云计算虚拟化技术基础与实践：QEMU虚拟化配置

云计算虚拟化技术基础与实践

QEMU虚拟化配置目录CONTENT02.QEMU基本命令03.CPU配置04.内存配置05.存储器配置06.网络配置01.KVM与QEMU环境构建本章重点理解KVM与QEMU的关系。掌握KVM与QEMU虚拟化环境构建过程。掌握QEMU基本命令。掌握客户机核心模块CPU、内存、存储器和网络配置基本方法。掌握qemu-img命令的基本使用方法。掌握客户机镜像制作过程。KVM与QEMU环境搭建KVM与QEMU关系宿主机环境的验证与配置QEMU编译与安装KVM与QEMU虚拟化环境验证011.KVM与QEMU关系KVM是Linux的一个内核驱动模块，它能够让Linux主机成为一个Hypervisor（虚拟机监控器）。QEMU本身并不是KVM的一部分，而是一套由FabriceBellard编写的模拟处理器的自由软件。由于QEMU支持Xen和KVM模式下的虚拟化，KVM为了简化开发和代码重用，对QEMU进行了修改。从QEMU角度来看，虚拟机运行期间，QEMU通过KVM模块提供的系统调用进行内核，由KVM模块负责将虚拟机置于处理器的特殊模式运行。QEMU使用了KVM模块的虚拟化功能，为自己的虚拟机提供硬件虚拟化加速，来提高虚拟机的性能。KVM和QEMU相辅相成，QEMU通过KVM达到了硬件虚拟化的速度，而KVM则通过QEMU来模拟设备。2.宿主机环境的验证与配置本书统一利用VMwareWorkstation中搭建的CentOS7作为虚拟化环境的宿主机使用，在本节中，KVM与QEMU的环境构建步骤都是在宿主机中执行。开启CentOS虚拟化2.宿主机环境的验证与配置如果看到的“虚拟化引擎”为灰色，说明VMware的宿主机Windows还未开启虚拟化的支持。需要将Windows重启，进入BIOS页面，开启虚拟化设置。如何在BIOS中开启虚拟化，由于各机器不同，设置也不同。这里以DELL笔记本进行举例，DELL笔记本电脑进BOIS的快捷键是F2。2.宿主机环境的验证与配置2.宿主机环境的验证与配置2.宿主机环境的验证与配置利用命令“uname-r”查看内核的版本号，2.6以上的内核都支持，本书中CentOS7操作系统的内核版本为3.10.0。判断CentOS宿主机操作系统内核是否支持KVM[root@localhost~]#uname-r3.10.0-1160.el7.x86_642.宿主机环境的验证与配置验证CentOS系统内核是否安装KVM内核模块注意事项：此处是以支持Intel的虚拟化技术Intel-VT的CPU为例，如果是支持AMD的虚拟化技术AMD-V的CPU，需要查看是否包含“svm”，命令为“cat/proc/cpuinfo|grepsvm”。注意事项：KVM模块无需安装，因为在CentOS7的通用发行版本中KVM模块均已安装。[root@localhost~]#cat/proc/cpuinfo|grepvmx[root@localhost~]#lsmod|grepkvmkvm_intel1887400kvm6372891kvm_intelirqbypass135031kvm3.QEMU编译与安装可以通过wget工具下载QEMU源码压缩包，然后进行QEMU的配置编译安装。[root@localhost~]#wget/qemu-4.1.0.tar.xz[root@localhost~]#tarxvJfqemu-4.1.0.tar.xz[root@localhost~]#cdqemu-4.1.0/[root@localhostqemu-4.1.0]#./configure[root@localhostqemu-4.1.0]#make-j10[root@localhostqemu-4.1.0]#makeinstall3.QEMU编译与安装安装完毕后，使用命令“qemu-”，按两次Tab键查看QEMU是否安装成功，如果能够成功输出“qemu-system-x86_64”说明安装成功。[root@localhostqemu-4.1.0]#qemu-qemu-aarch64qemu-ppcqemu-system-mips64……qemu-mips64elqemu-system-hppaqemu-system-x86_64使用“whichqemu-system-x86_64”命令查看QEMU安装的目录。[root@localhostqemu-4.1.0]#whichqemu-system-x86_64/usr/local/bin/qemu-system-x86_644.KVM与QEMU虚拟化环境验证1.下载cirros磁盘镜像文件cirros磁盘镜像文件的下载地址为/cirros-dev/cirros/releases/，文件名为cirros-0.5.2-x86_64-disk.img下载cirros系统的磁盘镜像文件4.KVM与QEMU虚拟化环境验证2.