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云计算环境下的虚拟化实践指南
1. 资源评估与准备
在开始云计算相关的虚拟化操作之前，需要对系统的内存和处理器资源进行评估。
- 内存评估 ：可以通过不安装桌面软件来降低内存需求。若安装了带桌面的 Fedora Workstation 系统，可使用以下命令检查内存和交换空间：
# free -m
total used free shared buff/cache available
Mem: 15318 4182 6331 1047 4805 9678
Swap: 7743 0 7743
该系统约有 16GB 的 RAM 和 8GB 的交换空间。对于桌面系统，估计 4GB 内存较为合适。若为每个虚拟机分配 1GB 或 2GB 内存，该系统在运行桌面系统的同时可运行 6 - 12 个虚拟机。需根据计划运行的操作系统和应用程序的内存需求来确定具体的内存使用量。
- 处理器检查 ：使用以下命令检查计算机的处理器数量和类型：
# grep processor /proc/cpuinfo
processor : 0
...
processor : 6
processor : 7
# head /proc/cpuinfo
processor : 0
vendor_id : GenuineIntel
cpu family : 6
model : 60
model name : Intel(R) Core(TM) i7-4800MQ CPU @ 2.70GHz
stepping : 3
cpu MHz : 2701.000
cache size : 6144 KB
...
第一条命令显示计算机有 8 个处理器（编号从 0 到 7），第二条命令显示了第一个处理器的详细信息，如厂商、型号、CPU 速度等。
在进行虚拟机实时迁移时，两个虚拟机管理程序的 CPU 必须属于同一家族。若 CPU 不兼容，可通过关闭一个虚拟机管理程序上的虚拟机，然后从共享存储在另一个虚拟机管理程序上启动它来实现迁移。
2. 安装 Linux 到虚拟机管理程序
使用 Fedora 30 Workstation 安装介质开始安装两个虚拟机管理程序，安装过程中需注意以下几点：
-
命名虚拟机管理程序
：将虚拟机管理程序的主机名设置为
host1.example.com
和
host2.example.com
。
-
分区设置
：分区时，擦除整个硬盘，创建一个 500MB 的
/boot
分区和一个 12GB 的交换分区，其余磁盘空间分配给根分区（
/
）。
/var/lib/libvirt/images
目录存储系统的大部分数据，该目录是共享目录，可从网络上的其他系统访问，并在两个虚拟机管理程序之间共享。
-
网络设置
：若有选项，为每个虚拟机管理程序开启有线网络接口。虚拟机管理程序和存储系统应位于同一本地网络，因为这些机器之间的网络连接速度对性能至关重要。
-
软件包安装
：安装过程中，仅安装默认的 Fedora Workstation 软件包。安装完成并重启系统后，安装每个虚拟机管理程序所需的更多软件：
# yum update -y
# yum install virt-manager libvirt-daemon-config-network
# reboot
virt-manager
包包含用于管理虚拟机的 GUI 工具，
libvirt-daemon-config-network
包创建默认网络接口，使虚拟机可通过网络地址转换（NAT）访问外部网络，默认分配给虚拟机的地址范围是 192.168.122.2 到 192.168.122.254。若安装类型不同，还需确保添加以下软件包：
-
libvirt-client
（用于
virsh
命令）
-
libvirt-daemon
（以获取
libvirtd
服务）
3. 启动服务
确保两个虚拟机管理程序上的
libvirtd
服务和
sshd
服务正在运行，可使用以下命令：
# systemctl start sshd.service
# systemctl enable sshd.service
# systemctl start libvirtd.service
# systemctl enable libvirtd.service
sshd
服务允许必要时通过网络登录到虚拟机管理程序，
libvirtd
服务监听管理每个主机上虚拟机的请求。
4. 配置主机名映射
为方便虚拟机管理程序和存储系统之间的通信，需为每个系统分配主机名并将其映射到 IP 地址。可通过设置 DNS 服务器实现，也可简单地编辑每个系统的
/etc/hosts
文件添加主机条目，示例如下：
192.168.0.138 host1.example.com host1
192.168.0.139 host2.example.com host2
192.168.0.1 storage.example.com storage
