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KVM 介绍及作用详解

 更新时间：2022年03月20日 11:15:46   作者：公博义  
KVM 全称是基于内核的虚拟机（Kernel-based Virtual Machine），它是Linux 的一个内核模块，今天通过本文给大家介绍KVM的基本知识，感兴趣的朋友一起看看吧

一、虚拟化

1、背景

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%得时间时在工作的，其他时间一直处于休眠状态，这样服务器的利用率就会很低，而且这些服务器一直处于开机状态，消耗的能源自然就很多

2、虚拟化技术介绍

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

3、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）
Xen 2003年问世，是一个外部的hypervisor程序（虚拟机管理程序），能够控制虚拟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

4、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
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)

5、虚拟化的特性特性：

优势：

  • 集中化管理（远程管理、维护）
  • 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）
  • 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）
  • 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：

  • 前期高额费用（ 初期的硬件支持）
  • 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）
  • 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）
  • 实施配置复杂、管理复杂（管理人员运维、排障困难）
  • 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）
  • 安全性（虚拟化技术自身的安全隐患）

二、KVM概述

1、KVM简介

KVM 是基于虚拟化扩展（Intel VT 或者 AMD-V）的 X86 硬件的开源的 Linux 原生的全虚拟化解决方案。KVM 中，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；虚机的每个虚拟 CPU 被实现为一个常规的 Linux 线程。这使得 KMV 能够使用 Linux 内核的已有功能。

Kernel-based Virtual Machine的简称，是一个开源的系统虚拟化模块，是RHEL 5.4推出的最新虚拟化技术，目前红帽只支持在64位的RHEL l5.4以上运行KVM，同时硬件需要支持VT技术，必须在64位bit环境中使用KVM。自Linux 2.6.20之后集成在Linux的各个主要发行版本中。它使用Linux自身的调度器进行管理，所以相对于Xen，其核心源码很少。KVM已成为学术界的主流VMM之一。

KVM的虚拟化需要硬件支持（如Intel VT技术或者AMD V技术)。是基于硬件的完全虚拟化。而Xen早期则是基于软件模拟的Para-Virtualization，新版本则是基于硬件支持的完全虚拟化。但Xen本身有自己的进程调度器，存储管理模块等，所以代码较为庞大。广为流传的商业系统虚拟化软件VMware ESX系列是基于软件模拟的Full-Virtualization。

通过一下命令可以查看系统是否支持VT

cat /proc/cpuinfo | grep ‘vmx'

KVM的前身是QEMU，08年被红帽收购并获得一项技术hypervisor，不过RedHat的KVM被认为是将成为未来Linux hypervisor的主流。

2、KVM的作用

  • 提高物理服务器的资源利用率(较少的在硬件上的投入)
  • 可以批量部署
  • 实现实时快照技术
  • 支持克隆技术
  • 可以实现虚拟机的离线迁移和动态迁移(提高IT部署的灵活性)
  • 可以将资源动态调整(传统的IT架构资源是固定的，无法动态分配)

3、KVM 虚拟化架构/三种模式

  • 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，客户机分为用户模式和Linux内核模式，作用如下：

  • 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）

  • 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

4、KVM核心组件及作用

  • 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：运行在内核空间，提供CPU 和内存的虚级化，以及客户机的 I/O 拦截。Guest 的 I/O 被 KVM 拦截后，交给 QEMU 处理。
  • QEMU：修改过的为 KVM 虚机使用的 QEMU 代码，运行在用户空间，提供硬件 I/O 虚拟化，通过 IOCTL /dev/kvm 设备和 KVM 交互。

5、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

6、KVM的优势

1）KVM与VMware的优势

ESX的底层是VMkernel + linux，VMkernel启动后开始接管对硬件管理，然后启动第一个linux虚拟机，协助VMkernel一起来管理和调度硬件资源。

KVM是直接将linux kernel变成hypervisor，只需要从标准linux内核启动即可，linux kernel拥有的特性可以全部利用上。KVM架构上的优势使得它非常简洁，在开发出来仅三个多月就被合并到了标准内核。

2）KVM与Xen的优势

Kvm和xen的最大区别就是架构，KVM是直接构建在linux kernel之上，把linux kernel变成hypervisor，是利用kernel已有的的功能基础上开发KVM所不具备的功能。

Xen的hypervisor是自己从头开始构建的，对硬件资源的调度管理，虚拟机的管理，还有很多接口与linux kernel不兼容，然后对于xen，hypervisor需要通过Domain0对虚拟机提供硬件访问驱动支持。

虽然说现在3.0的kernel中结合了xen，但是大部分linux OS的内核还是2.6，即便是一些新的发行版OS，也还是2.6的内核，新内核要单独去升级。

三、KVM虚拟化平台部署

1、虚拟机资源

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 7.4（1708）

2、实验环境

1）修改主机名

[root@kvm ~]# hostnamectl set-hostname kvm 
[root@kvm ~]# bash

2）将镜像光盘设为自动/永久挂载

[root@kvm ~]# vim /etc/fstab
/dev/cdrom /mnt iso9660 defaults 0 0
[root@kvm ~]# mount -a 
[root@kvm ~]# df -hT
/dev/sr0    iso9660  4.3G 4.3G   0 100% /mnt

