kvm虚拟化介绍（1）

一、什么是虚拟化

　　在计算机技术中，虚拟化（技术）或虚拟技术（英语：Virtualization）是一种资源管理技术，是将计算机的各种实体资源（CPU、内存、磁盘空间、网络适配器等），予以抽象、转换后呈现出来并可供分区、组合为一个或多个电脑配置环境。

　　虚拟化，也就是指通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机。在一台计算机上同时运行多个逻辑计算机，每个逻辑计算机可运行不同的操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互相不影响，从而显著提高计算机的工作效率。
　　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 资源能够真正成为社会基础设施，服务于各行各业中灵活多变的应用需求。

 

为什么要用虚拟化：

（1）同一台物理机运行多个不同版本应用软件

（2）硬件依赖性较低和便于数据迁移

二、虚拟化技术的趋势

1.降低运营成本
　　服务器虚拟化降低了IT基础设施的运营成本，令系统管理员摆脱了繁重的物理服务器、OS、中间件及兼容性的管理工作，减少人工干预频率，使管理更加强大、便捷。
2.提高应用兼容性
　　服务器虚拟化提供的封装性和隔离性使大量应用独立运行于各种环境中，管理人员不需频繁根据底层环境调整应用，只需构建一个应用版本并将其发布到虚拟化后的不同类型平台上即可。
3.加速应用部署
　　采用服务器虚拟化技术只需输入激活配置参数、拷贝虚拟机、启动虚拟机、激活虚拟机即可完成部署，大大缩短了部署时间，免除人工干预，降低了部署成本。
4.提高服务可用性
　　用户可以方便地备份虚拟机，在进行虚拟机动态迁移后，可以方便的恢复备份，或者在其他物理机上运行备份，大大提高了服务的可用性。
5.提升资源利用率
　　通过服务器虚拟化的整合，提高了CPU、内存、存储、网络等设备的利用率，同时保证原有服务的可用性，使其安全性及性能不受影响。
6.动态调度资源
　　在服务器虚拟化技术中，数据中心从传统的单一服务器变成了统一的资源池，用户可以即时地调整虚拟机资源，同时数据中心管理程序和数据中心管理员可以灵活根据虚拟机内部资源使用情况灵活分配调整给虚拟机的资源。
7.降低能源消耗
　　通过减少运行的物理服务器数量，减少CPU以外各单元的耗电量，达到节能减排的目的。

三、虚拟化分类

1、虚拟化层次种类：

（1）完全虚拟化

　　最流行的虚拟化方法使用名为 hypervisor 的一种软件，在虚拟服务器和底层硬件之间建立一个抽象层。 VMware vsPhere和微软的VirtualPC 是代表该方法的两个商用产品，而基于核心的虚拟机 (KVM) 是面向 Linux 系统的开源产品hypervisor 可以捕获 CPU 指令，为指令访问硬件控制器和外设充当中介。因而，完全虚拟化技术几乎能让任何一款操作系统不用改动就能安装到虚拟服务器上，而它们不知道自己运行在虚拟化环境下。主要缺点是， hypervisor 给处理器带来开销。

（2）准虚拟化

　　完全虚拟化是处理器密集型技术，因为它要求 hypervisor管理各个虚拟服务器，并让它们彼此独立。减轻这种负担的一种方法就是，改动客户端操作系统，让它以为自己运行在虚拟环境下，能够与hypervisor 协同工作。这种方法就叫准虚拟化 (para-virtualization)Xen 是开源准虚拟化技术的一个例子。操作系统作为虚拟服务器在 Xen hypervisor 上运行之前，它必须在核心层面进行某些改变。因此， Xen 适用于 BSD 、 Linux 、 Solaris 及其他开源操作系统，但不适合对像Windows 这些专有的操作系统进行虚拟化处理，因为它们无法改动。准虚拟化技术的优点是性能高。经过准虚拟化处理的服务器可与hypervisor 协同工作，其响应能力几乎不亚于未经过虚拟化处理的服务器。准虚拟化与完全虚拟化相比优点明显，以至于微软和 VMware vsPhere都在开发这项技术，以完善各自的产品。

（3）系统虚拟化

　　就操作系统层的虚拟化而言，没有独立的hypervisor 层。相反，主机操作系统本身就负责在多个虚拟服务器之间分配硬件资源，并且让这些服务器彼此独立。一个明显的区别是，如果使用操作系统层虚拟化，所有虚拟服务器必须运行同一操作系统 ( 不过每个实例有各自的应用程序和用户账户 ) 。虽然操作系统层虚拟化的灵活性比较差，但本机速度性能比较高。此外，由于架构在所有虚拟服务器上使用单一、标准的操作系统，管理起来比异构环境要容易。

（4）桌面虚拟化

　　服务器虚拟化主要针对服务器而言，而虚拟化最接近用户的还是要算的上桌面虚拟化了，桌面虚拟化主要功能是将分散的桌面环境集中保存并管理起来，包括桌面环境的集中下发，集中更新，集中管理。桌面虚拟化使得桌面管理变得简单，不用每台终端单独进行维护，每台终端进行更新。终端数据可以集中存储在中心机房里，安全性相对传统桌面应用要高很多。桌面虚拟化可以使得一个人拥有多个桌面环境，也可以把一个桌面环境供多人使用。

2、虚拟化架构分类：

（1）1型虚拟化

　　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 vsPhere的 ESXi 都属于这个类型。

（2）2型虚拟化

　　物理机上首先安装常规的操作系统，比如 Redhat、Ubuntu 和 Windows。Hypervisor 作为 OS 上的一个程序模块运行，并对管理虚拟机进行管理。KVM、VirtualBox 和 VMWare Workstation 都属于这个类型。

