KVM及KVM-Virtio
KVM
Kernel-based Virtual Machine，基于内核的虚拟机；
KVM是作为内核模块嵌入进Linux内核的，它不会像Xen那样剥夺Kernel的CPU以及内存的管理权，所以Kernel尤其钟爱KVM；
KVM被作为模块加载进内核以后，内核俨然就摇身一变成为了Hypervisor，其管理方式是将运来的用户空间作为控制台，用其对KVM进行管理。包括创建、销毁、保存、迁移、配置虚拟机；每个新创建的额虚拟机作为一个进程运行在用户空间，其所拥有的虚拟CPU或虚拟内存则被抽象成为线程，如果我们想关闭一个虚拟机，则直接kill其对应的进行即可；当创建的虚拟机要执行某些特定（可以理解成普通的主机中，在陷入内核模式时所执行的命令，比如执行写操作的时候）的操作时，要通过内核中的KVM模块才能被调度执行（虚拟机会调用自己的内核空间，然后这个虚拟机内核空间在向宿主机内核中的KVM模块发起调用）。如果执行的另外一些命令（比如做一个简单的加法操作）不需要上面的特权指令的话，其所在的用户空间就可以将其直接交给CPU运行，不需要经过内核中的KVM模块调度；
KVM极其依赖HVM（硬件辅助的虚拟化），也即是说：如果你电脑的CPU不支持VT（Intel-VT-x，AMD-V）技术的话，是无法使用创建KVM虚拟机的，当然，现在的绝大多数CPU都已经支持VT功能了；
KVM使用一个设备文件/dev/kvm作为整个KVM的调用接口。/dev/kvm是一个字符设备，工作于Hypervisor（内核空间），在用户空间可通过ioctl()系统调用来完成虚拟机的创建、启动等管理功能（比如创建VM、为VM分配内存、读写VCPU的寄存器、向VCPU注入中断、运行VCPU等）；也就是说，如果你编程能力好的话，完全可以通过调用这个文件来自行管理KVM，直接与内核中KVM交互；
KVM虚拟化是建立在操作系统之上的，不像Xen是直接将Hypervisor建立在硬件上；当我们创建一个KVM虚拟机之后，会在原来的操作系统之上又建立一个操作系统，这样就会导致在运来的用户空间有建立一个内核空间和用户空间。为了区分它们，我们将给他们事先定义一下：
宿主机：直接运行在物理机器上的操作系统，也就是加载KVM模块的操作系统；
Guest主机：通过KVM创建出来的虚拟机；其包含自己的Guest用户空间和Guest内核空间；
内核模式：宿主机的内核空间；
用户模式：宿主机的用户空间；一般用于代表Guest OS请求IO类操作；
KVM虚拟化的IO使用方式：
因为KVM只是一个模块，所以它根本就没有提供有关IO调用的方法，因此KVM借助了QEMU，通过它来使用IO设备。
当KVM虚拟机的用户空间要进行IO操作时，首先会将请求发送给自己的内核，然后Guest内核再向宿主机的用户空间的QEMU程序发送请求，让其为自己进行进一步的操作，最后宿主机用户空间的QEMU再对真正的内核进行请求，进而执行IO操作；
KVM的两类组件：
/dev/kvm：上面已经提到了
qemu：工作于用户空间主要用于实现模拟PC机的IO设备；
KVM的特性：
内存管理：
支持将分配给VM的内存交换至SWAP；
支持使用Huge Page（大内存页）机制；
支持使用Intel EPT或AMD RVI技术完成内存地址映射；
支持KSM（Kernel Same-Page Merging）；
将多个MV加载的相同的内存页(比如相同的库文件)合并成一个，从而减少内存的占用；类似于共享内存功能；当某虚拟机要修改自己的内存页时，会通过写时复制为其创建一个副本，供其修改；
硬件管理：
取决于该Linux内核；
存储：
支持本地存储
支持网络附加存储
支持存储区域网络
支持分布式存储：GlustFS
迁移：
跨物理主机迁移，可分为热迁移和冷迁移；
冷迁移：线下迁移，关机迁移，服务中断；
热迁移：线上迁移，服务不中断，在虚拟机运行过程中，将其内存中的数据复制（复制时虚拟机会暂停）一份到另一台物理主机上，且挂载其位于共享存储中的磁盘映像文件，从而实现实时迁移，然后原先的虚拟机就可以关掉了；
设备驱动：
支持IO设备的完全虚拟化：模拟硬件
支持IO设备的半虚拟化：在Guest OS中安装驱动，类似于front-end（Guest OS提供）|backed-end（Kernel提供）机制；
常用组件为virtio，其支持块设备（virtio-blk）的半虚拟化、网络设备（virtio-net）的半虚拟化、PCI设备（virtio-pci）的半虚拟化、控制台设备（virtio-console）的半虚拟化、内存空间动态扩展机制（virtio-ballon）的半虚拟化；
KVM的局限性：
过载使用CPU时会导致性能下降，所以一般不建议虚拟CPU的数量（物理机上的所有VCPU数量）大于物理CPU的数量（此处的数量指的是核心数）；
时钟不精确，这几乎时所有虚拟机的弊病，其依赖于时间同步机制（比如NTP）；
MAC地址可能冲突（虚拟机数量特别多的时候才能遇到的问题）；
KVM的工具栈：
QEMU组件：
主要提供了一下功能：
处理器模拟器，用于完成异构；
仿真IO设备；
管理模拟的设备至真实设备；
调试器
与模拟器交互的用户接口；
工具：
qemu-io
qemu-img
qemu-kvm：专门用于管理KVM的工具；
libvirt工具栈：支持远程管理，需要在被管理主机上运行libvirtd服务；
