開源KVM內(nèi)核虛擬化技術(shù)詳解及如何管理
Qemu-kvm創(chuàng)建和管理虛擬機(jī)
一.KVM簡介
KVM(名稱來自英語：Kernel-basedVirtual Machine的縮寫，即基于內(nèi)核的虛擬機(jī))，是一種用于Linux內(nèi)核中的虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施，可以將Linux內(nèi)核轉(zhuǎn)化為一個hypervisor。KVM在2007年2月被導(dǎo)入Linux 2.6.20核心中，以可加載核心模塊的方式被移植到FreeBSD及illumos上。
KVM在具備Intel VT或AMD-V功能的x86平臺上運(yùn)行。它也被移植到S/390，PowerPC與IA-64平臺上。在Linux內(nèi)核3.9版中，加入ARM架構(gòu)的支持。
關(guān)于KVM：
1).KVM是開源軟件，全稱是kernel-based virtual machine(基于內(nèi)核的虛擬機(jī))。
2).是x86架構(gòu)且硬件支持虛擬化技術(shù)(如 intel VT 或 AMD-V)的Linux全虛擬化解決方案。
3).它包含一個為處理器提供底層虛擬化 可加載的核心模塊kvm.ko(kvm-intel.ko或kvm-AMD.ko)。
4).KVM還需要一個經(jīng)過修改的QEMU軟件(qemu-kvm)，作為虛擬機(jī)上層控制和界面。
5).KVM能在不改變linux或windows鏡像的情況下同時運(yùn)行多個虛擬機(jī)，(它的意思是多個虛擬機(jī)使用同一鏡像)并為每一個虛擬機(jī)配置個性化硬件環(huán)境(網(wǎng)卡、磁盤、圖形適配器……)。
6).在主流的Linux內(nèi)核，如2.6.20以上的內(nèi)核均已包含了KVM核心。
KVM 與 vbox的區(qū)別: vbox 是由 qemu 改寫而成，包含大量qemu 代碼。
1).可以使用于"不支持"虛擬化技術(shù)的cpu。
2).值得說的一點：vbox 在圖形方面比較好，能進(jìn)行2D 3D加速;但cpu控制不理想(估計是因為圖形支持的緣故);操作上有獨立的圖形界面，易于上手。
kvm 是linux內(nèi)核包含的東西，使用qemu作為上層管理(命令行)。
1).要求cpu 必須支持虛擬化。
2).性能：作為服務(wù)器很好，可是圖形能力十分的差。即使放電影，圖像也是像刷油漆一樣，一層一層的。
3).cpu使用率控制很好。
4).控制上比較簡潔，功能比較豐富：比如使用“無敵功能”所有更改指向內(nèi)存，你的鏡像永遠(yuǎn)保持干凈。“母鏡像”功能讓你擁有n個獨立快照點。還有很多參數(shù)。另外，kvm作為內(nèi)核級的虛擬機(jī)，剛開始發(fā)展關(guān)注的公司比較多——但是還沒有達(dá)到商業(yè)應(yīng)用的水平。
總體而言：在支持虛擬化的情況下，vbox 和 kvm 的性能差不多，主要是面向?qū)ο蟛煌簁vm適用于服務(wù)器，vbox適用于桌面應(yīng)用。
qemu 全稱Quick Emulator。是獨立虛擬軟件，能獨立運(yùn)行虛擬機(jī)(根本不需要kvm)。kqemu是該軟件的加速軟件。kvm并不需要qemu進(jìn)行虛擬處理，只是需要它的上層管理界面進(jìn)行虛擬機(jī)控制。虛擬機(jī)依舊是由kvm驅(qū)動。所以，大家不要把概念弄錯了，盲目的安裝qemu和kqemu。qemu使用模擬器
KVM內(nèi)存管理 KVM繼承了Linux系統(tǒng)管理內(nèi)存的諸多特性，比如，分配給虛擬使用的內(nèi)存可以被交換至交換空間、能夠使用大內(nèi)存頁以實現(xiàn)更好的性能，以及對NUMA的支持能夠讓虛擬機(jī)高效訪問更大的內(nèi)存空間等。 KVM基于Intel的EPT(ExtendedPage Table)或AMD的RVI(Rapid Virtualization Indexing)技術(shù)可以支持更新的內(nèi)存虛擬功能，這可以降低CPU的占用率，并提供較好的吞吐量。 此外，KVM還借助于KSM(Kernel Same-pageMerging)這個內(nèi)核特性實現(xiàn)了內(nèi)存頁面共享。