Libvirt虛擬化技術(shù)介紹

1、Libvirt虛擬化技術(shù)介紹技術(shù)創(chuàng)新，變革未來目 錄 Contents01Libvirt簡介02Libvirt簡單架構(gòu)原理介紹03Libvirt API介紹04Libvirt工具集介紹05Libvirt XML配置文件介紹06實(shí)驗(yàn)四 使用virsh創(chuàng)建虛擬機(jī)07實(shí)驗(yàn)五 virsh命令行工具虛擬機(jī)的管理08實(shí)驗(yàn)六 virsh命令行工具網(wǎng)絡(luò)的管理09實(shí)驗(yàn)七 virsh命令行工具存儲池的管理10實(shí)驗(yàn)八 virsh命令行工具存儲卷的管理Libvirt簡介01Libvirt簡介 Libvirt是目前使用最為廣泛的對KVM虛擬機(jī)進(jìn)行管理的工具和應(yīng)用程序接口，而且一些常用的虛擬機(jī)管理工具（如virsh、vi

2、rt-install、virt-manager等）和云計算框架平臺（如OpenStack、OpenNebula、Eucalyptus等）都在底層使用libvirt的應(yīng)用程序接口。 盡管libvirt項(xiàng)目最初是為Xen設(shè)計的一套API，但是目前對KVM等其他Hypervisor的支持也非常的好。libvirt支持多種虛擬化方案，既支持包括KVM、QEMU、Xen、VMware、VirtualBox等在內(nèi)的平臺虛擬化方案，又支持OpenVZ、LXC等Linux容器虛擬化系統(tǒng)，還支持用戶態(tài)Linux（UML）的虛擬化。Libvirt簡單架構(gòu)原理介紹02Libvirt架構(gòu)上圖為沒有使用libvirt的

3、虛擬機(jī)管理方式的架構(gòu)圖。Libvirt架構(gòu)Libvirt遠(yuǎn)程連接示意圖Libvirt架構(gòu)libvirt的基本架構(gòu)是： libvirt 實(shí)施一種基于驅(qū)動程序的架構(gòu)，該架構(gòu)允許一種通用的 API 以通用方式為大量潛在的虛擬機(jī)監(jiān)控程序提供服務(wù)。（如圖所示）Libvirt運(yùn)行原理 通過libvirt，一些用戶空間管理工具可以管理各種不同的Hypervisor和上面運(yùn)行的客戶機(jī)，它們之間基本的交互框架如上圖所示。Libvirt運(yùn)行原理在libvirt中涉及幾個重要的概念，解釋如下：節(jié)點(diǎn)（Node）是一個物理機(jī)器，上面可能運(yùn)行著多個虛擬客戶機(jī)。Hypervisor和Domain都運(yùn)行在節(jié)點(diǎn)上。Hyperv

4、isor也稱虛擬監(jiān)視器（VMM）,如KVM、Xen、VMware、Hyper-V等，是虛擬化中的一個底層軟件層，它可以虛擬化一個節(jié)點(diǎn)讓其運(yùn)行多個虛擬客戶機(jī)（不同客戶機(jī)可能有不同的配置和操作系統(tǒng)）。域（Domain）是在Hypervisor上運(yùn)行的一個客戶機(jī)操作系統(tǒng)實(shí)例。域也被稱為實(shí)例（instance，如亞馬遜的AWS云計算服務(wù)中的客戶機(jī)就被稱為實(shí)例）、客戶機(jī)操作系統(tǒng)（guest os）、虛擬機(jī)（virtual machine），它們都是指同一個概念。Libvirt運(yùn)行原理關(guān)于節(jié)點(diǎn)、Hypervisor和域的關(guān)系，可以簡單地用下圖來表示。libvirt的管理功能主要包含如下五個部分：域的管理；

