KVM相关操作

深藏阁楼爱情的钟 2022-06-04 09:35 243阅读 0赞

## 简介 ##

可以使用多种方式创建虚拟机，例如qemu，virt-manager等。本例使用virt-install创建Ubuntu14.04虚拟机demo。以demo虚拟机为例，通过virsh工具进行CPU扩容，内存扩容，网络桥接，内存优化，磁盘I/O优化测试等，通过这些方式，让读者掌握KVM虚拟机的日常管理操作。

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## 操作环境 ##

宿主机操作系统：Ubuntu14.04版本，4.2.0-27-generic内核，QEMU2.0.0版本，IP地址192.168.70.204。  
虚拟机操作系统：Ubuntu14.04版本。

**操作软件：**

sudo apt-get install kvm 
    sudo apt-get install virt-manager

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# 内容及步骤 #

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## 1、VIRSH创建和管理虚拟机 ##

(1) 在宿主机上，创建虚拟磁盘,-f指定格式，代码如下所示：

root@xjy-pc:/home/kvm# qemu-img create -f raw /home/kvm/ubuntu.raw 10G
    Formatting '/home/kvm/ubuntu.raw', fmt=raw size=10737418240

(2) 使用virt-install（读者也可以通过其他方式创建虚拟机），通过步骤一中创建的虚拟磁盘，创建一台Ubuntu虚拟机，命名为demo，指定VNC端口号。如下所示：

root@xjy-pc:/home/kvm# virt-install --name demo --virt-type kvm --ram 1024 --cdrom /home/kvm/iso/ubuntu-14.04-desktop-amd64.iso --disk /home/kvm/ubuntu.raw --network network=default --graphics vnc,listen=0.0.0.0 --noautoconsole
    
    Starting install...
    Creating domain...                                             |    0 B     00:00     
    Domain installation still in progress. You can reconnect to the console to complete the installation process.

(3) 在另外一台Windows操作系统中，打开一个VNC客户端，输入服务器IP地址和VNC端口号（这里是192.168.70.204:5900），连接建立的KVM虚拟机，如图1所示。

![图1 VNC连接KVM虚拟机][1 VNC_KVM]

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(4) 将步骤二中的Ubuntu虚拟机逐步进行安装，图2为安装过程界面，安装完成后，图3所示为Ubuntu虚拟机启动后界面。

图2 Ubuntu14.04的安装界面  
![这里写图片描述][SouthEast]

图3 Ubuntu14.04虚拟机

![这里写图片描述][SouthEast 1]

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(5) 可以使用virsh list查看已经启动的虚拟机，如果未启动，使用命令“virsh start demo”进行启动，代码如下所示：

root@xjy-pc:/etc/libvirt/qemu# virsh list --all
     Id Name State ----------------------------------------------------
     - demo shut off
    
    root@xjy-pc:/etc/libvirt/qemu# virsh start demo
    Domain demo started
    
    root@xjy-pc:/etc/libvirt/qemu# virsh list --all
     Id Name State ----------------------------------------------------
     12 demo running

(6) 可以使用“virsh shutdown demo”关闭demo虚拟机，使用“virsh destroy demo”强制关闭demo虚拟机电源。如下所示：

root@xjy-pc:/etc/libvirt/qemu# virsh list --all
     Id Name State ----------------------------------------------------
     12 demo running
    
    root@xjy-pc:/etc/libvirt/qemu# virsh destroy demo
    Domain demo destroyed
    
    root@xjy-pc:/etc/libvirt/qemu# virsh list --all
     Id Name State ----------------------------------------------------
     - demo shut off

(7) KVM虚拟机配置文件默认位置为: /etc/libvirt/qemu/，可以通过配置文件定义并启动虚拟机，命令为：`virsh create /etc/libvirt/qemu/demo.xml`

(8) 通过virsh将内存中运行的虚拟机导出至虚拟机配置文件，命令为：`# virsh dumpxml demo > /etc/libvirt/qemu/demo2.xml`，如图4所示。

图4 将虚拟机导出xml文件  
![这里写图片描述][SouthEast 2]

(9) 通过“virsh edit demo”可以编辑KVM虚拟机配置文件，virsh edit将调用vi命令编辑/etc/libvirt/qemu/demo.xml配置文件。也可以直接通过vi命令进行编辑，修改，保存。