KSM通過掃描每個虛擬機(jī)的內(nèi)存查找各虛擬機(jī)間相同的內(nèi)存頁，并將這些內(nèi)存頁合并為一個被各相關(guān)虛擬機(jī)共享的單獨頁面。在某虛擬機(jī)試圖修改此頁面中的數(shù)據(jù)時，KSM會重新為其提供一個新的頁面副本。實踐中，運(yùn)行于同一臺物理主機(jī)上的具有相同GuestOS的虛擬機(jī)之間出現(xiàn)相同內(nèi)存頁面的概率是很的，比如共享庫、內(nèi)核或其它內(nèi)存對象等都有可能表現(xiàn)為相同的內(nèi)存頁，因此，KSM技術(shù)可以降低內(nèi)存占用進(jìn)而提高整體性能。
相關(guān)連接：
KVM的官方地址：http://www.linux-kvm.org/page/Main_Page
KVM的Howto文檔：http://www.linux-kvm.org/page/HOWTO
Kqemu源碼地址：http://sourceforge.net/projects/kqemu/
Qemu下載地址：http://wiki.qemu.org/Main_Page
二.KVM虛擬化平臺構(gòu)建
1.安裝準(zhǔn)備 查看你的硬件是否支持虛擬化。命令：
- #egrep '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo
vmx.png
注意：要有 vmx 或 svm 的標(biāo)識才行?？偟恼f來，AMD在虛擬化方面作得更好一些。
2.安裝KVM 由于Linux內(nèi)核已經(jīng)將KVM收錄了，在安裝系統(tǒng)時已經(jīng)加入了KVM，我們只需要在命令行模式下啟用KVM即可： 啟用KVM模塊
- modprobe kvm
功能區(qū)分intel/amd的啟用：
- modpobe kvm-intel
- lsmod |grep kvm
- kvm_intel 55496 0
- kvm 337772 1 kvm_intel
3.KVM虛擬機(jī)創(chuàng)建和管理所依賴的組件介紹 KVM虛擬機(jī)的創(chuàng)建依賴qemu-kvm： 雖然kvm的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟而且可以對很多東西進(jìn)行隔離，但是在某些方面還是無法虛擬出真實的機(jī)器。比如對網(wǎng)卡的虛擬，那這個時候就需要另外的技術(shù)來做補(bǔ)充，而qemu-kvm則是這樣一種技術(shù)。它補(bǔ)充了kvm技術(shù)的不足，而且在性能上對kvm進(jìn)行了優(yōu)化。
我們還可以使用virt-manager，virt-viewer來管理虛擬機(jī);
我們在創(chuàng)建和管理KVM虛擬機(jī)時還需要libvirt這個重要的組件：
它是一系列提供出來的庫函數(shù)，用以其他技術(shù)調(diào)用，來管理機(jī)器上的虛擬機(jī)。包括各種虛擬機(jī)技術(shù)，kvm、xen與lxc等，都可以調(diào)用libvirt提供的api對虛擬機(jī)進(jìn)行管理。有這么多的虛擬機(jī)技術(shù)，它為何能提供這么多的管理功能那。是因為它的設(shè)計理念，它是面向驅(qū)動的架構(gòu)設(shè)計。對任何一種虛擬機(jī)技術(shù)都開發(fā)設(shè)計相對于該技術(shù)的驅(qū)動。這樣不同虛擬機(jī)技術(shù)就可以使用不同驅(qū)動，而且相互直接不會影響，方便擴(kuò)展。而且libvirt提供了多種語言的編程接口，可以直接通過編程，調(diào)用libvirt提供的對外接口實現(xiàn)對虛擬機(jī)的操作。如今流行的云計算中的IaaS是與該庫聯(lián)系相當(dāng)密切的。通過下圖可以看出它的架構(gòu)設(shè)計思想。
kvm.jpg
從該圖可以看出，在libvirtapi之上會有很多個driver，對于每一種虛擬機(jī)技術(shù)都會有一種driver，用來充當(dāng)該虛擬機(jī)技術(shù)與libvirt之間的包裝接口。如此設(shè)計就可以避免libvirt需要設(shè)計各種針對不同虛擬機(jī)技術(shù)的接口，它主要關(guān)注底層的實現(xiàn)，提供對外接口調(diào)用，而不同的虛擬機(jī)技術(shù)通過調(diào)用libvirt提供的接口來完成自己所需要的功能。
