kvm虚拟化 k8s kvm虚拟化教程

文章目录

• 一、虚拟化技术
• 二、虚拟化技术的发展
• 三、虚拟化类型

• 3.1 全虚拟化
• 3.2 半虚拟化
• 3.3 直通
• 3.4 补充

• 四、虚拟化的特性

• 4.1 优势
• 4.2 劣势

• 五、虚拟化前后对比

• 5.1 虚拟化前
• 5.2 虚拟化后

• 六、KVM

• 6.1 KVM简介
• 6.2 KVM架构及简介
• 6.3 KVM工作流程

• 七、KVM虚拟化平台搭建

• 7.1 安装centos7系统
• 7.2 实验环境的搭建
• 7.3 安装KVM
• 7.4 设置开启启动界面的显示模式
• 7.5 检测CPU是否支持虚拟化
• 7.6 设置KVM网络
• 7.7 创建目录，上传centos镜像
• 7.8 使用虚拟系统管理器管理虚拟机
• 7.9 创建虚拟机相关内容
• 7.10 最后以root用户在字符型界面最小化登录

一、虚拟化技术

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相不影响，从而显著提高计算机的工作效率。
虚拟化使用软件的方法重新定义划分 IT 资源，可以实现 IT 资源的动态分配、灵活调度、跨域共享，提高 IT 资源利用率，使 IT 资源能够真正成为社会基础设施，服务于各行各业中灵活多变的应用需求。

二、虚拟化技术的发展

• 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
• 1972年， IBM正式将system370机的分时系统命名为虚拟机
• 1990年， IBM推出的system390机支持逻辑分区(将个CPU分为多份，相互独立，也就是逻辑分割(隔离)
• 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
• KVM: 2007年问世，现已内置在kernel内核中的

三、虚拟化类型

3.1 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
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系统的开源产品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。

3.2 半虚拟化

需要修改操作系统

3.3 直通

直接使用物理硬件资源（需要支持，还不完善)

3.4 补充

• Xen 支持的虚拟化技术：全虚拟化，半虚拟化
• KVM：支持的虚拟化技术：全虚拟化

四、虚拟化的特性

4.1 优势

1. 集中化管理（远程管理、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）

4.2 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）

五、虚拟化前后对比

5.1 虚拟化前

• 每台主机拥有一个操作系统
• 软硬件紧密结合
• 在同一个主机上运行多个应用程序通常会产生冲突
• 系统资源利用率低(例如: 5%)
• 硬件成本高昂并且不够灵活（物理资源有限）

5.2 虚拟化后

• 打破了操作系统和硬件的互相依赖
• 通过封装到虚拟机的技术，管理操作系统和应用程序为单一的个体
• 强大的安全和故障隔离
• 虚拟机时独立于硬件的，它们可以在任何硬件上运行

六、KVM

6.1 KVM简介

• KVM（Kernel-based Vritual Machine)–基于内核的虚拟机
• KVM 是基于虚拟化扩展的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
  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
• Libvirt：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、命令行工具virsh

6.2 KVM架构及简介

KVM虚拟化架构的三种模式：

• 客户模式：执行非I/O的客户代码，虚拟机运行在这个模式
• 用户模式： 代表用户执行I/O指令，QEMU运行在这个模式
• 内核模式：实现客户模式的切换，处理因为I/O或者其他指令引起的从客户模式推出，KVM模块工作在这个模式

6.3 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。 KVMDriver 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中断或者影子缺页等异常， 将暂停 Guest OS 的运行并保
  存当前上下文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 I/O
  则处理完成后重新进入客户模式。 如果需要 I/O 则进入到用户模式， 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

七、KVM虚拟化平台搭建

7.1 安装centos7系统

7.2 实验环境的搭建

vi /etc/ssh/sshd_config	# 进入配置文件
UseDNS no		# 关闭反解DNS

7.3 安装KVM

[root@kvm ~]# yum -y install qemu-kvm   ##安装KVM模块
[root@kvm ~]# yum -y install virt-install  ##构建虚拟机的命令行工具
[root@kvm ~]# yum -y install qemu-img  ##qemu 组件,创建磁盘、启动虚拟机等
[root@kvm ~]# yum -y install bridge-utils  ##网络支持工具
[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

7.4 设置开启启动界面的显示模式

[root@kvm ~]# ln -sf /lib/systemd/system/graphical.target /etc/systemd/system/default.target

7.5 检测CPU是否支持虚拟化

cat /proc/cpuinfo | grep vmx

7.6 设置KVM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)

1. 修改ens33网卡

vi /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33	#进入ens33网卡进行配置的修改
 TYPE=Ethernet
 PROXY_METHOD=none
 BROWSER_ONLY=no
 BOOTPROTO=none		# 将原来的static或者dhcp修改为none并删除下面的4行ip相关
 DEFROUTE=yes
 IPV4_FAILURE_FATAL=no
 IPV6INIT=yes
 IPV6_AUTOCONF=yes
 IPV6_DEFROUTE=yes
 IPV6_FAILURE_FATAL=no
 IPV6_ADDR_GEN_MODE=stable-privacy
 NAME=ens33
 UUID=46ab5cc2-2235-41a2-ae43-6413476cf51e
 DEVICE=ens33
 ONBOOT=br0	# 将之前的修改为br0

1. 增加br0网卡及添加相关配置

vi /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-br0	# 新建桥接网卡
 TYPE=Bridge
 OTPROTO=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=192.168.10.19
 NETMASK=255.255.255.0
 GATEWAY=192.168.19.2

7.7 创建目录，上传centos镜像

mkdir -p /data_kvm/iso
mkdir -p /data_kvm/store
将镜像文件传到目录/data_kvm/iso下面
ll

7.8 使用虚拟系统管理器管理虚拟机

virt-manager

7.9 创建虚拟机相关内容

7.10 最后以root用户在字符型界面最小化登录