5、遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)的管理存儲的管理網(wǎng)絡(luò)的管理提供一個穩(wěn)定、可靠、高效的應(yīng)用程序接口（API）以便可以完成前面的4個管理功能。Libvirt API介紹03Libvirt API簡介 libvirt 的核心價值和主要目標(biāo)就是提供了一套管理虛擬機(jī)的、穩(wěn)定的、高效的應(yīng)用程序接口（API）。連接Hypervisor相關(guān)的API：以virConnect開頭的一系列函數(shù)。域管理的API：以virDomain開頭的一系列函數(shù)。節(jié)點(diǎn)管理的 API：以virNode 開頭的一系列函數(shù)。網(wǎng)絡(luò)管理的 API：以 virNetwork 開頭的一系列函數(shù)和部分以 virInterface 開頭的函數(shù)。存儲卷管理的 API：以vi

6、rStorageVol開頭的一系列函數(shù)。存儲池管理的 API：以virStoragePool 開頭的一系列函數(shù)。事件管理的API：以virEvent 開頭的一系列函數(shù)。數(shù)據(jù)流管理的API：以virStream 開頭的一系列函數(shù)。 libvirt API大致可劃分為如下8個大的部分：與Hypervisor建立連接 要使用libvirt API進(jìn)行虛擬化管理，就必須先建立到Hypervisor的連接，因?yàn)橛辛诉B接才能管理節(jié)點(diǎn)、Hypervisor、域、網(wǎng)絡(luò)等虛擬化中的要素。1.本地URI 在libvirt的客戶端使用本地的URI用于連接本地系統(tǒng)范圍內(nèi)的Hypervisor，本地URI的一般格式如下

7、：driver+transport:/path ?extral-param 其中，driver是連接Hypervisor的驅(qū)動名稱（如qemu、xen、xbox、lxc等），transport是選擇該連接所使用的傳輸方式（可以為空，也可以是“unix”這樣的值），path是連接到服務(wù)器端上的某個路徑，?extral-param是可以用于添加額外的一些參數(shù)（如unix domain socket的路徑）。 libvirt中連接的標(biāo)識符URI，其本地URI和遠(yuǎn)程URI有一些區(qū)別，下面分別介紹一下它們的使用方式。與Hypervisor建立連接2.遠(yuǎn)程URI 除了本地管理，libvirt還提供了非常方

8、便的遠(yuǎn)程的虛擬化管理功能。libvirt可以使用遠(yuǎn)程URI來建立到網(wǎng)絡(luò)上的Hypervisor的連接。遠(yuǎn)程URI和本地URI也是類似的，只是會增加用戶名、主機(jī)名（或IP地址）和連接端口來連接到遠(yuǎn)程的節(jié)點(diǎn)。遠(yuǎn)程URI的一般格式如下：drive +transport:/userhost:port/path?extral-param 其中，transport表示傳輸方式，其取值可以是ssh、tcp、libssh2等；user表示連接遠(yuǎn)程主機(jī)使用的用戶名，host表示遠(yuǎn)程主機(jī)的主機(jī)名或IP地址，port表示連接遠(yuǎn)程主機(jī)的端口。其余參數(shù)的意義，與本地URI中介紹的內(nèi)容是完全一樣的。3.使用URI建立到H

9、ypervisor的連接 在某個幾點(diǎn)啟動libvirtd后，一般在客戶端都可以通過ssh方式連接到該節(jié)點(diǎn)。而TLS和TCP等連接方式卻不一定都處于開啟可用狀態(tài)，如RHEL 6.3系統(tǒng)中的libvirtd服務(wù)在啟動時就沒有默認(rèn)打開TLS和TCP這兩種連接方式。而在服務(wù)器端的libvirtd打開了TLS和TCP連接方式，也需要一些認(rèn)證方面的配置，當(dāng)然也可直接關(guān)閉認(rèn)證功能，可以參考libvirtd.conf配置文件。Libvirt工具集介紹04Libvirt安裝與配置 在介紹libvirt工具集之前我們需要在操作系統(tǒng)中安裝libvirt，這樣才能使用libvirt相關(guān)工具。普通用戶使用libvirt

