KVM虚拟化技术实践

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作者：朱培 ID：sdksdk0

今天分享的文章是关于云计算中的kvm（虚拟化技术），通过本文你可以知道的是kvm是干什么的，如何使用kvm，如何通过java操作xml从而生成生成虚拟机。

一、虚拟化简介

系统虚拟化是将底层物理设备与上层操作系统、软件分离的一

种去耦合技术，在一台物理机器上逻辑的划分出多台机器。

• 虚拟化的目标是实现IT资源利用效率和灵活性的最大化

在一台物理主机上虚拟出多个虚拟计算机（虚拟机，Virtual

Machine，VM），其上能同时运行多个独立的操作系统，这

些客户操作系统（Guest OS）通过虚拟机管理器（Virtual

Machine Monitor，VMM，也称作Hypervisor）访问实际

的物理资源。

KVM 全称是 基于内核的虚拟机（Kernel-based

Virtual Machine），它是一个 Linux 的一个内核模块，该内

核模块使得 Linux 变成了一个 Hypervisor：

它由 Quramnet 开发，该公司于 2008年被 Red Hat 收购。

• 它支持 x86 (32 and 64 位), s390, Powerpc 等 CPU。

• 它从 Linux 2.6.20 起就作为一模块被包含在 Linux 内核中。

• 它需要支持虚拟化扩展的 CPU。

• 它是完全开源的。

二、使用虚拟化的原因

为什么我们要使用虚拟化技术。当公司的服务器越来越多，我们需要充分利用资源，也需要统一运维管理。

主要原因可以总结如下：

打破“一台服务器对应一套应用”的模

式，将物理服务器进行整合，提升利用

率

服务器和相关IT硬件更少，节省了机房空

间，也减少了散热和电力需求

具备灵活数据备份和应用迁移机制，保

障服务永不中断

资源动态调配和模板化部署，应用系统

快速上线，及时响应业务变化。



虚拟化分为3类

全虚拟化

半虚拟化

硬件辅助的虚拟化

无虚拟化

– CPU一般设为四个Ring

– Kernel Mode一般跑在Ring 0上

– User Mode一般跑在Ring 3上

– 对于一个普通的传统的Linux系统没有问题

• 虚拟化

– 在Guest机器和Host机器中间加一层Hypervisor

– Host机器看它像跑在自己上面的程序

– Guest机器看它像自己所运行的硬件

– 如果Host机器和Guest机器都跑相同的Linux，它们的Kernel都想运行在Ring 0。

三、常见的虚拟化技术

例如很常见的VMWare、VirtualBox、Citrix Xen、kvm等。桌面虚拟化 将原本在本地电脑安装的桌面系统统一在后端数据中心进

行部署和管理； 用户可以通过任何设备，在任何地点，任何时间访问属于

自己的桌面系统环境。还有服务器虚拟化。包括全虚拟化(Full-Virtulization)：

无需修改操作系统，VM ESXi、Linux KVM

• 半虚拟化(Para-Virtulization)：

集成半虚拟化代码，直接运行特权指令，性能接近物理机，需要修改操作

系统，

MS Hyper-V、 Ctrix Xen、IBM PowerVM

• 操作系统层虚拟化

开发、测试环境，VM Workstation、VM Server

四、kvm环境配置

下面介绍的操作流程是在centos6.6系统中演示。首先把防火墙关掉：

Service iptables stop
Chkconfig iptables off

如果你的是centos7关闭防火墙：

systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service

1、进行cpu检测，

egrep -c '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo

命令结果大于0表示cpu支持虚拟化。如果是等于0，就需要手动勾选虚拟化引擎。



如果linux的系统是在VMware Workstation上的，需要将cpu设置为支持硬件虚拟化。需要在设置中把处理器核数里面的虚拟化引擎（虚拟化Intel VT-X/EPT…）这个选项勾上。