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## 2、CPU扩容 ##

(1) 使用“virsh edit”编辑虚拟机，为了实现CPU的热添加，就需要更改CPU的最大值，当然热添加值不能超过最大值。修改demo虚拟机的vcpu的配置当前为1，自动扩容，最大为4，代码如下：

root@xjy-pc:/etc/libvirt/qemu# virsh edit demo
    <domain type='kvm'>
      <name>demo</name>
      <uuid>7ed0d5dd-d283-5390-9575-c1458db792fd</uuid>
      <memory unit='KiB'>1048576</memory>
      <currentMemory unit='KiB'>1048576</currentMemory>
      <vcpu placement='auto' current='1'>4</vcpu>
      <os>
        <type arch='x86_64' machine='pc-i440fx-trusty'>hvm</type>
        <boot dev='hd'/>
      </os>
      <features>
    <acpi/> 
    ……

(2) 关闭虚拟机demo，再次启动，并使用“virsh setvcpus”命令将demo热修改为2个cpu。

root@xjy-pc:/etc/libvirt/qemu# virsh shutdown demo
    Domain demo is being shutdown
    root@xjy-pc:/etc/libvirt/qemu# virsh start demo 
    Domain demo started
    root@xjy-pc:/etc/libvirt/qemu# virsh setvcpus demo 2 --live

(3) 通过VNC登录KVM虚拟机，使用命令“grep processor /proc/cpuinfo |wc -l”查看是否扩容成功，如果结果为2，说明扩容成功。

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## 3、内存扩容 ##

(1) 内存的设置拥有一个气球(balloon)机制，可以增大也可以减少，但要设置一个最大值，默认并没有最大值，可以在安装时指定。

(2) 使用virsh edit编辑demo虚拟机的配置文件，标签表示最大内存。将图5中标签内容设置为4194304（4G），如图6所示。标签内容表示当前内存为1048576（1G）。

图5 demo虚拟机配置文件  
![这里写图片描述][SouthEast 3]

图6 修改demo虚拟机配置文件  
![这里写图片描述][SouthEast 4]

(3) 配置文件修改后，关闭虚拟机demo，再次启动。如下所示：

root@xjy-pc:/etc/libvirt/qemu# virsh shutdown demo
    Domain demo is being shutdown
    
    root@xjy-pc:/etc/libvirt/qemu# virsh start demo
    Domain demo started

(4) demo虚拟机内存修改之前使用“virsh qemu-monitor-command”命令查看demo的当前内存。代码如下，“balloon: actual=1024”表示当前的内存为1024M，即1G。

root@xjy-pc:/etc/libvirt/qemu# virsh qemu-monitor-command demo --hmp --cmd info balloon
    balloon: actual=1024

(5) 将demo内存热修改为2097M，即2G。修改完毕后再次查看当前内存，代码如下：

root@xjy-pc:/etc/libvirt/qemu# virsh qemu-monitor-command demo --hmp --cmd balloon 2097
    
    root@xjy-pc:/etc/libvirt/qemu# virsh qemu-monitor-command demo --hmp --cmd info balloon
    balloon: actual=2097

(6) 可以看出内存已经热修改为2G。

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## 4、网络管理 ##

(1) 在默认情况KVM的网络是NAT模式，但是在生产情况，用的多的都是网桥模式。

(2) 首先在宿主机上添加一个网桥br0，并查看网桥信息。使用命令“brctl”。代码如下：

root@xjy-pc:~# brctl addbr br0
    root@xjy-pc:~# brctl show
    bridge name     bridge id               STP enabled     interfaces
    br0             8000.000000000000       no
    virbr0          8000.fe540048bd84       yes             vnet0

(3) 网桥br0添加完毕后，查看br0的ip地址，代码如下：

root@xjy-pc:~# ifconfig br0
    br0       Link encap:Ethernet  HWaddr 26:f4:b6:0d:7a:7f  
              BROADCAST MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
              RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
              TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
              collisions:0 txqueuelen:0 
              RX bytes:0 (0.0 B)  TX bytes:0 (0.0 B)

(4) 接下来使用桥接模式把eth0加入网桥br0，让eth0成为br0的一个端口。同时将eth0接口ip删除，给br0设置ip为192.168.70.205，24位子网掩码。同时添加路由网关为192.168.70.2，并关闭防火墙，代码如下：（这个步骤会导致宿主机的网络断掉，之后重新通过bridge建立网络连接，所以建立bridge这个步骤不要通过SSH连接远程配置。）

root@xjy-pc:~# brctl addif br0 eth0 &&ip addr del dev eth0 192.168.70.204/24 && ifconfig br0 192.168.70.205/24 up && route add default gw 192.168.70.2&& iptables -F

