Construção da plataforma de virtualização KVM, modo de trabalho e princípio

Introdução

• O relatório US Environmental Protection EPA contou uma vez um conjunto de dados estatísticos: Quando a EPA estudou a eficiência energética de servidores e data centers, descobriu que, na verdade, os servidores estão funcionando apenas 5% do tempo e estão inativos em outros vezes. Para melhorar a utilização do hardware, tecnologias de virtualização, como KVM, surgem na hora certa;
• O KVM foi integrado diretamente ao kernel do Linux desde a versão 2.6.20 do Linux. Ele depende do conjunto de instruções de virtualização da CPU (como Intel-VT, AMD-V) para obter suporte de virtualização de alto desempenho.

1. Tecnologia de virtualização

1.1 Visão Geral

• Virtualize um computador em vários computadores lógicos por meio da tecnologia de virtualização e execute vários computadores lógicos em um computador ao mesmo tempo. Ao mesmo tempo, cada computador lógico pode executar sistemas operacionais diferentes e programas de aplicativos podem ser executados em espaços independentes. E não afetam uns aos outros, melhorando assim a eficiência do computador

虚拟化理解
1、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
定位
2、通过软件/应用程序的方式,来实现物理硬件的功能，也就是模拟硬件资源/设备/操作系统。
实际应用：workstation、virtualbox、网吧等

1.2 O desenvolvimento embrionário da tecnologia de virtualização

• Em 1961, a máquina IBM709 implementou um sistema de compartilhamento de tempo, que dividia o uso da CPU em várias fatias de tempo extremamente curtas (1/100 seg). Cada fatia de tempo executava tarefas diferentes. Ao pesquisar essas fatias de tempo, uma CPU disfarçada como várias CPUs;

• Em 1972, a IBM nomeou oficialmente o sistema de compartilhamento de tempo da máquina system370 como uma máquina virtual;

• Em 1990, a máquina do sistema 390 introduzida pela IBM suporta particionamento lógico (uma CPU é dividida em várias partes, independentes uma da outra, ou seja, particionamento lógico);

• Xen: Saindo em 2003, é um programa hipervisor / VMM externo (programa de gerenciamento de máquina virtual) que pode controlar a máquina host e alocar recursos para vários clientes;

• KVM: foi lançado em 2007 e agora está integrado ao kernel;

• Tecnologias de virtualização suportadas pelo Xen: virtualização completa, para-virtualização;

• Tecnologia de virtualização suportada por KVM: virtualização completa.

1.3 Tipos de virtualização

• Virtualização completa: todos os recursos de hardware físico são abstraídos por meio de software e, finalmente, chamados
• Paravirtualização: necessidade de modificar o sistema operacional
• Passagem: usa recursos físicos de hardware diretamente (precisa de suporte, ainda não é perfeito)

Métodos usados ​​na virtualização completa:

• Usando o software hipervisor (VMM), o princípio é estabelecer uma camada de abstração entre o hardware subjacente e o servidor, e a máquina virtual baseada em núcleo é um produto de código aberto para sistemas Linux. O hipervisor (VMM) pode capturar instruções da CPU e acessar o hardware controle para instruções Dispositivos e periféricos atuam como intermediários.

Nota:

• Os recursos de software não são tão altos quanto os recursos de hardware (mesma função) |

2. Arquitetura e princípio KVM

2.1 Introdução ao KVM

• O amplo KVM consiste em duas partes: uma
  parte é o módulo de kernel KVM suportado pelo kernel LINUX e a outra parte é o Qemu simplificado e modificado.

