OpenStack系列第一篇：深入了解虚拟化技术与环境搭建

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前言

1. 虚拟化技术概述

• VMX支持：说明VMX是CPU虚拟化的功能，只有物理机支持，虚拟机无法使用。
• 软件虚拟化：介绍QEMU作为软件虚拟化选项，强调其性能不足，适合测试环境。

2. 企业常用虚拟化解决方案

vSphere

• 每台物理机安装ESXi（基于Linux），过程简单，只需设置管理密码。
• vCenter是管理平台，安装较复杂，需要配置数据库和网络设置，提供集中管理、监控和自动化功能。
• 依赖安装：Windows环境下需安装vCenter Server，通常需要配置外部数据库（如PostgreSQL、Oracle）。

KVM

• KVM集成在Linux内核中，需支持硬件虚拟化的CPU。
• QEMU负责磁盘、声卡等设备的虚拟化，Libvirt提供命令行和API接口，简化管理。

3. KVM组件与安装

• 关键软件包：
  • qemu-kvm：主虚拟化组件。
  • libvirt-daemon：管理守护进程。
  • libvirt-client：命令行工具。
  • libvirt-daemon-driver-qemu：QEMU驱动。

4. 创建Ubuntu虚拟机

ubuntu 镜像官方下载

• 创建虚拟硬盘：

  sudo qemu-img create -f qcow2 /var/lib/libvirt/images/ubuntu-vm.qcow2 20G
  

• 准备XML配置文件（ubuntu-vm.xml）：

  <domain type='kvm'>
    <name>ubuntu-vm</name>
    <memory unit='KiB'>2048000</memory>
    <vcpu placement='static'>2</vcpu>
    <os>
      <type arch='x86_64' machine='pc-i440fx-2.9'>hvm</type>
      <boot dev='cdrom'/>
    </os>
    <devices>
      <disk type='file' device='disk'>
        <driver name='qemu' type='qcow2'/>
        <source file='/var/lib/libvirt/images/ubuntu-vm.qcow2'/>
        <target dev='vda' bus='virtio'/>
      </disk>
      <disk type='file' device='cdrom'>
        <driver name='qemu' type='raw'/>
        <source file='/path/to/ubuntu.iso'/>
        <target dev='hdc' bus='ide'/>
      </disk>
      <interface type='network'>
        <source network='default'/>
        <model type='virtio'/>
      </interface>
    </devices>
  </domain>
  

• 定义并启动虚拟机：

  virsh define ubuntu-vm.xml
  virsh start ubuntu-vm
  

5. virsh

virsh 是一个命令行工具，用于与libvirt（Linux虚拟化管理库）进行交互，管理虚拟机（VM）和相关资源。它提供了管理虚拟机生命周期、网络、存储和快照等功能。

• 主要用途：

管理虚拟机生命周期：启动、暂停、重启、关闭虚拟机。
虚拟机配置：修改虚拟机的CPU、内存、磁盘等资源配置。
管理快照：创建、删除、恢复虚拟机快照。
网络和存储管理：管理虚拟网络、虚拟交换机、虚拟磁盘等资源。
连接远程虚拟机主机：通过 libvirt 可以连接本地或远程的虚拟化主机。

• 基本命令：
  • 查看虚拟机列表：

    virsh list
    

  • 查看所有虚拟机：

    virsh list --all
    

  • 启动虚拟机：

    virsh start <虚拟机名称>
    

  • 关闭虚拟机：

    virsh shutdown <虚拟机名称>
    

  • 强制关闭虚拟机（非必要不要这么做）：

    virsh destroy <虚拟机名称>
    

  • 重新启动虚拟机：

    virsh reboot <虚拟机名称>
    

• 虚拟机管理：
  • 定义虚拟机（基于XML文件）：

    virsh define <xml文件路径>
    

  • 删除虚拟机：

    virsh undefine <虚拟机名称>
    

  • 克隆虚拟机：

    virsh clone --original <原虚拟机名称> --name <新虚拟机名称>
    

• 查看和监控：
  • 查看虚拟机状态：

    virsh dominfo <虚拟机名称>
    

  • 查看虚拟机的 CPU 使用情况：

    virsh cpu-stats <虚拟机名称>
    

  • 查看虚拟机的内存使用情况：

    virsh dommemstat <虚拟机名称>
    

• 网络和存储：
  • 列出网络接口：

    virsh net-list --all
    

  • 列出存储池：

    virsh pool-list --all
    

• 控制台访问：
  • 连接到虚拟机控制台：

    virsh console <虚拟机名称>
    

• 导入和导出：
  • 导出虚拟机：

    virsh dumpxml <虚拟机名称> > <文件名>.xml
    

  • 从XML文件导入虚拟机：

    virsh define <文件名>.xml
    

5. qemu-img

qemu-img 是一个与QEMU虚拟化相关的工具，主要用于创建、转换、修改和管理虚拟机磁盘镜像文件。它不直接管理虚拟机的运行状态，而是针对虚拟机的磁盘操作。

• 主要用途：

创建虚拟磁盘镜像：支持多种磁盘格式（如 qcow2、raw、vmdk）。
转换镜像格式：在不同磁盘镜像格式之间转换（如 qcow2 转 raw）。
调整镜像大小：增加或减少虚拟磁盘镜像的大小。
校验镜像文件：检查镜像文件的完整性。
压缩磁盘镜像：减少磁盘镜像占用的空间。