(5) 再次查看网桥br0的ip地址，代码如下：

root@xjy-pc:~# ifconfig br0
    br0       Link encap:Ethernet  HWaddr 00:25:90:76:67:b5  
              inet addr:192.168.70.205  Bcast:192.168.70.255  Mask:255.255.255.0
              inet6 addr: fe80::225:90ff:fe76:67b5/64 Scope:Link
              UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
              RX packets:528 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
              TX packets:104 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
              collisions:0 txqueuelen:0 
              RX bytes:76041 (76.0 KB)  TX bytes:15118 (15.1 KB)

(6) 使用virsh edit命令编辑虚拟机的网络配置，修改为使用br0网桥模式。

图7 demo虚拟机未修改前网络配置  
![这里写图片描述][SouthEast 5]

图8 demo虚拟机修改后网络配置  
![这里写图片描述][SouthEast 6]

(7) 将demo虚拟机关闭后重新启动，代码如下：

root@xjy-pc:/etc/libvirt/qemu# virsh shutdown demo
    Domain demo is being shutdown
    
    root@xjy-pc:/etc/libvirt/qemu# virsh start demo
    Domain demo started

(8) 使用VNC连接demo虚拟机，在demo虚拟机中配置其静态IP地址为192.168.70.203后重启网卡。代码如下：

root@demo-pc:~# ifconfig eth0
    eth0      Link encap:Ethernet  HWaddr 51:54:00:48:bd:84  
              inet addr:192.168.70.203  Bcast:192.168.70.255  Mask:255.255.255.0
              inet6 addr: fe80::225:90ff:fe76:67b5/64 Scope:Link
              UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
              RX packets:208452 errors:0 dropped:219 overruns:0 frame:0
              TX packets:702108 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
              collisions:0 txqueuelen:1000 
              RX bytes:66675114 (66.6 MB)  TX bytes:1010891428 (1.0 GB)
              Interrupt:20 Memory:f7a00000-f7a20000 
    root@demo-pc:~# /etc/init.d/networking restart

(9) 在KVM服务器上使用ping命令测试与demo虚拟机的连通性，代码如下：

root@xjy-pc:~# ping 192.168.70.203 -c 5
    PING 192.168.70.203 (192.168.70.203) 56(84) bytes of data.
    64 bytes from 192.168.70.203: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.265 ms
    64 bytes from 192.168.70.203: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.329 ms
    64 bytes from 192.168.70.203: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.225 ms
    64 bytes from 192.168.70.203: icmp_seq=4 ttl=64 time=0.314 ms
    64 bytes from 192.168.70.203: icmp_seq=5 ttl=64 time=0.303 ms
    
    --- 192.168.70.203 ping statistics ---
    5 packets transmitted, 5 received, 0% packet loss, time 3999ms
    rtt min/avg/max/mdev = 0.225/0.287/0.329/0.039 ms

(10) 在demo虚拟机中使用ping命令测试与KVM服务器的连通性，代码如下：

root@demo-pc:~# ping 192.168.70.205 -c 5
    PING 192.168.70.205 (192.168.70.205) 56(84) bytes of data.
    64 bytes from 192.168.70.205: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.181 ms
    64 bytes from 192.168.70.205: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.207 ms
    64 bytes from 192.168.70.205: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.329 ms
    64 bytes from 192.168.70.205: icmp_seq=4 ttl=64 time=0.388 ms
    64 bytes from 192.168.70.205: icmp_seq=5 ttl=64 time=0.248 ms
    
    --- 192.168.70.205 ping statistics ---
    5 packets transmitted, 5 received, 0% packet loss, time 3999ms
    rtt min/avg/max/mdev = 0.181/0.288/0.388/0.064 ms

(11) 至此，虚拟机通过桥接模式和宿主机连通，和外界网络也保持了通畅。

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## 5、内存优化 ##

内存优化项通常包括EPT技术、透明大页和KSM技术几种。

**EPT技术：**  
(1) EPT技术也叫扩展页表，这是Intel开创的硬件辅助内存虚拟化技术。内存的使用，是一个逻辑地址跟物理地址转换的过程。虚拟机内部有逻辑地址转换成物理地址的过程，然后虚拟机又要和宿主机内存进行逻辑到物理的转换过程，整个寻址过程有两次地址转换，效率非常低。而EPT技术，能将两次地址转换变成了一次，提高效率。这项技术基本上现在的服务器CPU都支持，只要在BIOS打开了Intel的VT设置，那么EPT也一起打开了。  
(2) 使用图9中命令查看CPU是否支持EPT特性，使用图10中命令查看是否已开启EPT和VPID，Y表示已经加载了EPT和VPID，如果没加载可以通过命令“Modprobekvm \_intel ept=0,vpid=0”加载。如图9和10所示：