2、kvm安装

安装命令kvm：

yum  install qemu-kvm

• 安装虚拟化管理工具:

yum install virt-manager libvirt libvirt-python python-virtinst  bridge-utils

• libvirt：操作和管理KVM虚机的虚拟化 API，使用 C 语言编写，可以

由 Python,Ruby, Perl, PHP, Java 等语言调用。可以操作包括 KVM，

vmware，XEN，Hyper-v, LXC 等 Hypervisor。

• Virsh：基于 libvirt 的 命令行工具 （CLI）

• Virt-Manager：基于 libvirt 的 GUI 工具

3、kvm内核模块

将kvm嵌入到内核：

modprobe kvm
modprobe kvm-intel

然后使用命令查看是否已经嵌入成功，

lsmod | grep kvm

如果显示下面的结果则代表嵌入成功。

[root@controller ~]# lsmod | grep kvm

kvm_intel 55496 0

kvm 337900 1 kvm_intel

[root@controller ~]#

4、启动libvirt

service libvirtd restart
chkconfig libvirtd on

5、资源准备

新建kvmtest目录。我们就是这个目录下进行kvm测试。

mkdir  /kvmtest

然后将已经下载好的 CentOS-6.8-x86_64-minimal.iso上传到这个/kvmtest目录下。这里需要说明一下，我的系统是centos6.6的，然后对于6.6或者6.8的迷你版系统兼容更好，否则我们在后面创建电脑之后可能会发生无法启动的问题。对于其他版本开机时可能会遇到 “no filename or root path specified”的错误。

6、创建安装盘

qemu-img create -f qcow2 /kvmtest/centos-6.8.qcow2
10G

7、创建虚拟机

virt-install --virt-type kvm --name centos-6.8 --ram 1024 \
--vcpus 1 \
--cdrom=/kvmtest/CentOS-6.8-x86_64-minimal.iso \
--disk /kvmtest/centos-6.8.qcow2,format=qcow2 \
--network network=default \
--graphics vnc,listen=0.0.0.0 --noautoconsole \
--os-type=linux --os-variant=rhel6

以下是各参数代表的意思：

-n NAME

指定虚拟机的名称

-r MEMORY

指定虚拟机的内存用量

-u UUID

指定虚拟机的唯一通用标识符

（Universally Unique Identifier，UUID）。

省略这个参数时，virt-install 将会自动产生

–vcpus=VCPUS

指定虚拟机的虚拟 CPU （Virtual CPU，VCPU） 数量

-f DISKFILE

指定虚拟磁盘的文件路径名称

-s DISKSIZE

用来指定虚拟磁盘的大小，这个参数需配合-f 使用。

DISKSIZE为虚拟磁盘的大小，单位是GB

-m MAC

指定虚拟机的网络卡之硬件地址。

这个参数可以省略，省略时virt-install 将自动产生

-p 以半虚拟化的方式建立虚拟机

-l LOCATION 指定安装来源

8、创建完成之后我们就可以使用命令来查看虚拟机了。

virsh  list --all

因为我这边创建了3台，所以可以看到有3台虚拟机。



shut off代表的是关机中的意思。你可以参照下面的命令来查看虚拟机的信息。

例如我这里需要开启一台，命令就是

virsh start centos-6.8

virsh list # 显示本地活动虚拟机

• virsh start openSuse # 启动名字为ubuntu的非活动虚拟机

• virsh create ubuntu.xml # 创建虚拟机（创建后，虚拟机立即执行，成为活

动主机）

• virsh suspend openSuse # 暂停虚拟机

• virsh resume ubuntu # 启动暂停的虚拟机

• virsh shutdown ubuntu # 正常关闭虚拟机

• virsh destroy ubuntu # 强制关闭虚拟机

• virsh dominfo openSuse # 显示虚拟机的基本信息

• virsh dumpxml openSuse # 显示虚拟机的当前配置文件

• virsh setmem ubuntu 51200 # 给不活动虚拟机设置内存大小

• virsh setvcpus ubuntu 4 # 给不活动虚拟机设置cpu个数

• virsh edit ubuntu # 编辑配置文件（一般用在刚定义完VM）

9、客户端连接。

我们可以使用命令

netstat -natp

来查看启动的进程。我们可以看到5900端口的进程是/qemu-kvm。



启动一台是5900，那么启动两台就是5900和5901，依次类推。

我们可以在window系统中使用vnc-4_1_3-x86_win32_viewer.exe来连接。

输入ip地址和端口号进行连接，例如的我的是192.168.44.146



然后就和平常的linux系统的安装流程来操作就行。安装好之后就可以连接进来操作即可。root 123456



在这里把电源模块安装好。

电源管理:

yum install acpid

yum install tcpdump

五、kvm的xml文件

我们需要知其然也要知其所以然。那么我们是怎样做到在VMware Workstation虚拟出来的centos6.6系统中再其中虚拟化出来一台centos6.8系统。

