KVM虚拟化基础
1，虚拟化介绍
虚拟化使用软件的方法重新定义划分 IT 资源，可以实现 IT 资源的动态分配、灵活调度、跨域共享，提高 IT 资源利用率，使 IT 资源能够真正成为 会基础设施，服务于各行各业中灵活多变的应用需求。
虚拟化是云计算的基础。简单的说，虚拟化使得在一台物理的服务器上可以跑多台虚拟机，虚拟机共享物理机的 CPU、内存、IO 硬件资源，但逻辑上虚拟机之间是相互隔离的。
物理机我们一般称为宿主机（Host），宿主机上面的虚拟机称为客户机（Guest）。
那么 Host 是如何将自己的硬件资源虚拟化，并提供给 Guest 使用的呢br> 这个主要是通过一个叫做 Hypervisor 的程序实现的。
虚拟化层次种类：
- 完全虚拟化：hypervisor（VMWare vsPhere，VirtualPC，KVM）
- 准虚拟化（Xen）
- 系统虚拟化
- 桌面虚拟化
根据 Hypervisor 的实现方式和所处的位置，虚拟化又分为两种：
- 全虚拟化
- 半虚拟化
全虚拟化：
Hypervisor 直接安装在物理机上，多个虚拟机在 Hypervisor 上运行。Hypervisor 实现方式一般是一个特殊定制的 Linux 系统。Xen 和 VMWare 的 ESXi 都属于这个类型
理论上讲：
全虚拟化一般对硬件虚拟化功能进行了特别优化，性能上比半虚拟化要高；
半虚拟化因为基于普通的操作系统，会比较灵活，比如支持虚拟机嵌套。嵌套意味着可以在KVM虚拟机中再运行KVM。
虚拟化优点：
- 降低运营成本
- 提高应用兼容性
- 加速应用部署
- 提高服务可用性
- 提升资源利用率
- 动态调度资源
- 降低能源消耗
2，KVM介绍
kVM 全称是 Kernel-Based Virtual Machine。也就是说 KVM 是基于 Linux 内核实现的。
KVM有一个内核模块叫 kvm.ko，只用于管理虚拟 CPU 和内存。
那 IO 的虚拟化，比如存储和 络设备则是由 Linux 内核与Qemu来实现。
作为一个 Hypervisor，KVM 本身只关注虚拟机调度和内存管理这两个方面。IO 外设的任务交给 Linux 内核和 Qemu。
1、KVM：运行在内核空间，提供CPU和内存的虚拟化
Libvirt 就是 KVM 的管理工具，Libvirt 除了能管理 KVM 这种 Hypervisor，还能管理 Xen，VirtualBox 等。
Libvirt 包含 3 个东西：后台 daemon 程序 libvirtd、API 库和命令行工具 virsh
- libvirtd是服务程序，接收和处理 API 请求；
- API 库使得其他人可以开发基于 Libvirt 的高级工具，比如 virt-manager，这是个图形化的 KVM 管理工具；
- virsh 是我们经常要用的 KVM 命令行工具
2、QEMU：运行在用户空间，提供硬件I/O虚拟化
3、kvm虚拟化所需组件介绍
kvm：核心套件
virt-manager：图形化 KVM 管理软件
libvirt：提供虚拟机与宿主相互通信的机制
libvirt-python：允许使用 libvirt API
python-virtinst：CLI 下创建 KVM 的工具
libvirt-client：提供 client 访问 kvm 服务器的机制 ,并包含 virsh 命令进行 管理和控制VMs
qemu-kvm：提供用户级 KVM 环境
qemu-img：VMs 磁盘管理
4、KVM 的虚拟化需要硬件支持（需要处理器支持虚拟化：如 Intel 厂商的 Intel-VT （ vmx ）技术&&AMD 厂商的 AMD-V （ svm ）技术。
查看是否支持虚拟化：cat /proc/cpuinfo | grep -e vmx -e nx -e svm 或者 egrep ‘(vmx|svm)’ /proc/cpuinfo
5、kvm虚拟机配置文件位置：/etc/libvirt/qemu
kvm虚拟机磁盘文件位置：/var/lib/libvirt/images
3、kvm虚拟化透传