• 常见镜像类型：
  常见镜像类型（虚拟化用）有 RAW 和 QCOW2。
• 基本命令：
  • 创建指定格式和大小的虚拟磁盘文件：

    qemu-img create -f <格式> <镜像文件名> <大小>
    

  • 查看磁盘镜像文件的详细信息：

    qemu-img info <镜像文件>
    

  • 转换镜像文件为其他格式：

    qemu-img convert -f <源格式> -O <目标格式> <源镜像> <目标镜像>
    

  • 扩展现有镜像文件的大小：

    qemu-img resize <镜像文件> <新大小>
    

  • 校验镜像文件是否有错误：

    qemu-img check <镜像文件>
    

  • 压缩镜像以节省空间（仅限 qcow2 格式）：

    qemu-img convert -O qcow2 -c <源镜像> <目标镜像>
    

  • 压缩镜像以节省空间（仅限 qcow2 格式）：

    qemu-img convert -O qcow2 -c <源镜像> <目标镜像>
    

  • 将快照合并回基础镜像：

    qemu-img commit <镜像文件>
    

  • 删除镜像中未使用的部分（仅限 qcow2 格式）：

    qemu-img amend -f qcow2 --shrink <镜像文件>
    

  • 导入外部 ISO 或 RAW 文件：

    qemu-img dd if=<输入文件> of=<镜像文件>
    

6.区别

virsh 和 qemu-img 都与虚拟化相关，但它们的作用、管理对象和使用场景有明显的区别。以下是它们的主要区别：

1. 作用层次不同：

virsh：
    用于管理虚拟机的生命周期和相关的虚拟化资源，如虚拟网络、存储池等。
    它主要依赖于libvirt，支持多种虚拟化技术（如 KVM、Xen、QEMU、LXC 等）。
    你可以使用 virsh 来启动、暂停、重启虚拟机，管理虚拟网络和存储等。

qemu-img：
    专注于虚拟机磁盘镜像的管理，如创建、转换、扩展和压缩虚拟磁盘镜像。
    它直接与磁盘镜像文件（例如 .qcow2、.raw、.vmdk）打交道，而不涉及虚拟机的运行或资源管理。
    qemu-img 并不管理虚拟机的状态，而是管理虚拟机使用的磁盘文件。

2. 管理对象不同：

virsh：
    管理的是整个虚拟化环境，包括虚拟机（VM）、虚拟网络、存储池等资源。
    它可以启动、暂停、停止、删除虚拟机，并进行快照、迁移等操作。
    
qemu-img：
    管理的是虚拟机磁盘镜像文件。它可以创建新的磁盘镜像文件、调整镜像大小、检查镜像的完整性，以及在不同的镜像格式之间转换。

3. 依赖工具不同：

virsh：
    依赖于libvirt，这是一个虚拟化 API，可以用于控制 KVM、Xen、QEMU 等多个虚拟化平台。virsh 作为 libvirt 的命令行接口，提供管理虚拟机的高层次功能。
    virsh 管理的是运行中的虚拟机和虚拟化平台的资源。

qemu-img：
    依赖于QEMU，这是一个开源的仿真器和虚拟化工具。qemu-img 是一个专门用于操作磁盘镜像文件的工具，而不是虚拟机本身的管理工具。
    qemu-img 管理的是虚拟机磁盘镜像，它不需要虚拟机运行。

4. 使用场景不同：

virsh：
    适用于管理虚拟化环境中虚拟机的生命周期，比如启动、关闭、快照和迁移等。
    例如，你使用 virsh 启动一个虚拟机，监控其状态或修改虚拟机的配置。
    
qemu-img：
    适用于管理虚拟机使用的磁盘镜像文件。典型场景包括：创建虚拟机磁盘、转换磁盘格式、压缩镜像、扩展磁盘大小等。
    例如，你需要将一个虚拟机磁盘从 qcow2 格式转换为 raw 格式时，会使用 qemu-img。

5. 例子对比：

virsh 的例子：

启动一个虚拟机：

virsh start my-vm

停止一个虚拟机：

virsh shutdown my-vm

查看所有虚拟机状态：

virsh list --all

qemu-img 的例子：

创建一个 10GB 大小的 qcow2 格式虚拟磁盘：

qemu-img create -f qcow2 mydisk.qcow2 10G

将 qcow2 格式磁盘转换为 raw 格式：

qemu-img convert -f qcow2 -O raw mydisk.qcow2 mydisk.raw

扩展磁盘大小到 20GB：

qemu-img resize mydisk.qcow2 20G

总结：

virsh 是一个管理虚拟化平台和虚拟机生命周期的工具，主要用于管理虚拟机的运行状态、配置和资源分配。

qemu-img 是一个专门用于管理虚拟机磁盘镜像的工具，侧重于磁盘的创建、转换和调整。

它们的功能互补，virsh 处理虚拟机的高层管理，而 qemu-img 则负责底层的磁盘管理。