一.虚拟化技术

1.概述

 虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机
 应用程序可以在相互独立的空间内运行不影响
 以软件形式实现物理设备的功能
  • 通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机,在一台计算机上同时运行多个逻辑计算
  • 同时每个逻辑计算机可运行不同的操作系统,应用程序都可以在相互独立的空间内运行互相不影响
  • 对物理硬件资源进行逻辑分隔,等待被调用

2.kvm虚拟化类型

1)全虚拟化

  • 将物理硬件资源全部通过软件的方式抽象化,最后进行调用
  • 在底层硬件和服务器之间建立一个抽象层,而基于核心的虚拟机是面向linux系统开源产品VMM可以捕捉cpu的命令

2)半虚拟化

  • 需要修好操作系统

3)直通

  • 直接使用物理硬件资源

3.kvm特性

优势:

  • 1.集中化管理(原创管理、维护)
  • 2.提高硬件利用率(虚拟化解决的是"空闲”容量)
  • 3.动态调整机器/资源(系统的硬件程序和服务器硬件分离,提高灵活性)
  • 4.高可靠(可提高透明负载均衡、迁移)

劣势:

  • 1.前期高额费用(初期硬件支持)
  • 2.降低硬件利用率(极度吃资源,不一定适合虚拟化)
  • 3.更大的错误影响面(本地物理机不可用,会导致虚拟机文件全部损坏)
  • 4.实施配置复杂,管理复杂(管理人员运维、排障困难)
  • 5.一定的限制性(需要支持的虚拟化技术)
  • 6.安全性(虚拟化技术自身的安全隐患)
4.KVM模式
  • 1.客户模式:客户机在操作系统中运行的模式
  • 2.用户模式:为用户提供虚拟机管理用户工具
  • 3.linux内核模式:模拟cpu、内存,实现客户模式切换
5.KVM虚拟化架构/三种模式
  • 1、客户模式(guestOS):VM中的OS为GuestOS
    客户机在操作系统中运行的模式,客户机分为内核模式和用户模式,作用如下:
  • 2、客户模式:
    为用户提供虚拟机管理的用户空间工具以及代表用户执行I/O,Qemu_ 工作在此模式下(Qemu的主要功能)
  • 3、linux内核模式
    模拟CPU、内存,实现客户模式切换,处理从客户模式的推出,KVM即运行在此模式下

6.KVM原理

  • 1、Guest: 客户机系统,包括CPU (vCPU) 、内存驱动(Console、 网卡、I/O设备驱动等),
    被KVM置于-种受限制的CPU 模式下运行。
  • 2、KVM内核模块模拟处理器和内存以支持虚拟机运行
  • 3、Qemu 主要处理I/O以及为客户提供一个用户空间/dev/kvm 工具ibvirt来进行虚拟机管理
    ioctl (定义) 专用于设备输入输出操作的系统调用
    libvirt: KVM管理工具
    以上构成一个完整的虚拟化平台

简单理解:
KVM驱动提供处理器、内存的虚拟化,以及客户机I/O的拦截,guest的I/O被拦截后,
交由Qemu处理
Qemu利用接口libkvm调用(ioctl) 虚拟机设备接口/dev/kvm来分配资源、管理、维护虚拟机

6.KVM工作流程

KVM工作流程
用户模式的Qemu利用接口libkvm通过ioctl系统调用进入内核模式。KVM驱动为虚拟机创建 虚拟CPU和虚拟内存,
然后执行VMLAU.NCH指令进入客户模式,装载Guest OS并运行。Guest OS运行过程中如果发生异常,则暂停Guest OS
的运行并保存当前状态同时退出到内核模式来处理这些异常。
内核模式处理这些异常时如果不需要/O则处理完成后重新进入客户模式。如果需要I/O则进入到用户模式,
则由Qemu来处理I/O,处理完成后进入内核模式,再进入客户模式

思路:
1、KVM技术介绍
是什么技术:虚拟化

2、KVM技术定位(实际应用)
workstation、 virtualbox
模以硬件资源/设备/操作系统

3、KVM虚拟化技术核心功能(原理方面)
QEMU (工作在用户层,控制ibkvm工具( I具作用,控制内核中的KVM)来调用物理虚拟化资源
(调用物理虚拟化资源的方式是ioctl,供给虚拟机)
KVM (工作在内核层,虚拟化/抽象化物理硬件资源,供给Qemu组件调用)

4、KVM各核心组件功能
QEMU
功能:控制I/O虚拟化,调用硬件资源
KVM
功能:为虚拟机提供CPU、内存(硬件资源)的虚拟化

7.虚拟化前,虚拟化后对比

  • 虚拟化前:一个操作系统
    软硬件结合
    运行多个程序会冲突
    系统资源利用率低
    硬件成本高昂(使用价值)

  • 虚拟化后:
    打破系统和硬件之间的依赖
    通过封装到虚拟机的技术,管理操作系统和程序为单一的个体(隔离)
    强大的安全和故障隔离
    虚拟机是独立硬件的,可在任何硬件上进行

二.KVM虚拟化平台部署

1.虚拟机资源

CPU:双核双线程-CPU虚拟化开启
内存:8G
硬盘:300G
双网卡:单网卡
操作系统:Centos 7.6(1810)

