基于KVM虛擬化平臺的構(gòu)建研究

李曉佳 董延華 吳佳怡

摘 要：云計(jì)算作為未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的方向，可以快速構(gòu)建各類高效的信息化系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)核心虛擬化技術(shù)也得到了用戶廣泛的重視。KVM是一種高效的虛擬化技術(shù)，提供了一種基于Linux內(nèi)核的虛擬化解決方案，通過結(jié)合QEMU提供設(shè)備虛擬化，提高了資源分配的效率和靈活度，從而確保了虛擬化平臺的高效性和穩(wěn)定性。本文從KVM虛擬化平臺的構(gòu)建入手，對KVM虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢進(jìn)行分析，具體闡述了KVM虛擬化的部署方案，為集群的創(chuàng)建提供了硬件支撐。

關(guān)鍵詞： 虛擬化技術(shù);Linux內(nèi)核;KVM虛擬化平臺

【Abstract】 As the direction of future network development technology， cloud computing can rapidly construct various kinds of efficient information systems， and its core virtualization technology has also been widely valued by users. KVM is an efficient virtualization technology that provides a virtualization solution based on the Linux kernel. By combining with QEMU to provide device virtualization， it improves the efficiency and flexibility of resource allocation， thus ensuring the efficiency and stability of the virtualization platform. This paper starts with the construction of KVM virtualization platform， analyzes the advantages of KVM virtualization technology， and elaborates the deployment scheme of KVM virtualization in detail， which provides hardware support for cluster creation.

【Key words】 ?virtualization technology; Linux kernel; KVM virtualization platform

0 引 言

隨著云計(jì)算概念的興起，虛擬化技術(shù)也已逐漸引起學(xué)界關(guān)注，這是云計(jì)算架構(gòu)中的核心技術(shù)。研究中是用軟件的方法重新劃分和定義IT資源，打破實(shí)體結(jié)構(gòu)間的不可分割的障礙，實(shí)現(xiàn)對IT資源的動態(tài)分配、靈活調(diào)度，簡化對資源以及對資源管理的訪問，從而提高資源的利用效率。

1 KVM虛擬化技術(shù)

主流的虛擬化技術(shù)包括KVM（Kernel-based Virtual Machine）、Xen、VMM等，其中，KVM是集成到Linux內(nèi)核的虛擬機(jī)管理程序（Hypervisor），是X86架構(gòu)且硬件支持虛擬化技術(shù)的全虛擬化解決方案。KVM技術(shù)核心是實(shí)現(xiàn)了內(nèi)核中對處理器虛擬化特性的支持，但缺乏設(shè)備虛擬化以及相應(yīng)的用戶空間管理虛擬機(jī)的工具[1]。相比較而言，XEN屬于外部的Hypervisor，能夠控制虛擬機(jī)，并給多個(gè)客戶機(jī)分配資源，但缺點(diǎn)是更新XEN版本時(shí)，需要重新編譯整個(gè)內(nèi)核，容易造成系統(tǒng)崩潰。相比之下，KVM的結(jié)構(gòu)更精簡，代碼量更少。

2 KVM與QEMU、Libvirt組件的關(guān)系

作為Linux內(nèi)核驅(qū)動模塊的一部分，KVM可以用Modprobe模塊支持IntelVT或AMD-V虛擬化，并通過/dev/kvm暴露程序接口，用戶態(tài)程序可以通過/ioctl函數(shù)來訪問這個(gè)接口，使CPU的相關(guān)指令部分轉(zhuǎn)交給內(nèi)核來處理[2]。

2.1 KVM與QEMU的關(guān)系

QEMU是一個(gè)獨(dú)立的虛擬化解決方案，包括獨(dú)立的處理器虛擬化、內(nèi)存虛擬化以及I/O設(shè)備虛擬化，其本身可以不依賴KVM而存在，但由于KVM無法獨(dú)立完成用戶與內(nèi)核模塊間的任務(wù)交互，需要借助QEMU作為用戶空間的管理工具，而QEMU同樣需要通過KVM提高硬件虛擬化的性能。

2.2 KVM與Libvirt的關(guān)系

Libvirt是面向驅(qū)動的架構(gòu)設(shè)計(jì)，由API庫、Libvirtd服務(wù)以及virsh命令行管理工具組成，可以通過調(diào)用閑置的API庫實(shí)現(xiàn)對各種類型虛擬機(jī)的管理[3]。Libvirt提供了多種語言的編程接口，可以直接通過編程調(diào)用Libvirt提供的對外接口實(shí)現(xiàn)對虛擬機(jī)的操作，不同的虛擬機(jī)提供不同的驅(qū)動，從而實(shí)現(xiàn)相互間不受影響，有利于后期的研發(fā)拓展。

