云计算虚拟化技术基础与实践：KVM及QEMU虚拟化应用实践

云计算虚拟化技术基础与实践

KVM及QEMU虚拟化应用实践目录CONTENT01.Libvirt02.Virt-Manager03.基于Libvirt的配置与开发04.KVM及QEMU虚拟化应用案例本章重点掌握Libvirt的安装和使用。掌握Virsh中的常用命令。掌握Virt-Manager的安装和使用。理解Libvirt域的XML配置文件。熟悉常用的Libvirt的API。掌握使用LibvirtAPI进行虚拟化管理的基本操作。掌握轻量级虚拟机管理系统的应用开发。LibvirtLibvirt简介Libvirt的yum安装libvirtd进程Virsh的常用命令011.Libvirt简介Libvirt包含一个守护进程和一个管理工具，不仅能提供对虚拟机的管理，也提供了对虚拟化网络和存储的管理。可以说，Libvirt是一个软件集合，便于使用者管理虚拟机和使用其他虚拟化功能，比如存储和网络虚拟化管理等等。Libvirt的主要目标是提供一种统一的方式，管理多种不同的虚拟化提供方式和Hypervisor。当前主流Linux平台上常用的虚拟化管理工具Virt-Manager，Virsh，Virt-Install等都是基于Libvirt开发而成。Libvirt支持多种不同的Hypervisor，针对不同的Hypervisor，Libvirt提供了不同的驱动，有对Xen的驱动，有对QEMU的驱动，有对VMware的驱动。Libvirt屏蔽了底层各种Hypervisor的细节，对上层管理工具提供了一个统一的、稳定的API。因此，通过Libvirt这个中间适配层，用户空间的管理工具可以管理多种不同的Hypervisor及其上运行的虚拟客户机。1.Libvirt简介节点、Hypervisor和域之间的关系Libvirt中有几个重要的概念，一个是节点，一个是Hypervisor，一个是域。1.节点（Node）通常指一个物理机器，在这个物理机上通常运行着多个虚拟客户机。2.Hypervisor通常指VMM（VirtualMachineManager），例如KVM，Xen，VMware，Hyper-V等。3. 域（Domain），指的是在Hypervisor上运行的一个虚拟机操作系统实例。1.Libvirt简介Libvirt的主要功能包括：1.虚拟机管理：对节点上的各虚拟机生命周期的管理，比如启动、停止、暂停、保存、恢复和迁移；也支持对多种设备类型的热插拔操作，包括：磁盘、网卡、内存和CPU等。2.远程节点的管理：只要物理节点上运行了Libvirtdaemon（Libvirt守护进程），那么，远程节点上的管理程序就可以连接到该节点，然后进行管理操作，所有的Libvirt功能就都可以访问和使用。3.存储管理：创建不同格式的文件映像（qcow2、vmdk、raw等）、挂接NFS共享、列出现有的LVM卷组、创建新的LVM卷组和逻辑卷、对未处理过的磁盘设备分区、挂接iSCSI共享等等。1.Libvirt简介Libvirt的主要功能包括：4.网络接口管理：任何运行了Libvirtdaemon的主机，都可以通过Libvirt管理物理和逻辑的网络接口。可以列出现有的网络接口卡，配置网络接口、创建虚拟网络接口，以及创建网络桥接，进行VLAN管理等。5.虚拟NAT和基于路由的网络：任何运行了Libvirtdaemon的主机，都可以通过Libvirt管理和创建虚拟网络。Libvirt虚拟网络使用防火墙规则作为路由器，让虚拟机可以透明访问主机的网络。1.Libvirt简介Libvirt架构Libvirt概括起来包括一个应用程序编程接口库（API库）、一个daemon（libvirtd守护进程）和一个命令行工具（Virsh）。API库为其他的虚拟机管理工具提供编程的程序接口库。libvirtd负责对节点上的域进行监管，在使用其他工具管理节点上的域时，libvirtd需要一直在运行状态。Virsh是Libvirt默认给定的一个对虚拟机进行管理的命令行工具。2.Libvirt的yum安装在CentOS中可以使用yum命令安装Libvirt。Libvirt的官方网站是/。2.Libvirt的yum安装注意事项：在使用Libvirt前需要确保机器已开启硬件虚拟化，KVM内核模块已加载，QEMU已安装。[root@localhost~]#yuminstallLibvirt[root@localhost~]#whichlibvirtd/usr/sbin/libvirtd[root@localhost~]#libvirtd--versionlibvirtd(libvirt)4.5.0[root@localhost~]#whichvirsh/usr/bin/virsh[root@localhost~]#virsh--version4.5.0[root@localhost~]#servicelibvirtdstatus3.libvirtd进程01020304Libvirt的客户端工具（包括virsh、virt-manager等）可以连接到本地或远程的libvirtd进程，用于管理节点上的客户机状态，包括启动、关闭、重启、迁移等，收集节点上的宿主机和客户机的配置和资源使用状态。