5. 存储配置
可通过多种方式为虚拟机管理程序提供网络存储，这里选择在与虚拟机管理程序相同的本地网络上设置一个单独的 Fedora 系统，并使用 NFS 将共享存储附加到两个虚拟机管理程序。
-
安装 Linux 软件
：根据不同的 Linux 发行版安装 NFS 服务器软件。
- 对于 Fedora 和 RHEL，使用以下命令：
# yum install nfs-utils
- 对于 Ubuntu，使用以下命令：
# apt-get install nfs-kernel-server
安装时需考虑磁盘空间和性能，确保包含共享目录的分区有足够的存储空间，且磁盘具有较快的访问时间和数据传输速率。
-
配置 NFS 共享
：
- 创建共享目录：
# mkdir -p /var/storage
- 允许导出：在存储系统的 `/etc/exports` 文件中添加条目，允许特定系统访问共享目录，示例如下：
/var/storage 192.168.0.*(no_root_squash,rw,sync)
该配置允许 192.168.0 子网的所有系统对
/var/storage
目录进行读写访问。
-
启动 NFS 服务
：
- 启动和启用 NFS：对于最新的 Fedora 和 RHEL 系统，使用以下命令：
# systemctl start nfs-server.service
# systemctl enable nfs-server.service
对于 RHEL 6、较旧的 Fedora 和部分 Ubuntu 系统，使用以下命令：
# service nfs start
# chkconfig nfs on
- 打开防火墙：在 Fedora 30 上，使用以下命令打开防火墙端口：
# firewall-cmd --permanent --add-service=rpc-bind
# firewall-cmd --permanent --add-service=nfs
# systemctl restart firewalld
对于直接使用
iptables
的系统，需参考相关文档开放 NFS 服务的防火墙端口。
-
挂载 NFS 共享到虚拟机管理程序
：
- 检查 NFS 共享可用性：
# showmount -e storage.example.com
Export list for storage.example.com:
/var/storage 192.168.0.*
- 挂载 NFS 共享：在 `/etc/fstab` 文件中添加共享信息，示例如下：
storage.example.com:/storage /var/lib/libvirt/images nfs defaults 0 0
- 设置 SELinux 布尔值：若 SELinux 处于强制模式，使用以下命令允许 `qemu-kvm` 使用 NFS 共享：
# setsebool -P virt_use_nfs 1
- 测试 NFS 挂载：
# mount -a
# mount | grep libvirt
storage.example.com:/var/storage on /var/lib/libvirt/images type nfs4
(rw,relatime,vers=4.0,rsize=1048576,wsize=1048576,namlen=255,hard,proto=tcp,
port=0,timeo=600,retrans=2,sec=sys,clientaddr=192.168.0.1,local_lock=none,
addr=192.168.0.138)
6. 创建虚拟机
可使用 Virtual Machine Manager（
virt-manager
）创建第一个虚拟机，熟悉创建虚拟机的功能后，也可使用
virt-install
命令创建。以下是使用
virt-manager
创建虚拟机的步骤：
-
获取虚拟机镜像
：将 Fedora 30 Workstation 安装 ISO 镜像复制到
virt-manager默认的存储目录：
# cp Fedora-Workstation-Live-x86_64-30-1.2.iso /var/lib/libvirt/images/
-
检查网络桥接
：每个虚拟机管理程序上应有一个名为
virbr0的默认网络桥接，所有虚拟机将添加到该网络接口并自动分配 IP 地址。使用以下命令检查桥接信息：
# brctl show virbr0
bridge name bridge id STP enabled interfaces
virbr0 8000.001aa0d7483e yes vnet0
# ip addr show virbr0
5: virbr0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue
state UP group default