安装VNC远程连接工具在主控端计算机上安装tigervnc[root@localhost]#yuminstall-ytigervnc在被控端计算机上安装tigervnc-server[root@localhost]#yuminstall-ytigervnc-server4.KVM与QEMU虚拟化环境验证3.在被控端计算机上，通过命令“qemu-system-x86_64-m1024-smp1-bootorder=c-hdacirros-0.5.2-x86_64-disk.img-vnc:1-enable-kvm”来启动KVM虚拟机。[root@localhost~]#qemu-system-x86_64-m1024-smp1-bootorder=c-hdacirros-0.5.2-x86_64-disk.img-vnc:1-enable-kvm“-m1024”表示给虚拟机分配1024MB内存；“-smp1”表示给虚拟机分配1个vCPU；“-bootorder=c”表示虚拟机从硬盘启动。“-hdacirros-0.5.2-x86_64-disk.img”表示使用cirros系统磁盘镜像文件作为虚拟机启动盘启动虚拟机。“-vnc:1”表示使用vnc的5901端口共享虚拟机桌面；“-enable-kvm”表示开启KVM内核加速模块。4.KVM与QEMU虚拟化环境验证4.在主控端计算机上，启动vncviewer远程连接虚拟机桌面。执行命令“vncviewer”。注意事项：如果无法连接远程桌面，有可能是因为被控计算机的防火墙，请尝试关闭防火墙。4.KVM与QEMU虚拟化环境验证输入账户名cirros，密码gocubsgo，进入KVM虚拟机QEMU基本命令02QEMU基本命令一般来说，在X86_64平台上的QEMU命令行基本格式如下：qemu-system-x86_64[options][disk_image]QEMU的标准选项主要涉及指定主机类型、CPU模式、NUMA、软驱设备、光驱设备及硬件设备等。-namename：设定客户机名称；-mmegs：设定客户机的RAM大小；-cpumodel：设定CPU模型；-hdafile：使用指定file作为第一个硬盘镜像；-cdromfile：使用指定file作为CD-ROM镜像；-boot[order=drives][,once=drives][,menu=on|off]：定义启动设备的引导次序。CPU配置CPU设置基本参数CPU模型031.CPU设置基本参数在QEMU中，“-smp”参数是为了配置客户机的SMP系统。-smp[cpus=]n[,maxcpus=cpus][,cores=cores][,threads=threads][,sockets=sockets]cpus用来设置客户机中使用的逻辑CPU的数量（默认值是1）；maxcpus用来设置客户机的最大CPU的数量，最多支持255个CPU。其中，包含启动时处于下线状态的CPU数目；sockets用来设置客户机中看到的总socket的数量。cores用来设置在一个socket上CPUcore的数量；threads用来设置在一个CPUcore上线程的数量；1.CPU设置基本参数举例说明：不加smp参数，使用其默认值1，模拟只有一个逻辑CPU的客户机系统。[root@localhost~]#qemu-system-x86_64cirros-0.5.2-x86_64-disk.img-vnc:1-monitorstdio在qemumonitor中，用“infocpus”命令可以看到客户机中CPU状态(qemu)infocpus*CPU#0:thread_id=109659[root@localhost~]#ps-efL|grepqemuroot10965629161096563421:53pts/000:00:06qemu-system-x86_64cirros-0.5.2-x86_64-disk.img-vnc:1-monitorstdioroot10965629161096570421:53pts/000:00:00qemu-system-x86_64cirros-0.5.2-x86_64-disk.img-vnc:1-monitorstdioroot109656291610965934421:53pts/000:01:03qemu-system-x86_64cirros-0.5.2-x86_64-disk.img-vnc:1-monitorstdio在宿主机中，可以用ps命令来查看QEMU进程和线程1.CPU设置基本参数在客户机中，可使用“ls/sys/devices/system/cpu/”查看CPU情况在客户机中，可使用“cat/proc/cpuinfo”查看CPU情况1.CPU设置基本参数举例说明：使用smp参数，模拟有4个逻辑CPU的客户机系统，共有2个CPUsocket，每个socket有两个核。