virsh、virt-install：字符命令行管理工具
virt-manager、virt-viewer：图形化的管理工具
创建第一个KVM虚拟机：
开启VMware的虚拟化引擎，让VMware中的虚拟机支持HVM：
~]# grep -E "(vmx|svm)" /proc/cpuinfo 查看主机是否支持虚拟化
装载KVM模块：
~]# modprobe kvm
~]# modprobe kvm-intel 这两个模块一般都是自动装载完毕的，只要加载了这两个模块，此时的Kernel俨然就成为一个Hypervisor了；可以查看一下在/dev目录下是否有kvm文件；
安装qemu-kvm工具：
~]# yum install qemu-kvm 默认安装以后qemu-kvm命令是不在PATH路径中的；
~]# ln -sv /usr/libexec/qemu-kvm /usr/bin/ 为qemu-kvm创建一个链接
格式：qemu-kvm [options] [disk_image]
Standard options:
-name：设置虚拟机的名称；
-machine：指定要模拟的主机的类型；
-m：指定虚拟机的RAM大小；
-cpu：指定CPU类型；
可以通过 ~]# qemu-kvm -cpu ? 查看支持的CPU类型；
-smp：设定虚拟的SMP架构中的CPU个数；
-numa：指定模拟多节点的numa设备；
这种模型会给每个CPU分配器一段其专用的内存，并且它们还具有一块共有内存；这样可以防止多CPU之间的内存占用问题，并且可以通过将某个进程绑定到某一CPU上，提高缓存命中率；
-boot options：用于定义设备的引导次序；
options：
order=：指定引导设备的介质类型，可用取值为：floppy (a), hard disk (c), CD-ROM (d), network (n)；默认为c；
once=：指定某引导设备只是用一次，一般是安装系统时只需要指定一次的介质；
例子：-boot order=dc,once=d 表示使用光驱和硬盘引导系统，第一次优先使用光驱引导；
Block device options:
-hda/-hdb file：use 'file' as IDE hard disk 0/1 image
-hdc/-hdd file：use 'file' as IDE hard disk 2/3 image
-cdrom file：use 'file' as IDE cdrom image
Note：-cdrom与-hdc不可同时使用；
-drive options：use 'file' as a drive image，用于取代上面的-hd#；
options：选项之间使用逗号隔开；
file=：指定磁盘映像文件的路径；
if=：指定磁盘设备所连接的接口类型，即控制器类型；比如IDE、SCSI、SD、MTD、virtio等；
index=：设定同一种控制器类型中不同设备的索引号，即标识号；比如sda1、sda2；
media=：定义介质类型为硬盘(disk)还是光盘(cdrom)；
snapshot=：指定当前硬盘设备是够支持快照功能；
cache=：指定如何使用物理机硬盘缓存来访问数据；可用取值：writethrough(通写)|writeback(回写)|none(不启用)|directsync|unsafe；
format=：指定映像文件的格式，具体可参见qemu-img命令；
Supported formats: vvfat vpc vmdk vhdx vdi ssh sheepdog rbd raw host_cdrom host_floppy host_device file qed qcow2 qcow parallels nbd iscsi gluster dmg tftp ftps ftp https http cloop bochs blkverify blkdebug
Network options:
用于定义网络设备接口类型以及其相关的各种属性等信息；
-net nic[,options]：为虚拟机配置网卡信息；
options：
vlan=：指定网卡属于哪个vlan中；
macaddr=：指定网卡的MAC地址；
model=：指定网卡类型；可以通过~]# qemu-kvm -net nic,model=?来查看支持的类型；
name=：指定网卡名称，一般用于monitor中；
addr=：指定网卡的IP地址，一般通过DHCP分配：
-net tap[options]：在宿主机内核上配置与虚拟机相对应的网卡(二层设备)信息；
options：
vlan=：指定网卡属于哪个vlan中；
ifname=：指定网卡名称；
script=：使用指定的脚本来配置当前的网络接口，默认为：/etc/qemu-ifup，但是这个脚本默认是没有的，需要自己写，如果是测试的话可以指定script=no；
downscript=：使用指定的脚本撤销当前的网络接口，默认为：/etc/qemu-ifdown；
-net user[,options]：用于配置用户空间的网络功能的；