4.安裝KVM所需組件
yum源提供了，直接安裝：
- yum install -y qemu-kvm libvirt virt-manager
安裝完成后啟動libvirtd服務(wù)：
- [root@luckyall network-scripts]# service libvirtd start
- Starting libvirtd daemon: libvirtd: relocation error: libvirtd: symbol dm_task_get_info_with_deferred_remove, version Base not defined in file libdevmapper.so.1.02 with link time reference
- [FAILED]
- [root@luckyall network-scripts]# Starting libvirtd daemon: libvirtd: relocation error: libvirtd: symbol dm_task_get_info_with_deferred_remove, version Base not defined in file libdevmapper.so.1.02 with link time reference
既然有個報錯。百度下發(fā)現(xiàn)需要升級下組件
- [root@luckyall network-scripts]# yum -y upgrade device-mapper-libs
然后重新啟動libvirtd發(fā)現(xiàn)已經(jīng)正常
ifconfig.png
使用網(wǎng)橋管理命令查看：
- [root@luckyall ~]# brctl show
- bridge name bridge id STP enabled interfaces
- virbr0 8000.5254008a9355 yes virbr0-nic
像VMware Workstation中我們需要創(chuàng)建物理橋接設(shè)備，可以使用virsh創(chuàng)建橋設(shè)備關(guān)聯(lián)網(wǎng)卡到橋接設(shè)備上： 需要將NetworkManager服務(wù)關(guān)閉，開機(jī)啟動也關(guān)閉：
- chkconfig NetworkManager off
- service NetworkManager stop
然后在創(chuàng)建橋接設(shè)備及關(guān)聯(lián)網(wǎng)卡到橋接設(shè)備上：
- virsh iface-bridge eth0 br0
br0.png
查看橋接設(shè)備：
brctrshow.png
至此，我們的虛擬化平臺就構(gòu)建完畢，下面就開始在KVM虛擬化平臺上創(chuàng)建和管理虛擬機(jī)，我們先使用qemu-kvm來創(chuàng)建和管理虛擬機(jī)。
三、使用qemu-kvm管理KVM虛擬機(jī)
1.Qemu-kvm介紹
Qemu是一個廣泛使用的開源計算機(jī)仿真器和虛擬機(jī)。當(dāng)作為仿真器時，可以在一種架構(gòu)(如PC機(jī))下運(yùn)行另一種架構(gòu)(如ARM)下的操作系統(tǒng)和程序。而通過動態(tài)轉(zhuǎn)化，其可以獲得很高的運(yùn)行效率。當(dāng)作為一個虛擬機(jī)時，qemu可以通過直接使用真機(jī)的系統(tǒng)資源，讓虛擬系統(tǒng)能夠獲得接近于物理機(jī)的性能表現(xiàn)。qemu支持xen或者kvm模式下的虛擬化。當(dāng)用kvm時，qemu可以虛擬x86、服務(wù)器和嵌入式powerpc，以及s390的系統(tǒng)。
QEMU 當(dāng)運(yùn)行與主機(jī)架構(gòu)相同的目標(biāo)架構(gòu)時可以使用KVM。例如，當(dāng)在一個x86兼容處理器上運(yùn)行 qemu-system-x86 時，可以利用 KVM 加速——為宿主機(jī)和客戶機(jī)提供更好的性能。
Qemu有如下幾個部分組成：