[root@localhost~]#qemu-system-x86_64-smp4,sockets=2,cores=2cirros-0.5.2-x86_64-disk.img-vnc:1-monitorstdio在qemumonitor中，用“infocpus”命令可以看到客户机中CPU状态(qemu)infocpus*CPU#0:thread_id=117343CPU#1:thread_id=117344CPU#2:thread_id=117345CPU#3:thread_id=1173461.CPU设置基本参数在宿主机中，可以用ps命令来查看QEMU进程和线程[root@localhost~]#ps-efL|grepqemuroot11734029161173401722:22pts/000:00:13qemu-system-x86_64-smp4,sockets=2,cores=2cirros-0.5.2-x86_64-disk.img-vnc:1-monitorstdioroot11734029161173410722:22pts/000:00:00qemu-system-x86_64-smp4,sockets=2,cores=2cirros-0.5.2-x86_64-disk.img-vnc:1-monitorstdioroot11734029161173432722:22pts/000:00:33qemu-system-x86_64-smp4,sockets=2,cores=2cirros-0.5.2-x86_64-disk.img-vnc:1-monitorstdioroot11734029161173440722:22pts/000:00:11qemu-system-x86_64-smp4,sockets=2,cores=2cirros-0.5.2-x86_64-disk.img-vnc:1-monitorstdioroot11734029161173451722:22pts/000:00:14qemu-system-x86_64-smp4,sockets=2,cores=2cirros-0.5.2-x86_64-disk.img-vnc:1-monitorstdioroot11734029161173461722:22pts/000:00:20qemu-system-x86_64-smp4,sockets=2,cores=2cirros-0.5.2-x86_64-disk.img-vnc:1-monitorstdioroot11734029161173470722:22pts/000:00:01qemu-system-x86_64-smp4,sockets=2,cores=2cirros-0.5.2-x86_64-disk.img-vnc:1-monitorstdioroot1176641097231176640122:42pts/300:00:00grep--color=autoqemu1.CPU设置基本参数在客户机中，使用“cat/proc/cpuinfo|grep'processor'”命令来查看逻辑CPU个数在客户机中，使用“cat/proc/cpuinfo|grep'physicalid'|sort|uniq”命令来查看socket在客户机中，使用“cat/proc/cpuinfo|grep'coreid'|sort|uniq”命令来查看核数2.CPU模型举例说明：查看当前的QEMU支持的所有CPU模型。[root@localhost~]#qemu-system-x86_64-cpu?[root@localhost~]#qemu-system-x86_64cirros-0.5.2-x86_64-disk.img-vnc:1举例说明：不加“-cpu”参数来启动客户机。举例说明：在启动客户机时指定了CPU模型为Penryn。[root@localhost~]#qemu-system-x86_64cirros-0.5.2-x86_64-disk.img-cpuPenryn-vnc:1内存配置内存设置基本参数大页（HugePage）041.内存设置基本参数启动客户机时，设置内存大小的参数：-m[size=]megs设置客户机虚拟内存的大小为megsMB字节。在默认情况下，内存大小为128MB。可以加上“M”或者“G”为后缀，指定使用MB或者GB作为内存分配的单位。举例说明：不加内存参数，模拟一个默认内存大小的客户机系统。在客户机中，可以使用命令“free-m”查看内存信息[root@localhost~]#qemu-system-x86_64cirros-0.5.2-x86_64-disk.img-vnc:1在客户机中，可以使用命令“cat/proc/meminfo”查看内存信息2.大页在Linux环境中，内存是以页Page的方式进行分配，页面的默认大小为4KB。如果需要比较大的内存空间，操作系统需要进行频繁的页分配和管理寻址动作。