kvm虚拟机管理系统，kvm虚拟机教程

***：本文围绕kvm虚拟机管理系统展开，重点提及KVM虚拟机教程。KVM（Kernel - based Virtual Machine）是一种基于内核的开源虚拟机技术。KVM虚拟机管理系统可用于创建、运行和管理虚拟机。而KVM虚拟机教程旨在帮助用户了解KVM的相关概念、安装步骤、配置方法、网络设置以及虚拟机的日常管理操作等内容，以便用户能熟练运用KVM构建和管理虚拟机环境。

《KVM虚拟机教程：从入门到高级应用》

一、KVM简介

1、什么是KVM

- KVM（Kernel - based Virtual Machine）是一种基于Linux内核的开源全虚拟化解决方案，它利用Linux内核本身的特性，如进程调度、内存管理等，来实现虚拟机的创建、运行和管理，KVM在2007年被整合到Linux内核主线中，从那时起，它就在企业级和个人使用场景下得到了广泛的应用。

- 与其他虚拟化技术相比，KVM的一个显著优势是它直接构建在Linux内核之上，这意味着它能够充分利用Linux内核的稳定性、安全性和性能优化成果，Linux内核的内存管理机制可以有效地为虚拟机分配和管理内存，减少内存泄漏和碎片问题，从而提高虚拟机的整体性能。

2、KVM的架构

- KVM的架构主要由两部分组成：内核空间（KVM内核模块）和用户空间（QEMU等工具）。

- 内核空间：KVM内核模块主要负责虚拟机的CPU和内存虚拟化，当创建一个KVM虚拟机时，内核模块会创建一个特殊的进程，这个进程模拟了虚拟机的CPU执行环境，对于内存虚拟化，KVM利用Linux内核的内存管理功能，通过影子页表（Shadow Page Tables）等技术来实现虚拟机内存与宿主机内存的隔离和映射。

- 用户空间：QEMU是KVM中常用的用户空间工具，QEMU主要负责虚拟机的I/O设备虚拟化，如磁盘、网络和显卡等，它模拟了各种硬件设备的功能，使得虚拟机能够像在真实硬件上一样运行操作系统和应用程序，还有一些其他的用户空间管理工具，如libvirt，它提供了一个统一的API来管理KVM虚拟机，简化了虚拟机的创建、启动、停止和配置等操作。

二、KVM环境搭建

1、硬件要求

- 要运行KVM虚拟机，首先需要满足一定的硬件要求，CPU方面，需要支持硬件虚拟化技术，如Intel的VT - x或者AMD的AMD - V技术，可以通过检查BIOS设置来确保这些功能已经开启。

- 在内存方面，根据要运行的虚拟机数量和负载情况来确定宿主机的内存大小，如果要同时运行多个中等负载的虚拟机，至少需要8GB以上的内存，对于磁盘空间，需要足够的空间来存储虚拟机的镜像文件、操作系统安装文件等，一个简单的测试环境可能需要几十GB的磁盘空间，而在生产环境中，可能需要数百GB甚至数TB的磁盘空间，取决于虚拟机的用途和数据存储需求。

2、操作系统安装

- 选择一个支持KVM的Linux发行版，如CentOS、Ubuntu等，以CentOS为例，首先下载CentOS的安装镜像文件，然后将其刻录到光盘或者制作成可引导的USB驱动器，在安装过程中，按照安装向导进行操作，注意选择合适的磁盘分区方案和网络配置。

- 安装完成后，需要更新系统软件包到最新版本，在CentOS中，可以使用“yum update”命令来完成系统更新，这一步骤可以确保系统包含最新的安全补丁和软件功能，对于运行KVM虚拟机来说也是非常重要的。

3、KVM软件包安装

- 在CentOS系统中，安装KVM相关软件包非常简单，可以使用“yum groupinstall "Virtualization" "Virtualization Client" "Virtualization Platform" "Virtualization Tools"”命令来一次性安装KVM、QEMU、libvirt等相关软件包。

- 在Ubuntu系统中，可以使用“apt - get install qemu - kvm libvirt - bin virt - manager bridge - utils”命令来安装KVM相关组件，安装完成后，可以使用“lsmod | grep kvm”命令来检查KVM内核模块是否已经成功加载。

三、虚拟机创建

1、使用virt - manager创建虚拟机

- virt - manager是一个基于图形界面的KVM虚拟机管理工具，在终端中输入“virt - manager”命令来启动该工具，在virt - manager界面中，点击“New”按钮来创建一个新的虚拟机。

- 在虚拟机创建向导中，需要选择虚拟机的安装类型，如本地安装介质（ISO文件）、网络安装（PXE）或者从现有虚拟机克隆等，如果选择本地安装介质，需要指定ISO文件的路径，需要选择虚拟机的内存大小、CPU核心数等硬件配置参数，对于内存大小，要根据虚拟机要运行的操作系统和应用程序的需求来确定，运行一个Windows Server 2019虚拟机，至少需要2GB内存，对于CPU核心数，也要考虑宿主机的CPU资源和虚拟机的负载情况，一般可以先从1个核心开始设置，根据实际运行情况再进行调整。