使用ifconfig命令可以查看IP网络配置。

我们进入到/etc/libvirt/qemu目录下。我们可以看到有centos-6.8.xml文件。



在这个xml文件可以看到里面有虚拟机名字配置，磁盘大小配置等。那么这样我们就可以看出来了，原来这样一个centos6.8只需要一个xml文件就可以搞定，是不是我们可以复制一份这个xml文件就可以生成一个虚拟机了呢？答案是肯定了，激动人心的时候到了，那么我们就复制一份珍贵xml文件，然后改改名字呗。

cp  centos-6.8.xml centos-6.8.01.xml

然后vi新的这个centos-6.8.01.xml文件，将其虚拟机名字改为centos-6.8.01，这样我们就有了一台新的虚拟机了。

那么我们如何启动我们刚才新的这台机器了。使用下面的命令：

virsh define 模板文件路径

例如我的是：

virsh define  /etc/libvirt/qemu/centos-6.8.02.xml

如果我们不想要了可以使用下面的命令移除虚拟机（virsh undefine 虚拟机名)

virsh undefine centos-6.8

六、通过JAVA编程控制KVM

在上一个章节中我们知道了一个kvm虚拟机我们可以使用xml文件来控制，那么我们自然也可以用java程序来写xml文件，从而生成虚拟机。如果你使用过阿里云或者腾讯云等云服务器的话你就知道，上面可以自定义选择cpu核数内存磁盘什么的，不就类似操作不同的参数，从而生成不同的xml文件，最后生成云服务器了。现在对于阿里腾讯等这些云服务器又增加的想法没，嘿嘿嘿！

在Libvirt中有使用java操作kvm的API。

我们知道在我的centos6.6中安装了qume-kvm，那么我们想要从其他地方（例如windos中）想要远程访问怎么办呢？所以我们需要对linux服务器做相应的设置，把端口打开，这样才能让其他的来访问我这个kvm，从而进行操作。

1、启用tcp的端口。修改配置文件

vi  /etc/sysconfig/libvirtd

然后打开里面的如下内容，把“#”去掉

LIBVIRTD_CONFIG=/etc/libvirt/libvirtd.conf
LIBVIRTD_ARGS="--listen"

然后再下面的文件中修改：

vi /etc/libvirt/libvirtd.conf

listen_tls = 0

listen_tcp = 1

tcp_port = “16509”

listen_addr = “0.0.0.0”

auth_tcp = “none”连接测试：

在window中安装Libvirt，然后打开virsh-launcher.bat

virsh -c qemu+tcp://192.168.44.146/system

在这里我们可以看到在之前linux服务器中的虚拟机。



3、在eclipse中操作kvm

新建java工程，导入libvirt-0.5.1.jar和jna-3.5.0.jar。

然后就可以愉快的进行编码操作了：

public class Test {
public static void testVM() {
try {
Connect conn = new Connect("qemu+tcp://192.168.44.146/system");

conn.domainLookupByName("centos-6.8").shutdown();
//    conn.domainLookupByName("centos-6.6-02").create();
//   conn.domainLookupByName("centos-6.6").shutdown();
// conn.domainLookupByName("centos-6.6-02").create();

} catch (LibvirtException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) {
testVM();
}
}

在这里shutdown是可以关机，然后create是开机，而不是我们传统理解上的start。当然你有强迫症的话可以通过修改源码将create方法改为start。

4、生成xml文件

public class Test02 {

public static void main(String[] args) {
Connect conn = null;
int flags = 0;
//jdom dom4j

try {
conn = new Connect("qemu+tcp://192.168.44.146/system");

