云計算虛擬化技術基礎與實踐

KVM及QEMU虛擬化應用實踐目錄CONTENT01.Libvirt02.Virt-Manager03.基于Libvirt的配置與開發04.KVM及QEMU虛擬化應用案例本章重點掌握Libvirt的安裝和使用。掌握Virsh中的常用命令。掌握Virt-Manager的安裝和使用。理解Libvirt域的XML配置文件。熟悉常用的Libvirt的API。掌握使用LibvirtAPI進行虛擬化管理的基本操作。掌握輕量級虛擬機管理系統的應用開發。LibvirtLibvirt簡介Libvirt的yum安裝libvirtd進程Virsh的常用命令011.Libvirt簡介Libvirt包含一個守護進程和一個管理工具，不僅能提供對虛擬機的管理，也提供了對虛擬化網絡和存儲的管理。可以說，Libvirt是一個軟件集合，便于使用者管理虛擬機和使用其他虛擬化功能，比如存儲和網絡虛擬化管理等等。Libvirt的主要目標是提供一種統一的方式，管理多種不同的虛擬化提供方式和Hypervisor。當前主流Linux平臺上常用的虛擬化管理工具Virt-Manager，Virsh，Virt-Install等都是基于Libvirt開發而成。Libvirt支持多種不同的Hypervisor，針對不同的Hypervisor，Libvirt提供了不同的驅動，有對Xen的驅動，有對QEMU的驅動，有對VMware的驅動。Libvirt屏蔽了底層各種Hypervisor的細節，對上層管理工具提供了一個統一的、穩定的API。因此，通過Libvirt這個中間適配層，用戶空間的管理工具可以管理多種不同的Hypervisor及其上運行的虛擬客戶機。1.Libvirt簡介節點、Hypervisor和域之間的關系Libvirt中有幾個重要的概念，一個是節點，一個是Hypervisor，一個是域。1.節點（Node）通常指一個物理機器，在這個物理機上通常運行著多個虛擬客戶機。2.Hypervisor通常指VMM（VirtualMachineManager），例如KVM，Xen，VMware，Hyper-V等。3. 域（Domain），指的是在Hypervisor上運行的一個虛擬機操作系統實例。1.Libvirt簡介Libvirt的主要功能包括：1.虛擬機管理：對節點上的各虛擬機生命周期的管理，比如啟動、停止、暫停、保存、恢復和遷移；也支持對多種設備類型的熱插拔操作，包括：磁盤、網卡、內存和CPU等。2.遠程節點的管理：只要物理節點上運行了Libvirtdaemon（Libvirt守護進程），那么，遠程節點上的管理程序就可以連接到該節點，然后進行管理操作，所有的Libvirt功能就都可以訪問和使用。3.存儲管理：創建不同格式的文件映像（qcow2、vmdk、raw等）、掛接NFS共享、列出現有的LVM卷組、創建新的LVM卷組和邏輯卷、對未處理過的磁盤設備分區、掛接iSCSI共享等等。1.Libvirt簡介Libvirt的主要功能包括：4.網絡接口管理：任何運行了Libvirtdaemon的主機，都可以通過Libvirt管理物理和邏輯的網絡接口。可以列出現有的網絡接口卡，配置網絡接口、創建虛擬網絡接口，以及創建網絡橋接，進行VLAN管理等。5.虛擬NAT和基于路由的網絡：任何運行了Libvirtdaemon的主機，都可以通過Libvirt管理和創建虛擬網絡。Libvirt虛擬網絡使用防火墻規則作為路由器，讓虛擬機可以透明訪問主機的網絡。1.Libvirt簡介Libvirt架構Libvirt概括起來包括一個應用程序編程接口庫（API庫）、一個daemon（libvirtd守護進程）和一個命令行工具（Virsh）。API庫為其他的虛擬機管理工具提供編程的程序接口庫。libvirtd負責對節點上的域進行監管，在使用其他工具管理節點上的域時，libvirtd需要一直在運行狀態。Virsh是Libvirt默認給定的一個對虛擬機進行管理的命令行工具。2.Libvirt的yum安裝在CentOS中可以使用yum命令安裝Libvirt。Libvirt的官方網站是/。2.Libvirt的yum安裝注意事項：在使用Libvirt前需要確保機器已開啟硬件虛擬化，KVM內核模塊已加載，QEMU已安裝。[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進程01020304Libvirt的客戶端工具（包括virsh、virt-manager等）可以連接到本地或遠程的libvirtd進程，用于管理節點上的客戶機狀態，包括啟動、關閉、重啟、遷移等，收集節點上的宿主機和客戶機的配置和資源使用狀態。libvirtd是Libvirt虛擬化管理工具的服務器端的守護程序。libvirtd負責執行其他管理工具發送給它的虛擬化管理操作指令。對libvirtd常用的操作方式有“{start|stop|restart|try-restart|reload|force-reload|status}”在CentOS7中libvirtd作為一個服務（service）配置在系統中的，可以通過service命令來對其進行操作。