openstack系列(1)-Kvm虚拟化技术

KVM(Kernel-based Virtual Machine的英文缩写)是内核内建的虚拟机。有点类似于 Xen ,但更追求更简便的运作,比如运行此虚拟机,仅需要加载相应的 kvm 模块即可后台待命。和 Xen 的完整模拟不同的是,KVM 需要芯片支持虚拟化技术(英特尔的 VT 扩展或者 AMD 的 AMD-V 扩展)。

本章节我们主要介绍通过VMware技术虚拟出相关的Linux软件环境,在Linux系统中,安装KVM虚拟化软件,实实在在的去实践一下KVM到底是一个什么样的技术?

VMware虚拟机支持Kvm虚拟化技术?

在VMware创建的虚拟机中,默认不支持Kvm虚拟化技术,需要芯片级的扩展支持,幸好VMware提供完整的解决方案,可以通过修改虚拟化引擎。

VMware软件版本信息,VMware® Workstation 11.0.0 build-2305329

首先,你需要启动VMware软件,新建一个CentOS 6.x类型的虚拟机,正常安装完成,这个虚拟机默认的虚拟化引擎首选模式为”自动”。

如果想让我们的VMware虚拟化出来的CentOS虚拟机支持KVM虚拟化,我们需要修改它支持的虚拟化引擎,打开新建的虚拟机,虚拟机状态必须处于关闭状态,通过双击编辑虚拟机设置 > 硬件 ,选择处理器菜单,右边会出现虚拟化引擎区域,选择首选模式Intel Tv-x/EPT或AMD-V/RVI,接下来勾选虚拟化Intel Tv-x/EPT或AMD-V/RVI(v),点击确定

KVM需要虚拟机宿主(host)的处理器带有虚拟化支持(对于Intel处理器来说是VT-x,对于AMD处理器来说是AMD-V)。你可以通过以下命令来检查你的处理器是否支持虚拟化:

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grep --color -E '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo

如果运行后没有显示,那么你的处理器不支持硬件虚拟化,你不能使用KVM。

安装Kvm虚拟化软件

安装kvm虚拟化软件,我们需要一个Linux操作系统环境,这里我们选择的Linux版本为CentOS release 6.8 (Final),在这个VMware虚拟化出来的虚拟机中安装kvm虚拟化软件,具体步骤如下:

  • 首选安装epel源

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    sudo rpm -ivh http://mirrors.ustc.edu.cn/fedora/epel/6/x86_64/epel-release-6-8.noarch.rpm
  • 安装kvm虚拟化软件

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    sudo yum install qemu-kvm qeum-kvm-tools virt-manager libvirt
  • 启动kvm虚拟化软件

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    sudo /etc/init.d/libvirtd start

启动成功之后你可以通过/etc/init.d/libvirtd status查看启动状态,这个时候,kvm会自动生成一个本地网桥 virbr0,可以通过命令查看他的详细信息

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# ifconfig virbr0
virbr0 Link encap:Ethernet HWaddr 52:54:00:D7:23:AD
inet addr:192.168.122.1 Bcast:192.168.122.255 Mask:255.255.255.0
UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1
RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:0
RX bytes:0 (0.0 b) TX bytes:0 (0.0 b)

KVM默认使用NAT网络模式。虚拟机获取一个私有 IP(例如 192.168.122.0/24 网段的),并通过本地主机的NAT访问外网。

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# brctl show
bridge name bridge id STP enabled interfaces
virbr0 8000.525400d723ad yes virbr0-nic

创建一个本地网桥virbr0,包括两个端口:virbr0-nic 为网桥内部端口,vnet0 为虚拟机网关端口(192.168.122.1)。

虚拟机启动后,配置 192.168.122.1(vnet0)为网关。所有网络操作均由本地主机系统负责。

DNS/DHCP的实现,本地主机系统启动一个 dnsmasq 来负责管理。

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ps aux|grep dnsmasq

注意: 启动libvirtd之后自动启动iptables,并且写上一些默认规则。

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# iptables -nvL -t nat
Chain PREROUTING (policy ACCEPT 304 packets, 38526 bytes)
pkts bytes target prot opt in out source destination

