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KVM(五)libvirt 介紹

阿新 • • 發佈：2018-12-08

1. Libvirt 是什麼

為什麼需要Libvirt？

  1. Hypervisor 比如 qemu-kvm 的命令列虛擬機器管理工具引數眾多，難於使用。
  2. Hypervisor 種類眾多，沒有統一的程式設計介面來管理它們，這對雲環境來說非常重要。
  3. 沒有統一的方式來方便地定義虛擬機器相關的各種可管理物件。

Libvirt提供了什麼？

  1. 它提供統一、穩定、開放的原始碼的應用程式介面（API）、守護程序 （libvirtd）和和一個預設命令列管理工具（virsh）。
  2. 它提供了對虛擬化客戶機和它的虛擬化裝置、網路和儲存的管理。
  3. 它提供了一套較為穩定的C語言應用程式介面。目前，在其他一些流行的程式語言中也提供了對libvirt的繫結，在Python、Perl、Java、Ruby、PHP、OCaml等高階程式語言中已經有libvirt的程式庫可以直接使用。
  4. 它對多種不同的 Hypervisor 的支援是通過一種基於驅動程式的架構來實現的。libvirt 對不同的 Hypervisor 提供了不同的驅動，包括 Xen 的驅動，對QEMU/KVM 有 QEMU 驅動，VMware 驅動等。在 libvirt 原始碼中，可以很容易找到 qemu_driver.c、xen_driver.c、xenapi_driver.c、vmware_driver.c、vbox_driver.c 這樣的驅動程式原始碼檔案。
  5. 它作為中間適配層，讓底層 Hypervisor 對上層使用者空間的管理工具是可以做到完全透明的，因為 libvirt 遮蔽了底層各種 Hypervisor 的細節，為上層管理工具提供了一個統一的、較穩定的介面（API）。
  6. 它使用 XML 來定義各種虛擬機器相關的受管理物件。

     目前，libvirt 已經成為使用最為廣泛的對各種虛擬機器進行管理的工具和應用程式介面（API），而且一些常用的虛擬機器管理工具（如virsh、virt-install、virt-manager等）和雲端計算框架平臺（如OpenStack、OpenNebula、Eucalyptus等）都在底層使用libvirt的應用程式介面。

                          

 (SLE 11)

1.1 Libvirt C API

1.1.1 Libvirti API 所管理的主要物件

物件 解釋
Domain （域） 指執行在由Hypervisor提供的虛擬機器器上的一個作業系統例項（常常是指一個虛擬機器）或者用來啟動虛機的配置。
Hypervisor 一個虛擬化主機的軟體層
Node （主機） 一臺物理伺服器。
Storage pool （儲存池） 一組儲存媒介的集合，比如物理硬碟驅動器。一個儲存池被劃分為小的容器稱作卷。卷會被分給一個或者多個虛機。
Volume （卷） 一個從儲存池分配的儲存空間。一個卷會被分給一個或者多個域，常常成為域裡的虛擬硬碟。

1.1.2 物件的管理模型

物件名稱 物件 Python 類 描述
Connect 與 Hypervisor的連線

virConnectPtr

 在呼叫任何 API 去管理一個本地或者遠端的Hypervisor前，必須建立和這個Hypervisor的連線。
Domain Guest domain

virDomainPtr

 用於列舉和管理已有的虛機，或者建立新的虛機。唯一標識：ID,Name，UUID。一個域可能是暫時性的或者永續性的。暫時性的域只能在它執行期間被管理。永續性的域在主機上儲存了它的配置。
Virtual Network 虛擬網路

virNetworkPtr

 用於管理虛機的網路裝置。唯一標識：Name，UUID。一個虛擬網路可能是暫時性的或者永續性的。每個主機上安裝libvirt後，它都有一個預設的網路裝置“default”。它向該主機上執行的虛機提供DHCP服務，以及通過NAT連線到主機上。
Storage Pool 儲存池

