kvm虛擬化介紹（1）
kvm虛擬化介紹
一、虛擬化分類
1、虛擬化，是指通過虛擬化技術將一臺計算機虛擬為多臺邏輯計算機。在一臺計算機上同時運行多個邏輯計算機，每個邏輯計算機可運行不同的操作系統，並且應用程序都可以在相互獨立的空間內運行而互相不影響，從而顯著提高計算機的工作效率。
虛擬化使用軟件的方法重新定義劃分 IT 資源，可以實現 IT 資源的動態分配、靈活調度、跨域共享，提高 IT 資源利用率，使 IT 資源能夠真正成為社會基礎設施，服務於各行各業中靈活多變的應用需求。
2、虛擬化層次種類：
（1） 完全虛擬化 --- 最流行的虛擬化方法使用名為 hypervisor 的一種軟件，在虛擬服務器和底層硬件之間建立一個抽象層。 VMware 和微軟的VirtualPC 是代表該方法的兩個商用產品，而基於核心的虛擬機 (KVM) 是面向 Linux 系統的開源產品hypervisor 可以捕獲 CPU 指令，為指令訪問硬件控制器和外設充當中介。因而，完全虛擬化技術幾乎能讓任何一款操作系統不用改動就能安裝到虛擬服務器上，而它們不知道自己運行在虛擬化環境下。主要缺點是， hypervisor 給處理器帶來開銷
賬戶 ) 。雖然操作系統層虛擬化的靈活性比較差，但本機速度性能比較高。此外，由於架構在所有虛擬服務器上使用單一、標準的操作系統，管理起來比異構環境要容易。
（4）桌面虛擬化 --- 服務器虛擬化主要針對服務器而言，而虛擬化最接近用戶的還是要算的上桌面虛擬化了，桌面虛擬化主要功能是將分散的桌面環境集中保存並管理起來，包括桌面環境的集中下發，集中更新，集中管理。桌面虛擬化使得桌面管理變得簡單，不用每臺終端單獨進行維護，每臺終端進行更新。終端數據可以集中存儲在中心機房裏，安全性相對傳統桌面應用要高很多。桌面虛擬化可以使得一個人擁有多個桌面環境，也可以把一個桌面環境供多人使用。
3、虛擬化架構分類
（1）1型虛擬化
Hypervisor 直接安裝在物理機上，多個虛擬機在 Hypervisor 上運行。Hypervisor 實現方式一般是一個特殊定制的 Linux 系統。Xen 和 VMWare 的 ESXi 都屬於這個類型。
（2）2型虛擬化
物理機上首先安裝常規的操作系統，比如 Redhat、Ubuntu 和 Windows。Hypervisor 作為 OS 上的一個程序模塊運行，並對管理虛擬機進行管理。KVM、VirtualBox 和 VMWare Workstation 都屬於這個類型。
二、虛擬化 ---KVM
1、虛擬化kvm發展：
2006 年 10 月由以色列的 Qumranet 組織開發的一種新的“虛擬機”方案，並將其貢獻給開源世界
2007 年 2 月於 Linux Kernel-2.6.20 中第一次包含了 KVM
2008 年 9 月，紅帽收購了 Qumranet ，由此入手了 KVM 的虛擬化技術。在之前紅帽決是將Xen 加入到自己的默認特性當中——那是 2006 年，因為當時Xen技術脫離了內核的維護方式，也許是因為采用 Xen 的 RHEL 在企業級虛擬化方面沒有贏得太多的市場，也許是因為思傑跟微軟走的太近了，種種原因，導致其萌生了放棄 Xen。而且在正式采用 KVM 一年後，就宣布在新的產品線中徹底放棄 Xen ，集中資源和精力進行 KVM 的工作。
2009 年 9 月，紅帽發布其企業級 Linux 的 5.4 版本（ RHEL5.4 ），在原先的 Xen 虛擬化機制之上，將 KVM 添加了進來
2010 年 11 月，紅帽發布其企業級 Linux 的 6.0 版本（ RHEL6.0 ），這個版本將默認安裝的 Xen 虛擬化機制徹底去除，僅提供 KVM 虛擬化機制
2011 年初，紅帽的老搭檔 IBM 找上紅帽，表示 KVM 這個東西值得加大力度去做。於是到了 5 月， IBM 和紅帽，聯合惠普和英特爾一起，成立了開放虛擬化聯盟（ Open Virtualization Alliance ），一起聲明要提升 KVM 的形象，加速 KVM 投入市場的速度，由此避免 VMware 一家獨大的情況出現。聯盟成立之時，紅帽的發言人表示， 大家都希望除 “ VMware 之外還有一種開源選擇。未來的雲基礎設施一定會基於開源
自 Linux 2.6.20 之後逐步取代 Xen 被集成在Linux 的各個主要發行版本中，使用 Linux 自身的調度器進行管理。
2 、KVM --- 全稱是基於內核的虛擬機（Kernel-based Virtual Machine）
是一個開源軟件，基於內核的虛擬化技術，實際是嵌入系統的一個虛擬化模塊，通過優化內核來使用虛擬技術，該內核模塊使得 Linux 變成了一個Hypervisor，虛擬機使用 Linux 自身的調度器進行管理。
