KVM虚拟化平台搭建

最新推荐文章于 2025-03-25 12:14:30 发布
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分类专栏： Mysql数据库
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一、虚拟化技术概述

1.1 虚拟化技术

通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机，在”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

1.2 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-
    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， 1BM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- 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hyperviso/VMM程序(虚拟机管理程序)，能够控制宿主机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

1.3 虚拟化特点

  • 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运行不同的服务(nginx+ tomcat) ，从而实现一台宿主机搭建一个集群(从整体)
  • 通过软件/应用程序的方式，来实现物理硬件的功能

注：软件资源没有硬件资源性能高（稳定和效率）（相同功能）

1.4 虚拟化类型

  • 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hyperisor(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

  • 半虚拟化:需要修改操作系统

    虚拟机里的设置中的虚拟化引擎，是开启硬件辅助——》软件形式的虚拟化功能，让性能更高，趋近物理设备

  • 直通:直接使用物理硬件资源(需要内核级别的支持，技术实现困难，不完善)

1.5 虚拟化的特性

  • 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，代码的健壮性决定了虚拟化产品是否稳定)

1.6 虚拟化前后对比

  • 虚拟化前

    1.每台主机拥有一个操作系统
2.软硬件紧密结合
3.在同一个主机上运行多个应用程序通常会产生冲突
4.系统资源利用率低(例如: 5%)
5.硬件成本高昂并且不够灵活

  • 虚拟化后

    1.打破了操作系统和硬件的互相依赖（宿主机的操作系统作为底层的支撑，模拟出多个操作系统）
2.通过封装到虚拟机的技术，管理操作系统和应用程序为单一的个体（方便管理）
3.强大的安全和故障隔离
4.虚拟机时独立于硬件的，它们可以在任何硬件上运行（虚拟机的管理器支持操作系统就可以）

1.6.1 对比

1.6.1.1 操作系统方面(虚拟化前)

LAMP架构中(以一台主机实现)
LuNUx + Apache + MySQL + PHP

其中Apache与MySQL资源是共享的，如果架构要求服务间的安全性隔离比较高的话，Apache的页面和MySQL数据库的目录一定是不能互相碰面，如果Apache漏洞暴露出来， 攻击者就可以Apache的进程访问到MySQL的数据目录，从而获取MySQL中的数据，这种就是严重的安全隐患而想解决这种潜在危险，可以通过实现内核级别的隔离(使用虚拟化技术)

1.6.1.2 软硬件结合

因为硬件和操作系统不兼容或者不支持，导致有些软、硬件功能无法正常使用(也是最难的问题)

使用虚拟化，软硬件之间是会通过虚拟化层驱动进行隔离(调配) 的，只要虚拟化层可以识别软/硬件应用，就可以将软硬件结合使用

1.6.1.3 在同一个主机上运行多个应用程序通常会产生冲突

Apache和Nginx定位相同(80端口)，只能使用反向代理的方式进行分离，而同时如果在同一台机器使用这种方式，Apache和Nginx中重要的数据文件如果同时被泄露出去，而虚拟化可以隔离服务，提高安全性

1.7 案例

VMwareWorkstation: 使用软件达到虚拟多操作系统
VirtualBox: 使用软件虚拟出多种物理设备功能

以VMwareworkstation为例

  • workstatin支持ntel公司和AMD公司的虚拟化技术
  • 硬件辅助虚拟化技术Intel-VT-x AMD-V

1.7.1 Intel VT-x技术

Intel VT-x技术主要包含CPU、 内存和I / 0三方面的虚拟化技术,同时提供优化处理(早期为弥补X86架构虚拟化的缺陷)

AMD-V是对x86处理器系统架构的-组硬件扩展和硬件辅助虚拟化技术,可以简化纯软件的虚拟化解决方案，改进VMM (虛拟机监视器)的设计，更充分地利用硬件资源，提高服务器和数据中心的虚拟化效率

1.7.2 VMM(虚拟机监视器/管理程序)

VMM是一个系统软件，可以维护多个高效、隔离的程序环境(虚拟机)，同时可以管理计算机系统的真实资源、为虚拟机提供接口

1.8 KVM概述

广义KVM

  • KVM (Kernel- based Vritual Machine)是基于内核的虚拟机

  • 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)

  • 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，隔离敏感指令

    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KVM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(虚拟机)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，并且由Qemu模拟I/O (ioct) 进行调度资源和维护管理，Qemu虚拟化的资源是读和写 ，并且借助Libvirt工具去调用KVM虚拟化好的物理资源

  • 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

1.8.1 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，客户机分为内核模式和用户模式，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/0，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

1.8.2 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来进行虚拟机管理，ioctl (定义)
    专用于设备输入输出操作的系统调用， Qemu 本身并不是 KVM 的一部分， Qemu 是一套完整的虚拟化解决方案， 是纯软件实现虚拟化，
    包括处理器虚拟化、 内存虚拟化以及各种虚拟设备的模拟， 但因为是纯软件模拟出来的， 所以 Qemu 的性能比较低 libvint: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(ioct) 虚拟机设备接口/dev/kvm来分配资源、管理、维护虚拟机