link/ether fe:54:00:57:71:67 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
inet 192.168.122.1 brd 192.168.122.255 scope global
dynamic virbr0
-
启动 Virtual Machine Manager ：
-
启动
virt-manager：可通过活动屏幕搜索框或在 shell 中输入virt-manager启动，输入根密码后将看到Virtual Machine Manager窗口。 - 检查与虚拟机管理程序的连接：在“添加连接”弹出窗口中，确保虚拟机管理程序（QEMU/KVM）已设置，且“自动连接”复选框已选中，若未连接，点击“连接”。
-
启动
-
检查连接细节 ：
- 查看连接细节：选择“编辑” -> “连接细节”，查看连接详细信息，通过“概述”、“虚拟网络”、“存储”和“网络接口”选项卡熟悉虚拟机管理程序的连接信息。
-
检查网络桥接是否可用：选择“虚拟网络”选项卡，确保
virbr0桥接在可用网络接口列表中。
-
创建新虚拟机 ：
- 启动向导：选择“文件” -> “新建虚拟机”，打开“创建新虚拟机”窗口。
- 选择安装方法：选择“本地安装介质”并点击“前进”。
- 选择 ISO 镜像：选择“使用 ISO 镜像”按钮，浏览并选择 Fedora 30 Workstation ISO 镜像，点击“选择卷”，然后点击“前进”。
- 选择内存和 CPU：为虚拟机选择合适的 RAM 数量和处理器数量，建议至少 1024MB 的 RAM 和至少一个处理器，若可用，使用 2048MB 的 RAM 更佳。
-
启用存储：为虚拟机选择磁盘空间，对于 Fedora Workstation，建议至少 10GB，将缓存模式设置为
none或directsync以便后续迁移虚拟机，点击“前进”。 - 安装前审核设置：为虚拟机命名，审核安装设置，可选择“安装前自定义配置”进一步审核，保留其他设置为默认值，点击“完成”。
-
审核硬件设置：若上一步选择了“自定义”，可更详细地审核设置，确保缓存模式设置为
none或directsync，满意后选择“开始安装”。 -
安装虚拟机：按照提示完成系统安装，安装完成后重启虚拟机。若虚拟机窗口未打开，在
virt-manager窗口中双击虚拟机条目并登录。
7. 虚拟机管理
安装一个或多个虚拟机后，可像管理直接安装在硬件上的计算机系统一样管理每个虚拟机：
-
从控制台查看系统
：在
virt-manager
窗口中双击运行中的虚拟机，打开控制台窗口，可像从物理控制台访问操作系统一样使用虚拟机。也可使用
virt-viewer
命令直接显示虚拟机的控制台，例如：
virt-viewer rhel8-01
- 关闭虚拟机 ：右键点击虚拟机条目，选择“关闭”，可选择“正常关闭”或“强制关闭”，也可选择“重启”。
- 启动虚拟机 ：若虚拟机当前处于关闭状态，右键点击条目并选择“运行”以启动虚拟机。
- 删除虚拟机 ：若不再使用虚拟机，选择“删除”，可选择是否删除与虚拟机关联的存储。
8. 虚拟机迁移
在不同虚拟机管理程序之间迁移虚拟机可带来诸多优势，如提高性能、进行日常维护、节省能源和应对灾难等。实时迁移尤其适用于需要虚拟机不间断工作的场景，实现实时迁移需满足以下条件：
- 虚拟机管理程序之间的共享网络存储。
- 每个虚拟机管理程序上配置相同的网络接口。
- 虚拟机管理程序之间的 CPU 兼容（通常一组虚拟机管理程序具有相同的硬件）。
- 虚拟机管理程序与存储之间的快速网络连接。
- 虚拟机管理程序上安装相同或相似版本的虚拟化软件（本文中使用 Fedora 30 并进行了相似的安装）。
满足上述条件后，实时迁移只需几个简单步骤即可开始。
以下是整个操作流程的 mermaid 流程图：
graph LR
A[资源评估与准备] --> B[安装 Linux 到虚拟机管理程序]
B --> C[启动服务]
C --> D[配置主机名映射]
D --> E[存储配置]
E --> F[创建虚拟机]
F --> G[虚拟机管理]
G --> H[虚拟机迁移]
通过以上步骤，你可以在云计算环境下成功搭建虚拟化环境，创建、管理和迁移虚拟机，实现灵活高效的计算机资源管理。
云计算环境下的虚拟化实践指南
9. 实时迁移的具体步骤
在满足实时迁移的条件后，以下是具体的操作步骤：
1.
确保环境就绪
：再次确认共享网络存储正常挂载，网络接口配置一致，CPU 兼容，网络连接快速，虚拟化软件版本相同或相似。
2.
选择迁移的虚拟机
：在
virt - manager
窗口中，选中要迁移的虚拟机。
3.
发起迁移
：在
virt - manager
中，选择相应的迁移选项（具体选项可能因软件版本略有不同），指定目标虚拟机管理程序。迁移过程中，系统会自动将虚拟机的内存和磁盘状态传输到目标主机。
4.
监控迁移进度
：在迁移过程中，可以在
virt - manager
中查看迁移进度，确保迁移顺利进行。
5.