libvirtd是Libvirt虚拟化管理工具的服务器端的守护程序。libvirtd负责执行其他管理工具发送给它的虚拟化管理操作指令。对libvirtd常用的操作方式有“{start|stop|restart|try-restart|reload|force-reload|status}”在CentOS7中libvirtd作为一个服务（service）配置在系统中的，可以通过service命令来对其进行操作。4.Virsh的常用命令Virsh通过调用LibvirtAPI来实现虚拟化的管理，是一个完全在命令行文本模式下运行的工具，系统管理员可以通过脚本程序方便的进行虚拟化的自动部署和管理。Libvirt在安装时会自动安装一个SHELL工具Virsh。Virsh是一个虚拟化管理工具，是一个用于管理虚拟化环境中客户机和Hypervisor的命令行工具。4.Virsh的常用命令Virsh命令行工具非常强大，功能非常丰富，它可以全生命周期的管理KVM虚拟化，比如创建虚拟机，查看虚拟机，动态热插拔硬盘，给虚拟机做快照，迁移、启动、停止、挂起、暂停、删除虚拟机等操作。Virsh管理虚拟化操作时，可以使用两种工作模式，一种是交互模式，直接连接到相应的Hypervisor上，在命令行输入virsh命令执行操作并查看返回结果，使用“quit”命令退出连接；另外一种是非交互模式，在终端输入一个virsh命令，建立到指定URI的一个连接，执行完成后将结果返回到当前的终端并同时断开连接。4.Virsh的常用命令1.基本命令virshlist#获取当前节点上所有域的列表virshconsole<ID>#连接到一个域上。virshdomid<Name|UUID>#根据名称或UUID返回域的ID值virshdomname<ID|UUID>#根据ID或UUID返回域的名称virshdomstat<[ID|Name|UUID]>#获取一个域的运行状态virshdominfo<ID>#获取一个域的基本信息pwd#打印当前位置cd<NewDir>#进入到某一个目录下quit|exit#退出4.Virsh的常用命令2.定义和创建、关闭、暂停域virshdefine<VM.xml>#定义一个VM域，使其永久有效，并可使用start来启动VM。VM.xml会被复制一份到/etc/libvirt/qemu/下。virshcreate<VM.xml>#它可通过VM.xml来启动临时VMvirshsuspend<ID>#在内存挂起一台VMvirshresume<ID>#唤醒一台VMvirshsave<ID><file.img>#类似于VMware上的暂停，并保存内存数据到image文件。virshrestore<file.img>#重新载入暂停的VMvirshstart<VMName>#重新启动managedsave保存的VMvirshshutdown<ID>#关闭虚拟机virshreboot<ID>#重新启动虚拟机virshreset<ID>#强制重启虚拟机virshdestroy<ID>#删除一个虚拟机virshundefine<VM.xml>#取消定义的虚拟机4.Virsh的常用命令3.快照管理virshsnapshot-create<VMName|xxx.xml>#创建一个VM快照virshsnapshot-list<VMName>#显示当前VM的所有快照virshsnapshot-edit<VMName><SnapName>#编辑指定的快照virshsnapshot-delete<VMName><SnapName>#删除指定的快照virshsnapshot-info<VMName><SnapName>#显示快照的详情4.Virsh的常用命令5.VM磁盘管理virshdomblklist<VMName>#显示VM当前连接的块设备virshdomblkinfo<VMName></path/to/img.img>#显示img.img的容量信息。virshdomblkstat<VMName>[--human]</path/to/img.img>#显示img.img的读写等信息的统计结果4.网络及接口管理virshdomiflist<VMName>#显示VM的接口信息virshiface-list#显示物理主机的网络接口列表virshnet-dumpxml<NetName|UUID>#导出一份xml格式的虚拟网络配置信息virshnet-create<net.xml>#根据网络xml配置信息文件创建一个虚拟网络4.Virsh的常用命令7.内存相关virshdommemstat<ID>#获取一个VM内存使用情况统计信息。virshsetmem<ID><MemSize>#设置一个VM的内存大小(默认单位:KB)virshfreecell#显示当前MUMA单元的可用空闲内存virshnodememstats<cell>#显示VM的(某个)内存单元使用情况的统计6.vCPU相关virshvcpinfo<ID>#查看指定ID的域的vCPU信息virshvcppin<ID><vCPU><pCPU>#将一个VM的vCPU绑定到指定的物理核心上virshsetvcpus<ID><vCPU-Num>#设置一个VM的最多vCPU个数virshnodecpustats<CPU-Num>#显示VM(某个)CPU使用情况的统计4.Virsh的常用命令8.