四、虚拟化 --- KVM

1、虚拟化kvm发展

 2006 年 10 月由以色列的 Qumranet 组织开发的一种新的“虚拟机”方案，并将其贡献给开源世界

 2007 年 2 月于 Linux Kernel-2.6.20 中第一次包含了 KVM

 2008 年 9 月，红帽收购了 Qumranet ，由此入手了 KVM 的虚拟化技术。在之前红帽决是将Xen 加入到自己的默认特性当中——那是 2006 年，因为当时Xen技术脱离了内核的维护方式，也许是因为采用 Xen 的 RHEL 在企业级虚拟化方面没有赢得太多的市场，也许是因为思杰跟微软走的太近了，种种原因，导致其萌生了放弃 Xen。而且在正式采用 KVM 一年后，就宣布在新的产品线中彻底放弃 Xen ，集中资源和精力进行 KVM 的工作。

 2009 年 9 月，红帽发布其企业级 Linux 的 5.4 版本（ RHEL5.4 ），在原先的 Xen 虚拟化机制之上，将 KVM 添加了进来

 2010 年 11 月，红帽发布其企业级 Linux 的 6.0 版本（ RHEL6.0 ），这个版本将默认安装的 Xen 虚拟化机制彻底去除，仅提供 KVM 虚拟化机制

 2011 年初，红帽的老搭档 IBM 找上红帽，表示 KVM 这个东西值得加大力度去做。于是到了 5 月， IBM 和红帽，联合惠普和英特尔一起，成立了开放虚拟化联盟（ Open Virtualization Alliance ），一起声明要提升 KVM 的形象，加速 KVM 投入市场的速度，由此避免 VMware 一家独大的情况出现。联盟成立之时，红帽的发言人表示， 大家都希望除 “ VMware 之外还有一种开源选择。未来的云基础设施一定会基于开源

 自 Linux 2.6.20 之后逐步取代 Xen 被集成在Linux 的各个主要发行版本中，使用 Linux 自身的调度器进行管理。

2、KVM --- 全称是基于内核的虚拟机（Kernel-based Vritual Machine）

　　是一个开源软件，基于内核的虚拟化技术，实际是嵌入系统的一个虚拟化模块，通过优化内核来使用虚拟技术，该内核模块使得 Linux 变成了一个Hypervisor，虚拟机使用 Linux 自身的调度器进行管理。
　　KVM 是基于虚拟化扩展（Intel VT 或者 AMD-V）的 X86 硬件的开源的 Linux 原生的全虚拟化解决方案。KVM 中，虚拟机被实现为常规的 Linux 进程，由标准 Linux 调度程序进行调度；虚机的每个虚拟 CPU 被实现为一个常规的 Linux 进程。这使得 KMV 能够使用 Linux 内核的已有功能。但是，KVM 本身不执行任何硬件模拟，需要客户空间程序通过 /dev/kvm 接口设置一个客户机虚拟服务器的地址空间，向它提供模拟的 I/O，并将它的视频显示映射回宿主的显示屏。目前这个应用程序是 QEMU。

3、Linux上的用户空间、内核空间、虚拟机：

　　Guest：客户机系统，包括CPU（vCPU）、内存、驱动（Console、网卡、I/O 设备驱动等），被 KVM 置于一种受限制的 CPU 模式下运行。
　　KVM：运行在内核空间，提供CPU 和内存的虚级化，以及客户机的 I/O 拦截。Guest 的 I/O 被 KVM 拦截后，交给 QEMU 处理。
　　QEMU：修改过的为 KVM 虚机使用的 QEMU 代码，运行在用户空间，提供硬件 I/O 虚拟化，通过IOCTL /dev/kvm 设备和 KVM 交互。

4、KVM有一个内核模块叫 kvm.ko ，只用于管理虚拟CPU和内存。IO的虚拟化，就交给Linux内核和qemu来实现。

　　Libvirt：是 KVM 的管理工具。Libvirt 除了能管理 KVM 这种 Hypervisor，还能管理 Xen，VirtualBox 等。OpenStack 底层也使用 Libvirt。
　　Libvirt 包含 3 个东西：后台 daemon 程序 libvirtd、API 库和命令行工具 virsh
　　（1）libvirtd是服务程序，接收和处理 API 请求；
　　（2）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；
　　（3）virsh 是我们经常要用的 KVM 命令行工具。作为 KVM 和 OpenStack 的实施人员，virsh 和 virt-manager 是一定要会用的。

5、其他虚拟化软件

（1）Xen
　　Xen是一个开放源代码虚拟机监视器，由XenProject开发。它打算在单个计算机上运行多达128个有完全功能的操作系统。
　　在旧（无虚拟硬件）的处理器上执行Xen，操作系统必须进行显式地修改（“移植”）以在Xen上运行（但是提供对用户应用的兼容性）。这使得Xen无需特殊硬件支持，就能达到高性能的虚拟化。
（2）QEMU
　　QEMU是一套由Fabrice Bellard所编写的模拟处理器的自由软件。它与Bochs，PearPC近似，但其具有某些后两者所不具备的特性，如高速度及跨平台的特性。经由KVM（早期为kqemu加速器，现在kqemu已被KVM取代）这个开源的加速器，QEMU能模拟至接近真实电脑的速度。QEMU有两种主要运作模式：
　　[1] User mode模拟模式，亦即是用户模式。
　　QEMU能引导那些为不同中央处理器编译的Linux程序。而Wine及Dosemu是其主要目标。
　　[2] System mode模拟模式，亦即是系统模式。
　　QEMU能模拟整个电脑系统，包括中央处理器及其他周边设备。它使得为系统源代码进行测试及除错工作变得容易。其亦能用来在一部主机上模拟数部不同虚拟电脑。