1、KVM 内核模块模拟处理器和内存以支持虚拟机的运行，Qemu 主要处理 I/O 以及为用户提供一个用户空间工具来进行
虚拟机的管理。 两者相互结合， 相辅相成， 构成了一个完整的虚拟化平台。

2、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

3、Libvirt包含3个组件：后台daemon程序libvirtd、API库、命令行工具virsh

注意： 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。

2.2 Arquitetura de virtualização KVM / três modos

1、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:
2.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工作在此模式下(Qemu的主要功能)
3.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

2.3 Princípio KVM

1、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
2、KVM内核模块模拟处理器和内存以支持虚拟机运行
3、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
libvirt: KVM管理工具
以上构成一个完整的虚拟化平台

• Entendimento simples

1）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
2）Qemu利用接口libkvm调用(ioctl）虚拟机设备接口/dev/kvm来分配资源、管理、维护虚拟机

2.3.1 Funções essenciais da tecnologia de virtualização KVM (princípio)

• QEMU: Trabalhando na camada do usuário, controlando a ferramenta libkvm (função da ferramenta, controlando o kvm no kernel) para chamar recursos virtuais virtualizados;
  a maneira de chamar recursos virtualizados é ioctl para fornecer máquinas virtuais
• kvm (trabalhando na camada do kernel, virtualizando / abstraindo recursos físicos de hardware, fornecendo chamadas de componentes Qemu)

2.3.2 Funções dos componentes principais KVM

• QEMU:
  Função: virtualização de I / O de controle, recursos de hardware de chamada
• KVM:
  Função: Fornece virtualização de CPU e memória (recursos de hardware) para virtualização

3. As características da virtualização

• Vantagem

1、集中化管理 (远程管理、维护)
2、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)
3、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)
4、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)

• Desvantagem

1、前期高额费用(初期的硬件支持)
2、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)
3、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)
4、实施配置复杂、管理复杂(管理人员运维、排障困难)
5、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)
6、安全性（虚拟化技术自身的安全隐患)

4. Construir plataforma KVM

4.1 Diagrama de topologia do projeto

• Recursos de máquina virtual

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 7.5

4.2 Preparação do ambiente KVM

• Primeiro instale o sistema centos7: crie uma nova máquina virtual no software VMware e instale o sistema centos7
• Otimização do sistema Centos7: Após a instalação do sistema centos7, é necessário verificar a função de virtualização KVM e selecionar o modo NAT para a placa de rede
  
• Configuração otimizada relacionada

1、防火墙优化
[root@kvm ~]# systemctl stop firewalld.service
[root@kvm ~]# systemctl disable firewalld.service		'//关闭防火墙，永久关闭'
[root@kvm ~]# vi /etc/selinux/config
...
SELINUX=disabled		'//将enforcing修改为disabled'

2、设置镜像光盘自动挂载
[root@kvm ~]# vi /etc/fstab		'//设置永久挂载'
...
/dev/cdrom                                /mnt                 iso9660    defaults        0 0
[root@kvm ~]# mount -a			'//让挂载生效'

3、优化ssh
[root@kvm ~]# vim /etc/ssh/sshd_config		'//设置DNS反向解析，让客户端连接服务器更快'
...
UseDNS no		'//取消注释，并将yes改成no'

4、yum本地仓库搭建
[root@kvm ~]# cd /etc/yum.repos.d/
[root@kvm yum.repos.d]# mkdir backup
[root@kvm yum.repos.d]# mv C* backup
[root@kvm yum.repos.d]# ls
backup  local.repo
[root@kvm yum.repos.d]# vim yql.repo		'//搭建本地Yum仓库'
//添加以下配置
[yql]
name=test
baseurl=file:///mnt
enabled=1
gpgcheck=0
[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			'//建立缓存，加载yum数据'

4.3 Instalar KVM

• Instale pacotes de componentes relacionados

[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 ~]# 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 ~]# reboot	'//重启'

• Verifique o módulo de virtualização e habilite os serviços relacionados

[root@kvm ~]# cat /proc/cpuinfo | grep vmx     '//查看CPU是否支持虚拟化'
[root@kvm ~]# lsmod | grep kvm   '//查看KVM模块是否安装'
kvm_intel             183621  0 
kvm                   586948  1 kvm_intel
irqbypass              13503  1 kvm
[root@kvm ~]#  systemctl start libvirtd     '//开启libvirtd服务'
[root@kvm ~]#  systemctl enable libvirtd   	'//开机启动libvirtd服务'

4.4 Definir rede KVM como ponte

• Depois de instalar o KVM no servidor host, você deve primeiro configurar a rede.Há duas maneiras de executar a rede KVM no libvirt:
  NAT e Bridge respectivamente.O padrão é NAT.

