KVM虚拟化集群技术概述

KVM虚拟化集群技术概述KVM虚拟化集群技术概述一、虚拟化集群介绍、设计思路及架构使用虚拟化集群的目标是克服单机虚拟化的局限性，利用技术手段提高虚拟机可用性，最终达到业务不中断或者减少中断时间，确保业务数据更安全的目标。

1. 虚拟化集群介绍1)什么是虚拟化集群虚拟机集群最显著的特征是有共享存储，因为有了共享存储，虚拟机就可以实现非常快速的在线迁移，并在虚拟化层配置高可用。

笔者在生产环境使用的集群有两种存储方式，基于商业存储和基于开源分布式文件系统。

2)虚拟化集群的高可用和基于应用层高可用的区别高可用是经常用到的运维技术，在系统、网络、数据库、Web业务等各个应用层面都有使用。

高可用技术是指至少有主备两个节点，当主节点故障的时候，迅速切换到备用节点。

为了避免备用节点误判，有时候还有第三个节点，或者主节点和备用节点共同能访问到的存储空间，用于做仲裁判断。

应用层面的高可用还有一个特点，就是一般都有浮动IP，当切换发生的时候，IP从主节点漂移到备用节点。

应用层面的高可用一般切换时间比较快，从几毫米到几秒中，同时应用层面的高可用一般需要专用软件，比如常用的Keepalived，Heartbeat 等。

虚拟化层面的高可用是虚拟机系统层面的高可用，即当一台计算节点故障的时候，在另外一台计算节点上自动将故障节点上的虚拟机启动起来。

注意如果虚拟机上的业务不能做到开机自启动，即使虚拟机自动启动了，并不能保证业务层面的自动恢复!另外还有一个问题，就是即使虚拟机启动起来了，当启动到一半虚拟机的系统卡住了，也不能及时恢复业务!虚拟化层的高可用一般业务恢复实际是系统重启的时间，加上业务开机自启动的时间，通常是分钟级别。

虽然虚拟化层高可用有业务不能恢复的风险，业务恢复时间也相对比较长，但是虚拟化层高可用有个非常巨大的优势，就是不需要在应用层面配置，大大的拓宽了高可用的适用范围，使原来在应用层难以使用高可用技术的应用，也能做到高可用，尤其是在某些专用的软件领域。

详解虚拟化技术QEMU-KVM⼊门⼀.QEMU、KVM、QEMU-KVMQEMU提供⼀系列的硬件模拟设备(CPU，⽹卡，磁盘等)，客户机指令都需要QEMU翻译，因⽽性能较差。