完成迁移
：迁移完成后，虚拟机将在目标主机上继续运行，可在目标主机的
virt - manager
中查看并管理该虚拟机。
10. 常见问题及解决方法
在整个虚拟化实践过程中，可能会遇到一些常见问题，以下是部分问题及解决方法：
|问题描述|可能原因|解决方法|
| ---- | ---- | ---- |
|虚拟机无法联网|网络桥接配置错误、防火墙限制|检查
virbr0
网络桥接配置，确保防火墙允许虚拟机网络流量通过|
|NFS 挂载失败|NFS 服务未启动、共享目录配置错误|检查 NFS 服务是否正常运行，确认
/etc/exports
文件和
/etc/fstab
文件配置正确|
|虚拟机创建失败|ISO 镜像损坏、内存或磁盘空间不足|检查 ISO 镜像完整性，确保系统有足够的内存和磁盘空间|
|实时迁移失败|CPU 不兼容、网络连接不稳定|确认 CPU 兼容性，检查网络连接速度和稳定性|
11. 性能优化建议
为了提高虚拟化环境的性能，可以考虑以下优化建议：
-
内存优化
：合理分配虚拟机的内存，避免过度分配导致系统性能下降。可以根据虚拟机的实际需求动态调整内存大小。
-
磁盘优化
：使用高速磁盘（如 SSD）作为存储设备，提高磁盘 I/O 性能。对于 NFS 存储，可调整 NFS 挂载参数，如
rsize
和
wsize
来优化数据传输速度。
-
网络优化
：确保虚拟机管理程序和存储之间的网络连接稳定且高速，可使用专用网络或增加网络带宽。
-
CPU 优化
：选择性能强劲的 CPU，确保 CPU 有足够的核心数和处理能力。同时，合理分配 CPU 资源给虚拟机，避免 CPU 瓶颈。
12. 扩展与升级
随着业务需求的增长，可能需要对虚拟化环境进行扩展和升级：
-
增加虚拟机数量
：在系统资源允许的情况下，可以创建更多的虚拟机来满足业务需求。创建新虚拟机时，按照前面介绍的创建步骤进行操作。
-
升级虚拟化软件
：定期检查虚拟化软件的新版本，及时升级以获取更好的性能和功能。升级前，建议备份重要数据，并在测试环境中进行升级测试。
-
扩展存储容量
：如果存储容量不足，可以通过添加磁盘或扩展 NFS 共享目录的方式增加存储容量。添加磁盘后，需要重新配置分区和挂载点；扩展 NFS 共享目录时，需要修改
/etc/exports
文件。
13. 安全注意事项
在虚拟化环境中，安全至关重要，以下是一些安全注意事项：
-
防火墙设置
：配置防火墙规则，限制对虚拟机管理程序和虚拟机的访问，只允许必要的网络流量通过。
-
用户认证
：设置强密码，使用 SSH 密钥认证等方式加强用户认证，防止非法登录。
-
数据加密
：对重要数据进行加密存储，特别是在使用 NFS 共享存储时，可考虑使用加密协议保护数据传输。
-
定期更新
：及时更新操作系统和虚拟化软件的补丁，修复安全漏洞。
14. 总结
通过本文的介绍，我们详细了解了在云计算环境下进行虚拟化实践的全过程，包括资源评估、系统安装、虚拟机创建、管理和迁移等操作。同时，我们还探讨了常见问题的解决方法、性能优化建议、扩展升级和安全注意事项。在实际应用中，需要根据具体的业务需求和系统环境，灵活运用这些知识和技巧，构建高效、稳定、安全的虚拟化环境。
以下是整个虚拟化实践流程的另一个 mermaid 流程图，包含了扩展和安全相关的环节：
graph LR
A[资源评估与准备] --> B[安装 Linux 到虚拟机管理程序]
B --> C[启动服务]
C --> D[配置主机名映射]
D --> E[存储配置]
E --> F[创建虚拟机]
F --> G[虚拟机管理]
G --> H[虚拟机迁移]
H --> I[扩展与升级]
A --> J[安全注意事项]
B --> J
C --> J
D --> J
E --> J
F --> J
G --> J
H --> J
I --> J
希望本文能为你在云计算虚拟化实践中提供有价值的参考，帮助你顺利搭建和管理自己的虚拟化环境。
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