10、只需要安裝對應(yīng)的Linux系統(tǒng)上的libvirt軟件包即可，不需要從源碼編譯安裝libvirt，但是一些高級用戶或者開發(fā)者，可能希望對libvirt有更多的了解，甚至通過修改libvirt的源代碼實(shí)現(xiàn)自己的功能，在這里我們只介紹普通安裝，編譯安裝有興趣的讀者可自行從官方文檔獲取幫助。 詳細(xì)的安裝步驟和libvirt的配置參考書上3.4小節(jié)介紹或者本書操作視頻。libvirtd的使用 libvirt是一個作為libvirt虛擬化管理系統(tǒng)中的服務(wù)器端的守護(hù)進(jìn)程，要讓某個節(jié)點(diǎn)能夠利用libvirt進(jìn)行管理（無論是本地還是遠(yuǎn)程管理），都需要在這個節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行l(wèi)ibvirtd這個守護(hù)進(jìn)程，以便讓其他上層管

11、理工具可以連接到該節(jié)點(diǎn)，libvirtd負(fù)責(zé)執(zhí)行其他管理工具發(fā)送給它的虛擬化管理操作指令。而libvirt的客戶端工具（包括virsh、virt-manager等）可以連接到本地或遠(yuǎn)程的libvirtd進(jìn)程，以便管理節(jié)點(diǎn)上的客戶機(jī)（啟動、關(guān)閉、重啟、遷移等）、收集節(jié)點(diǎn)上的宿主機(jī)和客戶機(jī)的配置和資源使用狀態(tài)。libvirtd的使用 libvirtd是一個可執(zhí)行程序，不僅可以使用“systemctl”命令調(diào)用它作為服務(wù)來運(yùn)行，而且可以單獨(dú)地運(yùn)行l(wèi)ibvirtd命令來使用它。下面介紹以下幾種libvirtd命令行的參數(shù)。（1）-d或-daemon 表示讓libvirtd作為守護(hù)進(jìn)程（daemon）在

12、后臺運(yùn)行。（2）-f或-config FILE 指定libvirtd的配置文件為FILE，而不是使用默認(rèn)值（通常是/etc/libvirt/libvirtd.conf）。（3）-l或-listen 開啟配置文件中配置的TCP/IP連接。（4）-p 或-pid-file FILE 將libvirtd進(jìn)程的PID寫入到FILE文件中，而不是使用默認(rèn)值。（5）-t或-timeout SECONDS 設(shè)置對libvirtd連接的超時時間為SECONDS秒。（6）-v或-verbose 執(zhí)行命令輸出詳細(xì)的輸出信息。特別是在運(yùn)行出錯時，詳細(xì)的輸出信息便于用戶查找原因。virsh libvirt項(xiàng)目的源代碼

13、中就包含了virsh這個虛擬化管理工具的代碼。virsh是用于管理虛擬化環(huán)境中的客戶機(jī)和Hypervisor的命令行工具，與virt-manager等工具類似，它也是通過調(diào)用libvirt API來實(shí)現(xiàn)虛擬化的管理。virsh是完全在命令行文本模式下運(yùn)行的用戶態(tài)工具，它是系統(tǒng)管理員通過腳本程序?qū)崿F(xiàn)虛擬化自動部署和管理的理想工具之一。 在使用virsh命令進(jìn)行虛擬化管理操作時，可以使用兩個工作模式：交互模式和非交互模式。交互模式，是連接到相應(yīng)的Hypervisor上，然后輸入一個命令得到一個返回結(jié)果，直到用戶使用“quit”命令退出連接。是直接在命令行中一個建立連接的URI之后添加需要執(zhí)行的一個

14、或多個命令，執(zhí)行完成后將命令的輸出結(jié)果返回到當(dāng)前終端上，然后自動斷開連接。具體的操作參考書上3.4小節(jié)或者本書操作視頻。Libvirt XML配置文件介紹05客戶機(jī)的XML配置文件格式的示例 在libvirt中，客戶機(jī)（即域）的配置是采用XML文件格式來描述的。下面展示了使用virt-manager創(chuàng)建的一個客戶機(jī)的配置文件（有關(guān)于virt-manager會在第四章詳細(xì)介紹），后面幾節(jié)將會分析其中的主要配置項(xiàng)目。 centos7.0 ab2d8c06-32d4-4aa1-988c-1e78cce5e969 1048576 1048576 1 hvm .具體配置文件參考書上內(nèi)容。CPU、內(nèi)存、啟

