KVM-QEMU-Libvirt介绍

lilac 收录于系列虚拟化与虚拟 I/O

2022-10-23 2022-10-23 约 2077 字预计阅读 10 分钟

系列 -

前面的基础章节有提到虚拟化技术通常可以分为三大类，即：网络虚拟化、I/O虚拟化、CPU虚拟化。

其中KVM实现了CPU和内存的虚拟化，QEMU模型I/O设备（网卡、磁盘等），因此KVM+QEMU配合使用实现真正意义上的服务器虚拟化。

Libvirt是一个开源 API 和工具集，主要用于管理虚拟化技术，它为多种虚拟化技术提供了统一的接口，能够支持网络管理、资源管理、虚拟机管理等能力。

1 QEMU

它通过向Guest OS模拟CPU和其他硬件，让Guest OS认为自己是一台真正的物理机器。Qemu功能强大，能够模拟多种硬件架构和设备，但由于所有的指令都需要Qemu转译给真正的硬件，因此其性能较低。

2 KVM

Linux的内核模块，该功能需要CPU的支持，依赖于硬件辅助虚拟化技术，如：Intel-VT、AMD-V。有了上述技术支持，KVM可以直接使用CPU指令集来运行虚拟机，从而显著提供性能和效率。

内存管理的扩展功能如：EPT、RVI，主要用于提高虚拟机在内存地址转换上的效率，虚拟机可以直接访问内存，无需频繁地进行软件层面的地址转换，减少CPU的开销。

KVM通过/dev/kvm暴露接口，用户态程序可以通过ioctl函数来访问该接口

3 QEMU+KVM

Qemu将Kvm整合进来，通过ioctl调用访问/dev/kvm接口，将有关CPU指令的部分交由内核模块，Kvm负责CPU虚拟化和内存虚拟化。由于Kvm不能模拟其他设备，因此Qemu模拟I/O设备（网卡、磁盘等），同时也衍生出了半虚拟化设备virtio_blk、virtio_net，以及pass through直通技术，进一步提高设备性能。

[架构图]

4 Libvirt

它是目前最为广泛的对KVM虚拟机进行管理的工具和API，Libvirtd是一个daemon进程，可以被本地的virsh调用，也可以被远程virsh调用，用于操作Qemu-Kvm虚拟机。

[架构图]

5 安装&服务状态

确认工具安装

sudo apt update

sudo apt install qemu-kvm libvirt-daemon-system libvirt-clients bridge-utils virt-manager

检查服务状态


   root@kwephis8419858:/# sudo systemctl status libvirtd
● libvirtd.service - Virtualization daemon
     Loaded: loaded (/lib/systemd/system/libvirtd.service; enabled; vendor preset: enabled)
     Active: active (running) since Fri 2024-09-13 14:08:03 CST; 1 weeks 3 days ago
TriggeredBy: ● libvirtd-ro.socket
             ● libvirtd-admin.socket
             ● libvirtd.socket
       Docs: man:libvirtd(8)
             https://libvirt.org
   Main PID: 135067 (libvirtd)
      Tasks: 20 (limit: 32768)
     Memory: 65.7M
     CGroup: /system.slice/libvirtd.service
             ├─ 87941 /usr/sbin/dnsmasq --conf-file=/var/lib/libvirt/dnsmasq/default.conf --leasefile-ro --dhcp-script=/usr/lib/libvirt/li>
             ├─ 87942 /usr/sbin/dnsmasq --conf-file=/var/lib/libvirt/dnsmasq/default.conf --leasefile-ro --dhcp-script=/usr/lib/libvirt/li>
             └─135067 /usr/sbin/libvirtd

Sep 13 14:51:20 kwephis8419858 dnsmasq-dhcp[87941]: DHCPACK(virbr0) 192.168.122.122 52:54:00:2c:a4:3a vm-node1
Sep 13 15:21:20 kwephis8419858 dnsmasq-dhcp[87941]: DHCPREQUEST(virbr0) 192.168.122.122 52:54:00:2c:a4:3a

倘若没有运行，可以执行以下命令启动它：sudo systemctl status libvirtd

6 创建虚拟机

分配磁盘
```
qemu-img create -f qcow2 /path/to/vm_disk.qcow2 10G
```
- f：指定了创建镜像的格式，如：raw、vmdk、vhd等
```
qemu-img create -f qcow2 -o backing_file=/path/to/base_image.qcow2,cluster_size=64K /path/to/new_image.qcow2 10G
```
- o：指定特定格式的选项
  - backing_file：指定一个基础镜像文件，新的镜像将基于该文件
  - cluster_size：磁盘映像中存储数据的基本单位，默认为 64K。
下载系统镜像

Ubuntu镜像：
```
https://releases.ubuntu.com/
```

确认KVM支持

root@kwephis8419858:/# egrep -c '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo
0
## 返回值为 0，表示你的 CPU 不支持虚拟化，或虚拟化功能在 BIOS 中被禁用

root@kwephis8419858:/# lsmod | grep kvm
root@kwephis8419858:/# 
## 没有输出，说明 KVM 模块可能没有加载

