Linux虚拟机KVM详解

Linux的虚拟技术目前有KVM和Xen，Xen是运行在裸机上的虚拟化管理程序（Hypervisor），在Redhat 5及其它的发行版中，KVM已经取代了Xen，故此处不针对Xen展开说明，只细述KVM功能。

KVM（Kernel-based Virtual Machine）是基于内核的虚拟机技术，由以色列Qumranet公司开发（Qumranet在2018年被RedHat收购），是一个轻量级的虚拟化管理程序模块，该模块主要来自于Linux内核。KVM运行需要CPU支持虚拟化功能，即支持TV的Intel CPU和支持ADM-V的AMD CPU。此外，KVM需要在x86架构的计算机上才能运行。

在KVM中，虚拟机被实现为常规的Linux进程，由标准的Linux调度程序进行调度；虚拟机的每个虚拟CPU被实现为常规的Linux进程，KVM本身不执行任何硬件的模拟操作，需要用户态程序通过/dev/kvm接口设置一个客户机的虚拟服务器地址空间，向它提供模拟的I/O，通过QEMU应用程序将视频显示映射到宿主机。

kvm结构

QEMU-KVM

QEMU原本只是一个纯软件实现的虚拟化系统，并不属于KVM的一部分。由于QEMU是由纯软件实现的，其性能相对来说较为低下。QEMU的代码中包含了整套的虚拟机实现，包括处理器虚拟化，内存虚拟化，以及KVM需要使用到的虚拟设备，如网卡，显卡等。KVM在QEMU的基础上做了修改。虚拟机运行期间，QEMU会通过KVM模块提供的系统调用进入内核，由KVM负责将虚拟机置于处理的特殊模式运行。当虚拟机进行I/O操作时，KVM会从上次系统调用的出口处返回QEMU，由QEMU来负责解析和模拟设备。

KVM的功能列表

支持CPU和内存超分

支持半虚拟化I/O

支持热插拔

支持对称多处理

支持实时迁移

支持PCI设备直接分配和单根I/O虚拟化

支持内核同页合并

支持NUMA（Non-Uniform Memory Access，非一致性存储访问结构）

下面主要介绍在命令行模式下配置并启动一个KVM虚拟机：

注：以下所有操作基于Centos 7系统

与虚拟化相关的程序包

程序包	说明
qemu-kvm	主要的KVM程序包
libvirt	用于管理超级监视程序的libvirtd服务
libvirt-client	用于管理虚拟机的virsh命令和客户端API
virt-install	创建虚拟机需要的命令行工具
virt-manager	GUI虚拟机管理工具（图形界面）
virt-top	虚拟机统计命令
virt-viewer	用于连接到虚拟机的图形控制台

安装KVM

yum安装
可以使用yum install *packagename*单个安装上面的程序包
也可以使用安装程序包组的方式安装
```
# yum group install "Virtualization Host" "Virtualization Client"
```
源码安装
先安装依赖包（此处直接通过yum安装）：
```
# yum install gcc autoconf automake libtool glib* zlib*
```
再下载QEMU源码编译安装
```
# wget https://download.qemu.org/qemu-4.0.0.tar.xz
# tar zvjf qemu-4.0.0.tar.xz
# cd qemu-4.0.0
# ./configure
# make 
# make install
```
安装成功之后，可在/usr/local/bin下找到二进制文件
为了方便使用，可以将二进制文件的路径放到环境变量中，或者创建一个软链
```
# ln -s /usr/bin/qemu-system-x86_64 /usr/bin/qemu-kvm
```
此处建议直接使用yum方式安装。

选择正确的KVM模块

大多数情况下，只要选择了正确的程序包即可，系统会自动加载合适的内核模块。KVM工作之前，必须加载相关的内核模块。

# lsmod | grep kvm

如果KVM模块正确载入，会在控制台输出如下信息：

Intel

kvm_intel   183621   0
kvm         586948   1  kvm_intel

AMD
```
kvm_amd     59887    0
kvm         261575   kvm_amd
```
分别对应Intel和AMD的处理器。如果未看到输出信息，请检查CPU是否支持虚拟化功能，如果支持，检查虚拟化功能是否开启。检查方法如下：
```
# egrep 'svm|vmx' /proc/cpuinfo
```
其中：svm（Secure virtual machine）,是AMD的CPU的虚拟化技术AMD-V，vmx是Intel的CPU虚拟化技术Intel-VT
检查是否有正常的输出，如果有，表示支持虚拟化功能。此外，还需要在开机时进入BIOS或UEFI菜单进行配置，开启虚拟化。载入对应的模块：
```
# modprobe kvm_intel
```
或
```
# modprobe kvm_amd
```

使用virt-install命令创建虚拟机

# virt-install --name=kvm-server --memory=512,maxmemory=1024 --vcpus=1,maxvcpus=2 --os-type=linux --os-variant=rhel7 --location=/opt/iso/rhel-server-7.6-x86_64-dvd.iso --disk path=/opt/kvm/libvirt/images/rhel-server.img,size=12 --network bridge=br0 --graphics=none --console=pty,target_type=serial  --extra-args="console=tty0 console=ttyS0"

参数解释：

-n(–name) 给虚拟机设置一个名字

-m(–memory) 给虚拟机分配内存，maxmemory指定最大内存

–vcpus 配置虚拟CPU数量，maxvcpus指定最大CPU数量

–os-type 指定安装的操作系统类型，如Linux，Windows

–os-variant 指定安装的操作系统的具体类型，如Centos，Redhat，WinXP

-l(–location) 指定安装源，可以是iso镜像，也可以是网络源

–disk 定义虚拟硬盘，常与path=/var/lib/libvirt/images/virt.img、size=size_in_GB一起使用

–network 指定网络接口

–graphics 指定客户机的图形显示设置，有效选项包括vnc、spice和none

–console 配置文本控制台连接主机与客户机

-x(–extra-args) 包含额外的数据，如kickstart文件的url地址

以上参数是配置一个虚拟机常用参数，如需获取更详细的配置参数信息，可以使用man手册页或者virt-install -h查看

通过virsh管理虚拟机

查看已经存在的域

# virsh list --all

已经创建的虚拟机启动域

# virsh start kvm-server

关闭域

# virsh shutdown kvm-server

销毁域

# virsh destory kvm-server

取消定义域

# virsh undefine kvm-server --remove-all-storage

连接到客户会话

# virsh console kvm-server

以上均为基础操作命令，想要查看更详细的命令，请参考man手册页或者virsh --help查看