15、動順序等基本配置 （1）CPU的配置，在前面介紹的示例配置文件中，關(guān)于CPU的配置為： 1 vcpu標(biāo)簽，表示客戶機(jī)中vCPU的個數(shù)，這里為1個。features標(biāo)簽，表示Hypervisor為客戶機(jī)打開或關(guān)閉CPU或其他硬件的特性，這里打開了ACPI、APIC、PAE等特性。當(dāng)然，CPU的特性是在該客戶機(jī)的CPU模型中定義的，如CentOS 7中的qemu-kvm默認(rèn)該客戶機(jī)的CPU模型是cpu64-rhel7（CentOS屬于Redhat系，所以這里是rhel7），該CPU模型中的特性（如SSE2、LM、NX、TSC等）也是該客戶機(jī)使用的。其他配置參考書上內(nèi)容。CPU、內(nèi)存、啟動順序等基本

16、配置 （2）內(nèi)存的配置 1048576 1048576 可以看出，內(nèi)存大小為1048576KB（即1GB），memory標(biāo)簽中的內(nèi)存表示客戶機(jī)最大可用的內(nèi)存，currentMemory標(biāo)簽中的內(nèi)存表示啟動時即分配給客戶機(jī)使用的內(nèi)存。在使用QEMU/KVM時，一般將二者設(shè)置為相同的值。其他配置參考書上內(nèi)容。CPU、內(nèi)存、啟動順序等基本配置 （3）客戶機(jī)系統(tǒng)類型和啟動順序 hvm 這樣的配置表示客戶機(jī)類型是HVM類型，HVM（硬件虛擬機(jī)，Hardware Virtual machine）原本是Xen虛擬化中的概念，它表示在硬件輔助虛擬化技術(shù)（Intel VT或AMD-V等）的支持下不需要修改客戶機(jī)

17、操作系統(tǒng)就可以啟動客戶機(jī)。因?yàn)镵VM一定要依賴于硬件虛擬化技術(shù)的支持，所以在KVM中，客戶機(jī)類型應(yīng)該總是hvm，操作系統(tǒng)的架構(gòu)是x86_64，機(jī)器類型是rhel7.0。boot選項(xiàng)用于設(shè)置客戶機(jī)啟動的設(shè)備，這里是從hd（即硬盤）中啟動的，還可以設(shè)置為cdrom，表示從光驅(qū)啟動，并可以設(shè)置其啟動順序，只要在XML文件中定義上下級關(guān)系即可。網(wǎng)絡(luò)的配置（1）橋接方式的網(wǎng)絡(luò)配置 各個標(biāo)簽的具體含義參考書上內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)的配置（2）NAT方式的虛擬網(wǎng)絡(luò)配置 各個標(biāo)簽的具體含義參考書上內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)的配置（3）用戶模式網(wǎng)絡(luò)的配置 . .其中，type=user表示該客戶機(jī)的網(wǎng)絡(luò)接口是用戶模式網(wǎng)絡(luò)，完全由qemu-

18、kvm軟件模擬的一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。在宿主機(jī)中，是沒有一個虛擬的網(wǎng)絡(luò)接口連接到virbr0這樣的網(wǎng)橋的。存儲的配置在示例的域XML配置文件中，關(guān)于客戶機(jī)磁盤的配置如下： . 各個標(biāo)簽的具體含義參考書上內(nèi)容。其他配置簡介（1）域的配置 在域的整個XML配置文件中，標(biāo)簽是范圍最大、最基本的標(biāo)簽，是其他所有標(biāo)簽的根標(biāo)簽。在示例的域的XML配置文件中，標(biāo)簽的配置如下： . 在標(biāo)簽中可以配置兩個屬性：一個是type，用于表示Hypervisor的類型，可選的值為xen、kvm、qemu、lxc、kqemu、vmeare等中的一個；另一個是id，其值是一個數(shù)字，用于在該宿主機(jī)的libvirt中唯一標(biāo)識一個運(yùn)行