HugePage是传统4KPage的替代方案，它的广泛启用开始于Kernel2.6，使用HugePage可以让我们有更大的内存分页。通常情况下，内存页大小为4KB，HugePage的大小是2048KB，即2MB。2.大页举例说明：在宿主机中进行设置，让客户机启动后使用HugePage大页内存。第一步，查看宿主机中内存页的大小和HugePage的大小。第二步，使用mount命令挂载hugetlbfs文件系统到Linux的HugePage目录下。第三步，设置HugePage的数量为1024。第四步，启动客户机，并让其使用HugePage内存。第五步，查看宿主机中HugePage的使用情况。如果使用“-mem-prealloc”参数就会让给客户机预分配内存，这时，HugePages_Free数量的减少和分配给客户机的内存大小会保持一致。2.大页在Linux环境中开启HugePage有很多好处：非Swap内存：当开启HugePage的时候，HugePage是不会Swap的；减少TLB（TranslationLookasideBuffer）负担：TLB是在CPU里面的一块缓冲区域，其中包括了部分PageTable内容。使用HugePage可以减少TLB工作负载；减少PageTable空间负载：在PageTable管理中，每条Page记录是要占据64byte的空间；减少PageTable检索负载：更小的PageTable意味着更快的检索定位能力；内存性能提升：Page数量减少和大小的增加，减少了管理过程的复杂性，进一步减少了瓶颈出现的概率。存储器配置常见的存储配置启动顺序配置QEMU支持的镜像文件格式qemu-img命令Ubuntu客户机镜像制作Windows客户机镜像制作051.常见的存储配置-hdafile：此为默认选项，指定file镜像作为客户机中的第一个IDE设备（序号0）。-cdromfile：指定file作为CD-ROM镜像。-driveoption[,option[,option[,...]]]file=/path/to/somefile：硬件镜像文件路径。if=interface：指定硬盘设备所连接的接口类型，即控制器类型。常见的有ide、scsi、sd、mtd、floopy、pflash和virtio等。cache=none|writeback|writethrough|unsafe：设置对客户机块设备（包括镜像文件或一个磁盘）的缓存方式。2.启动顺序配置-boot[order=drives][,once=drives][,menu=on|off][,splash=splashfile][,splash-time=sp-time]order=drives：在QEMU模拟的x86_64平台中，用“a”和“b”表示第一和第二个软驱，用“c”表示第一个硬盘，用“d”表示CD-ROM光驱，用“n”表示从网络启动。默认情况下从硬盘启动，假如要从网络启动可以设置“-bootorder=n”。once=drives：设置第一次启动的启动顺序，重启后恢复为默认值。例如“-bootonce=n”设置，表示本次从网络启动，但系统重启后从默认的硬盘启动。menu=on|off：用于设置交互式的启动菜单选项，需要客户机的BIOS支持。默认情况下，“menu=off”，表示不开启交互式的启动菜单。3.QEMU支持的镜像文件格式镜像格式Hypervisorrawqcow2vmdkqedvdivhdKVM√√√√√

XEN√√√

√VMware

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Virtualbox

√

√√常见Hypervisor及其支持的镜像格式4.qemu-img命令1.check[-ffmt]filenamecheck命令用来对磁盘镜像文件进行一致性检查，查找镜像文件中的错误。参数-ffmt用来指定文件的格式，如果不指定格式，qemu-img会自动检测。filename是磁盘镜像文件的名称（包括路径）。目前仅支持对“qcow2”、“qed”、“vdi”格式文件的检查。举例说明：对镜像文件进行一致性检查。[root@localhost~]#qemu-imgcheckcirros-0.5.2-x86_64-disk.imgNoerrorswerefoundontheimage.578/1792=32.25%allocated,49.31%fragmented,20.76%compressedclustersImageendoffset:367656964.qemu-img命令2.create[-ffmt][-ooptions]filename[size]create命令用来创建一个格式为fmt，大小为size，文件名为filename的镜像文件。举例说明：创建没有backing_file的qcow2格式的镜像文件，指定5GB大小。