KVM是linux内核提供的虚拟化，可以⽤来进⾏vCPU的创建与运⾏，虚拟内存的地址空间分配，指令执⾏效率较⾼，但缺少IO设备的虚拟化。

QEMU-KVM就是KVM与QEMU的结合，KVM负责CPU虚拟化+内存虚拟化，QEMU模拟其它IO设备。

⼆.安装并创建虚拟机安装qemu-kvm软件faramita2016@linux-l9e6:~> zypper install qemu-kvm // Ubuntu系统使⽤apt-get install qemu-kvm创建qcow2格式虚拟机磁盘⽂件faramita2016@linux-l9e6:~> qemu-img create -f qcow2 vdisk.img 5G // 磁盘⼤⼩5G使⽤debian镜像安装虚拟机，order=dc优先使⽤CD-ROW(d)，后使⽤硬盘(c)，内存默认128m，使⽤-m 512指定faramita2016@linux-l9e6:~> qemu-kvm -cpu host -cdrom debian-9.4.0.iso -hda vdisk.img -boot order=dc三.设置虚拟机使⽤⽹桥bridge模式宿主机中执⾏，qemu-bridge-helper增加当前⽤户可执⾏权限，⽤来⾃动添加⽹络后端tap设备faramita2016@linux-l9e6:~> sudo chmod o+x /usr/lib/qemu-bridge-helper宿主机中执⾏，-net nic为虚拟机创建nic⽹卡(⽹络前端)，-net bridge指定宿主机中使⽤⽹桥(⽹络后端)faramita2016@linux-l9e6:~> qemu-kvm -cpu host -hda vdisk.img -net nic -net bridge,br=br0 // 指定⽹桥br0虚拟机中执⾏，编辑/etc/network/interfaces，设置静态IProot@debian:~# vi /etc/network/interfaces# The primary network interfaceallow-hotplug ens3#iface ens3 inet dhcpiface ens3 inet staticaddress 10.0.0.8netmask 255.0.0.0gateway 10.0.0.1hwaddress ether 52:54:00:12:34:56 // 设置mac地址，前3组不变root@debian:~# ifup ens3 // 打开ens3⽹络接⼝，ifdown关闭⽹络接⼝root@debian:~# /etc/init.d/networking restart // 重启⽹络服务虚拟机中执⾏，编辑/etc/resolv.conf，设置DNSroot@debian:~# vi /etc/resolv.confnameserver 8.8.8.8 // Google DNS四.设置虚拟机为⾮图形模式虚拟机中执⾏，编辑/etc/default/grub⽂件，添加console=ttyS0启动参数root@debian:~# vi /etc/default/grubGRUB_DEFAULT=0 // 默认启动项GRUB_TIMEOUT=0 // 默认菜单项停留时间GRUB_DISTRIBUTOR=`lsb_release -i -s 2> /dev/null || echo Debian`GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="quiet" // 默认内核启动参数GRUB_CMDLINE_LINUX="console=ttyS0" // ⼿动添加内核启动参数，添加console=ttyS0虚拟机中执⾏，更新grub配置，并重启root@debian:~# update-grubroot@debian:~# shutdown -h nowa.宿主机中执⾏，添加-nographic参数创建虚拟机，当前shell前台创建虚拟机faramita2016@linux-l9e6:~> qemu-kvm -cpu host -hda vdisk.img -net nic -net bridge,br=br0 -nographicb.宿主机中执⾏，添加-display none -daemonize参数创建虚拟机，当前shell后台创建虚拟机faramita2016@linux-l9e6:~> qemu-kvm -cpu host -hda vdisk.img -net nic -net bridge,br=br0 -display none -daemonize五.以只读⽅式启动虚拟机a.创建⼀个快照⽤qemu-img命令创建⼀个原始镜像的快照faramita2016@linux-l9e6:~> qemu-img create -f qcow2 -b vdisk.img snapshot.img使⽤快照⽂件启动虚拟机faramita2016@linux-l9e6:~> qemu-kvm -cpu host -hda snapshot.img -net nic -net bridge,br=br0 -nographicb.使⽤临时快照原理：创建⼀个临时快照，虚拟机启动之后，⾃动删除快照⽂件faramita2016@linux-l9e6:~> qemu-kvm -cpu host -hda vdisk.img -net nic -net bridge,br=br0 -snapshot -nographic以上就是本⽂的全部内容，希望对⼤家的学习有所帮助，也希望⼤家多多⽀持。

kvm虚拟化技术实战与原理解析pdf KVM虚拟化技术实战与原理解析KVM（Kernel-based Virtual Machine）是一种开源的虚拟化技术，它通过利用Linux内核来创建和管理虚拟机，同时提供了高性能和快速的虚拟化环境。

本文将重点介绍KVM虚拟化技术的实战应用和原理解析。

一、KVM虚拟化技术概述KVM虚拟化技术是一种基于硬件的全虚拟化解决方案，它允许将一台物理机划分为多个虚拟机，并在每个虚拟机中运行不同的操作系统和应用程序。

KVM利用了Linux内核的虚拟化模块（KVM模块）来创建和管理虚拟机，并通过QEMU（Quick Emulator）提供了对虚拟硬件设备的模拟。

二、KVM虚拟化技术的实战应用1. 虚拟化服务器KVM虚拟化技术可以将一台物理服务器划分为多个虚拟服务器，每个虚拟服务器都具有独立的操作系统和资源。

这样可以提高服务器的利用率，节省硬件成本，并简化服务器的管理和维护。

同时，KVM 虚拟化技术还支持虚拟机的热迁移和快照功能，方便进行故障恢复和资源调度。

2. 云计算平台KVM虚拟化技术是目前主流的云计算平台使用的关键技术之一。

通过KVM虚拟化技术，云服务提供商可以将一台物理服务器划分为多个虚拟机，为不同用户提供独立的计算资源。

这样可以实现资源的弹性分配和动态扩缩容，提高云服务的灵活性和可扩展性。

3. 虚拟化桌面环境KVM虚拟化技术可以将一台物理桌面主机划分为多个虚拟桌面环境，每个虚拟桌面环境都具有独立的操作系统和应用程序。

这样可以实现桌面资源的集中管理和统一部署，减少用户端的硬件要求，并提高桌面环境的安全性和稳定性。

三、KVM虚拟化技术的原理解析1. KVM模块KVM虚拟化技术利用了Linux内核的虚拟化模块（KVM模块）来实现和管理虚拟机。

KVM模块利用虚拟化扩展技术，将物理机的处理器和内存虚拟化为多个虚拟机，每个虚拟机都能够独立运行不同的操作系统和应用程序。

2. QEMU在KVM虚拟化技术中，QEMU提供了对虚拟硬件设备的模拟。

KVM虚拟化（一）——介绍与简单使用KVM（Kernel-based Virtual Machine）是一种基于Linux内核的开源虚拟化技术，它允许在一台物理服务器上运行多个虚拟机。

