kvm虚拟机是做什么用的，kvm虚拟机怎么用

***：KVM（Kernel - based Virtual Machine）虚拟机是一种基于内核的开源系统虚拟化技术。它主要用于在单个物理主机上创建和运行多个隔离的虚拟机实例。这些虚拟机可以运行不同的操作系统，如Linux、Windows等，在服务器整合、测试开发环境搭建、云计算等多方面有广泛应用。关于其使用，涉及到宿主机系统要求、安装相关软件包、创建和配置虚拟机的磁盘、内存、CPU等资源以及网络设置等操作。

《深入探索KVM虚拟机：功能、使用方法与应用场景全解析》

一、KVM虚拟机概述

（一）KVM简介

KVM（Kernel - based Virtual Machine）是一种基于Linux内核的开源虚拟机技术，它利用Linux内核的特性，如进程调度、内存管理等，将物理服务器的资源进行虚拟化，使得在一台物理主机上能够同时运行多个虚拟机（VM），每个虚拟机都可以独立运行操作系统，就像在独立的物理机器上一样。

（二）KVM的工作原理

1、内核模块

- KVM本身是一个内核模块，它将Linux内核转变为一个虚拟机监控器（Hypervisor），当加载KVM模块后，内核能够创建和管理虚拟机的运行环境，它可以为虚拟机分配CPU时间片、管理内存映射等。

- 对于CPU虚拟化，KVM通过硬件辅助虚拟化技术（如Intel VT - x或AMD - V）来提高性能，这些技术允许虚拟机直接运行在物理CPU上，减少了模拟的开销。

2、内存管理

- KVM采用影子页表（Shadow Page Tables）技术来处理虚拟机的内存访问，虚拟机中的操作系统管理自己的页表，而KVM则维护一套影子页表，用于将虚拟机的虚拟内存地址转换为物理内存地址，这确保了虚拟机的内存访问的安全性和隔离性。

- 在内存分配方面，KVM可以根据虚拟机的需求动态地分配和回收物理内存，当虚拟机中的应用程序需要更多内存时，KVM可以从物理主机的空闲内存中分配给它；当虚拟机释放内存时，KVM可以将其回收并重新分配给其他虚拟机或主机进程。

3、I/O虚拟化

- KVM通过QEMU（Quick Emulator）来处理虚拟机的I/O操作，QEMU模拟了各种硬件设备，如磁盘、网络接口等，使得虚拟机能够像在真实硬件上一样进行I/O操作。

- 在网络I/O方面，KVM可以使用虚拟网络设备，如TAP/TUN设备，来实现虚拟机与外部网络的连接，虚拟机中的网络驱动程序将网络数据包发送到虚拟网络设备，然后KVM/QEMU将其转发到物理网络接口或者其他虚拟机。

二、KVM虚拟机的安装与配置

（一）安装前的准备

1、硬件要求

- 支持硬件辅助虚拟化技术（如Intel VT - x或AMD - V）的CPU，可以通过检查BIOS设置来确认是否启用了该功能。

- 足够的内存和磁盘空间，内存大小取决于要运行的虚拟机的数量和每个虚拟机的内存需求，每个虚拟机至少需要1GB内存，而磁盘空间则根据虚拟机中要安装的操作系统和应用程序而定。

2、软件环境

- 安装一个支持KVM的Linux发行版，如CentOS、Ubuntu等，确保系统内核版本支持KVM，并且已经安装了必要的开发工具和库。

（二）安装KVM

1、在CentOS系统上

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

- 安装KVM相关软件包，包括“qemu - kvm”、“libvirt - client”、“libvirt - daemon - qemu”等，可以使用yum命令进行安装，yum install qemu - kvm libvirt - client libvirt - daemon - qemu”。

2、在Ubuntu系统上

- 同样先检查CPU支持情况，然后使用apt - get命令安装KVM相关软件包，如“qemu - kvm”、“libvirt - bin”等，命令为“sudo apt - get install qemu - kvm libvirt - bin”。

（三）配置KVM

1、网络配置

- KVM支持多种网络模式，如桥接模式（Bridge Mode）、NAT模式（Network Address Translation Mode）和仅主机模式（Host - Only Mode）。