4.Virsh的常用命令Virsh通過調用LibvirtAPI來實現虛擬化的管理，是一個完全在命令行文本模式下運行的工具，系統管理員可以通過腳本程序方便的進行虛擬化的自動部署和管理。Libvirt在安裝時會自動安裝一個SHELL工具Virsh。Virsh是一個虛擬化管理工具，是一個用于管理虛擬化環境中客戶機和Hypervisor的命令行工具。4.Virsh的常用命令Virsh命令行工具非常強大，功能非常豐富，它可以全生命周期的管理KVM虛擬化，比如創建虛擬機，查看虛擬機，動態熱插拔硬盤，給虛擬機做快照，遷移、啟動、停止、掛起、暫停、刪除虛擬機等操作。Virsh管理虛擬化操作時，可以使用兩種工作模式，一種是交互模式，直接連接到相應的Hypervisor上，在命令行輸入virsh命令執行操作并查看返回結果，使用“quit”命令退出連接；另外一種是非交互模式，在終端輸入一個virsh命令，建立到指定URI的一個連接，執行完成后將結果返回到當前的終端并同時斷開連接。4.Virsh的常用命令1.基本命令virshlist#獲取當前節點上所有域的列表virshconsole<ID>#連接到一個域上。virshdomid<Name|UUID>#根據名稱或UUID返回域的ID值virshdomname<ID|UUID>#根據ID或UUID返回域的名稱virshdomstat<[ID|Name|UUID]>#獲取一個域的運行狀態virshdominfo<ID>#獲取一個域的基本信息pwd#打印當前位置cd<NewDir>#進入到某一個目錄下quit|exit#退出4.Virsh的常用命令2.定義和創建、關閉、暫停域virshdefine<VM.xml>#定義一個VM域，使其永久有效，并可使用start來啟動VM。VM.xml會被復制一份到/etc/libvirt/qemu/下。virshcreate<VM.xml>#它可通過VM.xml來啟動臨時VMvirshsuspend<ID>#在內存掛起一臺VMvirshresume<ID>#喚醒一臺VMvirshsave<ID><file.img>#類似于VMware上的暫停，并保存內存數據到image文件。virshrestore<file.img>#重新載入暫停的VMvirshstart<VMName>#重新啟動managedsave保存的VMvirshshutdown<ID>#關閉虛擬機virshreboot<ID>#重新啟動虛擬機virshreset<ID>#強制重啟虛擬機virshdestroy<ID>#刪除一個虛擬機virshundefine<VM.xml>#取消定義的虛擬機4.Virsh的常用命令3.快照管理virshsnapshot-create<VMName|xxx.xml>#創建一個VM快照virshsnapshot-list<VMName>#顯示當前VM的所有快照virshsnapshot-edit<VMName><SnapName>#編輯指定的快照virshsnapshot-delete<VMName><SnapName>#刪除指定的快照virshsnapshot-info<VMName><SnapName>#顯示快照的詳情4.Virsh的常用命令5.VM磁盤管理virshdomblklist<VMName>#顯示VM當前連接的塊設備virshdomblkinfo<VMName></path/to/img.img>#顯示img.img的容量信息。virshdomblkstat<VMName>[--human]</path/to/img.img>#顯示img.img的讀寫等信息的統計結果4.網絡及接口管理virshdomiflist<VMName>#顯示VM的接口信息virshiface-list#顯示物理主機的網絡接口列表virshnet-dumpxml<NetName|UUID>#導出一份xml格式的虛擬網絡配置信息virshnet-create<net.xml>#根據網絡xml配置信息文件創建一個虛擬網絡4.Virsh的常用命令7.內存相關virshdommemstat<ID>#獲取一個VM內存使用情況統計信息。virshsetmem<ID><MemSize>#設置一個VM的內存大小(默認單位:KB)virshfreecell#顯示當前MUMA單元的可用空閑內存virshnodememstats<cell>#顯示VM的(某個)內存單元使用情況的統計6.vCPU相關virshvcpinfo<ID>#查看指定ID的域的vCPU信息virshvcppin<ID><vCPU><pCPU>#將一個VM的vCPU綁定到指定的物理核心上virshsetvcpus<ID><vCPU-Num>#設置一個VM的最多vCPU個數virshnodecpustats<CPU-Num>#顯示VM(某個)CPU使用情況的統計4.Virsh的常用命令8.