Chain POSTROUTING (policy ACCEPT 7 packets, 483 bytes)
pkts bytes target prot opt in out source destination
0 0 MASQUERADE tcp -- * * 192.168.122.0/24 !192.168.122.0/24 masq ports: 1024-65535
0 0 MASQUERADE udp -- * * 192.168.122.0/24 !192.168.122.0/24 masq ports: 1024-65535
0 0 MASQUERADE all -- * * 192.168.122.0/24 !192.168.122.0/24

Chain OUTPUT (policy ACCEPT 7 packets, 483 bytes)
pkts bytes target prot opt in out source destination

kvm创建虚拟机

上传一个镜像文件:CentOS-6.6-x86_64-bin-DVD1.iso

通过qemu创建一个raw格式的文件(注:QEMU使用的镜像文件:qcow2与raw,它们都是QEMU(KVM)虚拟机使用的磁盘文件格式),大小为5G。

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qemu-img create -f raw /data/Centos-6.6-x68_64.raw 5G

查看创建的raw磁盘格式文件信息

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qemu-img info /data/Centos-6.6-x68_64.raw 

image: /data/Centos-6.6-x68_64.raw
file format: raw
virtual size: 5.0G (5368709120 bytes)
disk size: 0

启动,kvm虚拟机,进行操作系统安装

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virt-install  --virt-type kvm --name CentOS-6.6-x86_64 --ram 512 --cdrom /data/CentOS-6.6-x86_64-bin-DVD1.iso --disk path=/data/Centos-6.6-x68_64.raw --network network=default --graphics vnc,listen=0.0.0.0 --noautoconsole

启动之后,通过命令查看启动状态,默认会在操作系统开一个5900的端口,可以通过虚拟机远程管理软件vnc客户端连接,然后可视化的方式安装操作系统。

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# netstat -ntlp|grep 5900
tcp 0 0 0.0.0.0:5900 0.0.0.0:* LISTEN 2504/qemu-kvm

注意:kvm安装的虚拟机,不确定是那一台,在后台就是一个进程,每增加一台端口号+1,第一次创建的为5900!

虚拟机远程管理软件

我们可以使用虚拟机远程管理软件VNC进行操作系统的安装,我使用过的两款不错的虚拟机远程管理终端软件,一个是Windows上使用,一个在Mac上为了方便安装一个Google Chrome插件后即可开始使用,软件信息 Tightvnc 或者 VNC@Viewer for Google Chrome

如果你和我一样使用的是Google Chrome提供的VNC插件,使用方式,在Address输入框中输入,宿主机IP:59000,Picture Quality选择框使用默认选项,点击Connect进入到安装操作系统的界面,你可以安装常规的方式进行安装,等待系统安装完成重启,然后就可以正常使用kvm虚拟化出来的操作系统了。

Tightvnc软件的使用,请参考官方手册。

KVM虚拟机管理

kvm虚拟机是通过virsh命令进行管理的,libvirt是Linux上的虚拟化库,是长期稳定的C语言API,支持KVM/QEMU、Xen、LXC等主流虚拟化方案。链接:http://libvirt.org/
virsh是Libvirt对应的shell命令。

查看所有虚拟机状态

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virsh list --all

启动虚拟机

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virsh start [NAME]

列表启动状态的虚拟机

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virsh list

  • 常用命令查看
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    virsh --help|more less

libvirt虚拟机配置文件

虚拟机libvirt配置文件在/etc/libvirt/qemu路径下,生产中我们需要去修改它的网络信息。

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# ll
total 8
-rw-------. 1 root root 3047 Oct 19 2016 Centos-6.6-x68_64.xml
drwx------. 3 root root 4096 Oct 17 2016 networks

注意:不能直接修改xml文件,需要通过提供的命令!