其它virshdumpxml<ID>#显示一个运行中的VM的xml格式的配置信息.virshversion#显示libvirt和Hypervisor的版本信息virshsysinfo#以xml格式打印宿主机的系统信息virshnodeinfo#显示当前连接节点的基本信息virshuri#显示当前连接节点的URIvirshhostname#显示当前主机名virshconnect<URI>#连接到URI指定的Hypervisorvirshqemu-monitor-commanddomain[--hmp]CMD#直接向Qemumonitor中发送命令。Virt-ManagerVirt-Manager的yum安装Virt-Manager的使用02Virt-ManagerVirt-Manager是一个由红帽公司发起，全名为VirtualMachineManager的开源虚拟机管理程序。Virt-Manager是用Python编写的GUI程序，底层使用了Libvirt对各类Hypervisor进行管理。Virt-Manager主要用于管理基于KVM的虚拟机，但是也能管理基于Xen等其他Hypervisor的虚拟机。Virt-Manager提供了图形化界面来管理KVM的虚拟机，可以同时管理多个宿主机上的虚拟机，前提是宿主机上必须安装Libvirt。Virt-ManagerVirt-Manager通过丰富直观的界面给用户提供了方便易用的虚拟化管理功能，包括：创建、编辑、启动或停止虚拟机；查看并控制每个虚拟机的控制台；查看每部虚拟机的性能以及使用率；查看每部正在运行中的虚拟机以及主控端的实时性能及使用率信息；不论是在本机或远程，皆可使用KVM、Xen、QEMU。Virt-Manager支持绝大部分Hypervisor，并且可以连接本地和网络上的Hypervisor。用户在Virt-Managerr中使用图形界面做的配置会被转为Libvirt中的XML格式的配置文件，保存在Libvirt相关目录下。使用Virt-Manager生成Libvirt中虚拟机的配置文件是一个不错的选择。1.Virt-Manager的yum安装Virt-Manager的官方网站是/，在CentOS中使用“yuminstallvirt-manager”安装即可。2.Virt-Manager的使用在CentOS中打开Virt-Manager在CentOS中使用Virt-Manager非常方便，安装Virt-Manager后，在“Applications”的“SystemTools”中可以看到“VirtualMachineManager”的图标，鼠标点击即可。Virt-Manager应用2.Virt-Manager的使用2.在Virt-Manager中创建虚拟机在Virt-Manager管理界面中，将鼠标放置在“QEMU/KVM”上双击，会打开界面“QEMU/KVMConnectionDetails”界面。点击左上角的电脑小图标，也可以将鼠标放置在“QEMU/KVM”上右键，点击里面的“New”选项创建虚拟机。2.Virt-Manager的使用2.在Virt-Manager中创建虚拟机2.Virt-Manager的使用2.在Virt-Manager中创建虚拟机2.Virt-Manager的使用2.在Virt-Manager中创建虚拟机在客户机创建成功后，Virt-Manager会在/etc/libvirt/qemu路径下生成一个名称为“ubuntu16.04.xml”的XML配置文件，文件名即为创建的虚拟机名称ubuntu16.04，该配置文件配置了虚拟机的所有配置信息2.Virt-Manager的使用2.在Virt-Manager中创建虚拟机虚拟机启动后界面如下所示。使用“cirros”用户名，“cubswin：）”密码登录后，可以正常使用该系统。2.Virt-Manager的使用2.在Virt-Manager中创建虚拟机虚拟机ubuntu16.04的详细配置信息2.Virt-Manager的使用3.在Virt-Manager中管理虚拟机处于运行状态的虚拟机的状态为“Running”，点击“Open”图标打开虚拟机窗口界面，点击图标启动虚拟机。图标“”后有几个选项，包括“Reboot”、“ShutDown”、“ForceReset”、“ForceOff”和“Save”。点击“ShutDown”进行虚拟机的正常关闭，使用“ForceOff”进行虚拟机的强制关机，一般尽量避免使用“ForceOff”来强制关机。点击“Reboot”进行虚拟机的正常重启，点击“ForceReset”强制重启，点击“Save”会保存当前客户机的运行状态。2.Virt-Manager的使用4.建立一个新的连接通过Virt-Manager的菜单“File”中的“AddConnection”，可以在Virt-Manager中建立一个本地或者远程Hypervisor的连接。