[root@localhost~]#qemu-imgcreate-fqcow2test.qcow25GFormatting'test.qcow2',fmt=qcow2cluster_size=65536compression_type=zlibsize=5368709120lazy_refcounts=offrefcount_bits=164.qemu-img命令3.commit[-ffmt][-tcache]filename如果在创建镜像文件时，通过backing_file指定了后端镜像文件，可以通过commit命令提交filename文件中的更改到后端支持镜像文件中去。4.convert[-c][-p][-ffmt][-tcache][-Ooutput_fmt][-ooptions][-ssnapshot_name][-Ssparse_size]filename[filename2[...]]output_filename通过convert命令，可以实现不同格式的镜像文件之间的转换。举例说明：将一个qcow2格式的镜像文件转换为raw格式的文件。[root@localhost~]#qemu-imgconvertcirros-0.5.2-x86_64-disk.imgcirros.raw[root@localhost~]#llcirros.raw-rw-r--r--.1rootroot117440512Apr1312:29cirros.raw4.qemu-img命令5.info[-ffmt]filenameinfo命令主要用来展示filename镜像文件的信息。举例说明：查看镜像文件的相关信息。[root@localhost~]#qemu-imginfocirros-0.5.2-x86_64-disk.imgimage:cirros-0.5.2-x86_64-disk.imgfileformat:qcow2virtualsize:112MiB(117440512bytes)disksize:35.1MiBcluster_size:65536Formatspecificinformation:compat:1.1compressiontype:zliblazyrefcounts:falserefcountbits:16corrupt:false4.qemu-img命令6.snapshot[-l|-asnapshot|-csnapshot|-dsnapshot]filenamesnapshot命令主要用来操作镜像文件中的快照，qcow2支持快照功能，raw不支持。举例说明：针对qcow2格式的镜像文件，创建一个镜像文件快照并使用。[root@localhost~]#qemu-imgsnapshot-cbasecirros-0.5.2-x86_64-disk.img[root@localhost~]#qemu-imgsnapshot-lcirros-0.5.2-x86_64-disk.imgSnapshotlist:IDTAGVMSIZEDATEVMCLOCK1base0B2021-04-1312:39:1000:00:00.000[root@localhost~]#qemu-imgsnapshot-a1cirros-0.5.2-x86_64-disk.img[root@localhost~]#qemu-imgsnapshot-lcirros-0.5.2-x86_64-disk.imgSnapshotlist:IDTAGVMSIZEDATEVMCLOCK1base0B2021-04-1312:39:1000:00:00.0004.qemu-img命令7.rebase[-ffmt][-tcache][-p][-u]-bbacking_file[-Fbacking_fmt]filenamerebase命令主要用来改变镜像的后端镜像文件，只有qcow2和qed格式才支持rebase命令。8.resizefilename[+|-]sizeresize命令主要用来改变镜像文件的大小。“+”用于增加镜像文件的大小，“-”用于减少镜像文件的大小。举例说明：利用qemu-imgresize命令为qcow2镜像增加100MB空间，查看镜像文件大小[root@localhost~]#qemu-imgresizecirros-0.5.2-x86_64-disk.img+100MImageresized.[root@localhost~]#qemu-imginfocirros-0.5.2-x86_64-disk.imgimage:cirros-0.5.2-x86_64-disk.imgfileformat:qcow2virtualsize:212MiB(222298112bytes)disksize:35.2MiB……5.Ubuntu客户机镜像制作本小节以Ubuntu16.04.7为例，详细讲述Ubuntu客户机镜像的制作过程。