3 KVM虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)

KVM的獲得方式有多種，研究常用yum命令直接進(jìn)行安裝，操作的前提是宿主機(jī)（服務(wù)器）需要獲得支持KVM的權(quán)限。對此可做闡釋論述如下。

3.1 開啟虛擬化服務(wù)

（1）安裝虛擬化軟件配置信息如下：

#yum groupinstall Virtual*

（2）檢查KVM是否開啟成功。配置代碼為：#Ismod | grep KVM

運(yùn)行后，出現(xiàn)如圖1所示的反饋結(jié)果即支持服務(wù)器虛擬化操作。

3.2 KVM組件安裝及網(wǎng)絡(luò)配置

（1）啟動libvirt腳本，此時(shí)將用到的配置代碼可寫為：#Service libvirtd start

（2）配置網(wǎng)卡的橋接信息。在安裝和啟動libvirtd服務(wù)后，libvirtd在服務(wù)器（宿主機(jī)）上自動生成一個(gè)virbr0（virtual network switch），連接在宿主機(jī)上的虛擬機(jī)會默認(rèn)通過virbr0連接起來。但由于設(shè)計(jì)采用的是NAT網(wǎng)絡(luò)模式，在連接多臺虛擬機(jī)時(shí)會造成IP地址的浪費(fèi)，因此在操作過程中，一般將virbr0予以關(guān)閉，再使用br0進(jìn)行橋接設(shè)置。具體配置如下：

# virsh net-list

Name ? ? State ? Autostart

default ? active yes

# virsh net-destroy default

Network default destroyed

# virsh net-undefine default

Network default has been undefined

# service libvirtd restart

Stopping libvirtd daemon：[ OK ]

Starting libvirtd daemon：[ OK ]

3.3 創(chuàng)建虛擬服務(wù)器

（1）通過QEMU-img創(chuàng)建8 G的映像文件。配置代碼如下：

#qemu-img create -f raw /share/class1.raw 8G

（2）安裝CentOS 6.6版本的操作系統(tǒng)，配置如下：

#virt-install --virt-type kvm --name class1--ram 1024 --cdrom=/ISO/CentOS-6.6-i386-bin-DVD1.iso --disk path=/share/class1.raw --network network=default ?--graphics vnc，listen=0.0.0.0-noautoconsole

3.4 開啟遠(yuǎn)程桌面控制

Linux中對虛擬桌面的連接共有4種方式，對此可得研究分述如下：

（1）宿主機(jī)（服務(wù)器）上使用SSH命令連接虛擬機(jī)文本界面。

（2）宿主機(jī)（服務(wù)器）上使用virt-manager命令進(jìn)入虛擬機(jī)圖形管理界面。

（3）宿主機(jī)（服務(wù)器）上使用virsh命令的子命令concole通過串口連接虛擬機(jī)。

（4）遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通過虛擬計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（Virtual Network Computing，VNC）連接虛擬機(jī)圖形界面。

實(shí)驗(yàn)中采用VNC進(jìn)行遠(yuǎn)程桌面的管理，具體配置如下：

（1）安裝VNC服務(wù)包。對應(yīng)代碼為：

rpm -ivh /mnt/Server/vnc-server-4.1.2-9.el5.x86_64.rpm

（2）配置虛擬機(jī)監(jiān)聽。對應(yīng)代碼為：

# vi /etc/libvirt/qemu.conf

vnc_listen = "0.0.0.0"

vnc_password = "666666"

（3）配置VNC圖形桌面為KDE。對應(yīng)代碼為：

# vi /root/.VNC/xstartup

Unset SESSION-MANAGER

Exec /etc/X11/xinit/xinitrc

4 結(jié)束語

作為當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的虛擬化技術(shù)之一，KVM虛擬化為云計(jì)算的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，如何提高虛擬化平臺的性能是構(gòu)建云平臺的關(guān)鍵，本文從分析KVM虛擬化平臺的構(gòu)成入手，詳細(xì)討論了平臺的實(shí)現(xiàn)方法，未來將深入研究基于KVM虛擬化的批量克隆技術(shù)，從而提高虛擬化集群搭建的效率。

參考文獻(xiàn)

[1]彭天煒. KVM虛擬化技術(shù)在云平臺中的應(yīng)用[J]. 電腦知識與技術(shù)，2015，11（14）：32-33.

[2]彭曉平，張雪堅(jiān)，黃波. 基于KVM的虛擬化技術(shù)研究[J]. 中國新通信，2017（20）：77-80.

[3]王偉. 云計(jì)算原理與實(shí)踐[M]. 北京：人民郵電出版社，2018.