kvm虚拟机教程，kvm虚拟机官网

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《探索KVM虚拟机：从入门到进阶的全面指南》

一、引言

KVM（Kernel - based Virtual Machine）是一种基于Linux内核的开源虚拟机技术，它允许在单个物理服务器上运行多个虚拟机，每个虚拟机都可以运行自己的操作系统和应用程序，就像独立的物理计算机一样，KVM在企业数据中心、云计算环境以及开发者的测试和开发工作中都发挥着重要的作用，随着信息技术的不断发展，掌握KVM虚拟机技术对于系统管理员、开发人员以及对虚拟化技术感兴趣的人员来说变得越来越有价值。

二、KVM虚拟机的基础概念

1、虚拟化的定义与类型

- 虚拟化是一种资源管理技术，它将计算机的各种物理资源，如CPU、内存、存储和网络等，抽象成逻辑资源，以便多个用户或应用程序可以共享这些资源，在虚拟化技术中，主要有全虚拟化、半虚拟化和硬件辅助虚拟化等类型。

- 全虚拟化：试图模拟完整的硬件环境，使得未经修改的操作系统（如Windows、Linux等）可以在虚拟机中运行，虚拟机监控器（VMM）需要处理所有的硬件访问请求，这对VMM的性能有一定要求。

- 半虚拟化：需要对客户操作系统进行修改，使其知道自己运行在虚拟化环境中，从而可以更高效地与VMM协作，这种方式可以提高性能，但需要操作系统的源代码并且进行定制修改。

- 硬件辅助虚拟化：利用现代CPU提供的虚拟化扩展功能（如Intel VT - x和AMD - V），来提高虚拟化的效率，KVM就是一种利用硬件辅助虚拟化的技术。

2、KVM在Linux内核中的位置

- KVM是Linux内核的一部分，它将Linux内核变成了一个虚拟机监控器（VMM），当KVM被加载到内核中时，它为创建和管理虚拟机提供了必要的内核级别的支持，KVM利用了Linux内核的进程管理、内存管理和设备驱动等功能来实现虚拟机的运行，KVM可以将虚拟机的内存管理任务交给Linux内核的内存管理子系统，这样可以充分利用内核的高效内存管理机制。

3、KVM与其他虚拟化技术的比较

- 与VMware相比：VMware是一款商业虚拟化软件，它具有功能强大、界面友好、对多种操作系统支持良好等优点，KVM作为开源技术，具有成本低、可定制性强的优势，对于企业来说，如果预算有限且有自己的技术团队可以进行定制开发，KVM是一个不错的选择，而且KVM在Linux环境下的集成性更好，因为它本身就是基于Linux内核的。

- 与Xen相比：Xen也是一种开源的虚拟化技术，Xen在早期的虚拟化领域有很高的知名度和广泛的应用，KVM由于直接集成到Linux内核中，在与Linux系统的兼容性、设备驱动的共享等方面具有天然的优势，并且随着Linux内核的不断发展，KVM也能及时受益，而Xen需要更多的独立开发来保持与新的Linux特性的兼容。

三、KVM虚拟机的安装与配置

1、系统要求

- 硬件要求：要运行KVM虚拟机，首先需要支持硬件辅助虚拟化的CPU（如Intel VT - x或AMD - V），足够的内存和磁盘空间也是必要的，对于简单的测试环境，至少需要2GB的内存和10GB的磁盘空间，如果要运行多个虚拟机或者大型的操作系统和应用程序，内存和磁盘空间需要相应增加。

- 软件要求：需要安装Linux操作系统，并且内核版本要支持KVM，大多数现代的Linux发行版（如CentOS、Ubuntu等）都已经包含了KVM相关的软件包，但可能需要确保内核版本是较新的，例如CentOS 7以上或者Ubuntu 16.04以上。

2、安装KVM相关软件包

- 在CentOS系统中：

- 检查系统是否支持硬件辅助虚拟化，可以使用命令“egrep - c '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo”，如果结果大于0，则表示支持。

- 安装KVM相关软件包，执行命令“yum install qemu - kvm libvirt virt - install virt - manager - y”，qemu - kvm是KVM的核心组件，libvirt是用于管理虚拟机的API库，virt - install用于通过命令行创建虚拟机，virt - manager是一个图形化的虚拟机管理工具。

- 在Ubuntu系统中：

- 同样先检查硬件虚拟化支持，使用命令“egrep - c '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo”。

- 接着安装KVM相关软件包，执行命令“apt - get install qemu - kvm libvirt - bin ubuntu - vm - builder bridge - utils - y”。

3、配置网络

- 桥接网络：这是一种常用的网络配置方式，在桥接网络模式下，虚拟机就像直接连接到物理网络中的一台独立计算机一样，在CentOS系统中，创建桥接网络的步骤如下：

- 编辑网络配置文件，如“/etc/sysconfig/network - scripts/ifcfg - enp0s3”（这里假设物理网卡为enp0s3），将内容修改为如下形式：

```

TYPE=Bridge

BOOTPROTO=none

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

NAME=br0

UUID=your - uuid - here

DEVICE=br0

ONBOOT=yes

IPADDR=your - ip - address

NETMASK=your - netmask

GATEWAY=your - gateway

DNS1=your - dns - server - 1

DNS2=your - dns - server - 2