處理器模擬器(x86、PowerPC和Sparc); 仿真設(shè)備(顯卡、網(wǎng)卡、硬盤、鼠標(biāo)等); 用于將仿真設(shè)備連接至主機(jī)設(shè)備(真實設(shè)備)的通用設(shè)備; 模擬機(jī)的描述信息; 調(diào)試器; 與模擬器交互的用戶接口;
基于libvirt的工具如virt-manager和virt-install提供了非常便捷的虛擬機(jī)管理接口，但它們事實上上經(jīng)二次開發(fā)后又封裝了qemu-kvm的工具。因此，直接使用qemu-kvm命令也能夠完成此前的任務(wù)。
2.Qemu-kvm的使用幫助
在RHEL6/CentOS6上，qemu-kvm位于/usr/libexec目錄中。由于此目錄不屬于PATH環(huán)境變量，故無法直接使用，這樣也阻止了可以直接使用qemu作為創(chuàng)建并管理虛擬機(jī)。如若想使用qemu虛擬機(jī)，可以通過將/usr/libexec/qemu-kvm鏈接為/usr/bin/qemu實現(xiàn)。
- ln -sv /usr/libexec/qemu-kvm /usr/bin/qemu-kvm
qemu-kvm命令使用格式為“qemu-kvm [options] [disk_image]”，其選項非常多，不過，大致可分為如下幾類。
標(biāo)準(zhǔn)選項; USB選項; 顯示選項; i386平臺專用選項; 網(wǎng)絡(luò)選項; 字符設(shè)備選項; 藍(lán)牙相關(guān)選項; Linux系統(tǒng)引導(dǎo)專用選項; 調(diào)試/專家模式選項; PowerPC專用選項; Sparc32專用選項;
qemu-kvm的標(biāo)準(zhǔn)選項 qemu-kvm的標(biāo)準(zhǔn)選項主要涉及指定主機(jī)類型、CPU模式、NUMA、軟驅(qū)設(shè)備、光驅(qū)設(shè)備及硬件設(shè)備等。
- -name name：設(shè)定虛擬機(jī)名稱;
- -M machine：指定要模擬的主機(jī)類型，如Standard PC、ISA-only PC或Intel-Mac等，可以使用“qemu-kvm -M ?”獲取所支持的所有類型;
- -m megs：設(shè)定虛擬機(jī)的RAM大小;
- -cpu model：設(shè)定CPU模型，如coreduo、qemu64等，可以使用“qemu-kvm -cpu ?”獲取所支持的所有模型;
- -smp n[,cores=cores][,threads=threads][,sockets=sockets][,maxcpus=maxcpus]：設(shè)定模擬的SMP架構(gòu)中CPU的個數(shù)等、每個CPU的核心數(shù)及CPU的socket數(shù)目等;PC機(jī)上最多可以模擬255顆CPU;maxcpus用于指定熱插入的CPU個數(shù)上限;
- -numa opts：指定模擬多節(jié)點的numa設(shè)備;
- -fda file
- -fdb file：使用指定文件(file)作為軟盤鏡像，file為/dev/fd0表示使用物理軟驅(qū);
- -hda file
- -hdb file
- -hdc file
- -hdd file：使用指定file作為硬盤鏡像;
- -cdrom file：使用指定file作為CD-ROM鏡像，需要注意的是-cdrom和-hdc不能同時使用;將file指定為/dev/cdrom可以直接使用物理光驅(qū);
- -drive option[,option[,option[,...]]]：定義一個硬盤設(shè)備;可用子選項有很多。
- file=/path/to/somefile：硬件映像文件路徑;
- if=interface：指定硬盤設(shè)備所連接的接口類型，即控制器類型，如ide、scsi、sd、mtd、floppy、pflash及virtio等;
- index=index：設(shè)定同一種控制器類型中不同設(shè)備的索引號，即標(biāo)識號;
- media=media：定義介質(zhì)類型為硬盤(disk)還是光盤(cdrom);
- snapshot=snapshot：指定當(dāng)前硬盤設(shè)備是否支持快照功能：on或off;
