[OpenStack]4-KVM虚拟化原理
KVM一些底层原理
CPU虚拟化
利用命令查看CPU是否支持KVM虚拟化
输出带有vmx或svm，就说明当前CPU支持KVM
$ egrep -o '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo
一个KVM虚拟机就是主机中一个qemu-kvm进程
虚拟机中的每一个虚拟vCPU对应qemu-kvm进程中的一个进程
从上图可以看到，主机有两个物理CPU，有两个虚拟机vm1和vm2。vm1有2个vCPU，vm2有4个vCPU，所有vm1有2个线程，vm2有4个线程在两个物理CPU上调度。
注：虚拟机的vCPU总数可以超过物理CPU数量（CPU overcommit）。这样虚拟机可以充分利用宿主机的CPU资源，前提是所有虚拟机不能在同一时刻都满负荷运行。
内存虚拟化
KVM通过内存虚拟机共享物理系统内存，动态分配给虚拟机。
为了能够在一台主机上运行多个虚拟机。KVM实现VA（虚拟内存）->PA（物理内存）->MA（机器内存）之间的地址转换。
虚拟OS控制虚拟地址到客户内存物理地址的映射。VA->PA
KVM负责客户物理内存到实际机器内存的映射。PA->MA
注：内存也可以overcommit。
KVM存储虚拟化
KVM存储虚拟化是通过存储池（Storage Pool）和卷（Volume）来管理的。
Storage Pool：主机上可以看到的一片存储空间，可以是多种类型。
Volume：在Storage Pool中划分出的一块空间，主机将Volume分配给虚拟机，Volume在虚拟机视角就是一块硬盘。
下面介绍三种不同类型的Storage Pool：
目录类型的Storage Pool
最常用的Storage Pool类型。
KVM将主机目录/var/lib/libvirt/images/作为默认的Storage Pool。（KVM所有可以使用的Storage Pool都定义在主机的/etc/libvirt/storage目录下，每个Pool都一个xml文件，可以查看其默认位置）
Volume就是该目录下的文件，一个文件就是一个Volume。
文件cirros***.img就是一个Volume。从KVM1视角来看，就是启动磁盘。
为kvm1添加新的磁盘
新的磁盘信息
使用文件做Volume有很多优点：存储方便、移植性好、可复制、可远程访问。
远程访问：镜像文件不一定都放置到宿主机本地文件系统中，也可以存储在通过网络连接的远程文件系统（NFS\GlusterFS），使得镜像文件可以在多个主机之间共享，便于虚拟机在不同主机之间做Live Migration。在分布式文件系统中多副本的特性还可以保证镜像文件的高可用性。
KVM支持多种Volume文件格式（raw、qcow2、vmdk）
raw：默认格式（原始磁盘镜像格式），移植性好，性能好，但是大小固定，不能节省磁盘空间。
qcow2：推荐格式，cow表示copy on write，能够节省磁盘空间，支持AES加密，zlib压缩，也支持多快照。
vmdk：VMware的虚拟磁盘格式，VMware可以直接在KVM上跑。
LVM类型的Storage Pool
主机上VG中的LV可以作为虚拟磁盘分配给虚拟机使用。
LV由于没有磁盘的MBR引导记录，不能作为虚拟机的启动盘，只能作为数据盘使用。
主机的VG就是一个Storage Pool，VG中的LV就是Volume。
优点：拥有较好的性能
缺点：管理和移动性方面不如镜像文件，而且不能通过网络远程使用。
Step1：创建VG。命名为HostVG
Step2：创建Storage Pool定义文件Host.xml
Step3：通过virsh命令创建新的Storage Pool “HostVG”并启动HostVG
Step4：在Virt-manager中为虚拟机KVM1添加LV的虚拟磁盘
Step5：查看主机上多出来的LV
其他类型的Storage Pool
KVM 还支持 iSCSI，Ceph 等多种类型的 Storage Pool。目前使用最多的就是目录类型。
网络虚拟化
网络虚拟化中两个最重要的东西：Linux Bridge和VLAN。
Linux Bridge
假设主机有1块与外网连接的物理网卡eth0，如何让vm1能够访问外网？
方案一：直接将物理网卡分配给vm1。但是主机和vm2没有网卡，就不能访问外网了。
方案二：利用Linux Bridge作为中间模块，将eth0与vnet0连接起来。
KVM环境下实现Linux Bridge
Step1：配置Linux Bridge br0)（网桥）
Step1-1：查看网络脚本目录，只有以太网卡eth0的配置
Step1-2：查看以太网卡ifcfg-eth0的内容
Step1-3：查看当前连接
Step1-4：新建网桥br0并查看ifcfg-br0
Step1-5：查看当前连接
Step1-6：将网桥br0桥接至eth0并查看刚生成的ifcfg-bridge-slave-eth0文件
Step1-7：查看当前连接
Step1-8：关闭eth0，打开网桥br，查看当前连接
Step2：配置VM1
Step2-2：查看VM1 IP地址以及是否能访问外网
Step2-3：查看VM2 IP地址以及是否能访问VM1和外网
理解virbr0
virbr0是KVM默认创建的一个Bridge，作用是为连接其上的虚拟机网卡提供NAT外网的功能。
virbr0默认分配了一个IP 192.16.8.122.1，并为连接其他虚拟网卡提供DHCP服务。
virbr0使用dnsmasq提供DHCP服务，可以在祖籍中查看该进程信息
可以通过ssh连接VM1，VM2同理
注：使用NAT的虚拟机可以访问外网，但外网无法直接访问VM1，因为VM1发出的网络包源地址并不是192.168.122.53，而是被NAT替换为主机的IP了。
与br0不同的是：在br0情况下，VM1通过自己的IP直接与外网通信，而不需经过NAT地址转换。
VLAN
LAN（Local Area Network）本地局域网，通常使用Hub和Switch来连接LAN中的计算机。
一个LAN代表一个广播域。LAN中的所有成员都会收到任意一个成员发出的广播包。
VLAN（Virtual LAN）。VLAN将一个交换机分成了多个交换机，限制了广播的范围，在二层将计算机隔离到不同的VLAN中。
交换机的端口有两种配置模式：Access和Trunk。
Access口：端口打上VLAN标签，表明该端口属于哪个VLAN。利用VLAN ID来区分。Access口都是直接与计算机网卡相连，这样从该网卡出来的数据包流入Access口就被打上VLAN标签。
Trunk口：交换机A、B中都有不同标签的VLAN，利用trunk口将其相连。
KVM环境下实现VLAN（未成功）
Brvlan10：Bridge上的其他网络设备自动加入到VLAN10中。
配置解释：主机用软件实现了一个（虚拟）交换机，上面定义了一个VLAN10。eth0.10、brvlan10和vnet0都分别接到VLAN10的Access口。eth0是一个Trunk口。VM1通过vnet0发出来的数据包都会被打上VLAN10的标签。
虚拟交换机（Linux Bridge + VLAN）
KVM网络虚拟化总结：
- VLAN两层功能：交换与隔离。物理交换机存在多个VLAN，每个VLAN拥有多个端口，同一VLAN端口之间可以交换转发，不同VLAN端口之间隔离。
- VLAN实现隔离功能。一个VLAN母设备（eth0）不能拥有两个相同的VLAN ID子设备，也就不能出现数据交换情况。
- Linux Bridge实现交换功能。将同一VLAN的子设备都挂载到一个Bridge上，设备之间就可以交换数据了。
参考文章
