KVM虚拟化+KVM安装（新手一看就懂）

1、虚拟化技术概述

1.1、虚拟化技术

通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机，在”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

1.2、虚拟化技术发展（雏形）

● 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- 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， 1BM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)
● Xen 2003年问世，是一个外部的hyperviso/VMM程序(虚拟机管理程序)，能够控制宿主机给多个客户机分配资源
● KVM: 2007年问世，现已内置在kernel内核中的
● Xen支持的虚拟化技术:全虚拟化，半虚拟化
● KVM:支持的虚拟化技术:全虚拟化

1.3、虚拟化技术特点

■ 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运行不同的服务(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
注：软件资源没有硬件资源性能高（稳定和效率）（相同功能）

1.4、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

● 使用的方法:使用hypervisor (VMM)软件，其原理是在底层硬件和服务器之间建立一个抽象层，而基于核心的虚拟机是面向Linux系统的开源产品hyperisor(VMM)可以捕捉CPU的指令，为指令访问硬件控制器和外设充当中介

■ 半虚拟化:需要修改操作系统
虚拟机里的设置中的虚拟化引擎，是开启硬件辅助——》软件形式的虚拟化功能，让性能更高，趋近物理设备

■ 直通:直接使用物理硬件资源(需要内核级别的支持，技术实现困难，不完善)

1.5、虚拟化的特性

■ 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)

■ 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，代码的健壮性决定了虚拟化产品是否稳定)

1.6、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

■ 虚拟化后
● 打破了操作系统和硬件的互相依赖（宿主机的操作系统作为底层的支撑，模拟出多个操作系统）
● 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（方便管理）
● 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（虚拟机的管理器支持操作系统就可以）

1.6.1、对比

1.6.1.1操作系统方面(虚拟化前)

LAMP架构中(以一台主机实现)
LuNUx + 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)

1.6.1.2、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

1.6.1.3、在同一个主机上运行多个应用程序通常会产生冲突

Apache和Nginx定位相同(80端口)，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，提高安全性

1.7、案例

VMwareWorkstation: 使用软件达到虚拟多操作系统
VirtualBox: 使用软件虚拟出多种物理设备功能
以VMwareworkstation为例
workstatin支持ntel公司和AMD公司的虚拟化技术
硬件辅助虚拟化技术Intel-VT-x AMD-V

1.7.1、Intel VT-x技术

Intel VT-x技术主要包含CPU、 内存和I / 0三方面的虚拟化技术,同时提供优化处理(早期为弥补X86架构虚拟化的缺陷)
AMD-V是对x86处理器系统架构的-组硬件扩展和硬件辅助虚拟化技术,可以简化纯软件的虚拟化解决方案，改进VMM (虛拟机监视器)的设计，更充分地利用硬件资源，提高服务器和数据中心的虚拟化效率

1.7.2、VMM(虚拟机监视器/管理程序)

VMM是一个系统软件，可以维护多个高效、隔离的程序环境(虚拟机)，同时可以管理计算机系统的真实资源、为虚拟机提供接口

1.8、KVM概述

广义KVM

■ KVM (Kernel- based Vritual Machine)是基于内核的虚拟机

■ 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，隔离敏感指令

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KVM能够使用Linux内核的已有功能，但
KVM本身不执行任何模拟。需要客户空间程序(虚拟机)通过/dev/kvm (此虚拟设备需要开起硬件辅助虚拟化才能看到)接口设置一个客户机虚拟服务器的地址空间，并且由Qemu模拟I/O (ioct) 进行调度资源和维护管理，Qemu虚拟化的资源是读和写 ，并且借助Libvirt工具去调用KVM虚拟化好的物理资源
● 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

1.8.1、KVM虚拟化架构/三种模式

■ 客户模式(guestOS):VM中的OS为GuestOs
客户机在操作系统中运行的模式，客户机分为内核模式和用户模式，作用如下:
● 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/0，Qemu工作在此模式下(Qemu的主要功能)
● linux内核模式
模拟CPU、 内存，实现客户模式切换，处理从客户模式的推出，KVM即运行在此模式下

1.8.2、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工具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， Qemu 本身并不是 KVM 的一部分， Qemu 是一套完整的虚拟化解决方案， 是纯软件实现虚拟化， 包括处理器虚拟化、 内存虚拟化以及各种虚拟设备的模拟， 但因为是纯软件模拟出来的， 所以 Qemu 的性能比较低
libvint: KVM管理工具
以上构成一个完整的虚拟化平台

