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前言

在 OpenStack 环境中，虚拟化技术是核心基础。无论是创建虚拟机，还是管理资源，了解虚拟化技术都是至关重要的。在这篇文章中，我们将深入探讨虚拟化的基本概念、企业常用的虚拟化方案，以及如何在 KVM 上创建和管理 Ubuntu 虚拟机。本文将使用简单易懂的语言，让初学者也能轻松上手。

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1. 虚拟化技术概述

• VMX支持：
  VMX 是 CPU 内置的一项虚拟化功能，它可以让一台物理机像“假装”成多个虚拟机，运行在同一台硬件上。需要注意的是，只有物理机支持 VMX 功能，虚拟机中不能再次开启 VMX。你可以理解为，虚拟机中的硬件不具备真正的虚拟化能力。
• 软件虚拟化：
  QEMU 是一种常见的软件虚拟化工具，它不依赖物理硬件来实现虚拟化，而是通过纯软件模拟计算机硬件资源。虽然性能相对较低，但这种虚拟化方式特别适合测试和学习环境，因为你不需要物理硬件支持虚拟化功能。

2. 企业常用虚拟化解决方案

vSphere

• ESXi：每台物理机安装 ESXi（基于 Linux），整个过程非常简单。只需要完成管理密码的设置，就能开始使用虚拟化功能。
• vCenter：vCenter 是企业级的虚拟化管理平台，它的安装较为复杂，需要配置数据库和网络设置。vCenter 提供了集中化的管理、监控和自动化功能，可以帮助 IT 团队管理大量虚拟机和物理服务器。
• 依赖项：在 Windows 环境下，vCenter Server 的安装通常需要配置外部数据库，如 PostgreSQL 或 Oracle 数据库，这一步比较繁琐，但它提供了更好的管理能力。

KVM

• 集成内核：KVM 已经被集成在 Linux 内核中，只有支持硬件虚拟化的 CPU 才能使用 KVM。
• QEMU 与 Libvirt：QEMU 负责虚拟化设备（如磁盘、声卡等），Libvirt 提供了命令行工具和 API，简化了虚拟机的创建和管理。

3. KVM组件与安装

要在 KVM 上运行虚拟机，你需要安装几个核心组件：

• qemu-kvm：主虚拟化组件。
• libvirt-daemon：管理守护进程。
• libvirt-client：命令行工具。
• libvirt-daemon-driver-qemu：QEMU驱动。

4. 创建Ubuntu虚拟机

你可以通过以下步骤，使用 KVM 创建一个 Ubuntu 虚拟机。

• 下载镜像：
  你可以从 ubuntu 镜像官方下载

• 创建虚拟硬盘：
  使用 qemu-img 命令创建一个 20GB 的虚拟硬盘文件：

  sudo qemu-img create -f qcow2 /var/lib/libvirt/images/ubuntu-vm.qcow2 20G
  

  这条命令会创建一个虚拟硬盘文件，供虚拟机存储操作系统和数据。

• 准备XML配置文件（ubuntu-vm.xml）：
  创建一个虚拟机的 XML 配置文件 ubuntu-vm.xml，其中包含虚拟机的内存、CPU、磁盘和网络设置：

  <domain type='kvm'>
    <name>ubuntu-vm</name>
    <memory unit='KiB'>2048000</memory>
    <vcpu placement='static'>2</vcpu>
    <os>
      <type arch='x86_64' machine='pc-i440fx-2.9'>hvm</type>
      <boot dev='cdrom'/>
    </os>
    <devices>
      <disk type='file' device='disk'>
        <driver name='qemu' type='qcow2'/>
        <source file='/var/lib/libvirt/images/ubuntu-vm.qcow2'/>
        <target dev='vda' bus='virtio'/>
      </disk>
      <disk type='file' device='cdrom'>
        <driver name='qemu' type='raw'/>
        <source file='/path/to/ubuntu.iso'/>
        <target dev='hdc' bus='ide'/>
      </disk>
      <interface type='network'>
        <source network='default'/>
        <model type='virtio'/>
      </interface>
    </devices>
  </domain>
  

  这段 XML 配置定义了虚拟机的资源分配和硬件模拟。

• 定义并启动虚拟机：
  使用 virsh 命令将虚拟机定义并启动：

  virsh define ubuntu-vm.xml
  virsh start ubuntu-vm
  

5. virsh

virsh 是一个命令行工具，用于与libvirt（Linux虚拟化管理库）进行交互，管理虚拟机（VM）和相关资源。它提供了管理虚拟机生命周期、网络、存储和快照等功能。