二、KVM虚拟化平台部署

2.1 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 7.6（1810）

2.2 centos7系统开局优化和KVM环境准备

  1. 光盘自动挂载
[root@localhost ~]# vim /etc/fstab     #尾行添加
/dev/sr0 /mnt iso9660 defaults 0 0
  1. 优化ssh
[root@localhost ~]# vim /etc/ssh/sshd_config 
UseDNS no     	#取消注释，并将yes改成no
  1. yum本地仓库搭建
[root@localhost ~]# cd /etc/yum.repos.d/
[root@localhost yum.repos.d]# vim abc.repo   #添加
[abc]
name=test
baseurl=file:///mnt
enabled=1
gpgcheck=0
[root@localhost yum.repos.d]# yum clean all	     #清空yum仓库
[root@localhost yum.repos.d]# mount /dev/sr0 /mnt	#因为没有重启，所以需要手动挂载一下光盘镜像，虚拟机—可移动设备—光盘挂载
[root@localhost yum.repos.d]# yum makecache	  #加载yum数据
  1. 防火墙优化
[root@localhost yum.repos.d]# systemctl stop firewalld.service 
[root@localhost yum.repos.d]# systemctl disable firewalld.service 
Removed symlink /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/firewalld.service.
Removed symlink /etc/systemd/system/dbus-org.fedoraproject.FirewallD1.service.
[root@localhost yum.repos.d]# setenforce 0
[root@localhost yum.repos.d]# vim /etc/selinux/config    #修改
SELINUX=disabled	   #将enforcing修改为disabled
  1. 重启系统
[root@localhost yum.repos.d]# reboot

2.3 安装KVM

  1. 安装组件
[root@localhost ~]# yum groupinstall -y "GNOME Desktop"    #安装 GNOME 桌面环境  如果装了图形界面不需要装了
[root@localhost ~]# yum -y install qemu-kvm  #安装KVM 模块
[root@localhost ~]# yum -y install qemu-kvm-tools    #KVM 调试工具,可不安装
[root@localhost ~]# yum -y install virt-install      #构建虚拟机的命令行工具
[root@localhost ~]# yum -y install qemu-img     #qemu 组件,创建磁盘、 启动虚拟机等
[root@localhost ~]# yum -y install bridge-utils   #网络支持工具
[root@localhost ~]# yum -y install libvirt   #虚拟机管理工具
[root@localhost ~]# yum -y install virt-manager   #图形界面管理虚拟机
[root@localhost ~]# reboot	#重启
  1. 优化
[root@localhost ~]# ln -sf /lib/systemd/system/graphical.target /etc/systemd/system/default.target   #将系统的默认运行target更改为graphical.targe。 重启后系统将进入图形化界面。
  1. 检查
[root@localhost ~]# cat /proc/cpuinfo | grep vmx     #查看CPU是否支持虚拟化
[root@localhost ~]# lsmod | grep kvm   #查看KVM模块是否安装
kvm_intel             170086  0 
kvm                   566340  1 kvm_intel
irqbypass              13503  1 kvm
[root@localhost ~]#  systemctl start libvirtd       #开启libvirtd服务
[root@localhost ~]#  systemctl enable libvirtd   #开机启动libvirtd服务

2.4 设置KVM网络为桥接

宿主服务器安装完成 KVM， 首先要设定网络， 在 libvirt 中运行 KVM 网络有两种方法：
NAT 和 Bridge， 默认是 NAT。

1、用户模式， 即 NAT 方式， 这种方式是默认网络， 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、桥接模式， 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。
这里以 Bridge（桥接） 为例。
  1. 修改ens33网卡
[root@localhost ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
TYPE=Ethernet
PROXY_METHOD=none
BROWSER_ONLY=no
BOOTPROTO=none     #原本的修改为none
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=cbb2073e-c343-4853-83f8-9d93f14dabe9
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes     #原本的改为yes
#IPADDR=20.0.0.20
#NETMASK=255.255.255.0
#GATEWAY=20.0.0.2
#DNS1=8.8.8.8
#DNS2=114.114.114.114
BRIDGE=br0       #注释掉原本的ip地址，添加此处
  1. 新建桥接网卡
[root@localhost ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-br0   #下面全部添加
TYPE=Bridge
OTPROTO=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=20.0.0.20
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=20.0.0.20
[root@localhost ~]# systemctl restart network    #网卡重启

2.5 KVM管理

  1. 创建KVM存储和镜像文件夹，并上传镜像
[root@localhost ~]# mkdir -p /data_kvm/iso   #文件夹拖入centos 7的镜像
[root@localhost ~]# mkdir -p /data_kvm/store    #虚拟机存储
[root@localhost ~]# ls /data_kvm/iso/
CentOS-7-x86_64-DVD-1708.iso
[root@localhost ~]# virt-manager    #图形界面敲，打开虚拟系统管理器
  1. 创建存储池
    双击打开QEMU/KVM–存储–添加（加号）–填写名称–前进–浏览–其他位置–计算机–data_kvm–store–打开–完成，使用相同方法创建镜像存储池，选择的文件夹是/data_kvm/iso
    在这里插入图片描述
    ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/2021011208433575.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2thbmdfMDE=,size_16,color_FFFFFF,t_70)
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
  2. 选择同样方法创建存储池kvm2选择/data_kvm/iso文件夹
    在这里插入图片描述
  3. 创建存储卷
    在这里插入图片描述
  4. 创建存储卷
    在这里插入图片描述
  5. 开始创建虚拟机
    打开虚拟系统管理器–右击QEMU/KVM–选择新建
    在这里插入图片描述
  6. 选择镜像文件在kvm2存储池中即/data_kvm/iso
    在这里插入图片描述
  7. 配置内存和CPU–前进
    在这里插入图片描述
  8. 管理–选择刚刚创建的存储池中的存储卷–前进
    在这里插入图片描述
  9. 点击在安装前自定义配置–选择网络（桥接）–完成
    在这里插入图片描述
  10. 点击引导选项–勾选主机引导时启动虚拟机–开始安装–出现提示选择是在这里插入图片描述
  11. 安装（正常安装即可）
    在这里插入图片描述
1.构建KVM虚拟化平台
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基于vmware和centos构建KVM虚拟化平台
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