kvm虚拟机教程，kvm虚拟机官网

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《深入探索KVM虚拟机：从入门到精通》

一、KVM虚拟机简介

（一）什么是KVM

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，将Linux转变为一个虚拟机监控器（Hypervisor），KVM在Linux系统中以模块的形式存在，直接使用底层的硬件资源，如CPU、内存和I/O设备等，为创建和管理虚拟机提供了高效、稳定的基础架构。

（二）KVM的优势

1、性能卓越

- 由于KVM直接运行在Linux内核之上，它能够充分利用硬件的特性，与传统的虚拟机技术相比，KVM的虚拟化开销非常低，在处理CPU密集型任务时，KVM虚拟机中的应用程序能够接近原生系统的性能水平，这是因为KVM可以直接将虚拟机的CPU指令映射到宿主机的CPU上执行，减少了中间层的转换和处理时间。

- 在内存管理方面，KVM可以有效地利用宿主机的内存资源，它支持内存的动态分配和回收，根据虚拟机的实际需求灵活调整内存使用量，当虚拟机中的应用程序对内存需求增加时，KVM可以从宿主机的空闲内存中分配给虚拟机；当虚拟机中的应用程序释放内存时，KVM可以及时回收并重新分配给其他虚拟机或宿主机应用程序。

2、开源与社区支持

- KVM是开源的，这意味着其源代码是公开的，任何人都可以查看、修改和分发，开源的特性吸引了众多开发者和企业的关注，形成了一个庞大的社区，社区成员积极参与KVM的开发、测试和优化工作，不断为KVM添加新的功能和特性，社区开发者们不断改进KVM对新硬件的支持，确保KVM能够在最新的服务器硬件上高效运行。

- 企业也可以根据自己的需求对KVM进行定制化开发，一些大型数据中心企业可以根据自己的网络架构和安全策略，对KVM的网络和安全功能进行定制，以满足企业内部的特定需求。

3、与Linux生态系统的融合

- KVM与Linux生态系统紧密集成，它可以利用Linux系统中的各种工具和服务，如文件系统、网络管理工具等，KVM虚拟机可以直接使用宿主机的文件系统，如ext4、xfs等，方便地进行数据存储和管理，KVM可以借助Linux的网络管理工具，如iptables进行网络流量控制和安全防护。

- 对于Linux管理员来说，由于KVM基于Linux内核，他们可以利用自己已有的Linux管理知识和经验来管理KVM虚拟机，这降低了学习成本和管理复杂度，使得企业更容易将KVM集成到现有的Linux基础设施中。

（三）KVM的应用场景

1、企业数据中心

- 在企业数据中心中，KVM可以用于服务器整合，企业可以将多个物理服务器上的应用程序迁移到KVM虚拟机中，运行在少数几台物理服务器上，这样可以提高服务器的利用率，降低硬件采购成本、电力消耗和机房空间占用，一家企业原本有10台物理服务器，每台服务器的利用率只有30%左右，通过使用KVM进行服务器整合，将这些应用程序迁移到3台物理服务器上的KVM虚拟机中，服务器的整体利用率可以提高到80%以上。

- KVM还可以用于企业的软件开发和测试环境，开发人员可以快速创建和销毁KVM虚拟机，用于不同项目的开发和测试工作，每个虚拟机可以模拟不同的操作系统环境，如Windows、Linux的不同发行版等，方便开发人员进行跨平台的软件测试。

2、云计算平台

- 在云计算平台中，KVM是构建基础设施即服务（IaaS）的重要技术之一，云服务提供商可以利用KVM创建大量的虚拟机实例，提供给用户租用，亚马逊的EC2（Elastic Compute Cloud）部分实例就是基于KVM技术构建的，KVM可以根据用户的需求动态分配资源，如CPU、内存和存储等，满足不同用户对计算资源的需求。

- KVM在私有云构建中也非常受欢迎，企业可以利用KVM构建自己的私有云环境，将企业内部的计算资源进行整合和优化分配，这样企业可以更好地控制自己的数据和计算资源，提高数据安全性和资源利用率。

二、KVM虚拟机的安装与配置

（一）安装前的准备

1、硬件要求

- CPU：支持虚拟化技术（Intel VT - x或AMD - V）的CPU是运行KVM的基本要求，可以通过查看CPU的规格说明书或者在宿主机上运行命令（如对于Intel CPU，使用grep - c 'vmx' /proc/cpuinfo命令来查看是否支持Intel VT - x技术）来确认。