virStoragePoolPtr

 用於管理虛擬機器內的所有儲存，包括 local disk, logical volume group, iSCSI target, FibreChannel HBA and local/network file system。唯一標識：Name，UUID。一個儲存池可能是暫時性的或者永續性的。Pool 的 type 可以是  dir, fs, netfs, disk, iscsi, logical, scsi,mpath, rbd, sheepdog, gluster 或者 zfs。
Storage Volume   儲存卷

virStorageVolPtr

 用於管理一個儲存池內的儲存塊，包括一個池內分配的塊、磁碟分割槽、邏輯卷、SCSI/iSCSI Lun，或者一個本地或者網路檔案系統內的檔案等。唯一標識：Name，Key，Path。
Host device  主機裝置

virNodeDevPtr

 用於管理主機上的物理硬體裝置，包括 the physical USB or PCI devices and logical devices these provide, such as a NIC, disk, disk

controller, sound card, etc。唯一標識：Name。

1.1.3 API 的簡單分類

Libvirt API 就是對各種物件的各種操作，包括基本的增、刪、改、查操作和其它操作。

物件 增 刪 改 查 其它
Connect virConnectOpen
virConnectOpenAuth
virConnectOpenReadOnly		 virConnectClose virConnectSetKeepAlive
Strorage pool virStoragePoolBuild
virStoragePoolCreate
virStoragePoolCreateXML
virStoragePoolDefineXML		 virStoragePoolDelete
virStoragePoolDestroy
virStoragePoolFree
virStoragePoolUndefine		 virStoragePoolRefresh
virStoragePoolSetAutostart		 virConnectFindStoragePoolSources
virConnectListAllStoragePools
virConnectListDefinedStoragePools
virConnectListStoragePools
virConnectNumOfDefinedStoragePools
virConnectNumOfStoragePools

virStoragePoolGetInfo/Name/UUID/UUIDString/XMLDesc
 virStoragePoolIsActive/Persistent
virStoragePoolLookupByName/UUID/UUIDString/Volume
virStoragePoolRef		 virStoragePoolGetAutostart
virStoragePoolGetConnect

virStoragePoolNumOfVolumes

virStoragePoolListAllVolumes

virStoragePoolListVolumes
Storage volume virStorageVolCreateXML
virStorageVolCreateXMLFrom		 virStorageVolDelete
virStorageVolFree		 virStorageVolResize
virStorageVolUpload
virStorageVolWipe
virStorageVolWipePattern		 virStorageVolGetConnect/Info/Key/Name/Path/XMLDesc
 virStorageVolLookupByKey/Name/Path
virStorageVolRef		 virStorageVolDownload
Network virNetworkCreate
virNetworkCreateXML
virNetworkDefineXML		 virNetworkDestroy
virNetworkFree
virNetworkUndefine		 virNetworkSetAutostart
virNetworkUpdate		 virConnectListAllNetworks
virConnectListDefinedNetworks
virConnectListNetworks
virConnectNumOfDefinedNetworks
virConnectNumOfNetworks

virNetworkGetBridgeName/DHCPLeases/Name/UUID/UUIDString/XMLDesc
virNetworkIsActive/Persistent
 virNetworkLookupByName/UUID/UUIDString
virNetworkGetAutostart