- 需要创建虚拟机的磁盘镜像文件，可以指定磁盘大小、磁盘格式（如qcow2、raw等）等参数，qcow2是一种比较常用的磁盘格式，它支持磁盘快照、压缩等功能，能够有效地节省磁盘空间，完成虚拟机的创建向导，虚拟机就会开始创建并启动安装过程。

2、使用命令行创建虚拟机

- 使用“virt - install”命令也可以创建KVM虚拟机，要创建一个名为“testvm”，内存为1GB，CPU核心数为1，磁盘大小为10GB，安装CentOS 7的虚拟机，可以使用以下命令：

- virt - install --name = testvm --ram = 1024 --vcpus = 1 --disk path=/var/lib/libvirt/images/testvm.qcow2,size = 10 --os - type = linux --os - variant = centos7.0 --cdrom=/home/user/CentOS - 7 - x86_64 - DVD - 1810.iso

- 在这个命令中，“--name”指定虚拟机的名称，“--ram”指定内存大小（单位为MB），“--vcpus”指定CPU核心数，“--disk”指定磁盘镜像文件的路径和大小，“--os - type”指定操作系统类型，“--os - variant”指定操作系统版本，“--cdrom”指定ISO文件的路径。

四、虚拟机配置

1、网络配置

- KVM虚拟机的网络配置有多种模式，如桥接模式（Bridge Mode）、NAT模式（Network Address Translation Mode）和仅主机模式（Host - Only Mode）。

- 桥接模式：在桥接模式下，虚拟机就像一台独立的主机连接到网络中，虚拟机的网络接口直接连接到宿主机的物理网络接口，它可以从网络中的DHCP服务器获取IP地址，也可以手动设置静态IP地址，这种模式适合需要虚拟机直接暴露在网络中的情况，如搭建Web服务器等，要配置桥接模式，首先需要在宿主机上创建一个桥接网络接口，在CentOS中，可以使用“brctl addbr br0”命令创建一个名为“br0”的桥接接口，然后将物理网络接口（如eth0）添加到桥接接口中，使用“brctl addif br0 eth0”命令，在虚拟机的网络配置中选择桥接模式，并将其连接到创建好的桥接接口。

- NAT模式：NAT模式下，虚拟机通过宿主机的网络地址转换功能来访问外部网络，宿主机充当虚拟机的网关，虚拟机的IP地址是内部网络地址，宿主机将虚拟机的内部网络请求转换为外部网络请求，这种模式适合于虚拟机不需要直接暴露在外部网络中的情况，如内部测试环境等，在virt - manager中，可以在虚拟机的网络配置选项中选择NAT模式。

- 仅主机模式：仅主机模式下，虚拟机只能与宿主机进行通信，无法访问外部网络，这种模式适合于一些特殊的网络隔离测试场景，在CentOS中，可以通过创建仅主机网络来实现，使用“virsh net - create /path/to/host - only.xml”命令，/path/to/host - only.xml”是仅主机网络的配置文件。

2、磁盘配置

- 可以对虚拟机的磁盘进行多种配置操作，可以调整磁盘大小，如果虚拟机的磁盘空间不足，可以使用“qemu - img resize”命令来调整磁盘镜像文件的大小，假设要将名为“testvm.qcow2”的磁盘镜像文件从10GB增大到20GB，可以使用“qemu - img resize testvm.qcow2 + 10G”命令。

- 还可以创建磁盘快照，磁盘快照可以记录虚拟机在某个时刻的磁盘状态，方便在需要时恢复到该状态，在virt - manager中，可以在虚拟机的菜单中选择“Take Snapshot”来创建磁盘快照，在命令行中，可以使用“virsh snapshot - create - as”命令来创建快照，virsh snapshot - create - as testvm snapshot1”，这里“testvm”是虚拟机的名称，“snapshot1”是快照的名称。

五、虚拟机管理

1、启动、停止和重启虚拟机

- 在virt - manager中，启动虚拟机可以直接点击虚拟机图标上的“Run”按钮，停止虚拟机可以点击“Shutdown”按钮，如果虚拟机无法正常关闭，还可以点击“Force Off”按钮强制关闭虚拟机，但这种方式可能会导致虚拟机内的数据丢失或系统损坏，应尽量避免使用，重启虚拟机可以点击“Reboot”按钮。

- 在命令行中，使用“virsh start testvm”命令可以启动名为“testvm”的虚拟机，使用“virsh shutdown testvm”命令可以正常关闭虚拟机，使用“virsh reboot testvm”命令可以重启虚拟机，如果需要强制关闭虚拟机，可以使用“virsh destroy testvm”命令，但同样要谨慎使用。