- cache=cache：定義如何使用物理機(jī)緩存來訪問塊數(shù)據(jù)，其可用值有none、writeback、unsafe和writethrough四個;
- format=format：指定映像文件的格式，具體格式可參見qemu-img命令;
- -boot [order=drives][,once=drives][,menu=on|off]：定義啟動設(shè)備的引導(dǎo)次序，每種設(shè)備使用一個字符表示;不同的架構(gòu)所支持的設(shè)備及其表示字符不盡相同，在x86 PC架構(gòu)上，a、b表示軟驅(qū)、c表示第一塊硬盤，d表示第一個光驅(qū)設(shè)備，n-p表示網(wǎng)絡(luò)適配器;默認(rèn)為硬盤設(shè)備;
- -boot order=dc,once=d
qemu-kvm的顯示選項 顯示選項用于定義虛擬機(jī)啟動后的顯示接口相關(guān)類型及屬性等。
- -nographic：默認(rèn)情況下，qemu使用SDL來顯示VGA輸出;而此選項用于禁止圖形接口，此時,qemu類似一個簡單的命令行程序，其仿真串口設(shè)備將被重定向到控制臺;
- -curses：禁止圖形接口，并使用curses/ncurses作為交互接口;
- -alt-grab：使用Ctrl+Alt+Shift組合鍵釋放鼠標(biāo);
- -ctrl-grab：使用右Ctrl鍵釋放鼠標(biāo);
- -sdl：啟用SDL;
- -spice option[,option[,...]]：啟用spice遠(yuǎn)程桌面協(xié)議;其有許多子選項，具體請參照qemu-kvm的手冊;
- -vga type：指定要仿真的VGA接口類型，常見類型有：
- cirrus：Cirrus Logic GD5446顯示卡;
- std：帶有Bochs VBI擴(kuò)展的標(biāo)準(zhǔn)VGA顯示卡;
- vmware：VMWare SVGA-II兼容的顯示適配器;
- qxl：QXL半虛擬化顯示卡;與VGA兼容;在Guest中安裝qxl驅(qū)動后能以很好的方式工作，在使用spice協(xié)議時推薦使用此類型;
- none：禁用VGA卡;
- -vnc display[,option[,option[,...]]]：默認(rèn)情況下，qemu使用SDL顯示VGA輸出;使用-vnc選項，可以讓qemu監(jiān)聽在VNC上，并將VGA輸出重定向至VNC會話;使用此選項時，必須使用-k選項指定鍵盤布局類型;其有許多子選項，具體請參照qemu-kvm的手冊;
i386平臺專用選項
- -no-acpi：禁用ACPI功能，GuestOS與ACPI出現(xiàn)兼容問題時使用此選項;
- -balloon none：禁用balloon設(shè)備;
- -balloon virtio[,addr=addr]：啟用virtio balloon設(shè)備;
網(wǎng)絡(luò)屬性相關(guān)選項 網(wǎng)絡(luò)屬性相關(guān)選項用于定義網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口類型及其相關(guān)的各屬性等信息。這里只介紹nic、tap和user三種類型網(wǎng)絡(luò)接口的屬性，其它類型請參照qemu-kvm手冊。
- -net nic[,vlan=n][,macaddr=mac][,model=type][,name=name][,addr=addr][,vectors=v]：創(chuàng)建一個新的網(wǎng)卡設(shè)備并連接至vlan n中;PC架構(gòu)上默認(rèn)的NIC為e1000，macaddr用于為其指定MAC地址，name用于指定一個在監(jiān)控時顯示的網(wǎng)上設(shè)備名稱;emu可以模擬多個類型的網(wǎng)卡設(shè)備，如virtio、i82551、i82557b、i82559er、ne2k_isa、pcnet、rtl8139、e1000、smc91c111、lance及mcf_fec等;不過，不同平臺架構(gòu)上，其支持的類型可能只包含前述列表的一部分，可以使用“qemu-kvm -net nic,model=?”來獲取當(dāng)前平臺支持的類型;