virNetworkGetConnect

 virConnectNetworkEventDeregisterAny
virConnectNetworkEventGenericCallback
virNetworkDHCPLeaseFree
Domain snapshot virDomainSnapshotCreateXML virDomainSnapshotDelete
virDomainSnapshotFree		 virDomainRevertToSnapshot virDomainHasCurrentSnapshot
virDomainListAllSnapshots
virDomainSnapshotCurrent
virDomainSnapshotGetConnect/Domain/Name/Parent/XMLDesc
virDomainSnapshotHasMetadata
virDomainSnapshotIsCurrent
virDomainSnapshotListAllChildren
virDomainSnapshotListChildrenNames
virDomainSnapshotListNames
virDomainSnapshotLookupByName
virDomainSnapshotNum
virDomainSnapshotNumChildren
virDomainSnapshotRef
Host   virInitialize
virNodeSetMemoryParameters
virNodeSuspendForDuration		 virConnectBaselineCPU
virConnectCompareCPU
virConnectGetCPUModelNames/Capabilities/Hostname/LibVersion/MaxVcpus/Sysinfo/Type/URI/Version
virConnectIsAlive
virConnectIsEncrypted
virConnectIsSecure
virGetVersion
virNodeGetCPUMap/CPUStats /CellsFreeMemory/FreeMemory/Info/MemoryParameters/MemoryStats /
 virNodeGetSecurityModel		 virTypedParamsAddBoolean
virTypedParamsAddDouble
virTypedParamsAddFromString
virTypedParamsAddInt
virTypedParamsAddLLong
virTypedParamsAddString
virTypedParamsAddUInt
virTypedParamsAddULLong
virTypedParamsClear
virTypedParamsFree
virTypedParamsGet
Interface virInterfaceCreate
virInterfaceDefineXML		 virInterfaceDestroy
virInterfaceFree
virInterfaceUndefine		 virInterfaceChangeBegin
virInterfaceChangeCommit
virInterfaceChangeRollback		 virConnectListAllInterfaces
virConnectListDefinedInterfaces
virConnectListInterfaces
virConnectNumOfDefinedInterfaces
virConnectNumOfInterfaces
virInterfaceGetConnect
virInterfaceGetMACString
virInterfaceGetName
virInterfaceGetXMLDesc
virInterfaceIsActive
virInterfaceLookupByMACString
virInterfaceLookupByName
virInterfaceRef
Net Filter virNWFilterDefineXML virNWFilterFree
virNWFilterUndefine		 virConnectListAllNWFilters
virConnectListNWFilters
virConnectNumOfNWFilters
virNWFilterGetName
virNWFilterGetUUID
virNWFilterGetUUIDString
virNWFilterGetXMLDesc
virNWFilterLookupByName
virNWFilterLookupByUUID
virNWFilterLookupByUUIDString
virNWFilterRef
Domain Event virConnectDomainEventDeregister
virConnectDomainEventDeregisterAny
virConnectDomainEventDeviceAddedCallback
virConnectDomainEventDeviceRemovedCallback		 virConnectDomainEventAgentLifecycleCallback
virConnectDomainEventBalloonChangeCallback
virConnectDomainEventBlockJobCallback
virConnectDomainEventCallback
virConnectDomainEventDiskChangeCallback
virConnectDomainEventGenericCallback
virConnectDomainEventGraphicsCallback
virConnectDomainEventIOErrorCallback
virConnectDomainEventIOErrorReasonCallback
virConnectDomainEventPMSuspendCallback
virConnectDomainEventPMSuspendDiskCallback
Domain virDomainCreate
virDomainCreateLinux
virDomainCreateWithFiles
virDomainCreateWithFlags
virDomainCreateXML
virDomainCreateXMLWithFiles
virDomainDefineXML
virDomainDefineXMLFlags		 virDomainDestroy
virDomainDestroyFlags

virDomainFree
virDomainUndefine
virDomainUndefineFlags
virDomainUpdateDeviceFlags		 virDomainAbortJob
virDomainAddIOThread

virDomainDelIOThread

virDomainAttachDevice
virDomainAttachDeviceFlags
virDomainDetachDevice
virDomainDetachDeviceFlags

virDomainBlockCommit
virDomainBlockCopy
virDomainBlockJobAbort
virDomainBlockJobSetSpeed
virDomainBlockPeek
virDomainBlockPull
virDomainBlockRebase
virDomainBlockResize

virDomainCoreDump
virDomainCoreDumpWithFormat

virDomainFSFreeze
virDomainFSInfoFree
virDomainFSThaw
virDomainFSTrim
virDomainInjectNMI

virDomainInterfaceFree

virDomainManagedSave
virDomainManagedSaveRemove

virDomainMigrate
virDomainMigrate2
virDomainMigrate3

virDomainMigrateSetCompressionCache
virDomainMigrateSetMaxDowntime
virDomainMigrateSetMaxSpeed
virDomainMigrateToURI
virDomainMigrateToURI2
virDomainMigrateToURI3

