KVM虚拟化技术详解-优快云博客

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kvm概述

虚拟化概述
虚拟机资源环境

虚拟化概述

简介

虚拟化是一种资源管理技术, 是将计算机的各种物理资源, 如服务器、网络、内存及存储等，予以抽象、转换后呈现出来，打破物理设备结构间的不可切割的障碍，使用者可以比原本的架构更好的方式来应用这些资源。这些资源的虚拟部分是不受现有资源的架构方式、地域或物理设备所限制。

虚拟化产生的原因

服务器的资源利用率没有达到企业需求或者可接受的值或范围，由此需要提高硬件资源利用率
美国环境保护EPA报告中曾经统计过一组统计数据: EPA研究服务器和数据中心得能源效率时发现，实际上服务器只有5%得时间时在工作的，其他时间一直处于休眠状态

虚拟化技术

软件资源是没有硬件资源性能高的（稳定和效率）（相同功能情况下）

实现功能

通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机，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

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跑不同的服务(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
ensp（华为应用工具）：二层交换机，三层路由器，防火墙等
提高利用率，而不是扩展，存在瓶颈（底层物理硬件）

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
（将物理资源转换虚拟化资源）
使用的方法:使用hyperisor (VMM)软件，其原理是在底层硬件和服务器之间建立个抽象层，而基于核心的虚拟机是面向Linux系统的开源产品hypervisor(VMM)可以捕提CPU的指令，为指令访问硬件控制器和外设充当中介。
将所有的物理资源的功能全都通过软件形式去实现，将物理资源去进行分割或分方式去提高单个物理资源的利用率

半虚拟化

需要修改操作系统，需要硬件支持，让其性能，稳定性更趋于物理设备
虚拟引擎：开启硬件辅助-----软件形式的虚拟化功能

直通
直接使用物理硬件资源(需要支持，还不完善)

技术配置困难
需要内核级别支持，芯片级别的集时，直接调用底层物理化资源给予虚拟机，同时还可以进行逻辑分割。
直接调用底层物理硬件支持，底层架构资源，供给虚拟机
直接接用

优势

集中化管理(远程管理、维护)
原4台服务器搭建一个集群，现一个服务器即可，管理方便
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)
将单个物理硬件资源去模拟出多份形式，实现利用率最大
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)
可调整逻辑分隔数量（8G–16G–8G,根据实际情况进行对应调整）
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)
可以基于某个状态进行保存，可以随时回滚状态。

劣势

前期高额费用(初期的硬件支持）
原3台，现1台，性能强悍，利用率，使用率提高
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)
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)

单点故障：在没有任何备份的情况下，主节点/服务器出现故障，影响到该节点/服务器所牵连的所有集群

实施配置复杂、管理复杂(管理人员运维、排障困难)
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)
安全性(虚拟化技术自身的安全隐患)
代码的健壮性：代码复杂，稳固程度
代码的健壮性决定虚拟化的稳定性

虚拟化前后对比

虚拟化前

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

虚拟化后

打破了操作系统和硬件的互相依赖
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
强大的安全和故障隔离
虚拟机时独立于硬件的，它们可以在任何硬件上运行

KVM运行时的三种模式

客户模式

可以简单的理解为客户机在操作系统运行中的模式，另外客户模式也分为内核模式与用户模式

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运行在这个模式之下。

内核模式

模拟CPU以及内存，实现客户模式的切换，处理从客户模式的退出。KVM内核模式运行在这个模式下

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 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

虚拟机资源环境

首先安装VMware软件，并安装CentOS7系统，然后在设置虚拟机资源环境
先关闭虚拟机在设置虚拟机内存等，然后勾选上KVM虚拟化功能，且网卡选择NAT模式

防火墙优化

[root@kvm yum.repos.d]# systemctl stop firewalld.service 
[root@kvm yum.repos.d]# systemctl disable firewalld.service 
[root@kvm yum.repos.d]# setenforce 0
[root@kvm yum.repos.d]# vim /etc/selinux/config 
SELINUX=disabled	'     #将enforcing修改为disabled

设置镜像光盘自动挂载

[root@kvm ~]# vim /etc/fstab 
/dev/sr0 /mnt iso9660 defaults 0 0

3.优化ssh

[root@kvm ~]# vim /etc/ssh/sshd_config 
UseDNS no	#取消注释，并将yes改成no

4.yum本地仓库搭建,重启系统

[root@kvm ~]# cd /etc/yum.repos.d/
[root@kvm yum.repos.d]# mkdir backup
[root@kvm yum.repos.d]# mv * backup
[root@kvm yum.repos.d]# ls
backup     local.repo
[root@kvm yum.repos.d]# vim local.repo

[local]
name=local
baseurl=file:///mnt
enabled=1
gpgcheck=0
[root@kvm yum.repos.d]# yum clean all	
[root@kvm yum.repos.d]# mount /dev/sr0 /mnt
[root@kvm yum.repos.d]# yum makecache
[root@kvm ~]# reboot

安装KVM

安装软件包

[root@kvm ~]# 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@kvm ~]# yum -y install qemu-kvm  #安装KVM 模块
[root@kvm ~]# yum -y install qemu-kvm-tools    # KVM 调试工具,可不安装
[root@kvm ~]# yum -y install virt-install      #构建虚拟机的命令行工具'
[root@kvm ~]# yum -y install qemu-img     #qemu 组件,创建磁盘、 启动虚拟机等
[root@kvm ~]#yum -y install bridge-utils   #网络支持工具
[root@kvm ~]# yum -y install libvirt   #虚拟机管理工具
[root@kvm ~]#yum -y install virt-manager   #图形界面管理虚拟机
[root@kvm ~]#reboot	#重启

2.检测CPU是否支持虚拟化

[root@kvm ~]# cat /proc/cpuinfo | grep vmx
在这里插入图片描述

3.查看KVM模块是否已安装

[root@kvm ~]# lsmod | grep kvm
kvm_intel             170086  0 
kvm                   566340  1 kvm_intel
irqbypass              13503  1 kvm

4.设置开启启动界面的显示模式

[root@kvm ~]# 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。
[root@kvm ~]# systemctl start libvirtd    
[root@kvm ~]# systemctl enable libvirtd

设置KVM网络

设置修改ens33网卡

[root@kvm ~]# vi /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33

在这里插入图片描述

设置修改br0网卡

[root@kvm ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-br0	#配置桥接网卡

在这里插入图片描述

KVM部署与管理

创建KVM存储和镜像数据的目录、上传centos7镜像

[root@kvm ~]# mkdir -p /data_kvm/iso   
[root@kvm ~]#  mkdir -p /data_kvm/store 
[root@kvm ~]# cp CentOS-7-x86_64-DVD-1708.iso /data_kvm/iso/
[root@kvm ~]# ls /data_kvm/iso/
CentOS-7-x86_64-DVD-1708.iso