术涉及各种限制，必须与支持/兼容虚拟化的服务器、应用程序及供应商结合使用）
⑥安全性（虚拟化技术自身的安全隐患）
二、KVM简介
1、广义KVM
KVM (Kernel-based Vritual Machine)–基于内核的虚拟机
KVM是基于虚拟化打展的X86硬件的开源Linux原生的全虚拟化方案(要求cpu支持Intel-VT-x或AMD-V)
KVM内嵌于内核模块中，模拟处理器和内存以支持虚拟机运行
虚拟机被实现为常规的Linux进程，由标准Linux调度程序进行调度;
虚拟机的每个虚拟CPU被实现为一个常规的Linux进程。这使得KMV能够使用Linux内核的已有功能
但KVM本身不执行任何模拟。需要客户空间程序(虚拟机)通过/dev/kvm (此虚拟设备需要开起硬件辅助虚拟化才能看到)接口设置一个客户机虚拟服务器的地址 空间,
并且由Qemu模拟/O (ioctl) 进行调度资源和维护管理
Libvit: KVM的管理工具，除了可以管理KVM这类VMM,还可以管理Xen, VirtualBox, 甚至OpenStack底层
Libvirt包含3个组件:后台daemon程序libvirtd. API库、 命令行I具virsh
2、KVM虚拟化架构及三种模式
（1） 客户模式(guestOS):VM中的OS为GuestOS
客户机在操作系统中运行的模式，客户机分为内核模成和用户模式
（2）用户模式:
为用户提供虚拟机管理的用户空间工具以及代表用户执行I/O, Qemu工作在此模式下(Qemu的主要功能)
（3）linux内核模式
模拟CPU、内存，实现客户模式切换，处理从客户模式的推出，KVM即运行在此模式下
3、KVM原理
（1） Guest:客户机系统，包括CPU (vCPU) 、内存、驱动(Console、 网卡、I/O设备驱动等)
被KVM置于一种受限制的CPU模式下运行。
（2）KVM内核模块模拟处理器和内存以支持虚拟机运行
（3）Qemu主要处理I/O以及为客户提供一 个用户空间/dev/kvm工具libvirt来进行虚拟机管理
ioctl(定义)专用于设备输入输出操作的系统调用
libvirt: KVM管理工具
注：KVM驱动提供处理器、内存的虚拟化，以及客户机I/O的拦截，guest的I/O被拦截后，交由Qemu处理
Qemu利用接口libkvm调用(ioctl）虚拟机设备接口/dev/kvm来分配资源、管理、维护虚拟机
4、KVM工作流程
用户模式的Qemu利用接口libkvm 通过 ioctl系统调用进入内核模式。KVM驱动为虚拟机创建虚拟CPU和虚拟内存，然后执行VMLAU-NCH指令进入客户模式，装载Guest OS并运行。Guest OS运行过程中如果发生异常，则暂停Guest OS的运行并保存当前状态同时退出到内核模式来处理这些异常。
内核模式处理这些异常时如果不需要V/O则处理完成后重新进入客户模式。如果需要V/O则进入到用户模式，则由Qemu来处理I/O，处理完成后进入内核模式，再进入客户模式
三、KVM宿主机部署
1、实验环境部署
CPU：双核双线程-CPU虚拟化开启
内存：8G
硬盘：300G
网卡：单网卡
操作系统：Centos7.6
2、实验环境部署
（1）修改主机名
hostnamectl set-hostname kvm
su -
（2）将镜像光盘设为自动挂载
vim /etc/fstab
/dev/cdrom /mnt iso9660 defaults 0 0
mount -a
df -hT
（3）环境优化
设置DNS反向解析#是否反解DNS，设置为NO可以让客户端连接服务器更快
vim /etc/ssh/sshd_config
UseDNS no #取消DNS注释，改为NO
（4）制作本地YUM仓库
cd /etc/yum.repos.d/
mkdir bak
mv CentOS-* bak
vim local.repo
[kvm]
name=kvm
baseurl=file:///mnt
gpgcheck=0
enabled=1
yum clean all
yum makecache
（5）关闭防火墙
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0
3、安装KVM
# 安装 GNOME 桌面环境 如果装了图形界面可以不需要装
yum groupinstall -y "GNOME Desktop"
# KVM 模块
yum -y install qemu-kvm
# 安装KVM 调试工具,可不安装
yum -y install qemu-kvm-tools
# 构建虚拟机的命令行工具
yum -y install virt-install