19、著的客戶機(jī)，如果不設(shè)置id屬性，libvirt會按順序分配一個最小的可用ID。其他配置簡介（2）域的元數(shù)據(jù)配置 在域的XML文件中，有一部分用于配置域的元數(shù)據(jù)（metadata）。元數(shù)據(jù)用于表示域的屬性（用于區(qū)別其他的域）。在示例的域的XML文件中，元數(shù)據(jù)的配置如下： centos7.0 ab2d8c06-32d4-4aa1-988c-1e78cce5e969 其中，name用于表示該客戶機(jī)的名稱，uuid是唯一標(biāo)識該客戶機(jī)的UUID。在同一個宿主機(jī)上，各個客戶機(jī)的名稱和UUID都必須是唯一的。其他配置簡介（3）QEMU模擬器的配置 在域的配置文件中，需要制定使用的設(shè)備模型的模擬器，在emul

20、ator標(biāo)簽中配置模擬器的絕對路徑。在示例的域的XML文件中，模擬器的配置如下： /usr/libexec/qemu-kvm. 可以看出，這里模擬器的配置是通過調(diào)用qemu-kvm命令實(shí)現(xiàn)的。其他配置簡介（4）圖形顯示方式 在示例的域的XML文件中，對連接到客戶機(jī)的圖形顯示方式的配置如下： 這表示通過spice的方式連接到客戶機(jī)，端口為libvirt自動分配的，且偵聽地址為127.0.0.1。 也可以支持其他多種類型的圖形顯示方式，包括SDL、VNC、RDP、SPICE等多種客戶機(jī)顯示方式。其他配置簡介（5）客戶機(jī)的聲卡和顯卡的配置 在示例的域的XML文件中，該客戶機(jī)的聲卡和顯卡的配置如下：.

21、 . 標(biāo)簽表示的是聲卡配置，其中model屬性表示為客戶機(jī)模擬出來的聲卡的類型，其取值為es1370、sb16、ac97和ich6中的一個。 標(biāo)簽表示的是顯卡配置，其中子標(biāo)簽表示為客戶機(jī)模擬的顯卡的類型，它的類型（type）屬性可以為vga、cirrus、vmvga、xen、vbox、qxl等中的一個，vram表示虛擬顯卡的顯存容量（單位為KB），heads屬性表示顯示屏幕的序號。其他配置簡介（6）串口和控制臺 串口和控制臺是非常有用的設(shè)備，特別是在調(diào)試客戶機(jī)的內(nèi)核或遇到客戶機(jī)宕機(jī)的情況下，一般都可以在串口或者控制臺中查看到一些有利于系統(tǒng)管理員分析問題的日志信息。在示例的域的XML文件中，客戶

22、機(jī)串口和控制臺的配置如下： . . 具體標(biāo)簽內(nèi)容及含義參考書上內(nèi)容。其他配置簡介（7）輸入設(shè)備 在示例的XML配置文件中，在客戶機(jī)圖形界面下進(jìn)行交互的輸入設(shè)備的配置如下： . 這里的配置會讓QEMU模擬PS2接口的鼠標(biāo)，還提供了tablet這種類型的設(shè)備，讓光標(biāo)可以在客戶機(jī)獲取絕對位置定位。其他配置簡介（8）PCI控制器 根據(jù)客戶機(jī)架構(gòu)的不同，libvirt默認(rèn)會為客戶機(jī)模擬一些必要的PCI控制器（而不需要在XML配置文件中指定），而一些PCI控制器需要顯示的在XML配置文件中配置，在示例的域的XML文件中，一些PCI控制器的配置如下： 這里顯示制定了一個USB控制器和一個IDE控制器。lib