3）环境优化

#是否反解DNS，设置为NO可以让客户端连接服务器更快

[root@kvm ~]# vim /etc/ssh/sshd_config 
UseDNS no    #取消DNS注释，改为NO

4）制作本地YUM仓库

[root@kvm ~]# mkdir /abc
[root@kvm ~]# cd /etc/yum.repos.d/
[root@kvm yum.repos.d]# ls
CentOS-Base.repo CentOS-Debuginfo.repo CentOS-Media.repo  CentOS-Vault.repo
CentOS-CR.repo  CentOS-fasttrack.repo CentOS-Sources.repo
[root@kvm yum.repos.d]# mkdir bak
[root@kvm yum.repos.d]# mv CentOS-* bak
[root@kvm yum.repos.d]# ls
bak
[root@kvm yum.repos.d]# vim local.repo
[local]
name=kvm
baseurl=file:///abc
gpgcheck=0
enabled=1
[root@kvm yum.repos.d]# yum clean all 
[root@kvm yum.repos.d]# yum repolist

5）关闭防火墙、核心防护

[root@kvm yum.repos.d]# systemctl stop firewalld
[root@kvm yum.repos.d]# systemctl disable firewalld
Removed symlink /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/firewalld.service.
Removed symlink /etc/systemd/system/dbus-org.fedoraproject.FirewallD1.service.
[root@kvm yum.repos.d]# setenforce 0

3、安装KVM

1） 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"
# 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

2）检测CPU是否支持虚拟化

[root@kvm ~]# cat /proc/cpuinfo | grep vmx     
flags    : fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic sep mtrr pge mca cmov pat pse36 clflush mmx fxsr sse sse2 ss ht syscall nx pdpe1gb rdtscp lm constant_tsc arch_perfmon nopl xtopology tsc_reliable nonstop_tsc eagerfpu pni pclmulqdq vmx ssse3 fma cx16 pcid sse4_1 sse4_2 x2apic movbe popcnt tsc_deadline_timer aes xsave avx f16c rdrand hypervisor lahf_lm abm 3dnowprefetch ssbd ibrs ibpb stibp tpr_shadow vnmi ept vpid fsgsbase tsc_adjust bmi1 avx2 smep bmi2 invpcid mpx rdseed adx smap clflushopt xsaveopt xsavec arat spec_ctrl intel_stibp flush_l1d arch_capabilitie

3）查看KVM模块是否已安装

Lsmod：显示已载入的系统模块

[root@kvm ~]# lsmod | grep kvm
kvm_intel       183621 0 
kvm          586948 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

4、设置KVM网络

1）KVM网络的两种模式：

① 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

**② 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

[root@bdqn ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33TYPE=EthernetPROXY_METHOD=noneBROWSER_ONLY=noBOOTPROTO=noneDEFROUTE=yesIPV4_FAILURE_FATAL=noIPV6INIT=noIPV6_AUTOCONF=yesIPV6_DEFROUTE=yesIPV6_FAILURE_FATAL=noIPV6_ADDR_GEN_MODE=stable-privacyNAME=ens33UUID=aac61931-47a6-40e5-9511-68adf20e97c5DEVICE=ens33ONBOOT=yes#IPADDR=192.168.100.46#PREFIX=24#GATEWAY=192.168.100.1BRIDGE=br0     #删除原先地址，设置为网桥模式，关联br0网卡

2）创建、编辑桥接网卡

[root@bdqn ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-br0TYPE=BridgeBOOTPROTO=staticDEFROUTE=yesPEERDNS=yesPEERROUTES=yesIPV4_FAILURE_FATAL=noIPV6INIT=yesIPV6_AUTOCONF=yesIPV6_DEFROUTE=yesIPV6_PEERDNS=yesIPV6_PEERROUTES=yesIPV6_FAILURE_FATAL=noIPV6_ADDR_GEN_MODE=stable-privacyNAME=br0DEVICE=br0ONBOOT=yesIPADDR=192.168.226.200NETMASK=255.255.255.0GATEWAY=192.168.226.2

5、KVM部署与管理

1）创建KVM存储和镜像数据的目录、上传centos7镜像

[root@kvm network-scripts]# mkdir -p /data_kvm/iso[root@kvm network-scripts]# mkdir -p /data/_kvm/store[root@kvm network-scripts]# mkdir /abc[root@kvm network-scripts]# mount.cifs //192.168.226.1/LAMP-C7 /mntPassword for root@//192.168.226.1/LAMP-C7: [root@kvm network-scripts]# cd /abc[root@kvm abc]# cp -p CentOS-7-x86_64-DVD-1806.iso /data_kvm/iso/#查看镜像[root@kvm abc]# ll /data_kvm/iso/总用量 4481024-rwxr-xr-x. 1 root root 4588568576 2月 20 2019 CentOS-7-x86_64-DVD-1810.iso

2）使用虚拟系统管理器管理虚拟机

[root@kvm kvmdata]# virt-manager

image-20201208172458698

3）操作步骤

① 第一步：创建存储池

image-20201208173008108

image-20201208173239743

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image-20201208173408360

image-20201208173425149

image-20201208173506408

image-20201208173553797

一样的操作创建iso存储池

image-20201208182723697

② 在store存储池中创建存储卷

image-20201208182851841

image-20201208182920221

③ 创建虚拟机

image-20201208183020821

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启用最小化安装，节省空间

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到此这篇关于KVM 介绍的文章就介绍到这了,更多相关KVM 介绍内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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