KVM 是基於虛擬化擴展（Intel VT 或者 AMD-V）的 X86 硬件的開源的 Linux 原生的全虛擬化解決方案。KVM 中，虛擬機被實現為常規的 Linux 進程，由標準 Linux 調度程序進行調度；虛機的每個虛擬 CPU 被實現為一個常規的 Linux 進程。這使得 KMV 能夠使用 Linux 內核的已有功能。但是，KVM 本身不執行任何硬件模擬，需要客戶空間程序通過 /dev/kvm 接口設置一個客戶機虛擬服務器的地址空間，向它提供模擬的 I/O，並將它的視頻顯示映射回宿主的顯示屏。目前這個應用程序是 QEMU。
3、Linux 上的用戶空間、內核空間、虛機：
Guest：客戶機系統，包括CPU（vCPU）、內存、驅動（Console、網卡、I/O 設備驅動等），被 KVM 置於一種受限制的 CPU 模式下運行。
KVM：運行在內核空間，提供CPU 和內存的虛級化，以及客戶機的 I/O 攔截。Guest 的 I/O 被 KVM 攔截後，交給 QEMU 處理。
QEMU：修改過的為 KVM 虛機使用的 QEMU 代碼，運行在用戶空間，提供硬件 I/O 虛擬化，通過IOCTL /dev/kvm 設備和 KVM 交互。
4、KVM有一個內核模塊叫 kvm.ko，只用於管理虛擬 CPU 和內存。IO 的虛擬化，就交給 Linux 內核和qemu來實現。
Libvirt：是 KVM 的管理工具。Libvirt 除了能管理 KVM 這種 Hypervisor，還能管理 Xen，VirtualBox 等。OpenStack 底層也使用 Libvirt。
Libvirt 包含 3 個東西：後臺 daemon 程序 libvirtd、API 庫和命令行工具 virsh
（1）libvirtd是服務程序，接收和處理 API 請求；
（2）API 庫使得其他人可以開發基於 Libvirt 的高級工具，比如 virt-manager，這是個圖形化的 KVM 管理工具，後面我們也會介紹；
（3）virsh 是我們經常要用的 KVM 命令行工具，後面會有使用的示例。作為 KVM 和 OpenStack 的實施人員，virsh 和 virt-manager 是一定要會用的。
三、虛擬化VT開啟確認
KVM 本身也有一些弱點，那就是相比裸金屬虛擬化架構的 Xen 、 VMware ESX 和 HyperV ， KVM 是運行在 Linux 內核之上的寄居式虛擬化架構，會消耗比較多的計算資源；不過針對這一點， Intel 、 AMD 已經在處理器設計上有專門的VT-x 和 AMD-V 擴展，這種特性在每次硬件更新的時候也會更新，往往每次更新後都對虛擬化性能和速度上有明顯的提升，所以長遠來看，也不是什麽大問題。
KVM 的虛擬化需要硬件支持（需要處理器支持虛擬化：如 Intel 廠商的 Intel-VT （ vmx ）技術&&AMD 廠商的 AMD-V （ svm ）技術。是基於硬件的完全虛擬化。而 Xen 早期則是基於軟件模擬的半虛擬化（ Para-Virtualization ），新版本則是基於硬件支持的完全虛擬化。但 Xen 本身有自己的進程調度器，存儲管理模塊等，所以代碼較為龐大。
你當前的 CPU 是否支持 VT 技術？當不確定你當前 CPU 是否支持 VT 技術時
1. 可以在 windows 下使用 cpu-z 軟件來進行測試
2. 可以在 Linux 下查看 CPU 的相信信息來確定
CPU 虛擬化給我們帶來了哪些好處？
CPU 的虛擬化技術可以將單 CPU 模擬多 CPU 並行，允許一個平臺同時運行多個操作系統，並且應用程序都可以在相互獨立的空間內運行而互不影響，從而顯著提高計算機的工作效率。
虛擬化技術與多任務超線程的技術的區別？
虛擬化技術與多任務以及超線程技術是完全不同的。多任務是指在一個操作系統中多個程序同時並行運行，而在虛擬化技術中，則可以同時運行多個操作系統，而且每一個操作系統中都有多個程序運行，每一個操作系統都運行在一個虛擬的 CPU 或者是虛擬主機上；而超線程技術只是單 CPU 模擬雙 CPU 來平衡程序運行性能，這兩個模擬出來的 CPU 是不能分離的，只能協同工作
安裝kvm前準備工作
1. 確定處理器有 VT
命令行： grep vmx /proc/cpuinfo (INTEL 芯片 )
grep svm /proc/cpuinfo (AMD 芯片 )
cat /proc/cpuinfo | grep -e vmx -e nx -e svm
不知道芯片的生產廠商則輸入：egrep ‘(vmx|svm)‘ /proc/cpuinfo
如果 flags: 裏有 vmx 或者 svm 就說明支持 VT ；如果沒有任何的輸出，說明你的 cpu 不支持，將無法成功安裝 KVM 虛擬機。