1、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。

2、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。

这里以 Bridge（桥接） 为例。

• Modificar placa de rede ens33

[root@kvm ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33 
TYPE=Ethernet
PROXY_METHOD=none
BROWSER_ONLY=no
BOOTPROTO=none	'//修改为none'
DEFROUTE=yes
#IPADDR=192.168.140.30
#NETMASK=255.255.255.0
#GATEWAY=192.168.140.2
#DNS=192.168.140.2
BRIDGE=br0		'//注释掉原本的IP地址和网关等设置，添加此处'
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=5aa5a365-ef5d-4600-a8f0-a89e553e2714
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes

• Crie uma nova placa de rede em ponte e reinicie o serviço da placa de rede

[root@kvm ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-br0	'//配置桥接网卡'
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=192.168.140.30
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.140.2

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

4.5 Gerenciamento KVM

• Crie armazenamento KVM e pastas de espelho e faça upload de espelhos

[root@kvm ~]# mkdir -p /data_kvm/iso  	 '//创建上传镜像centos 7.5的镜像目录'
[root@kvm ~]# mkdir -p /data_kvm/store   '//创建虚拟机存储文件目录'
[root@kvm ~]# mount.cifs //192.168.140.1/elk /mnt
Password for root@//192.168.140.1/elk:  ******		//输入电脑主机密码（若没密码按空格即可）
[root@kvm ~]# cd /mnt/
[root@kvm mnt]# ls
CentOS-7-x86_64-DVD-1708.iso
[root@kvm mnt]# cp CentOS-7-x86_64-DVD-1708.iso /data_kvm/iso/
[root@kvm mnt]# ll /data_kvm/iso/
总用量 4415488
-rwxr-xr-x 1 root root 4521459712 1月  11 08:50 CentOS-7-x86_64-DVD-1708.iso

[root@kvm ~]# virt-manager      '//图形界面敲，打开虚拟系统管理器'

4.5.1 Criar um pool de armazenamento

• Clique duas vezes para abrir QEMU / KVM-storage-add (plus sign) -fill in the name-forward-browse-other locations-computer-data_kvm-store-open-complete

(1) Primeiro crie uma seleção de pool de armazenamento / data_kvm / store

(2) Use o mesmo método novamente para criar uma seleção de pool de armazenamento / data_kvm / iso

4.5.2 Criar um volume de armazenamento

4.6 Comece a criar uma máquina virtual

• Abra o gerenciador de sistema virtual - clique com o botão direito em QEMU / KVM - selecione novo
  
• Mídia de instalação local - encaminhar
  
• Escolha usar a imagem ISO - navegue e selecione a imagem no pool de armazenamento da imagem recém-criada - vá em frente
  
• Configurar memória e CPU - avançar
  
• Gerenciamento - selecione o volume de armazenamento no pool de armazenamento recém-criado - encaminhe
  
• Clique para personalizar a configuração antes da instalação - selecione a rede (ponte) - completa
  
• Clique na opção de inicialização - marque Iniciar a máquina virtual quando o host inicializar - inicie a instalação - um prompt aparecerá para selecionar sim
  
  

4.7 Resumo

• VMM é um software de sistema que pode manter vários ambientes de programa eficientes e isolados (máquinas virtuais) e, ao mesmo tempo, pode gerenciar os recursos reais do sistema de computador e fornecer portas para máquinas virtuais;
• O uso da tecnologia de virtualização KVM melhora muito a utilização do hardware. Gerenciamento centralizado de várias máquinas virtuais, fácil manutenção