# qemu 组件,创建磁盘、启动虚拟机等
yum -y install qemu-img
# 网络支持工具
yum -y install bridge-utils
# 虚拟机管理工具
yum -y install libvirt
# 图形界面管理虚拟机
yum -y install virt-manager
# 检测CPU是否支持虚拟化
cat /proc/cpuinfo | grep vmx
#查看KVM模块是否已安装；Lsmod：显示已载入的系统模块
lsmod | grep kvm
#设置开启启动界面的显示模式
ln -sf /lib/systemd/system/graphical.target /etc/systemd/system/default.target4、设置网络
KVM网络的两种模式：
NAT: 默认设置，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
网桥：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)
#使用Bridge网桥模式进行部署
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
TYPE=Ethernet
PROXY_METHOD=none
BROWSER_ONLY=no
BOOTPROTO=none
#IPADDR=192.168.177.30
#NETMASK=255.255.255.0
#GATEWAY=192.168.177.2
#DNS1=192.168.177.2
DEFROUTE=yes
IPV4_FAILURE_FATAL=no
IPV6INIT=no
IPV6_AUTOCONF=yes
IPV6_DEFROUTE=yes
IPV6_FAILURE_FATAL=no
IPV6_ADDR_GEN_MODE=stable-privacy
NAME=ens33
UUID=ffdd0e12-0144-40d0-a784-f9e2dfa2e8ec
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
BRIDGE=br0 #删除/注释原先地址，设置为网桥模式，关联br0网卡#创建、编辑桥接网卡
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-br0
TYPE=Bridge
BOOTPROTO=static
DEFROUTE=yes
PEERDNS=yes
PEERROUTES=yes
IPV4_FAILURE_FATAL=no
IPV6INIT=yes
IPV6_AUTOCONF=yes
IPV6_DEFROUTE=yes
IPV6_PEERDNS=yes
IPV6_PEERROUTES=yes
IPV6_FAILURE_FATAL=no
IPV6_ADDR_GEN_MODE=stable-privacy
NAME=br0
DEVICE=br0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.177.30
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.177.2
systemctl restart network5、 KVM部署与管理
创建KVM存储和镜像数据的目录、上传centos7镜像（此处需要宿主机先将所需要的文件夹共享）
mkdir /abc
mkdir -p /data_kvm/iso
mkdir -p /data/_kvm/store
mount.cifs //192.168.177.1/软件包 /abc
cd /abc
cp -p CentOS-7-x86_64-DVD-1708.iso /data_kvm/iso/
ll /data_kvm/iso/使用虚拟系统管理器管理虚拟机
创建思路：
① 创建存储池（ISO、STORE)
② 添加存储卷
③ 创建虚拟机
virt-manager
①创建存储池
双击打开QEMU/KVM–存储–添加（加号）–填写名称–前进–浏览–其他位置–计算机–data_kvm–store–打开–完成，使用相同方法创建镜像存储池，选择的文件夹是/data_kvm/iso
②创建存储卷
③ 创建虚拟机
打开虚拟系统管理器–右击QEMU/KVM–选择新建
选择刚刚准备好的镜像
配置内存和CPU
管理–选择刚刚创建的存储池中的存储卷
点击在安装前自定义配置–选择网络（桥接）–完成
点击引导选项–勾选主机引导时启动虚拟机–开始安装–出现提示选择是
创建成功