首先需要下载Ubuntu16.04.7的ISO文件，用户可以到Ubuntu的官网下载，然后创建一个10GB大小的镜像“硬盘”（raw格式）；[root@localhost~]#qemu-imgcreate-frawubuntu16.04.7.img10GFormatting'ubuntu16.04.7.img',fmt=rawsize=10737418240使用Ubuntu16.04.7的ISO文件和刚创建的镜像“硬盘”引导启动Ubuntu系统安装[root@localhost~]#qemu-system-x86_64-m1024ubuntu-16.04.7-desktop-amd64.iso-drivefile=ubuntu16.04.7.img-bootd-vnc:15.Ubuntu客户机镜像制作5.Ubuntu客户机镜像制作设置计算机名称，用户名和密码[root@localhost~]#qemu-system-x86_64-m1024-smp2-bootc-drivefile=ubuntu16.04.7.img-vnc:1镜像制作完成，利用镜像文件启动一个虚拟机。6.Windows客户机镜像制作以Windows7为例，详细讲述Window客户机镜像的制作过程。首先下载Windows7操作系统的ISO文件cn_windows_7.iso。然后创建一个50GB大小的镜像文件win7.img（qcow2格式）。其中“create”参数为使用qemu-img命令创建镜像文件，“-f”参数指定镜像文件的格式为“qcow2”，镜像文件名为win7.img，大小为50GB。[root@localhost~]#qemu-imgcreate-frawwin7.img50G使用Windows7的ISO文件和刚创建的磁盘镜像文件引导启动系统安装，启动时按F12选择启动菜单，进入光盘安装界面。[root@localhost~]#qemu-system-x86_64-m2048-drivefile=win7.img,cache=writeback,if=virtio-fdavirtio-win-1.1.16.vfd-cdromcn_windows_7.iso-netnic-netuser-bootonce=d,menu=on-usbdevicetablet--enable-kvm6.Windows客户机镜像制作选择启动设备，输入1选择从光盘启动6.Windows客户机镜像制作因为没有相应的硬盘，所以首先加载硬盘驱动程序，此处点击“加载驱动程序”6.Windows客户机镜像制作安装结束后，Windows7已经安装成功，但是网络模块未安装。若要继续安装网络模块，需先将Windows7关闭，然后使用以下命令再次启动虚拟机。其中：在-netnic中加入model=virtio表示使用网卡半虚拟化驱动virtio。将virtio-win-0.1-81.iso设置为客户机的光盘文件，从该文件安装Windows7所需的virtio网卡驱动程序。[root@localhost~]#

qemu-system-x86_64-m2048-drivefile=win7.img,cache=writeback,if=virtio-cdromvirtio-win-0.1-81.iso-netnic,model=virtio-netuser-bootorder=c-usbdevicetablet--enable-kvm6.Windows客户机镜像制作正常进入Windows7客户机之后，选择“设备管理器”中的“网络适配器”，右键“更新驱动程序软件”6.Windows客户机镜像制作浏览文件夹，选择CD驱动器中的WIN7文件夹6.Windows客户机镜像制作在Windows7虚拟机中查看本机的IP地址，如果宿主机网络正常，就可以在Windows7虚拟机中，通过ping查看网络是否畅通。网络配置网桥模式NAT模式06网络配置在QEMU中，主要给客户机提供了以下4种不同模式的网络配置方案：1.基于网桥（Bridge）的虚拟网卡模式。2.基于NAT（NetworkAddressTranslation）的虚拟网络模式。3.QEMU内置的网络模式。4.直接分配网络设备模式（例如，VT-d）。网桥和NAT是基于Linux-Bridge实现的软件虚拟网络模式，QEMU内置的网络模式是QEMU软件虚拟的网络模式。第四种模式是直接物理网卡分配给客户机使用，例如有ens33和ens38两块网卡，直接把ens33这块网卡给某一客户机使用。在QEMU命令行中，采用前三种网络配置方案对客户机网络的配置都是用“-net”参数。网络配置举例说明：在宿主机中，不设置任何网络参数，直接启动一个客户机。[root@localhost~]#qemu-system-x86_64-drivefile=cirros-0.5.2-x86_64-disk.img-netnic-netuser-vnc:1-monitorstdio在qemumonitor中，用“infonetw