23、virt默認(rèn)還會為客戶機(jī)分配一些必要的PCI設(shè)備，如PCI主橋（Host bridge）、ISA橋等。使用virsh創(chuàng)建虛擬機(jī)06一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆站帉懱摂M機(jī)的XML文件的方法；掌握在CentOS 7系統(tǒng)上配置libvirt環(huán)境。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容【實(shí)驗(yàn)4】：使用virsh創(chuàng)建虛擬機(jī) 通過VMware創(chuàng)建一臺虛擬機(jī)，libvirt及QEMU/KVM環(huán)境已經(jīng)被集成至CentOS 7系統(tǒng)內(nèi)，我們只需要安裝好圖形化界面即可使用libvirt，只需將vnc服務(wù)配置好能夠在Windows客戶端用VNCviewer連接上即可。通過編寫定義libvirt虛擬機(jī)的XML文件來創(chuàng)建虛擬機(jī)，能夠加深對XML文件各個標(biāo)簽的

24、理解。三、實(shí)驗(yàn)步驟 詳細(xì)操作步驟見本書提供的操作視頻。virsh命令行工具虛擬機(jī)的管理07一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆誺irsh命令對虛擬機(jī)的基本操作；熟悉虛擬機(jī)XML配置文件的標(biāo)簽含義。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容【實(shí)驗(yàn)5】：virsh命令行工具虛擬機(jī)的管理 通過使用virsh命令對虛擬機(jī)進(jìn)行管理，加深對虛擬機(jī)XML配置文件各個子標(biāo)簽的理解。三、實(shí)驗(yàn)步驟 詳細(xì)操作步驟見本書提供的操作視頻。virsh命令行工具網(wǎng)絡(luò)的管理08一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈜irsh支持的網(wǎng)絡(luò)模式；掌握配置KVM橋接網(wǎng)絡(luò)的方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容【實(shí)驗(yàn)6】：virsh命令行工具網(wǎng)絡(luò)的管理 在3.5.3小節(jié)中，我們已經(jīng)簡單介紹了如何配置虛擬機(jī)XML文件更改虛擬機(jī)

25、的網(wǎng)絡(luò)模式的方法，下面把KVM支持的三種網(wǎng)絡(luò)模式介紹一下：【實(shí)驗(yàn)6】：virsh命令行工具網(wǎng)絡(luò)的管理（1）-host-only： 等同于VMware中的僅主機(jī)模式，意為將所有虛擬機(jī)組成一個局域網(wǎng)，不能和外界通信，不能訪問Internet，其他主機(jī)也不能訪問虛擬主機(jī)，安全性高，架構(gòu)圖如下所示：【實(shí)驗(yàn)6】：virsh命令行工具網(wǎng)絡(luò)的管理（2）NAT模式 讓虛擬機(jī)訪問主機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)或本地網(wǎng)絡(luò)上的資源的簡單方法，但是不能從網(wǎng)絡(luò)或其他的客戶機(jī)訪問客戶機(jī)，性能上也需要大的調(diào)整，其架構(gòu)圖如下：【實(shí)驗(yàn)6】：virsh命令行工具網(wǎng)絡(luò)的管理（3）橋接模式 這種網(wǎng)絡(luò)模式下客戶機(jī)與宿主機(jī)處于同一網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，類似于一臺真實(shí)的宿主機(jī)，直接訪問網(wǎng)絡(luò)資源，設(shè)置好后客戶機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)，客戶機(jī)與主機(jī)之間的通信都很容易，拓?fù)鋱D如下：【實(shí)驗(yàn)6】：virsh命令行工具網(wǎng)絡(luò)的管理三、實(shí)驗(yàn)步驟 詳細(xì)操作步驟見本書提供的操作視頻。 本實(shí)驗(yàn)使用橋接模式，使得外部可以訪問KVM虛擬機(jī)內(nèi)部，虛擬機(jī)也可以訪問外部網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)橋的基本原理就是創(chuàng)建一個橋接接口，并把物理主機(jī)的一張網(wǎng)卡綁定到網(wǎng)橋上，客戶機(jī)的網(wǎng)絡(luò)模式需要配置為橋接模式，這可以在安裝的時候用 -network bridge=br0選項(xiàng)指定，也可在虛