KVM 虚拟化需要处理器对虚拟化技术的支持，当我们需要进行虚拟机嵌套虚拟机时，我们需要让虚拟机中处理器对 VT 功能的支持达到透传的效果。
nested 虚拟机嵌套（ kvm on kvm ）：nested 技术，简单的说，就是在虚拟机上跑虚拟机。
1、查看一层客户端是否支持 VT
2、在物理服务器上为嵌套虚拟机做准备 — CPU 虚拟化透传
（1）# vim /etc/modprobe.d/kvm-nested.conf （新建配置文件）
（2）重新加载 kvm 模块
（3）验证是否加载成功
Y —“Y” 表示 cpu 虚拟化透传功能开启
4、进入虚拟机中查看cpu是否透传成功
4，KVM存储管理
KVM 的存储虚拟化是通过存储池（Storage Pool）和卷（Volume）来管理的。
Storage Pool 是宿主机上可以看到的一片存储空间，可以是多种型；
Volume 是在 Storage Pool 中划分出的一块空间，宿主机将 Volume 分配给虚拟机，Volume 在虚拟机中看到的就是一块硬盘。
厚置备：厚置备是传统存储置备模型。对于厚置备，预先提供大量存储空间以满足未来的存储需要。但是，空间可能一直未被使用，这样会导致无法充分利用存储容量。
精简置备：此方法与厚置备相反，通过以灵活的按需方式分配存储空间，可帮助您消除无法充分利用存储的问题。可以通过 ESXi，使用两种模型的精简置备（阵列级别和虚拟磁盘级别）。
KVM 将宿主机目录 /var/lib/libvirt/images/ 作为默认的 Storage Pool，Volume 是该目录下面的文件了，一个文件就是一个 Volume。
使用文件做 Volume 有很多优点：存储方便、移植性好、可复制。
KVM 支持多种 Volume 文件格式：
raw：是默认格式，即原始磁盘镜像格式，移植性好，性能好，但大小固定，不能节省磁盘空间。
qcow2：是推荐使用的格式，cow 表示 copy on write，能够节省磁盘空间，支持 AES 加密，支持 zlib 压缩，支持多快照，功能很多。
vmdk：是 VMWare 的虚拟磁盘格式，也就是说 VMWare 虚机可以直接在 KVM上 运行。
5，KVM 络管理
3.5.1、kvm的三种 络模式
（1）NAT（默认上 ）：虚拟机利用 host 机器的 ip 进行上 。对外显示一个 ip；
（2）自带的bridge：将虚拟机桥接到 host 机器的 卡上 ,vm和 host 机器都通过 bridge 上 ；对外有同 段的不通 ip，此种方式host却不能和vm联通
（3）Linux bridge：基本原理就是创建一个桥接接口 br0 ，在物理 卡和虚拟 络接口之间传递数据。此种方式host也可以和vm连通；是 Linux 上用来做 TCP/IP 二层协议交换的设备
3.5.2、linux bridge命令：
3.5.3、 卡配置bond（绑定）
（一） 卡bond（绑定），也称作 卡捆绑。就是将两个或者更多的物理 卡绑定成一个虚拟 卡。 卡是通过把多张 卡绑定为一个逻辑 卡，实现本地 卡的冗余，带宽扩容和负载均衡，在应用部署中是一种常用的技术。
多 卡绑定实际上需要提供一个额外的软件的bond驱动程序实现。通过驱动程序可以将多块 卡屏蔽。对TCP/IP协议层只存在一个Bond 卡，在Bond程序中实现 络流量的负载均衡，即将一个 络请求重定位到不同的 卡上，来提高总体 络的可用性。
（二） 卡绑定的目的：
1.提高 卡的吞吐量。
2.增强 络的高可用，同时也能实现负载均衡。
（三） 卡配置bond（绑定）bond模式：
1、Mode=0(balance-rr) 表示负载分担round-robin，平衡轮询策略，具有负载平衡和容错功能
bond的 卡MAC为当前活动的 卡的MAC地址，需要交换机设置聚合模式，将多个 卡绑定为一条链路。
2、Mode=1(active-backup) 表示主备模式，具有容错功能，只有一块 卡是active,另外一块是备的standby，这时如果交换机配的是捆绑，将不能正常工作，因为交换机往两块 卡发包，有一半包是丢弃的。