virDomainOpenChannel
virDomainOpenConsole
virDomainOpenGraphics
virDomainOpenGraphicsFD
virDomainPMSuspendForDuration

virDomainPMWakeup

virDomainReboot
virDomainReset
virDomainRestore
virDomainRestoreFlags
virDomainResume
virDomainSave
virDomainSaveFlags
virDomainSaveImageDefineXML
virDomainScreenshot
virDomainSendKey
virDomainSendProcessSignal

virDomainShutdown
virDomainShutdownFlags
virDomainSuspend

virDomainSetAutostart
virDomainSetBlkioParameters
virDomainSetBlockIoTune
virDomainSetInterfaceParameters
virDomainSetMaxMemory
virDomainSetMemory
virDomainSetMemoryFlags
virDomainSetMemoryParameters
virDomainSetMemoryStatsPeriod
virDomainSetMetadata
virDomainSetNumaParameters
virDomainSetSchedulerParameters
virDomainSetSchedulerParametersFlags
virDomainSetTime
virDomainSetUserPassword
virDomainSetVcpus
virDomainSetVcpusFlags		 virConnectGetAllDomainStats
virConnectGetDomainCapabilities
virConnectListAllDomains
virConnectListDefinedDomains
virConnectListDomains
virConnectNumOfDefinedDomains
virConnectNumOfDomains

virDomainBlockStats
virDomainBlockStatsFlags

virDomainGetAutostart
virDomainGetBlkioParameters
virDomainGetBlockInfo
virDomainGetBlockIoTune
virDomainGetBlockJobInfo
virDomainGetCPUStats
virDomainGetConnect
virDomainGetControlInfo
virDomainGetDiskErrors
virDomainGetEmulatorPinInfo

virDomainGetFSInfo
virDomainGetHostname
virDomainGetID
virDomainGetIOThreadInfo
virDomainGetInfo

virDomainGetInterfaceParameters
virDomainGetJobInfo
virDomainGetJobStats
virDomainGetMaxMemory
virDomainGetMaxVcpus
virDomainGetMemoryParameters
virDomainGetMetadata
virDomainGetName

virDomainGetNumaParameters
virDomainGetOSType
virDomainGetSchedulerParameters
virDomainGetSchedulerParametersFlags
virDomainGetSchedulerType

virDomainGetSecurityLabel
virDomainGetSecurityLabelList
virDomainGetState
virDomainGetTime
virDomainGetUUID
virDomainGetUUIDString
virDomainGetVcpuPinInfo
virDomainGetVcpus
virDomainGetVcpusFlags

virDomainGetXMLDesc
virDomainHasManagedSaveImage
virDomainIOThreadInfoFree

virDomainInterfaceAddresses
virDomainInterfaceStats

virDomainIsActive
virDomainIsPersistent
virDomainIsUpdated
virDomainListGetStats

virDomainLookupByID
virDomainLookupByName
virDomainLookupByUUID
virDomainLookupByUUIDString

virDomainMemoryPeek
virDomainMemoryStats

virDomainMigrateGetCompressionCache
virDomainMigrateGetMaxSpeed

virDomainPinEmulator ?
virDomainPinIOThread
virDomainPinVcpu
virDomainPinVcpuFlags

virDomainSaveImageGetXMLDesc
virDomainStatsRecordListFree		 virConnectDomainXMLFromNative
virConnectDomainXMLToNative
Secret virSecretDefineXML virSecretFree
virSecretUndefine		 virSecretSetValue virConnectListAllSecrets
virConnectListSecrets
virConnectNumOfSecrets
virSecretGetConnect/UUID/UUIDString/UsageID/UsageType/Value/XMLDesc
virSecretLookupByUUID/UUIDString/Usage
virSecretRef
Stream virStreamNew virStreamFree virStreamFinish

virStreamAbort

virStreamRecv

virStreamRecvAll

virStreamSend

virStreamSendAll

 virStreamSinkFunc
virStreamSourceFunc

1.2 Libvirt XML 定義

Libvirt 使用 XML 來定義各種物件，其中，與 OpenStack Nova 關係比較密切的有：

disk （磁碟） 任何磁碟裝置，包括軟盤（floppy）、硬碟（hard disk）、光碟機（cdrom）或者半虛擬化驅動都使用 元素來定義。 方式： 
。其中：
  • ”type“ 用來指定device source 的型別："file", "block", "dir", "network", 或者 "volume"。具體的 source  由 標籤定義。
  • ”device“ 用來指定 device target 的型別："floppy", "disk", "cdrom", and "lun", 預設為 "disk" 。具體的 target 由 標籤定義。