Virt-Manager管理本地和远程主机的虚拟机基于Libvirt的配置与开发Libvirt的配置文件Libvirt中域的XML配置文件含义LibvirtAPI简介Libvirt建立到Hypervisor的连接LibvirtAPI的C语言使用示例LibvirtAPI的Python语言使用示例031.Libvirt的配置文件Libvirt的配置文件默认放置在/etc/libvirt目录下：libvirt.conf配置文件：用于配置常用Libvirt远程连接的别名。文件中以“#”号开头的行为注释内容。libvirtd.conf配置文件是libvirtd守护进程的配置文件，配置了许多libvirtd的启动设置。qemu.conf是Libvirt对QEMU的配置文件，包括VNC、SPICE的设置，以及连接它们的权限认证方式的配置，也包括内存大页、SELinux、Cgroups等相关配置。qemu目录：Libvirt使用XML文件对虚拟机进行配置，其中包括虚拟机名称、分配内存、vCPU等多种信息，定义、创建虚拟机等操作都需要XML配置文件的参与。如果底层虚拟化使用QEMU，那么这个XML配置文件通常放置在Libvirt特定的“qemu”目录下。2.Libvirt中域的XML配置文件含义1.域的配置最外层是<domain>标签<!---->中间的内容为注释部分。<domain>标签有两个属性，“type”属性指定运行该虚拟机的Hypervisor，“id”属性是一个唯一标识虚拟机的唯一整数标识符。<name></name>标签内为虚拟机的简称。<uuid></uuid>标签内为虚拟机的全局唯一标识符。其他的元数据标签，例如<title>、<description>和<metadata>等。以8.2.2小节中的/etc/libvirt/qemu路径下的ubuntu16.04..xml配置文件为例，介绍该配置文件的含义。2.Libvirt中域的XML配置文件含义2.内存，CPU，启动顺序等配置<memoryunit=‘KiB’></memory>标签内容表示客户机最大可使用的内存。<currentMemory></currentMemory>标签内容表示启动时分配给客户机使用的内存。<vcpu></vcpu>标签内表示客户机中vCPU的个数。<os></os>标签内定义客户机系统类型及客户机硬盘和光盘的启动顺序。<clock></clock>标签定义时钟设置。<on_poweroff>destroy</on_poweroff>，<on_reboot>restart</on_reboot>和<on_crash>destroy</on_crash>都是libvirt配置文件中对事件的配置。2.Libvirt中域的XML配置文件含义3.设备配置<devices></devices>标签内放置着客户机所有的设备配置。<emulator></emulator>标签内容放置使用的设备模型模拟器的绝对路径。<disk>标签表示对域的存储配置。2.Libvirt中域的XML配置文件含义4.网络配置<interfacetype=‘network’></interface>标签内是对域的网络接口配置。<macaddress='52:54:00:e4:5f:ad'/>用来配置客户机中网卡的MAC地址。<sourcenetwork='default'/>表示网络配置方式使用默认方式。<modeltype='virtio'/>表示客户机中使用的网络设备类型。<addresstype='pci'domain='0x0000'bus='0x00'slot='0x03'function='0x0'/>表示该网卡在客户机中的PCI设备编号值。2.Libvirt中域的XML配置文件含义5.其他配置<inputtype=‘tablet’bus=‘usb’/>表示提供tablet这种类型的设备。<inputtype='mouse'bus='ps2'/>表示会让QEMU模拟PS2接口的鼠标。<inputtype='keyboard'bus='ps2'/>表示会让QEMU模拟PS2接口的键盘。<graphics></graphics>标签内放置连接到客户机的图形显示方式的配置。<video></video>标签内放置的是显卡配置。<memballoonmodel=‘virtio’></memballoon>标签放置内存的ballooning相关的配置。3.LibvirtAPI简介LibvirtAPI提供了一系列管理虚拟机的应用程序接口，支持多种语言，最基本最主要的是C语言。LibvirtAPI的官网是/docs.html。在官网中，应用开发的API中“APIreference”是C语言的API。“LanguagebindingandAPImodules”是Libvirt支持的其他语言的API。3.LibvirtAPI简介3.LibvirtAPI简介1.libvirt-domain:管理Libvirt域的API，提供了一系列以virDomain开头的函数。2.libvirt-event:管理事件的API，提供了一系列以virEvent开头的函数。3.libvirt-host:管理宿主机的API。4.libvirt-network:管理网络的API，提供了一系列以virConnect和virNetwork开头的函数。5.libvirt-nodedev:管理节点的API，提供了一系列以virNode开头的函数。