KVM使用了Linux内核的虚拟化扩展，支持x86、x86-64、ARM等处理器架构。

KVM的核心思想是将Linux内核转化为一个虚拟化的管理层，这个管理层被称为Hypervisor。

Hypervisor负责管理虚拟机的创建、销毁和调度，同时它也负责为虚拟机提供一些虚拟设备，如虚拟CPU、虚拟内存、虚拟磁盘等。

KVM虚拟机运行在用户空间下，由Linux内核作为宿主机。

KVM的优势包括：1.性能高效：由于KVM直接运行在硬件上，因此虚拟机与宿主机几乎没有性能差异。

2. 安全可靠：KVM利用Linux内核的安全机制，可以隔离虚拟机之间，提供更高的安全性。

3. 灵活性：KVM虚拟机能够支持多种操作系统，如Linux、Windows、FreeBSD等。

4. 易于管理：KVM提供了丰富的管理工具，如virsh和virt-manager，可以方便地创建、配置和监控虚拟机。

下面我们来看一下KVM的简单使用。

首先需要确认宿主机是否支持KVM虚拟化。

可以通过以下命令来确认：```shellegrep -c '(vmx，svm)' /proc/cpuinfo```如果输出结果大于0，则表示宿主机支持KVM虚拟化。

接下来，我们需要安装KVM软件包。

在大多数Linux发行版中，kvm 和libvirt已经默认安装。

如果没有安装，可以通过以下命令来安装：```shellsudo apt-get install qemu-kvm libvirt-clients libvirt-daemon-system virtinst bridge-utils```安装完成后，我们可以通过以下命令来确认KVM是否安装成功：```shellvirsh list```如果输出结果是空的，则表示KVM安装成功。

KVM集中管理解决方案KVM（kernel-based virtual machine）是一种基于Linux内核的虚拟化技术，它可以将一台物理主机划分为多个虚拟机，并在每个虚拟机中运行独立的操作系统。

KVM虚拟化技术的主要优势之一是其能够提供高性能和低延迟的虚拟化环境。

然而，对于大规模的KVM部署来说，有效地管理和监控虚拟机变得非常重要。

因此，为了解决这个问题，可以采用一些KVM集中管理解决方案。

1. oVirt：oVirt是一个开源的虚拟化管理平台，它提供了对KVM虚拟机进行集中管理的功能。

oVirt提供了一个基于Web的管理界面，允许管理员轻松地创建和配置虚拟机、存储和网络资源。

此外，oVirt还提供了高级功能，如虚拟机迁移、负载均衡和自动化任务等。

2. Proxmox VE：Proxmox VE是一个基于KVM和LXC的虚拟化管理平台，它提供了一个易于使用的Web界面，用于管理和监控KVM虚拟机。

Proxmox VE支持高可用性集群、存储集成和备份/恢复功能，使管理员能够轻松地管理大规模的KVM虚拟化环境。

3. Kimchi：Kimchi是一个简单而轻量级的虚拟化管理工具，它专为管理KVM虚拟机而设计。

Kimchi提供了一个基于Web的用户界面，允许管理员远程管理和监控KVM虚拟机。

它还支持虚拟机的创建、删除、启动和停止等操作。

4. Virt-Manager：Virt-Manager是一个基于GTK+的图形化管理工具，用于管理KVM虚拟机。

Virt-Manager提供了一个用户友好的界面，允许管理员对虚拟机进行创建、配置和监控。

此外，Virt-Manager还支持虚拟机的迁移、快照和克隆等操作。

以上这些KVM集中管理解决方案都提供了一种简单而有效的方式来管理和监控大规模的KVM虚拟机环境。

无论您是一个小型企业还是一个大型数据中心，这些解决方案都可以帮助您更好地利用和管理KVM虚拟化技术。

根据您的需求和预算，您可以选择适合您的解决方案，并开始构建一个高性能、可靠和易于管理的虚拟化环境。

学习KVM 的系列文章：（1）介绍和安装（2）CPU 和内存虚拟化（3）I/O QEMU 全虚拟化和准虚拟化（Para-virtulizaiton）（4）I/O PCI/PCIe设备直接分配和SR-IOV（5）libvirt 介绍（6）Nova 通过libvirt 管理QEMU/KVM 虚机（7）快照（snapshot）（8）迁移（migration）1. 为什么需要CPU 虚拟化X86 操作系统是设计在直接运行在裸硬件设备上的，因此它们自动认为它们完全占有计算机硬件。

