KVM虚拟化

KVM

云计算定义：

①汇聚资源，并以资源池的方式提供

②以云平台，例如OpenStack作为底座平台提供的

③OpenStack使用虚拟化+物理资源的方式将这些计算、存储、网络等资源租凭给用户

用户可以在任何时间、地点通过网络获取所需要的计算资源、网络资源、存储资源，并且按量计费、弹性伸缩，云计算就是一个大的租凭渠道。

云计算所汇聚的这部分资源（通过云平台的方式汇聚这些资源），而云平台比如：阿里云、华为云这些云平台使用到的底层平台技术为OpenStack,而OpenStack利用了什么技术将资源可以划分给不同的用户使用（虚拟化技术+物理资源集成的方式）

虚拟化技术

通过虚拟化技术（具象化成了软件）将一台计算机虚拟成堕胎逻辑计算机，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，应用程序都可以在互相独立的空间内运行而互不影响，从而提高计算机的工作效率

1、在一个操作系统中模拟多个操作系统，同时每个操作系统可以跑不同的服务，从而实现一台宿主机搭建一个集群。

2、通过软件/应用程序的方式，来实现物理硬件的功能。

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。使用方法：使用hypervisor(VMM)软件，其原理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（软件形式模拟物理硬件+物理硬件资源加强型辅助）

3、直通：直接使用物理硬件资源

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，虚拟化解决空闲的容量）

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）

小结

虚拟化：

是提高资源利用率的解决方案

虚拟化典型特性：

①在一台操作系统中模拟多个操作系统

②使用软件形式模拟物理硬件设备

虚拟化技术类型：

KVM XEN virtualbox(ensp)

①全虚

②半虚

③直通

VMM（虚拟机监视器/管理程序）haperivisor

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

VMM功能：

1、对物理资源进行逻辑分割（转化为虚拟资源）

2、调用虚拟资源供与应用程序（虚拟机）

KVM简介

KVM（Kernel-based Virtual Machine）–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（组件）内嵌于内核模块中，模拟处理器和内存以支持虚拟机运行

虚拟机被实现为常规的Linux进程，有标准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，并且有Qemu模拟I/O（ioctl）进行调度资源和维护管理

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

KVM架构和原理

KVM虚拟化架构/三种模式

1、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：

2、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）

3、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。

KVM原理

1、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。

2、KVM内核模块模拟处理器和内存以支持虚拟机运行

3、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

libvirt：KVM管理工具

以上构成一个完整的虚拟化平台

简易理解：KVM驱动提供处理器、内存的虚拟化，以及客户机I/O的拦截（拦截敏感指令），guest的I/O被拦截后，交由Qemu处理

Qemu利用接口libkvm调用（ioctl）虚拟机接口/dev/kvm来分配资源、管理、维护虚拟机

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，装在Guest OS并进行。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。

总结

kvm是虚拟化技术

kvm模拟硬件资源/设备/操作系统

kvm核心功能：

QEMU（工作在用户层，控制libkvm工具（工具作用，控制内核的KVM）来调用物理虚拟化资源（调用物理虚拟化资源的方式ioctl，供给虚拟机））

KVM（工作在内核层，虚拟化/抽象化物理硬件资源，共给Qemu组件调用）

KVM个核心组件功能

QEMU：控制I/O虚拟化，调用硬件资源

KVM：为虚拟机提供CPU、内存（硬件资源）的虚拟化

虛拟化前
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
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
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
对比:
操作系统方面(虚拟化前) :
LAMP架构中(以-台主机实现)
LINUX + 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)
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
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

KVM部署

设置成单网卡

[root@localhost ~]# hostnamectl set-hostname kvm			#修改主机名
[root@localhost ~]# su
[root@kvm ~]# mkdir /mount
[root@kvm ~]# vim /etc/fstab								#永久性挂载镜像光盘
/dev/cdrom /mount iso9660 defaults 0 0
[root@kvm ~]# mount -a
[root@kvm ~]# vim /etc/ssh/sshd_config 						#将sshd配置文件中的反解DNS设置为NO
UseDNS no
[root@kvm ~]# systemctl restart sshd