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virsh edit Centos-6.6-x68_64

kvm三种网络类型,桥接、NAT、仅主机模式,默认NAT模式,其他机器无法登陆,生产中一般选择桥接。

监控kvm虚拟机

  • 安装软件监控虚拟机
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yum install virt-top -y
  • 查看虚拟机资源使用情况
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virt-top

virt-top 23:46:39 - x86_64 1/1CPU 3392MHz 3816MB
1 domains, 1 active, 1 running, 0 sleeping, 0 paused, 0 inactive D:0 O:0 X:0
CPU: 5.6% Mem: 2024 MB (2024 MB by guests)

ID S RDRQ WRRQ RXBY TXBY %CPU %MEM TIME NAME
1 R 0 1 52 0 5.6 53.0 5:16.15 centos-6.8

KVM修改NAT模式为桥接[案例]

在开始案例之前,需要知道的必要信息,宿主机IP是192.168.2.200,操作系统版本Centos-6.6-x68_64

启动虚拟网卡

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ifup eth0

这里网卡是NAT模式,可以上网,ping通其他机器,但是其他机器无法登陆!

宿主机查看网卡信息

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brctl show

ifconfig virbr0

ifconfig vnet0

实现网桥,在kvm宿主机完成

  • 步骤1,创建一个网桥,新建网桥连接到eth0,删除eth0,让新的网桥拥有eth0的ip
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brctl addbr br0  #创建一个网桥

brctl show #显示网桥信息

brctl addif br0 eth0 && ip addr del dev eth0 192.168.2.200/24 && ifconfig br0 192.168.2.200/24 up

brctl show #查看结果
ifconfig br0 #验证br0是否成功取代了eth0的IP

注意: 这里的IP地址为 宿主机ip

  • 修改虚拟机桥接到br0网卡,在宿主机修改
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virsh list --all

ps aux |grep kvm

virsh stop Centos-6.6-x68_64

virsh list --all

修改虚拟机桥接到宿主机,修改52行type为bridge,第54行bridge为br0

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# virsh edit Centos-6.6-x68_64  # 命令

52 <interface type='network'>
53 <mac address='52:54:00:2a:2d:60'/>
54 <source network='default'/>
55 <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x03' function='0x0'/>
56 </interface>

修改为:
52 <interface type='bridge'>
53 <mac address='52:54:00:2a:2d:60'/>
54 <source bridge='br0'/>
55 <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x03' function='0x0'/>
56 </interface>

启动虚拟机,看到启动前后,桥接变化,vnet0被桥接到了br0

启动前:

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# brctl show
bridge name bridge id STP enabled interfaces
br0 8000.000c29f824c9 no eth0
virbr0 8000.525400353d8e yes virbr0-nic

启动后:

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# virsh start CentOS-6.6-x86_64
Domain CentOS-6.6-x86_64 started

# brctl show
bridge name bridge id STP enabled interfaces
br0 8000.000c29f824c9 no eth0
vnet0
virbr0 8000.525400353d8e yes virbr0-nic

Vnc登陆后,修改ip地址,看到dhcp可以使用,被桥接到现有的ip段,ip是自动获取,而且是和宿主机在同一个IP段.

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# ifup eth0

从宿主机登陆此服务器,可以成功。

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# ssh 192.168.2.108
root@192.168.2.108's password:
Last login: Sat Jan 30 12:40:28 2016

从同一网段其他服务器登陆此虚拟机,也可以成功,至此让kvm管理的服务器能够桥接上网就完成了,在生产环境中,桥接上网是非常必要的。

总结

通过kvm相关的命令来创建虚拟机,安装和调试是非常必要的,因为现有的很多私有云,公有云产品都使用到了kvm这样的技术,学习基本的kvm使用对维护openstack集群有非常要的作用,其次所有的openstack image制作也得通过kvm这样的底层技术来完成,最后上传到openstack的镜像管理模块,才能开始通过openstack image生成云主机。

到此,各位应该能够体会到,其实kvm是一个非常底层和核心的虚拟化技术,而openstack就是对kvm这样的技术进行了一个上层封装,可以非常方便,可视化的操作和维护kvm虚拟机,这就是现在上天的云计算技术最底层技术栈,具体怎么实现请看下图。

Libvirt_support

如上图,没有openstack我们依然可以通过,libvirt来对虚拟机进行操作,只不过比较繁琐和难以维护。通过openstack就可以非常方便的进行底层虚拟化技术的管理、维护、使用。

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