x86 架构提供四个特权级别给操作系统和应用程序来访问硬件。

Ring 是指CPU 的运行级别，Ring 0是最高级别，Ring1次之，Ring2更次之……就Linux+x86 来说，操作系统（内核）需要直接访问硬件和内存，因此它的代码需要运行在最高运行级别 Ring0上，这样它可以使用特权指令，控制中断、修改页表、访问设备等等。

应用程序的代码运行在最低运行级别上ring3上，不能做受控操作。

如果要做，比如要访问磁盘，写文件，那就要通过执行系统调用（函数），执行系统调用的时候，CPU的运行级别会发生从ring3到ring0的切换，并跳转到系统调用对应的内核代码位置执行，这样内核就为你完成了设备访问，完成之后再从ring0返回ring3。

这个过程也称作用户态和内核态的切换。

那么，虚拟化在这里就遇到了一个难题，因为宿主操作系统是工作在ring0 的，客户操作系统就不能也在ring0 了，但是它不知道这一点，以前执行什么指令，现在还是执行什么指令，但是没有执行权限是会出错的。

所以这时候虚拟机管理程序（VMM）需要避免这件事情发生。

虚机怎么通过VMM 实现Guest CPU 对硬件的访问，根据其原理不同有三种实现技术：1. 全虚拟化2. 半虚拟化3. 硬件辅助的虚拟化1.1 基于二进制翻译的全虚拟化（Full Virtualization with Binary Translation）客户操作系统运行在 Ring 1，它在执行特权指令时，会触发异常（CPU的机制，没权限的指令会触发异常），然后VMM 捕获这个异常，在异常里面做翻译，模拟，最后返回到客户操作系统内，客户操作系统认为自己的特权指令工作正常，继续运行。

KVM的工作原理KVM是一种虚拟化技术，全称为Kernel-based Virtual Machine，它允许将一台物理主机分割成多个虚拟机，每个虚拟机都可以运行独立的操作系统和应用程序。