- 内存：根据要创建的虚拟机数量和每个虚拟机的内存需求来确定宿主机的内存大小，如果要创建多个虚拟机，建议宿主机至少有8GB以上的内存。

- 磁盘空间：需要足够的磁盘空间来存储虚拟机的镜像文件、操作系统安装文件等，如果要创建一个Windows虚拟机，可能需要预留30GB以上的磁盘空间。

2、操作系统选择

- 主流的Linux发行版都支持KVM，如CentOS、Ubuntu、Debian等，以CentOS为例，选择CentOS 7或更高版本，因为这些版本对KVM有较好的支持和优化，在安装CentOS时，需要选择安装一些必要的组件，如qemu - kvm、libvirt等。

（二）KVM的安装

1、在CentOS上安装KVM

- 确保系统已经更新到最新版本，运行yum update命令更新系统包。

- 安装KVM相关软件包，运行yum install qemu - kvm libvirt virt - install bridge - utils命令，qemu - kvm是KVM的核心软件包，libvirt是用于管理虚拟机的库和工具集，virt - install是一个创建虚拟机的命令行工具，bridge - utils用于网络桥接配置。

- 安装完成后，启动libvirtd服务，运行systemctl start libvirtd命令，并且设置为开机自启，运行systemctl enable libvirtd命令。

2、在Ubuntu上安装KVM

- 对于Ubuntu系统，首先更新系统包，运行sudo apt - get update命令。

- 然后安装KVM相关软件包，运行sudo apt - get install qemu - kvm libvirt - bin bridge - utils virt - manager命令，qemu - kvm和libvirt - bin是KVM相关的核心软件包，virt - manager是一个图形化的虚拟机管理工具，可以方便地创建、管理和监控虚拟机。

（三）KVM的配置

1、网络配置

- 桥接网络（Bridge Network）

- 桥接网络是KVM虚拟机常用的网络配置方式之一，它可以使虚拟机直接连接到宿主机所在的网络，就像物理机一样，在CentOS中，创建桥接网络需要编辑网络配置文件（如/etc/sysconfig/network - scripts/ifcfg - eth0，假设宿主机的网络接口为eth0），将原有的网络配置修改为桥接模式，设置BOOTPROTO = none，ONBOOT = yes，BRIDGE = br0（这里创建一个名为br0的桥接设备），然后创建桥接设备的配置文件ifcfg - br0，设置TYPE = Bridge，DEVICE = br0，IPADDR、NETMASK等网络参数根据实际网络环境配置。

- NAT网络（Network Address Translation）

- NAT网络模式下，虚拟机通过宿主机的网络地址转换来访问外部网络，在libvirt中，可以通过编辑默认的NAT网络配置文件（如在CentOS中位于/etc/libvirt/qemu/networks/default.xml）来修改NAT网络的参数，可以修改IP地址范围、网关等参数，在创建虚拟机时，如果选择NAT网络模式，虚拟机将自动获取由NAT网络分配的IP地址，并且可以通过宿主机的网络连接访问外部网络。

2、存储配置

- 存储池（Storage Pool）

- 存储池是KVM虚拟机存储管理的重要概念，可以创建不同类型的存储池，如目录类型的存储池、逻辑卷类型的存储池等，以创建目录类型的存储池为例，在CentOS中，可以使用virsh命令来创建，首先创建一个用于存储虚拟机镜像文件的目录，如/mnt/vm - storage，然后运行virsh pool - define - as mypool dir - - target /mnt/vm - storage命令来定义一个名为mypool的存储池，mypool”是存储池的名称，“dir”表示存储池的类型为目录，“/mnt/vm - storage”是存储池的目标目录，最后运行virsh pool - build mypool和virsh pool - start mypool命令来构建和启动存储池。

- 磁盘镜像（Disk Image）

- 磁盘镜像是虚拟机的硬盘存储形式，可以使用qemu - img命令来创建磁盘镜像文件，要创建一个10GB大小的qcow2格式（一种支持快照等功能的磁盘镜像格式）的磁盘镜像文件，可以运行qemu - img create - f qcow2 vm - disk.img 10G命令，在创建虚拟机时，可以指定这个磁盘镜像文件作为虚拟机的硬盘。