6.libvirt-storage:管理存储池和卷的API，提供了一系列以virStorage开头的函数。7.libvirt-stream:管理数据流的API，提供了一系列以virStream开头的函数。8.virterror:处理libvirt库的错误处理接口。4.Libvirt建立到Hypervisor的连接1.连接本地Hypervisor使用Libvirt连接本地的Hypervisor时，URI的一般格式如下：driver[+transport]:///[path][?extral-param]其中，“driver”是连接Hypervisor的驱动名称（如qemu，xen等），本书中以QEMU为例，因此为qemu。“transport”是连接所使用的传输方式（可以为空，也可以为“unix”这样的值）。“path”是连接到Hypervisor的路径。“?extral-param”表示额外需添加的参数。连接QEMU有两种方式，一种是系统范围内的特权驱动（“system”实例），一种是用户相关的无特权驱动（“session”实例）。常用的本地连接QEMU的URI如下：qemu:///systemqemu:///session4.Libvirt建立到Hypervisor的连接2.连接远程Hypervisor使用Libvirt连接远程的Hypervisor时，URI的一般格式如下：driver[+transport]:///[user@][host][:port]/[path][?extral-param]其中，driver和本地连接时含义一样。transport表示传输方式，取值通常是ssh，tcp等。user表示连接远程主机时使用的用户名。host表示远程主机的主机名或者是IP地址。port表示远程主机的端口号。path和extral-param和本地连接时含义一样。在进行远程连接时，也有system和session两种连接方式。4.Libvirt建立到Hypervisor的连接3.使用URI建立连接使用virsh命令的create参数由demo.xml配置文件创建并启动一个虚拟机，虚拟机名称为demo。使用“virsh-cqemu:///session”来建立到本地的连接，查看本地运行的虚拟机。可以使用“list”命令查看虚拟机，“shutdown虚拟机名”关闭虚拟机，“quit”命令退出virsh。5.LibvirtAPI的C语言使用示例编译运行libvirt-conn.c并使用virsh查看当前节点情况在使用virsh启动demo.xml定义的虚拟机后，将libvirt-conn.c文件使用gcc编译为可执行文件libvirt-conn，编译时需要连接virt库，然后执行该文件即可看到虚拟机的信息。使用LibvirtAPI查询某个域的信息源码文件名为libvirt-conn.c，在该例子中使用LibvirtAPI查询某个域的信息。在该代码中包含两个自定义函数，一个是virConnectPtrgetConn()，一个是intgetInfo(intid)。getConn()函数建立一个到Hypervisor的连接。getInfo(intid)函数获取id为1的客户机的信息。5.LibvirtAPI的C语言使用示例使用virsh查看虚拟机的相关信息，“domiddemo”命令表示通过虚拟机的name属性查看虚拟机的ID编号。“domname1”命令表示通过虚拟机的ID编号查看其name属性。“dominfo1”表示通过虚拟机的ID编号值查看虚拟机信息。libvirt-conn.c代码的执行结果和virsh命令下显示的ID号，运行状态，CPU个数，最大内存，已用内存都保持一致。5.LibvirtAPI的C语言使用示例virsh#domiddemo1virsh#domname1demovirsh#dominfo1……[内容省略]virsh#shutdowndemoDomaindemoisbeingshutdown注意事项：本例是通过使用LibvirtAPI的C语言程序对KVM虚拟机进行查看，虚拟机通过Libvirt中的Virsh命令行工具进行定义并启动。C语言代码和Libvirt建立连接，查询该连接中的虚拟机状态信息并打印。demo虚拟机是由Libvirt生成并管理，因此虚拟机状态信息也可以在Virsh的命令行中进行查看。6.LibvirtAPI的Python语言使用示例1.使用LibvirtAPI查询某个域的信息自定义函数createConnection()用来创建并打开到本地的Libvirt连接，连接失败打印“FailedtoopenconnectiontoQEMU/KVM”，连接成功打印“-----Connectioniscreatedsuccessfully-----”。自定义函数closeConnection(conn)用来关闭连接conn。关闭成功后打印“Connectionisclosed”。自定义函数getDomInfoByName(conn,name)用于在连接conn中查询并打印名称为name的域信息，包括域的ID号，名称，运行状态值，基本信息，最大内存值，vCPU的个数等。自定义函数getDomInfoByID(conn,id)用