KVM（Kernel-basedVirtual Machine）虚拟化技术——超详细理论+实验！！！

其他 2021-01-22 12:58:06 阅读次数: 0

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一、虚拟化技术(KVM)是什么？

  • KVM（Kernel-basedVirtual Machine）又称虚拟化技术，通过虚拟化技术将一台计算机为多台逻辑计算机，在一台计算机上同事运行多个逻辑计算机，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

1.1 KVM技术的具体作用

  • 1.在一个操作系统中（win10）模拟多个操作系统（centos、win10、suse），同时每个操作系统可以跑不同的服务（nginx+tomcat…），从而实现一台宿主机搭建一个集群（从整体）
  • 2.通过软件/应用程序的方式，来实现物理硬件的功能，例：
    • ensp等

二、KVM技术发展

雏形

  • 1961年，IBM709机器实现了分时系统，将CPU占用切分为多个极端的时间片（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伪装为多个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（将一个CPU分为多份，相互独立，也就是逻辑分割）

  • 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

  • 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

2.1 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
    （将物理资源转换虚拟化资源）

  • 使用的方法:使用hyperisor (VMM)软件，其原理是在底层硬件和服务器之间建立个抽象层，而基于核心的虚拟机是面向Linux系统的开源产品hypervisor(VMM)可以捕提CPU的指令，为指令访问硬件控制器和外设充当中介。

  • 将所有的物理资源的功能全都通过软件形式去实现，将物理资源去进行分割或分方式去提高单个物理资源的利用率

2、半虚拟化

  • 需要修改操作系统，需要硬件支持，让其性能，稳定性更趋于物理设备
  • 虚拟引擎：开启硬件辅助-----软件形式的虚拟化功能

3、直通

  • 直接使用物理硬件资源(需要支持，还不完善)

    • 技术配置困难

    • 需要内核级别支持，芯片级别的集时，直接调用底层物理化资源给予虚拟机，同时还可以进行逻辑分割。

    • 直接调用底层物理硬件支持，底层架构资源，供给虚拟机

三、KVM运行时的三种模式

  • 客户模式：可以简单的理解为客户机在操作系统运行中的模式，另外客户模式也分为内核模式与用户模式

    • 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运行在这个模式之下。

    • 内核模式：模拟CPU以及内存，实现客户模式的切换，处理从客户模式的退出。KVM内核模式运行在这个模式下
      在这里插入图片描述

四、KVM工作原理

  • 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运行过程中如果发送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则处理完后重新进入客户模式，如需要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，在进入客户模式
    在这里插入图片描述

五、KVM特性

5.1 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）

5.2 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—例如季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.实施配置复制、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）

六、虚拟化前、后对比

6.1 虚拟化前

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

6.2 虚拟化后

  • 1.打破了操作系统和硬件的互相依赖
  • 2.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
  • 3.强大的安全和故障隔离
  • 4.虚拟机时独立于硬件的，它们可以在任何硬件上运行

七、KVM虚拟化平台实操

7.1 拓扑图

在这里插入图片描述

7.2 虚拟机资源环境

首先安装VMware软件，并安装CentOS7系统，然后在设置虚拟机资源环境
先关闭虚拟机在设置虚拟机内存等，然后勾选上KVM虚拟化功能，且网卡选择NAT模式

CPU：双核双线程-CPU虚拟化开启
内存：8G
硬盘：300G
双网卡：单网卡
操作系统：Centos 7.6
在这里插入图片描述
1.防火墙优化

[root@kvm yum.repos.d]# systemctl stop firewalld.service 
[root@kvm yum.repos.d]# systemctl disable firewalld.service 
[root@kvm yum.repos.d]# setenforce 0
[root@kvm yum.repos.d]# vim /etc/selinux/config 
SELINUX=disabled	'     #将enforcing修改为disabled

2.设置镜像光盘自动挂载

[root@kvm ~]# vim /etc/fstab 
/dev/sr0 /mnt iso9660 defaults 0 0	#尾行添加

3.优化ssh

[root@kvm ~]# vim /etc/ssh/sshd_config 
UseDNS no	#取消注释，并将yes改成no

4.yum本地仓库搭建

[root@kvm ~]# cd /etc/yum.repos.d/
[root@kvm yum.repos.d]# mkdir backup
[root@kvm yum.repos.d]# mv * backup
[root@kvm yum.repos.d]# ls
backup     local.repo
[root@kvm yum.repos.d]# vim local.repo