```

- 编辑虚拟机的网络配置文件，将其网络模式设置为桥接模式。

- NAT网络：NAT（网络地址转换）网络模式下，虚拟机通过宿主机的网络连接到外部网络，在libvirt中，可以通过编辑相关的网络配置文件来设置NAT网络，在CentOS系统中，可以在“/etc/libvirt/qemu - networks/”目录下创建NAT网络的配置文件，并设置相应的IP地址范围、网关等参数。

四、创建和管理KVM虚拟机

1、使用virt - install创建虚拟机

- 基本语法：“virt - install --name vm - name --ram ram - size --vcpus vcpu - number --disk path = disk - path,size = disk - size --cdrom iso - path --network network - type=network - mode”。

- 创建一个名为“testvm”，内存为2GB（2048MB），2个虚拟CPU，磁盘大小为20GB，使用CentOS 7的ISO镜像文件，网络模式为桥接的虚拟机的命令如下：

- “virt - install --name testvm --ram 2048 --vcpus 2 --disk path=/var/lib/libvirt/images/testvm.img,size = 20 --cdrom /home/user/CentOS - 7 - x86_64 - DVD - 1810.iso --network network = default”，这里“network = default”表示使用默认的网络配置，通常是桥接网络或者NAT网络，具体取决于系统的默认设置。

2、使用virt - manager图形化工具管理虚拟机

- 启动virt - manager：在CentOS或Ubuntu系统中，可以通过在终端中输入“virt - manager”命令来启动图形化的虚拟机管理工具。

- 虚拟机操作：在virt - manager界面中，可以对虚拟机进行启动、停止、暂停、恢复等操作，还可以查看虚拟机的详细信息，如CPU使用率、内存使用率、磁盘I/O等，要启动一个已创建的虚拟机，只需在virt - manager的虚拟机列表中选中该虚拟机，然后点击“启动”按钮即可。

3、虚拟机的克隆与迁移

- 克隆虚拟机：

- 可以使用virt - clone命令来克隆虚拟机，需要关闭要克隆的源虚拟机，执行命令“virt - clone --original vm - name --name new - vm - name --file new - disk - path”，要克隆一个名为“testvm”的虚拟机，新虚拟机名为“testvm - clone”，新的磁盘路径为“/var/lib/libvirt/images/testvm - clone.img”，命令为“virt - clone --original testvm --name testvm - clone --file /var/lib/libvirt/images/testvm - clone.img”。

- 虚拟机迁移：

- 实时迁移是KVM的一个重要功能，在两个支持KVM的宿主机之间，可以将正在运行的虚拟机从一个宿主机迁移到另一个宿主机而不中断虚拟机的运行，要实现实时迁移，首先需要确保源宿主机和目标宿主机之间的网络连接畅通，并且共享存储（如NFS、Ceph等）可以被双方访问，可以使用libvirt提供的命令或者API来触发虚拟机的实时迁移，使用命令“virsh migrate --live vm - name qemu + ssh://destination - host/system”，这里“vm - name”是要迁移的虚拟机名称，“destination - host”是目标宿主机的名称。

五、KVM虚拟机的性能优化

1、CPU优化

- 调整虚拟CPU的分配：根据虚拟机的实际需求合理分配虚拟CPU，如果虚拟机运行的是轻量级的应用程序，过多地分配虚拟CPU可能会导致资源浪费和性能下降，可以通过virt - manager或者修改虚拟机的XML配置文件来调整虚拟CPU的数量。

- CPU绑定：将虚拟机的虚拟CPU绑定到物理CPU的特定核心上，可以提高CPU的性能，在libvirt中，可以通过修改虚拟机的XML配置文件，添加类似于“<vcpu placement='static'>2</vcpu><cputune><vcpupin vcpu = '0' cpuset='0'/><vcpupin vcpu = '1' cpuset='1'/></cputune>”的内容来实现将两个虚拟CPU分别绑定到物理CPU的第0和第1个核心上。

2、内存优化

- 内存超配管理：KVM支持内存超配，即可以分配给虚拟机的内存总量超过宿主机实际拥有的物理内存，过度的内存超配可能会导致虚拟机的性能下降，因为当虚拟机实际使用内存超过宿主机物理内存时，会发生内存交换（swapping），可以通过调整libvirt的内存超配比例来优化内存使用，在CentOS系统中，可以编辑“/etc/libvirt/qemu.conf”文件，调整“mem_allow_oom_control”和“oom_memctl”等参数来控制内存超配。