如果你的 CPU 支持虚拟化，但 KVM 模块未加载，你可能需要启用虚拟化支持

创建虚拟机
```
virt-install --virt-type kvm --name vm-node1 --ram 2048 --cdrom=/data/iso/ubuntu-18.04.6-live-server-amd64.iso --disk=/data/qemu_disk/vm-node1-20G.qcow2,bus=virtio,size=20,format=qcow2 --network network=default --graphics vnc,listen=0.0.0.0 --noautoconsole
```
- virt-type：指定虚拟化技术，kvm、qemu等
- ram：指定内存大小（MB）
- cdrom：指定安装操作系统的ISO文件
- disk：指定虚拟磁盘路径；bus总线使用virtio，大小为20G
- network：虚拟机连接到的虚拟网络
- graphics：启用VNC图形界面，允许任何IP地址连接
- noautoconsole：创建虚拟机后不自动打开控制台
如果不支持KVM，则可以使用QEMU等..

7 常用命令

7.1 Networking

查看网络列表
```
root@kwephis8419858:/# virsh net-list --all
 Name      State    Autostart   Persistent
--------------------------------------------
 default   active   yes         yes
```
安装了 libvirt 后，通常会自动创建一个名为 default 的虚拟网络。这个网络是 libvirt 的默认虚拟网络，用于虚拟机之间的通信和与宿主机的网络连接。

查看详细信息

root@kwephis8419858:/# virsh net-info default
Name:           default
UUID:           8d397a9e-5c04-4505-a970-71b5153f5373
Active:         yes
Persistent:     yes
Autostart:      yes
Bridge:         virbr0

启动/禁用/自动启动网络

root@kwephis8419858:/# virsh net-destroy default
Network default destroyed
root@kwephis8419858:/# virsh net-start default
Network default started
root@kwephis8419858:/# virsh net-autostart ovsbr
Network ovsbr marked as autostarted

定义/删除/修改网络

root@kwephis8419858:/# virsh net-define /etc/libvirt/qemu/networks/default.xml

root@kwephis8419858:/# virsh net-undefine default

7.2 虚拟机管理

列出虚拟机

root@kwephis8419858:/# virsh list --all
 Id   Name       State
--------------------------
 7    vm-node1   running

启动/关闭虚拟机

root@kwephis8419858:/# virsh start vm-node1
Domain vm-node1 started

root@kwephis8419858:/# virsh shutdown vm-node1
Domain vm-node1 is being shutdown

暂停/恢复虚拟机

root@kwephis8419858:/# virsh suspend vm-node1
Domain vm-node1 suspended

root@kwephis8419858:/# virsh resume vm-node1
Domain vm-node1 resumed

修改/导出虚拟机配置

root@kwephis8419858:/# virsh edit vm-node1
Domain vm-node1 XML configuration not changed.

root@kwephis8419858:/# virsh dumpxml vm-node1

定义/删除虚拟机

root@kwephis8419858:/# virsh define vm-node1
root@kwephis8419858:/# virsh undefine vm-node1

7.3 其他命令

查看状态

root@kwephis8419858:/# virsh dominfo vm-node1
Id:             8
Name:           vm-node1
UUID:           aa42a9e1-ac6d-43c1-a960-e8540b5ee490
OS Type:        hvm
State:          running
CPU(s):         2
CPU time:       128.2s
Max memory:     2097152 KiB
Used memory:    2097152 KiB
Persistent:     yes
Autostart:      disable
Managed save:   no
Security model: apparmor
Security DOI:   0
Security label: libvirt-aa42a9e1-ac6d-43c1-a960-e8540b5ee490 (enforcing)

监控性能
```
root@kwephis8419858:/# virsh domstats  vm-node1
Domain: 'vm-node1'
  state.state=1
  state.reason=5
  cpu.time=128954121860
  cpu.user=119840000000
  cpu.system=2880000000
  vcpu.current=2
  vcpu.maximum=2
  ...
  net.count=1
  net.0.name=vnet0
  net.0.rx.bytes=0
  net.0.tx.bytes=3854
  ...
  block.count=2
  block.0.name=vda
  block.0.path=/data/qemu_disk/vm-node1-10G.qcow2
```
1）Domain状态
- state.state: 1 表示虚拟机正在运行
- state.reason: 5 是状态的具体原因，通常用于调试
2）CPU使用情况
- cpu.time: 总 CPU 时间（纳秒）。
- cpu.user: 用户模式下消耗的 CPU 时间（纳秒）。
- cpu.system: 内核模式下消耗的 CPU 时间（纳秒）。
- vcpu.current: 当前虚拟 CPU 数量（2）。
- vcpu.maximum: 最大虚拟 CPU 数量（2）。
3）网络统计
- net.count: 网络接口的数量（1）。
- net.0.rx.bytes: 接收的字节数（0 表示未接收数据）。
- net.0.tx.bytes: 发送的字节数（3854 字节）。
4）磁盘I/O统计
- block.count: 磁盘设备的数量（2）。
- block.0.name: 设备名称（vda）。
- rd.bytes: 读取的字节总数（257787904 字节）。
- wr.bytes: 写入的字节总数（11457536 字节）。
- allocation: 分配的空间（2186018816 字节）。
- capacity: 虚拟磁盘的容量（10GB）。
- physical: 实际物理空间使用（2186063872 字节）。

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