##制作本地yum仓库
[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:///mount
gpgcheck=0
enabled=1
[root@kvm yum.repos.d]# yum clean all
[root@kvm yum.repos.d]# yum makecache

##安装qemu及其它所需的工具
[root@kvm yum.repos.d]# yum install -y qemu-kvm qemu-kvm-tools virt-install qemu-img bridge-utils libvirt virt-manager
注释：qemu-kvm为KVM模块，qemu-kvm-tools是KVM调试工具，virt-install是虚拟机的命令行工具，qemu-img是qemu的组件，
bridge-utils桥接网络支持工具，libvirt为虚拟机管理工具，virt-manager图形界面管理虚拟机



[root@kvm yum.repos.d]# cat /proc/cpuinfo | grep vmx		#看到又vmx，说明可以支持
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 ibrs_enhanced tpr_shadow vnmi ept vpid fsgsbase tsc_adjust bmi1 avx2 smep bmi2 invpcid rdseed adx smap clflushopt xsaveopt xsavec xgetbv1 arat pku ospke spec_ctrl intel_stibp flush_l1d arch_capabilities
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 ibrs_enhanced tpr_shadow vnmi ept vpid fsgsbase tsc_adjust bmi1 avx2 smep bmi2 invpcid rdseed adx smap clflushopt xsaveopt xsavec xgetbv1 arat pku ospke spec_ctrl intel_stibp flush_l1d arch_capabilities



[root@kvm yum.repos.d]# lsmod | grep kvm			#查看已经载入的kvm模块
kvm_intel             183621  0 
kvm                   586948  1 kvm_intel
irqbypass              13503  1 kvm
[root@kvm yum.repos.d]# ln -sf /lib/systemd/system/graphical.target 	/etc/systemd/system/default.target
##设置开启启动界面的显示模式

设置网卡

[root@kvm ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33 
 TYPE=Ethernet
PROXY_METHOD=none
BROWSER_ONLY=no
BOOTPROTO=none						#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=9c1fe1a3-6fd0-45fc-93d3-4c112430fc53
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
#IPADDR=192.168.59.44							#注释掉原本IP地址等信息
#NETMASK=255.255.255.0		
#GATEWAY=192.168.59.2
#DNS1=114.114.114.114
BRIDGE=br0										#设置网桥模式，管理br0网卡
[root@kvm ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-br0		#创建桥接网卡
TYPE=Bridge
PROXY_METHOD=none
BROWSER_ONLY=yes
BOOTPROTO=static                                        
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=br0
DEVICE=br0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.59.55                                                   
NETMASK=255.255.255.0           
GATEWAY=192.168.59.2
DNS1=114.114.114.114

创建KVM存储和镜像数据目录，上传centos7镜像

[root@kvm ~]# mkdir -p /data_kvm/iso
[root@kvm ~]# mkdir -p /data_kvm/store
[root@kvm ~]# cd /abc
[root@kvm abc]# ls					
CentOS-7-x86_64-DVD-1810-7.6.iso			#这里的镜像文件先下载好
[root@kvm abc]# cp -p CentOS-7-x86_64-DVD-1810-7.6.iso /data_kvm/iso/		#复制镜像文件到/data_kvm/iso/目录下
[root@kvm abc]# systemctl restart network									#重启网卡
[root@kvm abc]# ifconfig
br0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 192.168.118.55  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.118.255
        inet6 fe80::8b77:e9af:5e0c:d6db  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 00:0c:29:95:cd:9a  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 37  bytes 6605 (6.4 KiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 46  bytes 6017 (5.8 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

开启虚拟机管理器管理虚拟机

[root@kvm ~]# virt-manager

成功