- 在桥接模式下，虚拟机直接连接到物理网络，就像物理主机上的另一台独立机器，可以通过编辑网络配置文件（如CentOS中的“/etc/sysconfig/network - scripts/ifcfg - br0”）来创建桥接网络接口，将物理网卡与桥接接口绑定。

- NAT模式下，虚拟机通过物理主机的网络地址转换来访问外部网络，这种模式适合于在内部网络中测试虚拟机，不需要为虚拟机分配独立的外部IP地址。

- 仅主机模式下，虚拟机只能与物理主机通信，不能直接访问外部网络，可以通过创建仅主机网络（如在libvirt中使用“virsh net - create”命令创建仅主机网络配置文件）来实现。

2、存储配置

- KVM可以使用多种存储方式，如本地磁盘、网络存储（如NFS、iSCSI等）。

- 对于本地磁盘存储，可以创建磁盘镜像文件（如使用“qemu - img create - f qcow2 vm - disk. img 10G”命令创建一个10GB大小的qcow2格式的磁盘镜像文件）来作为虚拟机的磁盘。

- 如果使用网络存储，需要先配置好网络存储服务器，然后在KVM中挂载网络存储卷作为虚拟机的存储设备。

三、创建和管理KVM虚拟机

（一）创建虚拟机

1、使用命令行工具

- 可以使用“virt - install”命令来创建虚拟机。“virt - install --name=vm1 --ram = 1024 --vcpus = 1 --disk path =/var/lib/libvirt/images/vm1. img,size = 10 --cdrom=/dev/cdrom --network network = default --graphics vnc,listen = 0.0.0.0”。

- 这个命令创建了一个名为vm1的虚拟机，分配1GB内存、1个虚拟CPU、10GB大小的磁盘镜像文件，使用物理光驱作为安装介质，连接到默认网络，并启用VNC图形界面，监听所有IP地址以便远程连接。

2、使用图形化工具

- 在CentOS系统中，可以使用“virt - manager”图形化工具，打开“virt - manager”后，点击“新建虚拟机”按钮，按照向导的步骤进行操作，可以选择虚拟机的操作系统类型、安装源、内存大小、CPU数量等参数。

（二）管理虚拟机

1、启动和停止虚拟机

- 可以使用“virsh start vm1”命令来启动名为vm1的虚拟机，使用“virsh shutdown vm1”命令来正常关闭虚拟机，使用“virsh destroy vm1”命令来强制关闭虚拟机（类似于直接拔掉电源，应谨慎使用）。

2、调整虚拟机资源

- 如果需要增加或减少虚拟机的内存或CPU数量，可以先关闭虚拟机，然后编辑虚拟机的配置文件（如在CentOS中，配置文件位于“/etc/libvirt/qemu/vm1.xml”），修改相关参数（如<memory>和<vcpu>标签的值），再重新启动虚拟机。

3、虚拟机的克隆和迁移

- 克隆虚拟机可以通过“virt - clone”命令来实现。“virt - clone --original=vm1 --name = vm1 - clone --file=/var/lib/libvirt/images/vm1 - clone. img”可以克隆名为vm1的虚拟机到名为vm1 - clone的新虚拟机，并创建新的磁盘镜像文件。

- 虚拟机迁移可以分为冷迁移和热迁移，冷迁移是在虚拟机停止运行时将其从一台物理主机迁移到另一台物理主机，涉及到复制虚拟机的磁盘镜像和配置文件等操作，热迁移则是在虚拟机运行过程中进行迁移，需要满足一定的网络和存储条件，如共享存储等。

四、KVM虚拟机的应用场景

（一）服务器整合

1、提高硬件利用率

- 在企业数据中心，通常存在许多服务器利用率不高的情况，通过使用KVM虚拟机，可以将多个物理服务器上的应用程序整合到少数几台物理主机上，将一些低负载的Web服务器、文件服务器等整合到一台物理主机上的不同虚拟机中，这样可以减少物理服务器的数量，降低硬件采购成本、电力消耗和机房空间占用。