[local]
name=local
baseurl=file:///mnt
enabled=1
gpgcheck=0
[root@kvm yum.repos.d]# yum clean all	  #清空yum仓库
[root@kvm yum.repos.d]# mount /dev/sr0 /mnt	#因为没有重启，所以需要手动挂载一下光盘镜像
[root@kvm yum.repos.d]# yum makecache	#加载yum数据

5.完成开局优化后，重启系统

[root@kvm ~]# reboot

7.3 安装KVM

1.安装软件包

[root@kvm ~]# yum groupinstall -y "GNOME Desktop"   #安装 GNOME 桌面环境  如果装了图形界面不需要装了
[root@kvm ~]# yum -y install qemu-kvm  #安装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 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
[root@kvm ~]#reboot	#重启

2.检测CPU是否支持虚拟化

[root@kvm ~]#  cat /proc/cpuinfo | grep vmx

在这里插入图片描述
3.查看KVM模块是否已安装

[root@kvm ~]# lsmod | grep kvm
kvm_intel             170086  0 
kvm                   566340  1 kvm_intel
irqbypass              13503  1 kvm

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
#将 系 统 的 默 认 运 行 target 更 改 为graphical.targe。 重启后系统将进入图形化界面。
[root@kvm ~]# systemctl start libvirtd    开启服务
[root@kvm ~]# systemctl enable libvirtd   自启动

7.4 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

    • 1.用户模式， 即 NAT 方式， 这种方式是默认网络设置， 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

    • 2.网桥，桥接模式， 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）

1.设置修改ens33网卡

[root@kvm ~]# vi /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33 
#注释ip地址，子网掩码，网管，bns
TYPE=Ethernet
PROXY_METHOD=none
BROWSER_ONLY=no
BOOTPROTO=none
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=e5cd1414-3df7-4052-864a-d561e7b3a836
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
#IPADDR=192.168.1.10
#NETMASK=255.255.255.0
#GATEWAY=192.168.1.2
#DNS=192.168.1.2
BRIDGE=br0

2.设置修改br0网卡（桥接模式）

[root@kvm ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-br0	#配置桥接网卡
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=192.168.1.10
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.1.2

[root@kvm~]# systemctl restart network	#重启网卡

注：我在这边配置完网卡配置后，重启网卡报错Failed to start LSB: Bring up/down networking，可以参考链接: Failed to start LSB: Bring up/down networking的解决方法.这篇有记录解决方法

7.5 KVM部署与管理

创建KVM存储和镜像数据的目录、上传centos7镜像

[root@kvm ~]# mkdir -p /data_kvm/iso   创建镜像文件存储文件
[root@kvm ~]#  mkdir -p /data_kvm/store 创建虚拟机存储
[root@kvm ~]# cp CentOS-7-x86_64-DVD-1708.iso /data_kvm/iso/
[root@kvm ~]# ls /data_kvm/iso/
CentOS-7-x86_64-DVD-1708.iso

1.在虚拟机中打开虚拟系统管理器

[root@kvm ~]# virt-manager

2.使用虚拟管理器管理创建虚拟机

创建设置流程：

1.创建存储池（ISO、STORE)
2.添加存储卷
3.创建虚拟机

创建存储池tree
双击打开QEMU/KVM–>存储–>加号(+)–>填写名称–>前进–>浏览–>其他位置–>计算机–>data_kvm–store–>打开–>完成
双击打开QEMI/KVM
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
同理操作创建存储池apple
选择/data_kvm/iso文件夹
在这里插入图片描述
创建存储卷
选择tree存储池创建
即/data_kvm/store文件夹
在这里插入图片描述
创建虚拟机
右击QEMU/KVM——新建——前进
在这里插入图片描述
选择data/kvm/iso中存储池apple中的镜像
在这里插入图片描述
配置内存和CPU大小
在这里插入图片描述
配置虚拟机存储卷
在tree存储池中的
选择到/data_kvm/store/tree.qcow2位置
在这里插入图片描述
选择网络模式为（桥接）
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
开始安装
在这里插入图片描述
注：我到这边开始安装CentOS7的时候遇到了键盘不能使用，不能动的问题，可以参考：在使用KVM图形化管理安装虚拟机会出现无法使用键盘的情况这篇来解决问题

八、总结

  • VMM是一个系统软件，可以维护多个高效、隔离的程序环境（虚拟机），同时可以管理计算机系统的真实资源，为虚拟机提供端口；

  • 使用KVM虚拟化技术，极大地提高了硬件利用率。集中化管理多台虚拟机，维护方便

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转载自blog.csdn.net/F2001523/article/details/112544993
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