2. 當你硬件本身支持虛擬化，但查詢相應參數無果時，請檢查 BIOS 設定，確認你的 BIOS 中開啟了硬件支持虛擬化的功能！
將如下選項設為Enabled
Intel(R) Virtualization Tech [Enabled]
KVM虛擬化安裝
1. 安裝 KVM 要求
（1）64bitCPU( 支持虛擬化 VT-x or AMD-V)
（2）2G 以上空閑內存，確認內存大小
grep -e MemTotal /proc/meminfo
free -m
（3）6GB 空閑存儲空間
2. 安裝 KVM 並檢測
（1）YUM 安裝 KVM
yum install kvm virt-manager libvirt libvirt-python python-virtinst libvirt-client qemu-kvm qemu-img
（2）YUM 安裝 KVM( 簡單版 )
yum install kvm virt-manager libvirt*
（3）如果無法連入互聯網 , 可自行建立源來完成安裝並避免各種關聯。建立一個本地的 YUM 源：
< 掛載 RHEL 光盤 >
#mount /dev/cdrom /mnt/cdrom
< 建立 YUM 本地源 >
#cd /etc/yum.repos.d
#vim kvms.repo
kvms.repo 內容
[kvms]
name=Red Hat
baseurl=file:///mnt/cdrom/
enabled=1
gpgcheck=0
（4）kvm虛擬化所需組件介紹
kvm: 核心套件
virt-manager: 圖形化 KVM 管理軟件
libvirt: 提供虛擬機與宿主相互通信的機制
libvirt-python: 允許使用 libvirt API
python-virtinst:CLI 下創建 KVM 的工具
libvirt-client: 提供 client 訪問 kvm 服務器的機制 ,並包含 virsh 命令進行
管理和控制 VMs
qemu-kvm: 提供用戶級 KVM 環境
qemu-img:VMs 磁盤管理
3.啟動 KVM
（1）modprobe kvm 加載 kvm 模塊
（2）lsmod | grep kvm 查看加載成功
（3）systemctl start libvirtd
（4）systemctl status libvirtd
4. 啟動並檢測 KVM
virsh list --all
如出現
Id Name State
-------------------------------------------------------
則安裝成功
5. 在 GUI 模式下安裝虛擬機，啟動虛擬系統管理器
五、KVM網絡模式設置
1. NAT ( 默認上網 ) :虛擬機利用 host 機器的 ip 進行上網 . 對外顯示一個 ip,
virbr0 是 KVM 默認創建的一個 Bridge，其作用是為連接其上的虛機網卡提供 NAT 訪問外網的功能，默認ip為192.168.122.1
2. 自帶的Bridge : 將虛擬機橋接到 host 機器的網卡上 ,vm和 host 機器都通過 bridge 上網 . 對外有同網段的不通 ip，此種方式host卻不能和vm聯通
3. Linux Bridge : 基本原理就是創建一個橋接接口 br0 ，在物理網卡和虛擬網絡接口之間傳遞數據。此種方式host卻可以和vm聯通
Linux Bridge 是 Linux 上用來做 TCP/IP 二層協議交換的設備，其功能大家可以簡單的理解為是一個二層交換機或者 Hub。多個網絡設備可以連接到同一個 Linux Bridge，當某個設備收到數據包時，Linux Bridge 會將數據轉發給其他設備
（1）添加 br0 網卡的配置文件
cd /etc/sysconfig/network-scripts
cp ifcfg-eth0 ifcfg-br0
（2）修改網卡配置文件
Vim ifcfg-eth0
TYPE=Ethernet NAME=eth0 DEVICE=eth0 ONBOOT=yes BRIDGE=br0
Vim ifcfg-br0
TYPE=Bridge NAME=br0 DEVICE=br0 ONBOOT=yes BOOTPROTO=none IPADDR=192.168.254.20 PREFIX=24（NETMASK=255.255.255.0） GATEWAY=192.168.254.1 DNS=192.168.254.251
（3）重啟host：reboot
（4）檢查
# ethtool br0
# brctl show
# ifconfig br0
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