KVM虚拟化平台部署

于 2021-01-13 13:09:25 发布
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分类专栏： Linux
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KVM虚拟化平台部署

虚拟化技术

介绍

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。

虚拟化技术发展

  • 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)每一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， IBM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(隔离)
  • Xen 2003年问世，是一个外部的hypervisor/VMM程序 (虚拟机管理程序)，能够控制宿主机和给多个客户机分配资源；Xen支持的虚拟化技术:全虚拟化，半虚拟化
  • KVM: 2007年问世，现已内置在kernel内核中的；KVM:支持的虚拟化技术:全虚拟化

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)

虚拟化优势

  • 集中化管理（远程管理、维护）
  • 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）
  • 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）
  • 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）

虚拟化劣势

  • 前期高额费用(初期的硬件支持)
  • 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)
  • 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)

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

操作系统方面(虚拟化前)

  • LAMP 架构中(以一台主机实现)
  • 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，攻击者就可以通过 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
Apache和Nginx(80端口)
  • 在同一个主机上运行多个应用程序通常会产生冲突
  • 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介绍

简介

  • KVM（Kernel-based Vritual 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，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 KMV 能够使用 Linux 内核的已有功能
  • 虚拟机的每个虚拟 CPU 被实现为一个常规的 Linux 进程。这使得 KMV 能够使用 Linux 内核的已有功能
  • 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

在这里插入图片描述

KVM虚拟化架构的三种模式

  • 客户模式：执行非I/O的客户代码，虚拟机运行在这个模式
  • 用户模式： 代表用户执行I/O指令，QEMU运行在这个模式
  • 内核模式：实现客户模式的切换，处理因为I/O或者其他指令引起的从客户模式推出，KVM模块工作在这个模式

工作原理

  • 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

  • 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)虚拟机设备口/dev/kvm来分配资源、管理、维护虚拟机

系统优化及KVM环境部署

开启虚拟化功能
在这里插入图片描述
关闭防火墙再开始以下操作

[root@localhost ~]# vi /etc/selinux/config
SELINUX=disabled   #修改为disabled

[root@localhost ~]# vi /etc/fstab      #挂载光盘
/dev/sr0                                  /mnt  iso9660 defaults        0 0

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[root@localhost ~]# vi /etc/ssh/sshd_config #优化ssh
UseDNS no #取消注释

#设置本地yum仓库
[root@localhost ~]# cd /etc/yum.repos.d/
[root@localhost yum.repos.d]# mkdir bak
[root@localhost yum.repos.d]# mv C* bak
[root@localhost yum.repos.d]# vi loacl.repo
[local]
name=local
baseurl=file:///mnt
enabled=1
gpgcheck=0

[root@localhost yum.repos.d]# yum clean all   清除缓存
[root@localhost yum.repos.d]# yum makecache   建立缓存
 
[root@localhost ~]# reboot #重启

在这里插入图片描述
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部署KVM

安装KVM

[root@localhost ~]# yum groupinstall -y "GNOME Desktop" 安装 GNOME 桌面环境  如果装了图形界面可以不安装
[root@localhost ~]# yum -y install qemu-kvm       安装KVM 模块
[root@localhost ~]# yum -y install qemu-kvm-tools 安装KVM 调试工具,可不安装
[root@localhost ~]# yum -y install virt-install  安装构建虚拟机的命令行工具
[root@localhost ~]# yum -y install qemu-img      安装qemu组件,创建磁盘、启动虚拟机等
[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 ~]# yum -y install bridge-utils  安装网络支持工具

[root@localhost ~]# cat /proc/cpuinfo | grep vmx  #检测CPU是否支持虚拟化

[root@localhost ~]# lsmod | grep kvm  #查看KVM模块是否已安装
kvm_intel             170086  0 
kvm                   566340  1 kvm_intel
irqbypass              13503  1 kvm

[root@localhost ~]# ln -sf /lib/systemd/system/graphical.target /etc/systemd/system/default.target  #将系统的默认运行的target更改为graphical.targe 重启系统后进入图形化界面
[root@localhost ~]# systemctl start libvirtd  #开启服务
[root@localhost ~]# systemctl enable libvirtd  #设置自启动

在这里插入图片描述
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设置KVM网络

  • 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。
  • 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。
  • 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。

修改ens33网卡

root@localhost ~]# vi /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
TYPE=Ethernet
PROXY_METHOD=none
BROWSER_ONLY=no
BOOTPROTO=none
#IPADDR=20.0.0.18
#NETMASK=255.255.255.0
#GATEWAY=20.0.0.2
#DNS=20.0.0.2
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=d2994e7a-95fd-42c8-879d-9bd1c28a99ec
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
BRIDGE=br0

在这里插入图片描述
设置修改br0（桥接模式）

[root@localhost ~]# vi /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-br0

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=20.0.0.18
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=20.0.0.2

[root@localhost ~]# systemctl restart network

在这里插入图片描述

KVM部署与管理

创建KVM存储和镜像文件夹

[root@localhost ~]# mkdir -p /data_kvm/iso #创建镜像文件存储文件
[root@localhost ~]# mkdir -p /data_kvm/store #创建虚拟机存储
[root@localhost ]# mv CentOS-7-x86_64-DVD-1708.iso /data_kvm/iso/   //复制镜像到/data_kvm/iso/目录下
[root@localhost ]# ls /data_kvm/iso/
CentOS-7-x86_64-DVD-1810.iso

[root@localhost ~]# virt-manager #虚拟机中输入

在这里插入图片描述
使用虚拟系统管理器管理创建虚拟机
双击打开QEMU/KVM–>存储–>加号(+)–>填写名称–>前进–>浏览–>其他位置–>计算机–>data_kvm–store–>打开–>完成
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
使用相同方法创建存储池，选择/data_kvm/iso文件夹
在这里插入图片描述
创建存储卷
选择tree存储池创建
即/data_kvm/store文件夹
在这里插入图片描述
创建虚拟机在这里插入图片描述
本地安装介质
选择使用ISO映像–浏览选择刚刚创建的镜像的存储池中的镜像
在这里插入图片描述
配置内存和CPU
在这里插入图片描述
管理–选择刚创建的存储池中的存储卷
在这里插入图片描述
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
点击引导选项–勾选主机引导时启动虚拟机–开始安装
在这里插入图片描述

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