• 基本命令：
  • 查看虚拟机列表：

    virsh list
    

  • 查看所有虚拟机：

    virsh list --all
    

  • 启动虚拟机：

    virsh start <虚拟机名称>
    

  • 关闭虚拟机：

    virsh shutdown <虚拟机名称>
    

  • 强制关闭虚拟机（非必要不要这么做）：

    virsh destroy <虚拟机名称>
    

  • 重新启动虚拟机：

    virsh reboot <虚拟机名称>
    

• 虚拟机管理：
  • 定义虚拟机（基于XML文件）：

    virsh define <xml文件路径>
    

  • 删除虚拟机：

    virsh undefine <虚拟机名称>
    

  • 克隆虚拟机：

    virsh clone --original <原虚拟机名称> --name <新虚拟机名称>
    

• 查看和监控：
  • 查看虚拟机状态：

    virsh dominfo <虚拟机名称>
    

  • 查看虚拟机的 CPU 使用情况：

    virsh cpu-stats <虚拟机名称>
    

  • 查看虚拟机的内存使用情况：

    virsh dommemstat <虚拟机名称>
    

• 网络和存储：
  • 列出网络接口：

    virsh net-list --all
    

  • 列出存储池：

    virsh pool-list --all
    

• 控制台访问：
  • 连接到虚拟机控制台：

    virsh console <虚拟机名称>
    

• 导入和导出：
  • 导出虚拟机：

    virsh dumpxml <虚拟机名称> > <文件名>.xml
    

  • 从XML文件导入虚拟机：

    virsh define <文件名>.xml
    

5. qemu-img

qemu-img 是一个与QEMU虚拟化相关的工具，主要用于创建、转换、修改和管理虚拟机磁盘镜像文件。它不直接管理虚拟机的运行状态，而是针对虚拟机的磁盘操作。

• 常见镜像类型：
  常见镜像类型（虚拟化用）有 RAW 和 QCOW2。
• 基本命令：
  • 创建指定格式和大小的虚拟磁盘文件：

    qemu-img create -f <格式> <镜像文件名> <大小>
    

  • 查看磁盘镜像文件的详细信息：

    qemu-img info <镜像文件>
    

  • 转换镜像文件为其他格式：

    qemu-img convert -f <源格式> -O <目标格式> <源镜像> <目标镜像>
    

  • 扩展现有镜像文件的大小：

    qemu-img resize <镜像文件> <新大小>
    

  • 校验镜像文件是否有错误：

    qemu-img check <镜像文件>
    

  • 压缩镜像以节省空间（仅限 qcow2 格式）：

    qemu-img convert -O qcow2 -c <源镜像> <目标镜像>
    

  • 压缩镜像以节省空间（仅限 qcow2 格式）：

    qemu-img convert -O qcow2 -c <源镜像> <目标镜像>
    

  • 将快照合并回基础镜像：

    qemu-img commit <镜像文件>
    

  • 删除镜像中未使用的部分（仅限 qcow2 格式）：

    qemu-img amend -f qcow2 --shrink <镜像文件>
    

  • 导入外部 ISO 或 RAW 文件：

    qemu-img dd if=<输入文件> of=<镜像文件>
    

6.virsh 和 qemu-img 区别

virsh 和 qemu-img 都与虚拟化相关，但它们的作用、管理对象和使用场景有明显的区别。以下是它们的主要区别：

工具	功能	依赖工具	管理对象
virsh	管理虚拟机的生命周期和资源	libvirt	虚拟机、网络等
qemu-img	管理虚拟机的磁盘镜像	QEMU	磁盘镜像文件

使用场景

• virsh：
  管理虚拟机的运行、暂停、重启、删除等操作。
• qemu-img：
  创建和管理虚拟机磁盘镜像，负责磁盘文件的格式转换、大小调整和检查。

总结：

本文通过对虚拟化技术的概述，结合企业常用的 vSphere 和 KVM 方案，帮助我们更好地理解了虚拟化在 IT 环境中的重要性。我们还动手实践了如何通过 KVM 创建 Ubuntu 虚拟机，了解了 virsh 和 qemu-img 两个工具的使用。无论是基础的虚拟化概念，还是具体的操作步骤，这些内容都为后续深入学习 OpenStack 打下了重要的技术基础。如果你是刚接触虚拟化的初学者，本文的实践部分将为你提供有价值的参考，助力你的学习之路。