简单理解:
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) 虚拟机设备接口/dev/kvm来分配资源、管理、维护虚拟机

2、KVM虚拟化平台部署

2.1、虚拟机资源

CPU：双核双线程-CPU虚拟化开启
内存：8G
硬盘：300G
双网卡：单网卡
操作系统：Centos 7.6（1810）

2.2、实验环境

2.2.1、修改主机名

[root@localhost ~]# hostnamectl set-hostname kvm 
[root@localhost ~]# su

2.2.2、将镜像光盘设为永久挂载

[root@kvm ~]# vi /etc/fstab

[root@kvm ~]# mount -a

2.2.3、环境优化

注： 设置DNS反向解析
#是否反解DNS，设置为NO可以让客户端连接服务器更快

[root@kvm ~]# vim /etc/ssh/sshd_config 

2.2.4、制作本地YUM仓库

[root@kvm ~]# mkdir /abc
[root@kvm ~]# cd /etc/yum.repos.d/
[root@kvm yum.repos.d]# ls -lh

[root@kvm yum.repos.d]# mkdir bak
[root@kvm yum.repos.d]# mv CentOS-* bak
[root@kvm yum.repos.d]# cd bak
[root@kvm bak]# ls -lh

[root@kvm /]# cd /etc/yum.repos.d/
[root@kvm yum.repos.d]# vim local.repo

[root@kvm yum.repos.d]# yum clean all          #清空yum仓库
[root@kvm yum.repos.d]# mount /dev/sr0 /mnt    #因为没有重启，所以需要手动挂载一下光盘镜像
[root@kvm yum.repos.d]# yum makecache          #加载yum数据

2.2.5、关闭防火墙、核心防护

[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 

[root@kvm yum.repos.d]# reboot  /init 6     #重启系统

3、安装KVM

3.1、有些是已经安装过的，但是下面的安装还是需要在过一遍

[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

3.2、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 ~]#  init 6

3.3、查看CPU是否支持虚拟化

[root@kvm ~]# cat /proc/cpuinfo | grep vmx

2.4、查看KVM模块是否已安装

[root@kvm ~]# lsmod | grep kvm

[root@kvm ~]# systemctl start libvirtd         # 开启libvirtd服务
[root@kvm ~]# systemctl enable libvirtd        # 开机启动libvirtd服务

4、设置KVM网络

宿主服务器安装完成 KVM， 首先要设定网络， 在 libvirt 中运行 KVM 网络有两种方法：
KVM网络的两种模式：
NAT: 默认设置，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
网桥：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)

4.1、使用Bridge网桥模式进行部署

[root@kvm ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33    #修改ens33网卡

4.1.1、新建桥接网卡

[root@kvm ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-br0

[root@kvm ~]# systemctl restart network     #重启网卡

5、KVM部署与管理

5.1、创建KVM存储和镜像数据的目录、上传centos7镜像

[root@kvm ~]# mount.cifs //192.168.0.103/iso /mnt 
[root@kvm ~]# cd /mnt
[root@kvm mnt]# ll

[root@kvm mnt]# cp CentOS-7-x86_64-DVD-1708.iso /data_kvm/iso/
[root@kvm mnt]# ls /data_kvm/iso/

5.2、图形界面敲，打开虚拟系统管理器

[root@kvm mnt]# cd
[root@kvm ~]# virt-manager 

5.3、 使用虚拟系统管理器管理虚拟机

创建思路：
① 创建存储池（ISO、STORE)
② 添加存储卷
③ 创建虚拟机

5.3.1、创建存储池

注：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

5.3.1.1、双击打开QEMU/KVM

5.3.1.2、KVM–>存储–>加号(+)–>填写名称–>前进

5.3.1.3、浏览–>其他位置–>计算机

5.3.1.4、data_kvm–store–>打开–>完成

5.4、选择同样方法创建存储池kvm2选择/data_kvm/iso文件夹

5.5、创建存储卷

5.6、创建虚拟机

5.6.1、选择镜像文件在kvm2存储池中即/data_kvm/iso

5.6.2、配置内存和CPU–前进

5.6.3、管理–选择刚刚创建的存储池中的存储卷–前进

5.6.4、点击在安装前自定义配置–选择网络（桥接）–完成

5.6.5、点击引导选项–勾选主机引导时启动虚拟机–开始安装–出现提示选择是

5.6.6、安装（正常安装即可）