例子：~]# qemu-kvm -m 128 -cpu host -smp 2 -name "test" -drive file=/root/cirros-no_cloud-0.3.0-x86_64-disk.img,if=virtio,media=disk,format=qcow2,cache=writeback -nographic -net nic, macaddr=52:54:00:11:22:33 -net tap,ifname=vif0.0
Display options:
-sdl：跨平台且开源的多媒体程序库文件；
-spice：启用spice远程桌面协议；
-vnc display options：启用vnc功能，指定qemu监听在VNC的某一接口上；
display格式：
1.host:Num
这里的Num是以5900为基础，一次递增的；
例子：192.168.80.134:0，192.168.80.137:1，其中冒号后面的0|1表示桌面号；
2.unix：/path/to/socket_file 仅用于本机
3.none
options：
password：连接是需要验证的密码，在monitor接口上使用change设定密码；
reverse：反向连接至某处于监听状态的vncview上；
-vga [std|cirrus|vmware|qxl|xenfb|none]：指定要仿真的VGA接口类型；
Debug/Expert options:
-monitor dev：表示在标准输入输出上显示monitor界面；
例子：~]# qemu-kvm -m 128 -smp 2 -name "test" -hda cirros-no_cloud-0.3.0-x86_64-disk.img -vnc 192.168.80.134:0 -monitor stdio
-nographic：直接在控制台上启动命令接口；
使用Ctrl + a --> c可以在console和monitor之间切换；
下载共有映像文件：
这个映像文件就是一个装好的操作系统，直接加载使用即可；我使用的是cirros-no_cloud-0.3.0-x86_64-disk.img；
安装VNC组件：需要安装桌面环境（yum groups install "GNOME Desktop"-->reboot）
~]# yum install tigervnc.x86_64
启动虚拟机：
~]# qemu-kvm -m 128 -smp 2 -name "test" -hda cirros-no_cloud-0.3.0-x86_64-disk.img
~]# vncviewer :5900 使用VNC链接虚拟机，此处的5900接口是虚拟机test所监听的接口，如果有第二个虚拟机，则端口号会一次递增为5901；
Note：使用Ctrl + Alt + num可以切换到其他窗口
Note：上图中-drive的顺序尤为重要，如果有-boot选项的话，关于iso的drive要放在其后；
KVM-Virtio及管理工具
基础框架：
Note：使用Virtio以后虚拟机中的驱动会显示为相应的Virtio设备（比如virtio_net、virtio_pci等）；
virsh、virt-manager、virt-install、libvirtd、libvirt
其中libvirt是一个库文件，可以为虚拟化管理提供各种接口；libvirtd是一个运行在各个支持虚拟化主机上的服务，支持远程管理虚拟机，类似客户端代理，可以执行管理端发来的命令；virsh是基于libvirt的虚拟机命令行管理工具，virt-manager是基于libvirt的虚拟机图形管理工具，virt-install是用于创建虚拟机的工具；一般virt-install会与virsh配合使用；
安装及启动服务：
~]# yum install libvirt-client virt-manager libvirt-daemon virt-install qemu-kvm
~]# systemctl start libvirtd.service
~]# virt-manager
图形化界面，类似Vmware！
默认创建的虚拟机镜像文件存储位置：/var/lib/libvirt/images/
相关命令：
virsh：选项特别多；
~]# virsh help
~]# virsh help interface
~]# virsh help iface-bridge
根据XML文件创建：
create：创建并启动虚拟机；
define：创建但不启动虚拟机；
关闭domain：
destory：强制关闭虚拟机
shutdown：将虚拟机关机
reboot：重启虚拟机
删除虚拟机：
undefine：删除虚拟机
连接至console：
console：连接虚拟机控制台；
附加或拆除磁盘：
attach-disk：为虚拟机附加一个磁盘；
detach-disk：拆除虚拟机上的磁盘；
附加或查出网卡接口：
attach-interface：为虚拟机添加一个网卡接口；
detach-interface：拆除虚拟机上的网卡接口；
保存及恢复虚拟机状态至磁盘文件：
save：保存虚拟机状态至磁盘文件；
restore：恢复虚拟机状态至磁盘文件；
virt-install：
格式：virt-install [options]
options：
General Options:
-n NAME：指定虚拟机名称，全局唯一；
-r MEMORY：指定虚拟机的内存大小，默认单位为MB；
--vcpus [maxcpus=n][,cpuset=][,sockets=n][,cores=n][,threads=n]：指定虚拟机中vcpu的数量；
通过~]# virt-install --vcpus help获取更多参数信息
--cpu CPU Module：指定CPU的模式及特性
Installation Method Options:
-c CDROM，--cdrom=CDROM：使用光盘安装；
-l LOCATION，--location=LOCATION：指定安装源的URL，支持FTP、HTTP等；
--pxe：基于PXE安装；
--livecd：把光盘当做LiveCD；
--os-type=DISTRO_TYPE：指定安装的系统类型；比如linux、Windows等；
--os-variant=DISTRO_VARIANT：指定要安装的操作系统的distribution；比如centos6、redhat7等；
-x EXTRA，--extra-args=EXTRA：根据--location指定的方式安装Guest OS时，用于传递给内核额外选项；例如指定kickstart文件的位置，--extra-args "ks=http://192.168.80.128/Centos6_install.cfg"
--boot =BOOTOPTS：指定安装过程完成后的配置选项，比如指定引导设备次序、使用指定的而非安装的kernel/initrd来引导系统启动；
例子：--boot cdrom,hd,network
--boot kernel=KERNEL,initrd=INITRD,kernel_args="console=/dev/ttyS0"
Device Options:
--disk=DISKOPTS：指定存储设备及其属性；
格式为：--disk /some/storage/path,opt1=val1,opt2=val2;
常用选项：
device：设备类型，如cdrom、disk等，默认为disk；
bus：磁盘总线类型，其值可以为ide、scsi、bus、virtio等；
perms：访问权限，如rw、ro或sh(共享的可读写)，默认为rw；
size：新建磁盘映像的大小，单位为GB；
cache：缓存模型，其值有none、writeback、writethrough；
format：磁盘映像格式，如raw、qcow2、vmdk等；
sparse：指定磁盘映像使用稀疏格式，即不立即分配指定大小的空间；
--nodisks：不使用本地磁盘，在LiveCD模式中常用；
-w NETWORK，--network=NETWORK：将虚拟机连入宿主机的网络中；
格式：--network=NETWORK,opt1=val1,opt2=val2
options：
bridge=BRIDGE：连接至名为"BRIDGE"的桥设备；
network=NAME：连接至名为"NAME"的网络；
model：指定Guest OS中看到的网络设备型号，如e1000、virtio等；
mac：指定固定的MAC地址；不指定则使用随机地址，但是对KVM来说前三段固定为52:54:00；
--nonetworks：虚拟机不使用网络模型；
--graphics TYPE,opt1=val1,opt2=val2：指定图形显示相关的配置，此选项不会配置任何显示硬件，而是指虚拟机启动后对其进行访问的接口；
TYPE：指定显示类型，比如VNC、sdl、spice或nooe等，默认为VNC；
port：当TYPE为VNC或spice时，为其指定的监听端口；
listen：当TYPE为VNC或spice时，为其指定的监听地址；默认为127.0.0.1，可以通过/etc/libvirt/qemu.conf进行修改；
--serial=CHAROPTS：附加一个串行设备到当前虚拟机；
--serial pty：创建伪终端；
--serial dev,path=HOSTPATH：附加主机设备至此虚拟机；
Virtualization Platform Options:
-v，--hvm：当虚拟机同时支持使用半虚拟化和完全虚拟化时，指定使用完全虚拟化；
-p，--paravirt：指定使用半虚拟化；
--virt-type：指定使用的Hypervisor类型，比如kvm、xen、qemu等；
Miscellaneous Options:
--print-xml：不创建虚拟机，仅打印XML配置文件的内容；
--force：禁止进入交互模式，需要回答yes或no的默认回答为yes
--dry-run：dry-run模式；
例子：~]# virt-install --name centos6.1 --virt-type kvm --ram 512 --graphics vnc --cdrom /root/CentOS-6.10-x86_64-bin-DVD1.iso --disk path=/images/kvm/centos6.img,size=20
关于Virtio的不错的文章：https://www.cnblogs.com/bakari/p/8309638.html
根据马哥视频做的学习笔记，如有错误欢迎指正；侵删