（1）”volume“ 型別的 disk
  1.   'volume' device='disk'>
  2.   'qemu' type='raw'/>
  3.   'blk-pool0' volume='blk-pool0-vol0'/>
  4.   'hdk' bus='ide'/>
（2）”file“ 型別的 disk
  1.   'file' snapshot='external'>
  2.   "tap" type="aio" cache="default"/>
  3.   '/var/lib/xen/images/fv0' startupPolicy='optional' />
  4.   'hda' bus='ide'/>
（3）”block“ 型別的 disk
  1.   'block' device='cdrom'>
  2.   'qemu' type='raw'/>
  3.   'hdd' bus='ide' tray='open'/>
  4.   <readonly/>
（4）”network“ 型別的 disk

 

  1.   'network' device='cdrom'>
  2.   'qemu' type='raw'/>
  3.   "http" name="url_path">
  4.   "hostname" port="80"/>
  5.    
  6.   'hde' bus='ide' tray='open'/>
  7.   <readonly/>
  8.    

 

  
Host device assignment （主機裝置分配）

 

  1.   'subsystem' type='usb'> #USB 裝置直接分配 'optional'>
  2.   '0x1234'/>
  3.   '0xbeef'/>
  4.    
  5.   '2'/>
  6.    
  7.   'subsystem' type='pci' managed='yes'> #PCI 裝置直接分配
  8.    
  9.    
  10.   '0x0000' bus='0x06' slot='0x02' function='0x0'/>
  11.    
  12.   '1'/>
  13.   'on' file='/etc/fake/boot.bin'/>
  14.    
  15.    

 

  
Network interface (網絡卡) 
有幾種 interface 型別：
（1）type = ‘network’ 定義一個連線 Virtual network 的 interface

 

  1.   <interface type='network'>
  2.   'default'/> #虛擬網路的名稱為 ‘default’  <!--interface> ... <interface type='network'>
  3.   'default' portgroup='engineering'/>
  4.   'vnet7'/>
  5.   "00:11:22:33:44:55"/>
  6.    
  7.   '09b11c53-8b5c-4eeb-8f00-d84eaa0aaa4f'/>
  8.    
  9.    
  10.   <!--interface>
  11.    

 

#virsh：attach-interface --domain d-2 --type network --source isolatednet1 --mac 52:53:00:4b:75:6f --config
（2）type=‘birdge’ 定義一個 Bridge to LAN（橋接到物理網路）的interface：前提是主機上存在一個 bridge，該 bridge 已經連到物理LAN。

 

  1.   <interface type='bridge'> #連線到 br0 'br0'/>
  2.   <!--interface>
  3.   <interface type='bridge'> #連線到br1 'br1'/>
  4.   'vnet7'/>
  5.   "00:11:22:33:44:55"/>
  6.   <!--interface>
  7.   <interface type='bridge'> #連線到 Open vSwithc bridge ovsbr 'ovsbr'/>
  8.   'openvswitch'>
  9.   'menial' interfaceid='09b11c53-8b5c-4eeb-8f00-d84eaa0aaa4f'/>
  10.    
  11.   <!--interface>

 