图9 查看cpu是否支持EPT特性  
![这里写图片描述][SouthEast 7]

图10 查看是否开启EPT特性  
![这里写图片描述][SouthEast 8]

**透明大页：**  
(1) 透明大页，也叫透明巨型页（Transparent Huge Page，THP），它允许所有的空余内存被用作缓存以提高性能，使用大页可以显著提高CPU的命中率,所以如果GuestOS使用大内存或者内存负载比较重的情况下，通过配置透明大页可以显著提高性能。这个设置在Ubuntu14.04中是默认开启的，不需要手动去操作。  
(2) Ubuntu14.04支持透明大页，默认开启，如图11所示：

图11 透明大页默认开启  
![这里写图片描述][SouthEast 9]

(3) 图11中的参数说明：  
never :关闭。  
always :尽量使用透明大页，扫描内存，有512个4k页面可以整合，就整合成一个2M的页面, 需要使用swap的时候，内存被分割为4k大小。  
madvise :避免改变内存占用。

(4) 默认情况下，大页的数目为0，通过下面两种方式可以查看到，代码如下：

root@xjy-pc:~# cat /proc/sys/vm/nr_hugepages
    0
    root@xjy-pc:~# cat /proc/meminfo|grep HugePage
    AnonHugePages:    376832 kB
    HugePages_Total:       0
    HugePages_Free:        0
    HugePages_Rsvd:        0
    HugePages_Surp:        0

(5) 设置大页的数量为2000后，再次查看大页数目，此时系统有2000个可用大页，代码如下：

root@xjy-pc:~# echo 2000 > /proc/sys/vm/nr_hugepages
    root@xjy-pc:~# cat /proc/sys/vm/nr_hugepages
    2000

(6) 修改大页数量后查看虚拟机运行状态，发现即使虚拟机在运行，透明大页也没有被使用。

root@xjy-pc:~# virsh list --all
     Id Name State ----------------------------------------------------
     2 demo running
    
    root@xjy-pc:~# cat /proc/meminfo|grep HugePage
    AnonHugePages:    374784 kB
    HugePages_Total: 2000 HugePages_Free:     2000
    HugePages_Rsvd: 0 HugePages_Surp:        0

(7) 使用命令“virsh shutdown demo”将demo虚拟机关闭，然后修改demo虚拟机配置，添加使用大页的内容，（图12中可以看到demo虚拟机的内存为1G），在图12标签下面添加标签。如图12和13所示。

图12 demo虚拟机配置文件修改前  
![这里写图片描述][SouthEast 10]

图13 demo虚拟机配置文件修改后  
![这里写图片描述][SouthEast 11]

(8) 挂载大页，然后重新启动libvirtd-bin。

root@xjy-pc:/dev# mount -t hugetlbfs hutetlbfs /dev/hugepages
    root@xjy-pc:/dev# mount|tail -l
    ……
    hutetlbfs on /dev/hugepages type hugetlbfs (rw)
    root@xjy-pc:/dev# /etc/init.d/libvirt-bin restart
     * Restarting libvirt management daemon /usr/sbin/libvirtd
       ...done.

(9) 使用“virsh start demo”重新开启虚拟机后查看结果。从以下代码可以看出，共消耗了520个大页，每个大页默认大小为2M，正好是demo所有的内存。

root@xjy-pc:/dev# cat /proc/meminfo|grep -i HugePage
    AnonHugePages:     34816 kB
    HugePages_Total:    2000
    HugePages_Free:     1480
    HugePages_Rsvd:        0
    HugePages_Surp:        0
    Hugepagesize:       2048 kB

(10) 如果关闭demo的话，所有大页将被释放，代码如下：

root@xjy-pc:/dev# virsh shutdown demo
    Domain demo is being shutdown
    root@xjy-pc:/dev# cat /proc/meminfo|grep -i HugePage
    AnonHugePages:     34816 kB
    HugePages_Total:    2000
    HugePages_Free:     2000
    HugePages_Rsvd:        0
    HugePages_Surp:        0
    Hugepagesize:       2048 kB

(11) 另外，透明大页的开启使用命令“echo always >

/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled”，关闭使用“echo never >/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled”。