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2.修改主机名

[root@kvm ~]# hostnamectl set-hostname kvm 
[root@kvm ~]# su

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3.将镜像光盘设为自动/永久挂载

vim /etc/fstab
/dev/cdrom /mnt iso9660 defaults 0 0

mount -a 
df -hT

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4.环境优化

设置DNS反向解析
是否反解DNS,设置为NO可以让客户端连接服务器更快

vim /etc/ssh/sshd_config
#115行;取消DNS注释,改为NO
UseDNS no

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5.制作本地YUM仓库

cd /etc/yum.repos.d/
mkdir repos.bak
mv CentOS-* repos.bak

vim kvm.repo
[kvm]
name=kvm
baseurl=file:///mnt
gpgcheck=0
enabled=1


yum clean all  && yum repolist

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6.关闭防火墙、核心防护

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0

在这里插入图片描述

三.安装KVM

1.安装KVM基本组件

yum groupinstall -y "GNOME Desktop"
yum -y install qemu-kvm
yum -y install qemu-kvm-tools
yum -y install virt-install
yum -y install qemu-img
yum -y install bridge-utils
yum -y install libvirt
yum -y install virt-manager
#----------------------命令解释---------------------
# 安装 GNOME 桌面环境  如果装了图形界面可以不需要装
yum groupinstall -y "GNOME Desktop"
# KVM 模块
yum -y install qemu-kvm
# 安装KVM 调试工具,可不安装
yum -y install qemu-kvm-tools
# 构建虚拟机的命令行工具
yum -y install virt-install
# qemu 组件,创建磁盘、启动虚拟机等
yum -y install qemu-img
# 网络支持工具
yum -y install bridge-utils
# 虚拟机管理工具
yum -y install libvirt
# 图形界面管理虚拟机
yum -y install virt-manager
检测CPU是否支持虚拟化
cat /proc/cpuinfo | grep vmx
# 查看CPU是否支持虚拟化

在这里插入图片描述

查看KVM模块是否已安装
  • Lsmod:显示已载入的系统模块
lsmod | grep kvm

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设置开启启动界面的显示模式
ln -sf /lib/systemd/system/graphical.target /etc/systemd/system/default.target

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2.设置KVM网络

KVM网络的两种模式:

  • NAT: 默认设置,数据包由 NAT 方式通过主机的接口进行传送,可以访问外网,但是无法从外部访问虚拟机网络
  • 网桥:这种模式允许虚拟机像一台独立的主机一样拥有网络,外部的机器可以直接访问到虚拟机内部,但需要网卡支持(一般有线网卡都支持)

使用Bridge网桥模式进行部署

vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33

BOOTPROTO=none
IPV6INIT=no
ONBOOT=yes
BRIDGE=br0			#删除原先地址,设置为网桥模式,关联br0网卡

在这里插入图片描述

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创建、编辑桥接网卡
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-br0
TYPE=Bridge
BOOTPROTO=static
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
IPV6_ADDR_GEN_MODE=stable-privacy
NAME=br0
DEVICE=br0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.133.60
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.133.2

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3.KVM部署与管理

mkdir -p /data_kvm/iso
mkdir -p /data_kvm/store
mount.cifs //192.168.133.1/共享 /mnt/

cd /mnt
cp -p CentOS-7-x86_64-DVD-1810-7.6.iso /data_kvm/iso/
ll /data_kvm/iso/

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4.使用虚拟系统管理器管理虚拟机

创建思路:
① 创建存储池(ISO、STORE)
② 添加存储卷
③ 创建虚拟机

virt-manager

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1) 创建存储

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2) 创建存储

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3)创建镜像池

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4) 创建虚拟机

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总结:

1.什么是虚拟化:

  • 是指通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机,实现资源的模拟,隔离和共享

2.使用虚拟化的好处:

  • 集中化管理
  • 提高硬件的利用率
  • 调整机器资源
  • 高可靠,安全

3.kvm虚拟化技术核心功能(原理)

  • qemu:工作在用户层,控制libkvm工具,调用物理虚拟化资源
  • kvm:工作在内核层,虚拟化/抽象化物理硬件资源,供给qemu组件调用 负责拦截一些io的敏感指令,转交给QEMU进行处理

4.虚拟化常用技术

  • 1.kvm(KVM模块+QEMU)-----基于内核的虚拟

    • qemu: 模拟处理器的自由软件,qemu能模拟接近真实电脑的速度
    • kvm:Linux kernel的一个模块,加载模块后,才能进一步通过其他软件创建虚拟机,因为用户无法直接控制内核模块,还要有一个运行在用户空间的工具,kvm使用qemu的一部分,稍加改造,就成为了可控制kvm用户的工具
  • 2 Xen:是第一类运行再裸机上的虚拟化管理程序,它支持全虚拟化和半虚拟化,属于裸金属架构,因此与VMware Workstation软件不同的是它不再依存于宿主操作系统之上

  • 3 docker:Docker内部使用的是Linux容器技术(LXC),属于操作系统轻量级的虚拟化

Docker技术与虚拟化技术(传统)有何区别?

  • 从虚拟化层面来看,传统虚拟化技术是对硬件资源的虚拟,容器技术则是对进程(操作系统内核)的虚拟,从而可提供更轻量级的虚拟化,实现进程和资源的隔离。(所有容器都必须使用同样的操作系统和内核)
  • 从架构来看,Docker比虚拟化少了两层,取消了hypervisor层和GuestOS层,使用Docker Engine进行调度和隔离,所有应用共用主机操作系统,因此在体量上,Docker较虚拟机更轻量级,在性能上优于虚拟化,接近裸机性能。
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