#virsh：attach-interface --domain d-2 --type bridge --source virbr0 --mac 52:22:33:44:55:66 --config
（3）type=‘ethernet’ 定義一個使用指定指令碼連線到 LAN 的 interface
  1.   <interface type='ethernet'>
  2.   'vnet7'/>
  3.   '/etc/qemu-ifup-mynet'/>
  4.   </interface> 
（4）type=‘direct’ 定義一個直接連到物理網絡卡（Direct attachment to physical interface）的 interface：需要 Linux macvtap 驅動支援
  1.   <interface type='direct' trustGuestRxFilters='no'>
  2.   <source dev='eth0' mode='vepa'/>
  3.   </interface> 
（5）type=‘hostdev’ 定義一個由主機PCI 網絡卡直接分配（PCI Passthrough）的 interface： 分配主機上的網絡卡給虛機

 

  1.   <interface type='hostdev' managed='yes'>
  2.   <driver name='vfio'/>
  3.    
  4.   <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x07' function='0x0'/>
  5.    
  6.   <mac address='52:54:00:6d:90:02'/>
  7.   <virtualport type='802.1Qbh'>
  8.   <parameters profileid='finance'/>
  9.    
  10.   </interface>

 

  
network （網路）

1. bridge：定義一個用於構造該虛擬網路的網橋。 

2. domain：定義 DHCP server 的 DNS domain。

3. forward： 定義虛擬網路直接連到物理 LAN 的方式. ”mode“指轉發模式。

 (1) mode=‘nat’：所有連線到該虛擬網路的虛擬的網路都會經過物理機器的網絡卡，並轉換成物理網絡卡的地址。

 

  1.   default
  2.   <bridge name="virbr0" />
  3.   <forward mode="nat"/>
  4.   <ip address="192.168.122.1" netmask="255.255.255.0">
  5.    
  6.   <range start="192.168.122.2" end="192.168.122.254" />
  7.    
  8.    
  9.   <ip family="ipv6" address="2001:db8:ca2:2::1" prefix="64" />

 

也可以指定公共的IP地址和埠號。

  1.   <forward mode='nat'><address start='1.2.3.4' end='1.2.3.10'/>
  2.   <forward mode='nat'><port start='500' end='1000'/>
(2) mode=‘route’：類似於 NAT，但是不使用NAT，而是使用routing table。  

 

  1.    
  2.   local
  3.   <bridge name="virbr1" />
  4.   <forward mode="route" dev="eth1"/>
  5.   <ip address="192.168.122.1" netmask="255.255.255.0">
  6.    
  7.   <range start="192.168.122.2" end="192.168.122.254" />
  8.    
  9.    
  10.   <ip family="ipv6" address="2001:db8:ca2:2::1" prefix="64" />

 

(3) mode=‘bridge’：使用不受libvirt管理的bridge，比如主機上已有的bridge；open vswitch bridge；使用 macvtap's "bridge"  模式
  1.    
  2.   host-bridge
  3.   <forward mode="bridge"/>
  4.   <bridge name="br0"/>
(4) mode=‘passthrough’：使用 a macvtap "direct" connection in "passthrough" mode 指定主機上的特定網絡卡用於虛擬網路   

 

  1.   <forward mode='passthrough'>
  2.   <interface dev='eth10'/>
  3.   <interface dev='eth11'/>
  4.   <interface dev='eth12'/>
  5.   <interface dev='eth13'/>
  6.   <interface dev='eth14'/>

 

(5) mode=‘hostdev’：直接分配主機上的網路裝置。
  1.   <forward mode='hostdev' managed='yes'>
  2.   <driver name='vfio'/>
  3.   <address type='pci' domain='0' bus='4' slot='0' function='1'/>
  4.   <address type='pci' domain='0' bus='4' slot='0' function='2'/>
  5.   <address type='pci' domain='0' bus='4' slot='0' function='3'/>
 

詳細的 XML 定義說明在 https://libvirt.org/format.html。

1.3 Libvirt API 的實現

libvirt API 的實現是在各個 Hypervisor driver 和 Storage dirver 內。Hypervisor 驅動包括：

1.4 Libvirt 的 Python 繫結

python-libvirt 包含 Libvirt 的 Python 語言繫結。安裝 libvirt 時，預設會安裝 python-libvirt 。 來源： https://libvirt.org/python.html  https://pypi.python.org/pypi/libvirt-python 

Python API 和 C API 之間幾乎是一對一的對映關係，比如：

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