2、灵活的资源分配

- KVM允许根据应用程序的需求动态调整虚拟机的资源，对于一个电商网站，在促销活动期间，可以增加运行Web服务器虚拟机的CPU和内存资源，以应对高流量的访问；而在平时，可以减少资源分配，节省资源给其他虚拟机或主机进程。

（二）软件开发与测试

1、隔离开发环境

- 在软件开发过程中，不同的项目可能需要不同的开发环境，包括不同版本的操作系统、开发工具和库等，KVM虚拟机可以为每个项目创建独立的开发环境，避免不同项目之间的相互干扰，一个项目需要在Ubuntu 18.04上开发，另一个项目需要在CentOS 7上开发，就可以分别创建两个虚拟机来满足需求。

2、测试环境的可重复性

- 在软件测试中，测试环境的一致性非常重要，KVM虚拟机可以方便地创建和复制测试环境，测试人员可以创建一个包含特定操作系统、应用程序和测试数据的虚拟机，然后在需要时进行克隆，确保每次测试都是在相同的环境下进行，提高测试结果的准确性。

（三）云计算平台构建

1、作为云平台的底层虚拟化技术

- 许多开源和商业的云计算平台都采用KVM作为底层的虚拟化技术，OpenStack可以与KVM集成，提供云计算服务，在云平台中，KVM负责创建和管理虚拟机实例，云平台则在KVM的基础上提供诸如虚拟机的部署、监控、计费等高级功能。

2、多租户环境支持

- 在云计算的多租户环境下，KVM虚拟机可以为不同的租户提供隔离的计算资源，每个租户可以在自己的虚拟机中运行应用程序，而不用担心与其他租户的相互影响，KVM通过内存、CPU和I/O的隔离技术确保了租户之间的安全性和隐私性。

五、KVM虚拟机的性能优化

（一）CPU性能优化

1、合理分配虚拟CPU

- 根据虚拟机中应用程序的需求合理分配虚拟CPU数量，如果分配过多的虚拟CPU，可能会导致CPU调度开销增加；如果分配过少，则会影响应用程序的性能，对于一个单线程的应用程序，分配1个虚拟CPU可能就足够了；而对于一个多线程的数据库应用程序，可能需要根据其并发处理能力分配多个虚拟CPU。

2、启用CPU亲和性

- CPU亲和性是指将虚拟机的虚拟CPU绑定到特定的物理CPU核心上，这可以减少CPU缓存的失效次数，提高性能，可以通过在虚拟机的配置文件中设置CPU亲和性参数（如在CentOS中使用“<cputune><vcpupin vcpu = '0' cpuset = '0' /></cputune>”将虚拟机的第0个虚拟CPU绑定到物理CPU的第0个核心上）。

（二）内存性能优化

1、内存超配

- KVM支持内存超配，即可以为虚拟机分配的内存总量超过物理主机的实际内存大小，需要合理设置内存超配比例，避免过度超配导致虚拟机的性能下降，内存超配比例不宜超过物理主机内存的1.5 - 2倍。

2、内存缓存优化

- 可以通过调整虚拟机的内存缓存策略来提高性能，对于读密集型的应用程序，可以增加虚拟机的页面缓存大小；对于写密集型的应用程序，可以优化内存写回策略，减少磁盘I/O操作。

（三）I/O性能优化

1、选择合适的磁盘格式

- KVM支持多种磁盘格式，如qcow2、raw等，qcow2格式支持磁盘快照、压缩等功能，但在性能上可能略低于raw格式，对于对性能要求较高的虚拟机，可以考虑使用raw格式的磁盘镜像，但需要注意raw格式不支持一些高级功能。

2、优化网络I/O

- 对于网络密集型的虚拟机，可以调整网络设备的参数，如提高网络接口的带宽限制、优化网络数据包的处理队列等，还可以使用高速网络设备，如10GbE或更高速度的网卡，来提高虚拟机的网络I/O性能。

KVM虚拟机是一种功能强大、应用广泛的虚拟化技术，它在服务器整合、软件开发与测试、云计算平台构建等方面都有着重要的作用，并且通过合理的安装、配置、管理和性能优化，可以充分发挥其优势，提高企业的IT资源利用率和灵活性。