- -net tap[,vlan=n][,name=name][,fd=h][,ifname=name][,script=file][,downscript=dfile]：通過物理機(jī)的TAP網(wǎng)絡(luò)接口連接至vlan n中，使用script=file指定的腳本(默認(rèn)為/etc/qemu-ifup)來配置當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)接口，并使用downscript=file指定的腳本(默認(rèn)為/etc/qemu-ifdown)來撤消接口配置;使用script=no和downscript=no可分別用來禁止執(zhí)行腳本;
- -net user[,option][,option][,...]：在用戶模式配置網(wǎng)絡(luò)棧，其不依賴于管理權(quán)限;有效選項有：
- vlan=n：連接至vlan n，默認(rèn)n=0;
- name=name：指定接口的顯示名稱，常用于監(jiān)控模式中;
- net=addr[/mask]：設(shè)定GuestOS可見的IP網(wǎng)絡(luò)，掩碼可選，默認(rèn)為10.0.2.0/8;
- host=addr：指定GuestOS中看到的物理機(jī)的IP地址，默認(rèn)為指定網(wǎng)絡(luò)中的第二個，即x.x.x.2;
- dhcpstart=addr：指定DHCP服務(wù)地址池中16個地址的起始IP，默認(rèn)為第16個至第31個，即x.x.x.16-x.x.x.31;
- dns=addr：指定GuestOS可見的dns服務(wù)器地址;默認(rèn)為GuestOS網(wǎng)絡(luò)中的第三個地址，即x.x.x.3;
3.使用qemu-kvm安裝虛擬機(jī)Guest OS
測試安裝windows 2003 1)下載系統(tǒng)鏡像文件，我這里有個windows 2003系統(tǒng)，我們來試著安裝。 創(chuàng)建虛擬機(jī)的磁盤文件存放目錄：
- [root@luckyall ~]# mkdir /kvm/images -pv
- mkdir: created directory `/kvm'
- mkdir: created directory `/kvm/images'
創(chuàng)建虛擬磁盤文件：
- [root@luckyall images]# qemu-img create -o preallocation=metadata -f qcow2 /kvm/images/win2003.qcow2 10G
- Formatting '/kvm/images/win2003.qcow2', fmt=qcow2 size=10737418240 encryption=off cluster_size=65536 preallocation='metadata'
- [root@luckyall images]# ll -h /kvm/images/
- total 1.8M
- -rw-r--r--. 1 root root 11G Dec 19 23:46 win2003.qcow2
2)在kvm平臺安裝vnc-server和tigervnc這個vncviewer
此處不做介紹 參考我的博客：http://blog.sina.com.cn/s/blog_6e470cb00102wazp.html
- [root@luckyall ~]# qemu-kvm -cpu host -smp 1 -name win2003 -m 512 -drive file=/kvm/images/win2003.qcow2,if=ide,format=qcow2 -drive file=/root/Downloads/win2003.iso,media=cdrom -boot dc -usbdevice tablet
- VNC server running on `::1:5900'
我們到圖形界面上進(jìn)行連接： #vncviewer :5900
qemu-kvm.png
后續(xù)直至安裝完成即可。
也可以使用virt-manager創(chuàng)建和管理虛擬機(jī)，這個是圖形管理工具，再次就不再多介紹;