KVM的工作原理是通过在Linux内核中实现虚拟化功能，将虚拟机监视器（VMM）嵌入到内核中，使得虚拟机可以直接访问硬件资源。

KVM的工作原理可以分为以下几个关键步骤：1.硬件虚拟化支持：KVM依赖于处理器的硬件虚拟化扩展，如Intel的VT-x和AMD的AMD-V。

这些扩展提供了虚拟化所需的指令集和特权级别，使得虚拟机可以在一个受限的环境中运行。

2.虚拟化模块加载：在Linux内核中，KVM模块负责将物理主机转变为虚拟机监视器。

当KVM模块被加载时，它会创建一个特殊的设备文件/dev/kvm，用于与用户空间的虚拟机管理程序进行通信。

3.虚拟机创建：当用户空间的虚拟机管理程序（如QEMU）启动时，它会通过与KVM模块的交互来创建一个虚拟机。

虚拟机管理程序会为虚拟机分配必要的资源，如内存、CPU和设备模拟器。

4.虚拟机运行：一旦虚拟机创建完成，它就可以在物理主机上运行。

KVM模块负责将虚拟机的指令转发给物理处理器，并对虚拟机的访问硬件资源进行隔离和管理。

5.设备模拟器：KVM通过设备模拟器来模拟虚拟机对硬件设备的访问。

设备模拟器将虚拟机对设备的请求转发给物理主机上的实际设备，并将设备的响应传递回虚拟机。

6.内存管理：KVM使用一种称为“二级页表”的技术来管理虚拟机的内存。

物理主机上的内存被分成小块，每个虚拟机都有自己的页表来映射虚拟地址到物理地址。

7.虚拟机迁移：KVM支持虚拟机的迁移，即将虚拟机从一台物理主机迁移到另一台物理主机上。

这通过将虚拟机的状态保存到磁盘上，然后在目标主机上恢复虚拟机的状态来实现。

总结起来，KVM的工作原理是通过在Linux内核中实现虚拟化功能，将物理主机分割成多个虚拟机，并提供对硬件资源的访问和管理。

一项目背景为公司其他部门提供的虚拟机运行在Vmware，Citrix的产品上，它们各自都是由相应的客户端管理虚拟机。

为了能够通过WEB方式对虚拟机进行统一化管理，我们开始寻找已有产品的官方解决方案，但是Vmware,Citrix官方的虚拟化WEB管理工具都是需要付费购买。

本身Vmware,Citrix的产品也不是开源的，从公司的利益以及其他技术方面的角度考虑，我们将采用开源的虚拟化平台软件来完全更换现有的商用虚拟化平台软件。

二开源虚拟化管理程序的选用熟知的开源虚拟化管理程序有XEN和KVM两种。

1.XEN介绍XEN是一个开放源代码的虚拟机管理程序。

由剑桥大学开发，它打算在单个计算上运行多达128个具有完全功能的操作系统。

在旧的处理器上运行XEN，操作系统必需进行显式地修改以在XEN上运行。

这使得XEN无需特殊硬件平台支持，就能达到高性能的虚拟化。

XEN通过一种叫做半虚拟化的技术获得高性能的表现。

在比较旧的硬件平台上，没有CPU的虚拟化支持，XEN可以通过半虚拟化获得比较高的性能。

半虚拟化使用虚拟机管理程序分享存取底层的硬件，但是它的客户操作系统集成了虚拟化方面的代码，该方法无需重新编译或引起陷阱，因为操作系统自身能够与虚拟化管理程序进行很好地协作，半虚拟化技术的优点是性能高，特别是I/0方面，但是操作系统需要进行更改，用户体验方面不强。

XEN也支持全虚拟化技术。

全虚拟化技术也称为原始虚拟化技术。

它使用虚拟机协调客户操作系统和原始硬件。

全虚拟化最大的优点是操作系统不需经过任何修改，但是性能方面不如半虚拟化。

2.KVM介绍KVM全称是Kernel-based Virtual Machine，即基于内核的虚拟机。

KVM项目代表下一代开源虚拟化。

该项目的目标是通过建立在先前的技术和充分利用当今的硬件条件下创造出一个现代的虚拟化管理程序。

KVM以一种可加载模块的方式移植到linux内核中，它将linux 转换成一种可以裸机安装的虚拟化管理程序。

KVM虚拟化技术能够在单个服务器硬件平台上运行多个虚拟机(vm)的能力在如今的it基础架构中实现了了成本、系统管理和灵活性等方面的优势。

在单个硬件平台上托管多个虚拟机，可减少硬件开支并帮助最大限度降低基础架构成本，比如能耗和制冷成本。

将操作方式不同的系统作为虚拟机整合在一个硬件平台上，可简化通过管理层（比如开源虚拟化库(libvirt)）和基于它的工具（比如图形化的虚拟机管理器(vmm)）对这些系统的管理工作。

虚拟化还提供了如今面向服务的高可用性it操作中所需的操作灵活性，支持将正在运行的虚拟机从一个物理主机迁移到另一个主机，以满足硬件或物理场所问题的需要，或者通过负载平衡最大限度提高性能，或者应对日益增长的处理器和内存需求。

开源桌面虚拟化应用程序（如VirtualBox）允许用户甚至小型企业（中小型企业单位或中小型企业）环境在单个物理系统上运行多个虚拟机。

然而，VirtualBox等虚拟化环境在桌面或服务器系统上作为客户端应用程序运行。

企业计算环境需要一个更接近物理硬件（“裸机”）的高性能、面向服务器的虚拟化环境，它支持虚拟机的执行，而操作系统开销要少得多。

裸机虚拟化机制可以更好地管理硬件资源，并充分利用大多数64位x86和PowerPC处理器内置的虚拟化硬件支持。

裸机虚拟化机制使用一个称为虚拟机管理程序的小操作系统，来管理和计划虚拟机以及相关的资源。

裸机虚拟机管理程序称为type1虚拟机管理程序。

两种最流行的裸机开源虚拟化技术是kernelvirtualmachine(kvm)和xen。

尽管xen和kvm各有自己的优点和爱好者，但kvm的流行度和复杂度在不断增加，它现在已成为大多数linux发行版的推荐默认虚拟化机制。

比较KVM和Xenxen虚拟化环境在传统上提供了linux系统上性能最高的开源虚拟化技术。

xen使用一个虚拟机管理程序来管理虚拟机和相关的资源，还支持半虚拟化，这可在“知道”自己已实现虚拟化的虚拟机中提供更高的性能。