String dumpxml ="<domain type='kvm'> "+
" <name>bjsxtvm03</name> "
+ "  <memory unit='KiB'>1048576</memory>"
+ " <currentMemory unit='KiB'>1048576</currentMemory>"
+ " <vcpu placement='static'>1</vcpu>"
+ " <os>"
+ "   <type arch='x86_64' machine='rhel6.6.0'>hvm</type>"
+ "   <boot dev='hd'/>"
+ " </os>"
+ "  <features>"
+ "   <acpi/>"
+ "    <apic/>"
+ "    <pae/>"
+ "  </features>"
+ "  <clock offset='utc'/>"
+ "  <on_poweroff>destroy</on_poweroff>"
+ " <on_reboot>restart</on_reboot>"
+ " <on_crash>restart</on_crash>"
+ " <devices>"
+ "  <emulator>/usr/libexec/qemu-kvm</emulator>"
+ " <disk type='file' device='disk'>"
+ "   <driver name='qemu' type='qcow2' cache='none'/>"
+ "   <source file='/kvmtest/centos-6.6-04.qcow2'/>"
+ "   <target dev='vda' bus='virtio'/>"
+ "    <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x05' function='0x0'/>"
+ "  </disk>"
+ "  <disk type='block' device='cdrom'>"
+ "     <driver name='qemu' type='raw'/>"
+ "    <target dev='hdc' bus='ide'/>"
+ "    <readonly/>"
+ "    <address type='drive' controller='0' bus='1' target='0' unit='0'/>"
+ "  </disk>"
+ "   <controller type='usb' index='0' model='ich9-ehci1'>"
+ "    <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x04' function='0x7'/>"
+ "  </controller>"
+ "  <controller type='usb' index='0' model='ich9-uhci1'>"
+ "    <master startport='0'/>"
+ "    <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x04' function='0x0' multifunction='on'/>"
+ "  </controller>"
+ "  <controller type='usb' index='0' model='ich9-uhci2'>"
+ "    <master startport='2'/>"
+ "    <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x04' function='0x1'/>"
+ "  </controller>"
+ "  <controller type='usb' index='0' model='ich9-uhci3'>"
+ "    <master startport='4'/>"
+ "    <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x04' function='0x2'/>"
+ "  </controller>"
+ "  <controller type='ide' index='0'>"
+ "   <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x01' function='0x1'/>"
+ "  </controller>"
+ " <interface type='network'>"
+ "    <source network='default'/>"
+ "    <model type='virtio'/>"
+ "    <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x03' function='0x0'/>"
+ "  </interface>"
+ "  <serial type='pty'>"
+ "    <target port='0'/>"
+ "  </serial>"
+ "  <console type='pty'>"
+ "    <target type='serial' port='0'/>"
+ "  </console>"
+ "  <input type='tablet' bus='usb'/>"
+ "  <input type='mouse' bus='ps2'/>"
+ "  <graphics type='vnc' port='-1' autoport='yes' listen='0.0.0.0'>"
+ "    <listen type='address' address='0.0.0.0'/>"
+ "  </graphics>"
+ "  <video>"
+ "   <model type='cirrus' vram='9216' heads='1'/>"
+ "   <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x02' function='0x0'/>"
+ " </video>"
+ " <memballoon model='virtio'>"
+ "  <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x06' function='0x0'/>"
+ " </memballoon>" + "</devices>" + "</domain>";

Domain dm = null;

Domain dm1 = conn.domainDefineXML(dumpxml);

dm1.create();//start

//Domain dm1 = conn.domainDefineXML(dumpxml); //创建一个域，但不启动
//dm1.undefine(); //undefind一个域，如果活动，则不停止
/****
try{
Domain dm1 =conn.domainLookupByName("bjsxtvm03");
}
catch (LibvirtException e) {
System.out.println("libvirt 错误" + e);
// TODO: handle exception
}
if(dm!=null)
{

dm.undefine();

}
****/

/********
Domain dm2 = conn.domainDefineXML(dumpxml);
dm2.undefine();
*******/

} catch (LibvirtException e) { //LibvirtException 返回错误详细信息
System.out.println("exception caught:" + e);
System.out.println("获取的错误;" + e.getError());
}

System.out.println("Clean exit");

}

}

这里特别提醒一下，在window中操作kvm可能会遇到各种奇奇怪怪的问题，毕竟版本兼容比较麻烦。强烈建议在centos图形版的eclipse中连接kvm操作。

总结：虚拟化技术为日后的云平台的架设打好基础，如果对于kvm不理解的话，那么对于openstack的学习还是会有一定的影响。平时需要对学习进行总结，找到知识互通的地方。这样对于云计算整体算是基础的认知。对于kvm在本篇文章中没有介绍到的有网络桥接，增加磁盘配置。