3、Mode=2(balance-xor) 表示XOR Hash负载分担（异或平衡策略），具有负载平衡和容错功能
每个slave接口传输每个数据包和交换机的聚合强制不协商方式配合。（需要xmit_hash_policy）。
4、Mode=3(broadcast) 表示所有包从所有interface发出，广播策略，具有容错能力，这个不均衡，只有冗余机制…和交换机的聚合强制不协商方式配合。
5、Mode=4(802.3ad) 表示支持802.3ad协议（IEEE802.3ad 动态链接聚合） 和交换机的聚合LACP方式配合（需要xmit_hash_policy）。
6、Mode=5(balance-tlb) 适配器传输负载均衡，并行发送，无法并行接收，解决了数据发送的瓶颈。 是根据每个slave的负载情况选择slave进行发送，接收时使用当前轮到的slave。
7、Mode=6(balance-alb) 在5的tlb基础上增加了rlb。适配器负载均衡模式并行发送，并行接收数据包。
5和6不需要交换机端的设置， 卡能自动聚合。4需要支持802.3ad。0，2和3理论上需要静态聚合方式，但实测中0可以通过mac地址欺骗的方式在交换机不设置的情况下不太均衡地进行接收。
常用的有三种：
mode=0：平衡负载模式，有自动备援，但需要”Switch”支援及设定。
mode=1：自动备援模式，其中一条线若断线，其他线路将会自动备援。
mode=6：平衡负载模式，有自动备援，不必”Switch”支援及设定。
3.5.4，VLAN介绍
LAN 表示 Local Area Network，本地局域 ，通常使用 Hub 和 Switch 来连接 LAN 中的计算机。一般来说，两台计算机连入同一个 Hub 或者 Switch 时，它们就在同一个 LAN 中。
一个 LAN 表示一个广播域。 其含义是：LAN 中的所有成员都会收到任意一个成员发出的广播包。
VLAN 表示 Virtual LAN。一个带有 VLAN 功能的switch 能够将自己的端口划分出多个 LAN。计算机发出的广播包可以被同一个 LAN 中其他计算机收到，但位于其他 LAN 的计算机则无法收到。 简单地说，VLAN 将一个交换机分成了多个交换机，限制了广播的范围，在二层将计算机隔离到不同的 VLAN 中。
比方说，有两组机器，Group A 和 B，我们想配置成 Group A 中的机器可以相互访问，Group B 中的机器也可以相互访问，但是 A 和 B 中的机器无法互相访问。 一种方法是使用两个交换机，A 和 B 分别接到一个交换机。 另一种方法是使用一个带 VLAN 功能的交换机，将 A 和 B 的机器分别放到不同的 VLAN 中。
VLAN 的隔离是二层上的隔离，A 和 B 无法相互访问指的是二层广播包（比如 arp）无法跨越 VLAN 的边界。但在三层上（比如IP）是可以通过路由器让 A 和 B 互通的。
现在的交换机几乎都是支持 VLAN 的。 通常交换机的端口有两种配置模式： Access 和 Trunk。如下图
eth0 是宿主机上的物理 卡，有一个命名为 eth0.10 的子设备与之相连。 eth0.10 就是 VLAN 设备了，其 VLAN ID 就是 VLAN 10。 eth0.10 挂在命名为 brvlan10 的 Linux Bridge 上，虚机 VM1 的虚拟 卡 vent0 也挂在 brvlan10 上。
这样的配置其效果就是： 宿主机用软件实现了一个交换机（当然是虚拟的），上面定义了一个 VLAN10。 eth0.10，brvlan10 和 vnet0 都分别接到 VLAN10 的 Access口上。而 eth0 就是一个 Trunk 口。VM1 通过 vnet0 发出来的数据包会被打上 VLAN10 的标签。
eth0.10 的作用是：定义了 VLAN10
brvlan10 的作用是：Bridge 上的其他 络设备自动加入到 VLAN10 中
增加一个 VLAN20，如下图
//启动服务
//验证安装结果
//测试并验证安装结果
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