其它virshdumpxml<ID>#顯示一個運行中的VM的xml格式的配置信息.virshversion#顯示libvirt和Hypervisor的版本信息virshsysinfo#以xml格式打印宿主機的系統信息virshnodeinfo#顯示當前連接節點的基本信息virshuri#顯示當前連接節點的URIvirshhostname#顯示當前主機名virshconnect<URI>#連接到URI指定的Hypervisorvirshqemu-monitor-commanddomain[--hmp]CMD#直接向Qemumonitor中發送命令。Virt-ManagerVirt-Manager的yum安裝Virt-Manager的使用02Virt-ManagerVirt-Manager是一個由紅帽公司發起，全名為VirtualMachineManager的開源虛擬機管理程序。Virt-Manager是用Python編寫的GUI程序，底層使用了Libvirt對各類Hypervisor進行管理。Virt-Manager主要用于管理基于KVM的虛擬機，但是也能管理基于Xen等其他Hypervisor的虛擬機。Virt-Manager提供了圖形化界面來管理KVM的虛擬機，可以同時管理多個宿主機上的虛擬機，前提是宿主機上必須安裝Libvirt。Virt-ManagerVirt-Manager通過豐富直觀的界面給用戶提供了方便易用的虛擬化管理功能，包括：創建、編輯、啟動或停止虛擬機；查看并控制每個虛擬機的控制臺；查看每部虛擬機的性能以及使用率；查看每部正在運行中的虛擬機以及主控端的實時性能及使用率信息；不論是在本機或遠程，皆可使用KVM、Xen、QEMU。Virt-Manager支持絕大部分Hypervisor，并且可以連接本地和網絡上的Hypervisor。用戶在Virt-Managerr中使用圖形界面做的配置會被轉為Libvirt中的XML格式的配置文件，保存在Libvirt相關目錄下。使用Virt-Manager生成Libvirt中虛擬機的配置文件是一個不錯的選擇。1.Virt-Manager的yum安裝Virt-Manager的官方網站是/，在CentOS中使用“yuminstallvirt-manager”安裝即可。2.Virt-Manager的使用在CentOS中打開Virt-Manager在CentOS中使用Virt-Manager非常方便，安裝Virt-Manager后，在“Applications”的“SystemTools”中可以看到“VirtualMachineManager”的圖標，鼠標點擊即可。Virt-Manager應用2.Virt-Manager的使用2.在Virt-Manager中創建虛擬機在Virt-Manager管理界面中，將鼠標放置在“QEMU/KVM”上雙擊，會打開界面“QEMU/KVMConnectionDetails”界面。點擊左上角的電腦小圖標，也可以將鼠標放置在“QEMU/KVM”上右鍵，點擊里面的“New”選項創建虛擬機。2.Virt-Manager的使用2.在Virt-Manager中創建虛擬機2.Virt-Manager的使用2.在Virt-Manager中創建虛擬機2.Virt-Manager的使用2.在Virt-Manager中創建虛擬機在客戶機創建成功后，Virt-Manager會在/etc/libvirt/qemu路徑下生成一個名稱為“ubuntu16.04.xml”的XML配置文件，文件名即為創建的虛擬機名稱ubuntu16.04，該配置文件配置了虛擬機的所有配置信息2.Virt-Manager的使用2.在Virt-Manager中創建虛擬機虛擬機啟動后界面如下所示。使用“cirros”用戶名，“cubswin：）”密碼登錄后，可以正常使用該系統。2.Virt-Manager的使用2.在Virt-Manager中創建虛擬機虛擬機ubuntu16.04的詳細配置信息2.Virt-Manager的使用3.在Virt-Manager中管理虛擬機處于運行狀態的虛擬機的狀態為“Running”，點擊“Open”圖標打開虛擬機窗口界面，點擊圖標啟動虛擬機。圖標“”后有幾個選項，包括“Reboot”、“ShutDown”、“ForceReset”、“ForceOff”和“Save”。點擊“ShutDown”進行虛擬機的正常關閉，使用“ForceOff”進行虛擬機的強制關機，一般盡量避免使用“ForceOff”來強制關機。點擊“Reboot”進行虛擬機的正常重啟，點擊“ForceReset”強制重啟，點擊“Save”會保存當前客戶機的運行狀態。2.Virt-Manager的使用4.建立一個新的連接通過Virt-Manager的菜單“File”中的“AddConnection”，可以在Virt-Manager中建立一個本地或者遠程Hypervisor的連接。Virt-Manager管理本地和遠程主機的虛擬機基于Libvirt的配置與開發Libvirt的配置文件Libvirt中域的XML配置文件含義LibvirtAPI簡介Libvirt建立到Hypervisor的連接LibvirtAPI的C語言使用示例LibvirtAPI的Python語言使用示例031.Libvirt的配置文件Libvirt的配置文件默認放置在/etc/libvirt目錄下：libvirt.conf配置文件：用于配置常用Libvirt遠程連接的別名。