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KVM

美国环境保护EPA报告中曾经统计过一组统计数据：EPA研究服务器和数据中心得能源效率时发现，实际上服务器只有5%的时间是在工作的，其他时间一直处于休眠状态。

软件资源是没有硬件资源性能高 (稳定和效率) 的 (相同功能)

一、虚拟化技术

1、虛拟化技术概念

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,
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。

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 (从整体来看)
通过软件/应用程序的方式，来实现物理硬件的功能
例如：ensp
以软件形式实现物理设备的功能 (链路聚合，vrrp，二层交换机、路由器、三层交换机等)

2、虚拟化技术发展

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 (将一个CPU分为多份，相互独立，也就是逻辑分割)。
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。
2007年：KVM问世，现已内置在kernel内核中

Xen 支持的虚拟化技术：
全虚拟化，半虛拟化

KVM 支持的虚拟化技术：
全虛拟化

3、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

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。

（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、特性

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)

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

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)

概述

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(虛拟机)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，且由Qemu模拟I/O (ioctl) 进行调度资源和维护管理

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

三、KVM架构及原理

1、KVM虛拟化架构/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，客户机分为内核模式和用户模式，作用如下:
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

2、KVM原理

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。
KVM内核模块模拟处理器和内存以支持虚拟机运行
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 来进行虛拟机管理
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

以上构成一个完整的虚拟化平台

简单理解：

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

四、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 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，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

五、部署KVM虚拟化平台

（一）环境准备

必须在关机状态下进行准备

CPU处理器：2核心4线程，并且需要开启虚拟化引擎，开启第一个就行

内存：8G

硬盘：300G

网卡：单网卡

操作系统：Centos 7.9（官方版）

mark

（二）实验环境

1、修改主机名

 hostnamectl set-hostname kvm 
 su

2、将镜像光盘设为自动/永久挂载

vim /etc/fstab
/dev/cdrom /mnt iso9660 defaults 0 0

mount -a 

df -hT

/dev/sr0    iso9660  4.3G  4.3G   0  100% /mnt

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 
\#115行 取消DNS注释，改为NO   
UseDNS no

4、制作本地YUM仓库

cd /etc/yum.repos.d/
ls
mv CentOS-* repo.bak
vim local.repo

[local]
name=kvm
baseurl=file:///abc
gpgcheck=0
enabled=1

yum clean all && yum makecache

5、关闭防火墙、核心防护

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0

（三）安装KVM基本组件

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"
#安装GNOME桌面环境 如果Centos装了图形界面也可以不需要装,安装完后startx切换

yum -y install qemu-kvm
#KVM模块

yum -y install qemu-kvm-tools
#安装KVM调试工具，也可以不安装

yum -y install virt-install
#构建虚拟机的命令行工具

yum -y install qemu-img
#qemu组件，用于创建磁盘、启动虚拟机等

yum -y install bridge-utils
#网络支持工具

yum -y install libvirt
#虚拟机管理工具

yum -y install virt-manager
#图形界面管理虚拟机

文本

yum groupinstall -y "GNOME Desktop"

yum -y install qemu-kvm
yum -y install qemu-kvm-tools
yum -y install virt-install
yum -y install qemu-img
yum -y install bridge-utils
yum -y install libvirt
yum -y install virt-manager

cat /proc/cpuinfo | grep vmx
#检测CPU是否支持虚拟化

lsmod | grep kvm
#查看KVM模块是否已安装

ln -sf /lib/systemd/system/graphical.target /etc/systemd/system/default.target
#设置开启启动界面的显示模式

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（四）设置KVM网络

KVM网络的两种模式：

NAT：默认认设置，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				#改为none，不指定
#IPADDR=192.168.126.17		#注释掉
#NETMASK=255.255.255.0
#GATEWAY=192.168.126.2
#DNS1=8.8.8.8
#DNS2=114.114.114.114
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=c68632e8-9e37-499e-af39-f37cf7a3b59e
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
BRIDGE=br0					#设置为网桥模式，关联br0网卡
--

##创建，配置桥接网卡##
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=192.168.171.14
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.171.2
----
service network restart
#重启网卡

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（五）KVM部署与管理

需要先将windows和linux之间建立文件共享

目录里首先要有Centos的镜像文件

mark

打开命令框（窗口键+R）——>输入secpol.msc——>选择本地策略——>用户权限分配——>拒绝从网络访问这台计算机——>删除Guest用户

mark

安全选项——>网络访问：本地账户的共享和安全模型——>选择：仅来宾

mark

控制面板——>程序——>程序和功能——>启用或关闭 Windows 功能——>勾上所示选项

mark

Linux和Windows系统都要关闭防火墙

Linux配置

windows需要切换到网桥模式

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yum -y install cifs-utils
#查看cifs-utils软件是否安装

mkdir -p /data_kvm/iso
mkdir -p /data_kvm/store
#创建KVM存储和镜像数据的目录

smbclient -L //192.168.171.5		
#扫描宿主机的共享目录
mount.cifs //192.168.171.5/KVM /mnt/
#挂载共享目录至/mnt目录下

cp -p CentOS-7-x86_64-DVD-2009.iso /data_kvm/iso/
#复制至KVM存储镜像数据的目录

ls -ll /data_kvm/iso/
#查看详细信息

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