- 内存气球技术：KVM利用内存气球技术来动态调整虚拟机的内存使用，当宿主机的内存资源紧张时，宿主机可以通过“压缩”虚拟机的内存气球来回收虚拟机的部分内存；当虚拟机需要更多内存时，可以“膨胀”内存气球来获取更多的内存，可以在虚拟机的XML配置文件中启用内存气球功能，如添加“<memballoon model='virtio'> </memballoon>”元素。

3、磁盘和I/O优化

- 磁盘缓存策略：对于虚拟机的磁盘，可以选择不同的缓存策略来提高I/O性能，在qemu - kvm中，可以将磁盘缓存策略设置为“writeback”（写回缓存）、“writethrough”（直写缓存）等。“writeback”缓存策略可以提高写操作的速度，但在宿主机突然断电等情况下可能会导致数据丢失风险增加；“writethrough”则相对更安全，但性能可能略低，可以在虚拟机的XML配置文件中通过修改磁盘设备的“cache”属性来设置磁盘缓存策略。

- 使用高速存储设备：如果可能，使用高速的磁盘设备（如SSD）或者高速的存储网络（如InfiniBand）来提高虚拟机的磁盘I/O性能，对于多虚拟机环境，可以合理分配磁盘I/O资源，避免某个虚拟机过度占用磁盘I/O而影响其他虚拟机的性能。

六、KVM虚拟机的安全管理

1、虚拟机隔离

- KVM通过硬件辅助虚拟化和内核级别的隔离机制来实现虚拟机之间的隔离，每个虚拟机都有自己独立的虚拟硬件资源，如CPU、内存、磁盘等，这些资源在底层是通过硬件和内核的机制进行隔离的，在内存隔离方面，KVM利用了CPU的内存管理单元（MMU）的虚拟化功能，确保不同虚拟机的内存空间不会相互干扰。

- 网络隔离：在网络方面，可以通过VLAN（虚拟局域网）、防火墙等技术来进一步隔离虚拟机，将不同安全级别的虚拟机划分到不同的VLAN中，并且在宿主机上设置防火墙规则，限制虚拟机之间的网络访问。

2、安全更新与漏洞管理

- 对于宿主机和虚拟机操作系统，都需要及时进行安全更新，在CentOS系统中，可以使用“yum update”命令来更新系统软件包，在Ubuntu系统中可以使用“apt - get update && apt - get upgrade”命令，要关注KVM相关软件包的安全漏洞，及时更新KVM的核心组件（如qemu - kvm、libvirt等）。

- 对于虚拟机中的应用程序，也要按照其官方的安全更新策略进行更新，如果虚拟机中运行着MySQL数据库，要及时更新MySQL到最新的安全版本以防止数据库相关的安全漏洞被利用。

3、访问控制

- 限制对KVM管理工具（如virt - manager、virsh等）的访问，可以通过设置用户权限、密码保护等方式来实现，在CentOS系统中，可以通过配置“/etc/libvirt/libvirtd.conf”文件来设置libvirtd服务的访问权限，可以指定只有特定的用户或者用户组能够访问libvirtd服务，并且可以设置连接时需要密码验证等安全措施。

七、KVM虚拟机在云计算中的应用

1、构建私有云

- KVM可以作为构建私有云的基础虚拟化技术，通过结合其他开源软件（如OpenStack），可以构建一个功能强大的私有云环境，在这种私有云环境中，企业可以根据自己的需求定制云服务，如计算资源（虚拟机）的分配、存储管理、网络配置等，使用OpenStack的Nova组件来管理KVM虚拟机，Cinder组件来管理存储，Neutron组件来管理网络，从而构建一个完整的私有云平台。

2、云资源管理

- 在云计算环境中，KVM虚拟机的资源管理变得更加复杂和重要，需要对虚拟机的CPU、内存、磁盘和网络等资源进行动态分配和监控，可以使用云管理平台（如OpenStack）的资源调度器来根据虚拟机的负载情况动态分配更多或更少的资源，如果一个虚拟机的CPU使用率过高，可以通过资源调度器为其分配更多的虚拟CPU或者将其迁移到负载较低的宿主机上。

3、多租户环境下的KVM应用

- 在多租户环境中，不同的租户共享KVM虚拟机资源，需要确保租户之间的隔离和安全，可以通过在云平台上设置租户配额（如每个租户可以使用的最大虚拟机数量、最大内存量等）来管理资源分配，要利用KVM的安全机制（如虚拟机隔离、网络隔离等）来确保不同租户的虚拟机不会相互干扰，并且保护租户的数据安全。

八、结论

KVM虚拟机技术以其开源、高效、与Linux内核紧密集成等特点，在现代信息技术领域中有着广泛的应用，从基础的安装配置到高级的性能优化、安全管理以及在云计算中的应用，KVM为用户提供了一个灵活、可定制的虚拟化解决方案，随着技术的不断发展，KVM虚拟机技术也将不断演进，为企业和开发者提供更加强大、可靠的虚拟化服务，无论是系统管理员、开发人员还是云计算工程师，掌握KVM虚拟机技术都将有助于他们更好地应对日益增长的计算资源需求和复杂的应用场景。