文件中以“#”號開頭的行為注釋內容。libvirtd.conf配置文件是libvirtd守護進程的配置文件，配置了許多libvirtd的啟動設置。qemu.conf是Libvirt對QEMU的配置文件，包括VNC、SPICE的設置，以及連接它們的權限認證方式的配置，也包括內存大頁、SELinux、Cgroups等相關配置。qemu目錄：Libvirt使用XML文件對虛擬機進行配置，其中包括虛擬機名稱、分配內存、vCPU等多種信息，定義、創建虛擬機等操作都需要XML配置文件的參與。如果底層虛擬化使用QEMU，那么這個XML配置文件通常放置在Libvirt特定的“qemu”目錄下。2.Libvirt中域的XML配置文件含義1.域的配置最外層是<domain>標簽<!---->中間的內容為注釋部分。<domain>標簽有兩個屬性，“type”屬性指定運行該虛擬機的Hypervisor，“id”屬性是一個唯一標識虛擬機的唯一整數標識符。<name></name>標簽內為虛擬機的簡稱。<uuid></uuid>標簽內為虛擬機的全局唯一標識符。其他的元數據標簽，例如<title>、<description>和<metadata>等。以8.2.2小節中的/etc/libvirt/qemu路徑下的ubuntu16.04..xml配置文件為例，介紹該配置文件的含義。2.Libvirt中域的XML配置文件含義2.內存，CPU，啟動順序等配置<memoryunit=‘KiB’></memory>標簽內容表示客戶機最大可使用的內存。<currentMemory></currentMemory>標簽內容表示啟動時分配給客戶機使用的內存。<vcpu></vcpu>標簽內表示客戶機中vCPU的個數。<os></os>標簽內定義客戶機系統類型及客戶機硬盤和光盤的啟動順序。<clock></clock>標簽定義時鐘設置。<on_poweroff>destroy</on_poweroff>，<on_reboot>restart</on_reboot>和<on_crash>destroy</on_crash>都是libvirt配置文件中對事件的配置。2.Libvirt中域的XML配置文件含義3.設備配置<devices></devices>標簽內放置著客戶機所有的設備配置。<emulator></emulator>標簽內容放置使用的設備模型模擬器的絕對路徑。<disk>標簽表示對域的存儲配置。2.Libvirt中域的XML配置文件含義4.網絡配置<interfacetype=‘network’></interface>標簽內是對域的網絡接口配置。<macaddress='52:54:00:e4:5f:ad'/>用來配置客戶機中網卡的MAC地址。<sourcenetwork='default'/>表示網絡配置方式使用默認方式。<modeltype='virtio'/>表示客戶機中使用的網絡設備類型。<addresstype='pci'domain='0x0000'bus='0x00'slot='0x03'function='0x0'/>表示該網卡在客戶機中的PCI設備編號值。2.Libvirt中域的XML配置文件含義5.其他配置<inputtype=‘tablet’bus=‘usb’/>表示提供tablet這種類型的設備。<inputtype='mouse'bus='ps2'/>表示會讓QEMU模擬PS2接口的鼠標。<inputtype='keyboard'bus='ps2'/>表示會讓QEMU模擬PS2接口的鍵盤。<graphics></graphics>標簽內放置連接到客戶機的圖形顯示方式的配置。<video></video>標簽內放置的是顯卡配置。<memballoonmodel=‘virtio’></memballoon>標簽放置內存的ballooning相關的配置。3.LibvirtAPI簡介LibvirtAPI提供了一系列管理虛擬機的應用程序接口，支持多種語言，最基本最主要的是C語言。LibvirtAPI的官網是/docs.html。在官網中，應用開發的API中“APIreference”是C語言的API。“LanguagebindingandAPImodules”是Libvirt支持的其他語言的API。3.LibvirtAPI簡介3.LibvirtAPI簡介1.libvirt-domain:管理Libvirt域的API，提供了一系列以virDomain開頭的函數。2.libvirt-event:管理事件的API，提供了一系列以virEvent開頭的函數。3.libvirt-host:管理宿主機的API。4.libvirt-network:管理網絡的API，提供了一系列以virConnect和virNetwork開頭的函數。5.libvirt-nodedev:管理節點的API，提供了一系列以virNode開頭的函數。6.libvirt-storage:管理存儲池和卷的API，提供了一系列以virStorage開頭的函數。