三、创建和管理KVM虚拟机

（一）使用命令行创建虚拟机

1、virt - install命令

- virt - install命令是一个强大的创建虚拟机的命令行工具，要创建一个CentOS 7虚拟机，运行以下命令：

- virt - install --name centos7 - vm --ram 2048 --vcpus 2 --disk path=/var/lib/libvirt/images/centos7 - vm.img,size = 10 --os - type linux --os - variant centos7.0 --network bridge = br0 --graphics none --console pty,target_type = serial --location=http://mirrors.centos.org/centos/7/os/x86_64/

- --name指定虚拟机的名称为“centos7 - vm”，--ram指定虚拟机的内存为2048MB，--vcpus指定虚拟机的虚拟CPU数量为2个，--disk指定虚拟机的磁盘镜像文件的路径和大小，--os - type指定操作系统类型为linux，--os - variant指定操作系统的具体版本为centos7.0，--network指定网络连接方式为桥接（br0），--graphics none表示不使用图形化界面（适合在服务器环境下创建虚拟机），--console pty,target_type = serial用于设置控制台连接方式，--location指定CentOS 7操作系统安装文件的网络位置。

2、虚拟机的启动、停止和重启

- 启动虚拟机：可以使用virsh start <虚拟机名称>命令来启动已经创建的虚拟机，virsh start centos7 - vm将启动名为“centos7 - vm”的虚拟机。

- 停止虚拟机：使用virsh shutdown <虚拟机名称>命令可以正常关闭虚拟机，如果虚拟机无法正常关闭，可以使用virsh destroy <虚拟机名称>命令强制停止虚拟机，但这种方式可能会导致虚拟机中的数据丢失或损坏，应谨慎使用。

- 重启虚拟机：virsh reboot <虚拟机名称>命令可以重启虚拟机。

（二）使用图形化工具创建和管理虚拟机

1、virt - manager

- 在安装了virt - manager的系统中（如Ubuntu中安装了virt - manager软件包后），可以通过运行virt - manager命令来启动图形化的虚拟机管理工具。

- 在virt - manager界面中，可以直观地看到已有的虚拟机列表，点击“新建”按钮可以创建新的虚拟机，在创建过程中，可以通过图形化界面选择虚拟机的操作系统类型、内存大小、CPU数量、磁盘大小等参数，并且可以方便地配置虚拟机的网络连接方式和存储设备。

- 对于已创建的虚拟机，在virt - manager中可以查看虚拟机的运行状态（如运行、停止、暂停等），可以对虚拟机进行启动、停止、重启等操作，还可以对虚拟机的硬件配置进行修改，如增加内存、添加磁盘等。

（三）虚拟机的克隆与迁移

1、克隆虚拟机

- 克隆虚拟机可以快速创建与原虚拟机相同配置的新虚拟机，在命令行中，可以使用virt - clone命令，要克隆一个名为“original - vm”的虚拟机为“cloned - vm”，运行以下命令：

- virt - clone --original original - vm --name cloned - vm --file /var/lib/libvirt/images/cloned - vm.img

- 这里，--original指定要克隆的源虚拟机名称，--name指定克隆后的虚拟机名称，--file指定克隆后的虚拟机磁盘镜像文件的路径，克隆后的虚拟机可以根据需要进行进一步的配置和修改，如修改IP地址等。

2、虚拟机迁移

- 虚拟机迁移可以将正在运行的虚拟机从一台宿主机迁移到另一台宿主机，这在数据中心的服务器维护、负载均衡等方面非常有用，实现虚拟机迁移需要满足一定的条件，如两台宿主机的网络连接、存储共享等，在KVM环境中，可以使用libvirt的迁移功能，确保两台宿主机之间的网络畅通，并且目标宿主机具有足够的资源（如CPU、内存、磁盘空间等）来接收迁移的虚拟机，可以在源宿主机上使用virsh命令进行迁移操作，例如virsh migrate --live <虚拟机名称> qemu + ssh://<目标宿主机IP>/system命令可以将指定的虚拟机实时迁移到目标宿主机上。