**KSM技术：**  
(1) KSM（Kernel SamePage Merging），也叫相同页面内存压缩技术。KSM服务在Linux系统里默认是开启的，它的作用就是让内存利用的更加高效。内存是分页的，如果多个程序中用的内存都是相同的页面，那么KSM就会把相同的内存合并，这样就能腾出更多的空间。

(2) KSM在系统里有个守护进程ksmd，它的作用就是不断的扫描宿主机的内存情况，检测有相同的页面就会合并，当然这或多或少会消耗点CPU。查看ksmd进程代码如下：

root@xjy-pc:~# ps aux|grep ksmd|grep -v grep
    root        68  0.4  0.0      0     0 ?        SN   09:16   0:13 [ksmd]

(3) 如果宿主机的环境，内存资源比较丰富，建议这个功能不开启。如果不够，又想跑多一点的虚拟机，那么可以打开这个功能，但是一定要清楚，这个是一种内存超用的方案，假如大部分虚拟机内存变化比较频繁（比如内存使用率一下高，一下低），那么不建议开启，因为内存不够时，就会用到SWAP，那么KSM会严重影响虚拟机性能。

(4) 在宿主机KSM服务打开的情况下，如果不想让虚拟机受宿主机KSM的影响，可以进行如下操作：  
编辑虚拟机的XML文件，添加：

这样，KSM就不会去合并这个虚拟机的内存了

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## 6、磁盘I/O优化 ##

(1) I/O调度算法，也叫电梯算法。通常有Noop，Deadline和CFQ几种。Noop Scheduler是一个简单的FIFO队列，一个最简单的调度算法，由于会产生读I/O的阻塞，一般使用在SSD硬盘，此时不需要调度，I/O效果非常好。Deadline Scheduler是按照截止时间的调度算法，为了防止出现读取被饿死的现象，按照截止时间进行调整，默认的是读期限短于写期限，这样就不会产生饿死的状况。CFQ（Complete Fair Queueing Schedule）是完全公平的排队的I/O调度算法，保证每个进程相对特别公平的使用I/O。

(2) 查看宿主机Ubuntu14.04支持的调度算法，默认采用Deadline Scheduler，代码如下：

root@xjy-pc:/dev# dmesg|grep -i "scheduler"
    [    0.378025] io scheduler noop registered
    [    0.378027] io scheduler deadline registered (default)
    [    0.378048] io scheduler cfq registered

(3) 临时修改宿主机sda磁盘的I/O调度算法，将deadling修改为CFQ模式，代码如下：

root@xjy-pc:/dev# cat /sys/block/sda/queue/scheduler 
    noop [deadline] cfq 
    root@xjy-pc:/dev# echo cfq > /sys/block/sda/queue/scheduler 
    root@xjy-pc:/dev# cat /sys/block/sda/queue/scheduler 
    noop deadline [cfq]

(4) 虚拟机的磁盘只不过是宿主机的一个文件,所以其I/O调度并无太大意义,反而会影响I/O效率,所以可以通过将客户机的I/O调度策略设置为NOOP来提高性能。NOOP就是一个FIFO队列,不做I/O调度。

[1 VNC_KVM]: /images/20220604/9d6a306f97d544d49d4e735891eb484b.png
[SouthEast]: /images/20220604/f32135a51c4e4b8d9d8cf7e0f8975473.png
[SouthEast 1]: /images/20220604/d99ef295581e42ff9c6175765757a876.png
[SouthEast 2]: /images/20220604/43847a4c3986423db0a86ffb40d83696.png
[SouthEast 3]: /images/20220604/f0bcece2f1284bdf8cad161122e9b91f.png
[SouthEast 4]: /images/20220604/315ebdd0e3294276aceb17b3d281e6ef.png
[SouthEast 5]: /images/20220604/af58a5a2fc074bbd905c986df023d4a6.png
[SouthEast 6]: /images/20220604/8e949f5348b04558a951534cedbb829e.png
[SouthEast 7]: /images/20220604/09b92e04cfb845909f5cc358c19eeeaa.png
[SouthEast 8]: /images/20220604/ae44b1f8dcba4ee1847f46e164e64510.png
[SouthEast 9]: /images/20220604/b0b71ecdba004824b75143b47e50bc1d.png
[SouthEast 10]: /images/20220604/c158b93be08146f7af1bff809816da2d.png
[SouthEast 11]: /images/20220604/d6e2043ace9a4de7b1d33ad1746b15cb.png