7.libvirt-stream:管理數據流的API，提供了一系列以virStream開頭的函數。8.virterror:處理libvirt庫的錯誤處理接口。4.Libvirt建立到Hypervisor的連接1.連接本地Hypervisor使用Libvirt連接本地的Hypervisor時，URI的一般格式如下：driver[+transport]:///[path][?extral-param]其中，“driver”是連接Hypervisor的驅動名稱（如qemu，xen等），本書中以QEMU為例，因此為qemu。“transport”是連接所使用的傳輸方式（可以為空，也可以為“unix”這樣的值）。“path”是連接到Hypervisor的路徑。“?extral-param”表示額外需添加的參數。連接QEMU有兩種方式，一種是系統范圍內的特權驅動（“system”實例），一種是用戶相關的無特權驅動（“session”實例）。常用的本地連接QEMU的URI如下：qemu:///systemqemu:///session4.Libvirt建立到Hypervisor的連接2.連接遠程Hypervisor使用Libvirt連接遠程的Hypervisor時，URI的一般格式如下：driver[+transport]:///[user@][host][:port]/[path][?extral-param]其中，driver和本地連接時含義一樣。transport表示傳輸方式，取值通常是ssh，tcp等。user表示連接遠程主機時使用的用戶名。host表示遠程主機的主機名或者是IP地址。port表示遠程主機的端口號。path和extral-param和本地連接時含義一樣。在進行遠程連接時，也有system和session兩種連接方式。4.Libvirt建立到Hypervisor的連接3.使用URI建立連接使用virsh命令的create參數由demo.xml配置文件創建并啟動一個虛擬機，虛擬機名稱為demo。使用“virsh-cqemu:///session”來建立到本地的連接，查看本地運行的虛擬機。可以使用“list”命令查看虛擬機，“shutdown虛擬機名”關閉虛擬機，“quit”命令退出virsh。5.LibvirtAPI的C語言使用示例編譯運行libvirt-conn.c并使用virsh查看當前節點情況在使用virsh啟動demo.xml定義的虛擬機后，將libvirt-conn.c文件使用gcc編譯為可執行文件libvirt-conn，編譯時需要連接virt庫，然后執行該文件即可看到虛擬機的信息。使用LibvirtAPI查詢某個域的信息源碼文件名為libvirt-conn.c，在該例子中使用LibvirtAPI查詢某個域的信息。在該代碼中包含兩個自定義函數，一個是virConnectPtrgetConn()，一個是intgetInfo(intid)。getConn()函數建立一個到Hypervisor的連接。getInfo(intid)函數獲取id為1的客戶機的信息。5.LibvirtAPI的C語言使用示例使用virsh查看虛擬機的相關信息，“domiddemo”命令表示通過虛擬機的name屬性查看虛擬機的ID編號。“domname1”命令表示通過虛擬機的ID編號查看其name屬性。“dominfo1”表示通過虛擬機的ID編號值查看虛擬機信息。libvirt-conn.c代碼的執行結果和virsh命令下顯示的ID號，運行狀態，CPU個數，最大內存，已用內存都保持一致。5.LibvirtAPI的C語言使用示例virsh#domiddemo1virsh#domname1demovirsh#dominfo1……[內容省略]virsh#shutdowndemoDomaindemoisbeingshutdown注意事項：本例是通過使用LibvirtAPI的C語言程序對KVM虛擬機進行查看，虛擬機通過Libvirt中的Virsh命令行工具進行定義并啟動。C語言代碼和Libvirt建立連接，查詢該連接中的虛擬機狀態信息并打印。demo虛擬機是由Libvirt生成并管理，因此虛擬機狀態信息也可以在Virsh的命令行中進行查看。6.LibvirtAPI的Python語言使用示例1.使用LibvirtAPI查詢某個域的信息自定義函數createConnection()用來創建并打開到本地的Libvirt連接，連接失敗打印“FailedtoopenconnectiontoQEMU/KVM”，連接成功打印“-----Connectioniscreatedsuccessfully-----”。自定義函數closeConnection(conn)用來關閉連接conn。關閉成功后打印“Connectionisclosed”。自定義函數getDomInfoByName(conn,name)用于在連接conn中查詢并打印名稱為name的域信息，包括域的ID號，名稱，運行狀態值，基本信息，最大內存值，vCPU的個數等。自定義函數getDomInfoByID(conn,id)用