四、KVM虚拟机的性能优化

（一）CPU优化

1、CPU亲和性（CPU Affinity）

- CPU亲和性是指将虚拟机的CPU任务绑定到特定的宿主机CPU核心上，通过设置CPU亲和性，可以提高CPU缓存的命中率，减少CPU上下文切换的开销，在KVM中，可以使用taskset命令来设置虚拟机进程的CPU亲和性，要将名为“vm - 1”的虚拟机的进程绑定到宿主机的第0和第1个CPU核心上，可以先找到虚拟机的进程ID（可以通过ps - ef | grep <虚拟机名称>命令查找），假设进程ID为1234，然后运行taskset - cp 0,1 1234命令。

2、CPU模型选择

- 在创建虚拟机时，可以选择合适的CPU模型，KVM支持多种CPU模型，如host - passthrough、qemu64等，host - passthrough模型可以将宿主机的CPU特性直接暴露给虚拟机，使得虚拟机能够最大限度地利用宿主机的CPU性能，但是这种模型可能会存在一些兼容性问题，例如在不同宿主机之间迁移虚拟机时可能会遇到困难，qemu64模型是一种比较通用的CPU模型，具有较好的兼容性，但性能可能相对host - passthrough模型略低，根据实际需求和应用场景选择合适的CPU模型可以优化虚拟机的CPU性能。

（二）内存优化

1、内存气球（Memory Ballooning）

- 内存气球是KVM中的一种内存管理技术，它允许宿主机动态地调整虚拟机的内存使用量，在虚拟机中安装了支持内存气球的驱动后，宿主机可以根据自身的内存使用情况，通过向虚拟机发送信号来“膨胀”或“收缩”虚拟机的内存，当宿主机的内存资源紧张时，可以让虚拟机释放一部分内存（通过“收缩”内存气球）；当宿主机的内存资源充足时，可以给虚拟机分配更多的内存（通过“膨胀”内存气球）。

2、内存超配（Memory Overcommitment）

- 内存超配是指宿主机分配给虚拟机的内存总量超过宿主机实际拥有的内存量，在KVM中，可以通过libvirt的配置来实现内存超配，内存超配需要谨慎使用，因为如果虚拟机同时使用的内存超过宿主机的实际内存，可能会导致宿主机的性能下降甚至系统崩溃，合理设置内存超配比例（如设置为1.5倍或2倍宿主机实际内存）可以在一定程度上提高内存的利用率，但需要根据虚拟机的实际负载情况和应用场景进行调整。

（三）I/O优化

1、磁盘I/O优化

- 选择合适的磁盘镜像格式对于磁盘I/O性能有很大影响，如前所述，qcow2格式是一种常用的磁盘镜像格式，它支持快照、压缩等功能，raw格式的磁盘镜像在某些情况下可能具有更好的磁盘I/O性能，如果对磁盘I/O性能要求较高，可以考虑使用raw格式的磁盘镜像，但需要注意raw格式不支持快照等功能。

- 使用缓存机制也可以提高磁盘I/O性能，在KVM中，可以为虚拟机的磁盘设备设置缓存模式，可以设置为writeback（写回）、writethrough（直写）等缓存模式，writeback模式可以提高写操作的速度，但在系统崩溃时可能会有数据丢失的风险；writethrough模式数据安全性更高，但写操作速度相对较慢，根据虚拟机的应用场景和数据重要性选择合适的缓存模式。

2、网络I/O优化

- 对于网络I/O优化，可以调整虚拟机的网络设备参数，在桥接网络模式下，可以调整网络接口的MTU（最大传输单元）值，增大MTU值可以提高网络传输效率，但需要确保网络中的所有设备都支持该MTU值，在局域网环境中，可以将MTU值设置为1500或更高。

- 使用高速网络设备和优化网络拓扑结构也可以提高KVM虚拟机的网络I/O性能，使用万兆以太网设备代替千兆以太网设备，采用扁平化的网络拓扑结构可以减少网络延迟和提高网络带宽利用率。

五、KVM虚拟机的安全防护

（一）虚拟机隔离

1、硬件级隔离

- 在硬件支持的情况下，KVM可以利用硬件的特性实现虚拟机之间的隔离，Intel的VT - d（Virtualization Technology for Directed I/O）技术可以将虚拟机的I/O设备进行隔离，防止一个虚拟机通过I/O设备访问另一个虚拟机的数据，通过在BIOS中启用VT - d技术，并在KVM中进行相应的配置，可以提高虚拟机之间的安全性