2、虚拟机迁移

- 虚拟机迁移是KVM的一个重要功能，它可以在不中断虚拟机运行的情况下将虚拟机从一台宿主机迁移到另一台宿主机，虚拟机迁移分为冷迁移和热迁移。

- 冷迁移：冷迁移是指在虚拟机停止运行的情况下进行迁移，需要在源宿主机上关闭虚拟机，然后将虚拟机的磁盘镜像文件和配置文件复制到目标宿主机上，在目标宿主机上，使用“virsh define /path/to/vm.xml”命令来定义虚拟机（/path/to/vm.xml”是虚拟机的配置文件），然后使用“virsh start testvm”命令启动虚拟机。

- 热迁移：热迁移是指在虚拟机运行过程中进行迁移，要实现热迁移，需要满足一定的条件，如源宿主机和目标宿主机之间需要有共享存储（如NFS、GlusterFS等），网络需要畅通等，在源宿主机上，使用“virsh migrate --live testvm qemu+ssh://destination - host/system”命令来启动热迁移，testvm”是要迁移的虚拟机名称，“destination - host”是目标宿主机的名称。

六、KVM性能优化

1、CPU性能优化

- 对于CPU性能优化，可以调整虚拟机的CPU调度策略，在KVM中，默认的CPU调度策略是“CFS（Completely Fair Scheduler）”，可以根据虚拟机的负载情况来选择更合适的调度策略，如果虚拟机运行的是实时性要求较高的应用程序，可以考虑使用“RT（Real - Time）”调度策略。

- 合理分配CPU核心数也是提高CPU性能的重要因素，不要过度分配CPU核心数给虚拟机，以免造成宿主机CPU资源的过度竞争，可以通过监控虚拟机和宿主机的CPU使用率来调整CPU核心数的分配。

2、内存性能优化

- 内存性能优化方面，可以采用内存超配（Memory Overcommitment）技术，内存超配是指在宿主机上分配给虚拟机的内存总量超过宿主机实际拥有的内存量，KVM通过内存交换（Swapping）和气球驱动（Balloon Driver）等技术来实现内存超配，过度的内存超配可能会导致虚拟机性能下降，因此需要根据实际情况合理设置内存超配比例。

- 优化虚拟机的内存页面大小也可以提高内存性能，可以根据虚拟机运行的操作系统和应用程序的特点来选择合适的内存页面大小，如2KB、4KB或8KB等。

七、KVM安全管理

1、虚拟机隔离

- 虚拟机隔离是KVM安全管理的重要方面，通过KVM的内核级虚拟化，虚拟机之间在CPU、内存和I/O等方面实现了一定程度的隔离，为了进一步提高隔离效果，还需要注意一些事项。

- 在内存隔离方面，虽然KVM利用影子页表等技术实现了虚拟机内存与宿主机内存的隔离，但在某些情况下，如内存共享漏洞等可能会导致内存隔离被破坏，需要及时更新KVM内核模块和相关软件包，以修复可能存在的安全漏洞。

- 在I/O隔离方面，QEMU模拟的I/O设备也需要进行安全防护，对于虚拟机的网络I/O，可以通过防火墙规则来限制虚拟机的网络访问权限，防止虚拟机被外部恶意攻击。

2、访问控制

- 对KVM虚拟机的访问控制也是安全管理的关键，可以通过libvirt的认证和授权机制来实现访问控制。

- libvirt支持多种认证方式，如SASL（Simple Authentication and Security Layer）认证，通过设置SASL认证，可以要求用户提供用户名和密码才能访问libvirt管理的KVM虚拟机。

- 在授权方面，libvirt可以根据用户的角色来授予不同的权限，可以设置管理员用户具有创建、删除、启动和停止虚拟机等所有权限，而普通用户只能查看虚拟机的状态等有限权限。

八、KVM故障排除

1、虚拟机无法启动

- 如果虚拟机无法启动，首先要检查虚拟机的配置文件是否正确，可以查看“/var/lib/libvirt/qemu”目录下的虚拟机配置文件（以.xml格式存在），检查其中的内存、CPU、磁盘和网络等配置参数是否存在错误。

- 还要检查宿主机的资源是否充足，如内存、CPU和磁盘空间等，如果宿主机资源不足，可能会导致虚拟机无法启动，检查虚拟机的安装介质（如ISO文件）是否存在损坏或路径是否正确。

2、虚拟机网络不通

- 当虚拟机网络不通时，对于桥接模式，要检查桥接接口的配置是否正确，可以使用“brctl show”命令查看桥接接口的状态和连接的网络接口，如果桥接接口没有正确连接到物理网络接口，虚拟机将无法获取网络连接。

- 对于NAT模式，要检查宿主机的网络地址转换设置，可以查看宿主机的“iptables”规则，确保NAT规则正确设置，允许虚拟机的网络请求通过宿主机进行转换，对于仅主机模式，要检查仅主机网络的配置文件是否正确，以及虚拟机是否正确连接到仅主机网络。

通过以上全面的KVM虚拟机教程，从基础知识到高级应用，涵盖了KVM的各个方面，无论是初学者还是有一定经验的用户，都能够深入了解和掌握KVM虚拟机的管理和应用。