1、作者：Dayle Parker 作者：Laura Novich 作者：Jacquelynn East作者：Scott Radvan 翻译、校对：顾瑞 Gu (Veronica)Rui翻译、校对：薛景晨 Jingchen (Jojo)Xue校对、编辑：傅同杰 Tongjie (Tony)Fu校对、责任编辑：鄭中 ChesterChengRed Hat Enterprise Linux7虚拟化入门指南虚拟化概念简介Red Hat Enterprise Linux 7 虚拟化入门指南虚拟化概念简介作者：Dayle Parker红帽公司工程部出版中心作者：Laura Novich红帽公司工程部出版中心
2、作者：Jacquelynn East红帽公司工程部出版中心作者：Scott Radvan 红帽公司工程部出版中心翻译、校对：顾瑞 Gu (Veronica) Rui澳大利亚昆士兰大学笔译暨口译研究生院hy_翻译、校对：薛景晨 Jingchen (Jojo) Xue澳大利亚昆士兰大学笔译暨口译研究生院校对、编辑：傅同杰 Tongjie (Tony) Fu红帽公司全球服务部校对、责任编辑：鄭中 Chester Cheng红帽公司全球服务部 澳大利亚昆士兰大学笔译暨口译研究生院, uqcchun1uq.edu.au法律通告Copyright 2011-2015 Red Hat, Inc.This d
3、ocument is licensed by Red Hat under the Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0Unported License. If you distribute this document, or a modified version of it, you must provideattribution to Red Hat, Inc. and provide a link to the original. If the document is modified, all Red Hattrademarks must
4、 be removed.Red Hat, as the licensor of this document, waives the right to enforce, and agrees not to assert,Section 4d of CC-BY-SA to the fullest extent permitted by applicable law.Red Hat, Red Hat Enterprise Linux, the Shadowman logo, JBoss, OpenShift, Fedora, the Infinitylogo, and RHCE are tradem
5、arks of Red Hat, Inc., registered in the United States and othercountries.Linux is the registered trademark of Linus Torvalds in the United States and other countries.Java is a registered trademark of Oracle and/or its affiliates.XFS is a trademark of Silicon Graphics International Corp. or its subs
6、idiaries in the United Statesand/or other countries.MySQL is a registered trademark of MySQL AB in the United States, the European Union andother countries.Node.js is an official trademark of Joyent. Red Hat Software Collections is not formally related toor endorsed by the official Joyent Node.js op
7、en source or commercial project.The OpenStack Word Mark and OpenStack logo are either registered trademarks/service marksor trademarks/service marks of the OpenStack Foundation, in the United States and other countriesand are used with the OpenStack Foundations permission. We are not affiliated with
8、, endorsed orsponsored by the OpenStack Foundation, or the OpenStack community.All other trademarks are the property of their respective owners.摘要Red Hat Enterprise Linux 虚拟化入门指南描述了 Red Hat Enterprise Linux 提供的虚拟化要素、虚拟化产品和技术。. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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20、拟化？1.2. 什么是迁移？第 2 章虚拟化的优势及误解2.1. 虚拟化的成本2.2. 虚拟化学习曲线2.3. 性能2.4. 灾难修复2.5. 安全性2.6. 服务器和个体机的虚拟化第 3 章红帽虚拟化产品介绍3.1. Red Hat Enterprise Linux 的 KVM 和虚拟化3.2. libvirt 和 libvirt 工具程序3.3. 虚拟化硬件设备3.4. 储存第 4 章虚拟化工具4.1. virsh4.2. virt-manager4.3. virt-install4.4. guestfish4.5. GNOME Boxes4.6. 其他有用工具第 5 章RedHat En
21、terpriseLinux7 虚拟化的快速指南5.1. 基本要求和安装5.2. 用虚拟机管理器部署虚拟机附录A. 修订历史222444455577910151818181818191924242534目录1第 1 章 什么是虚拟化和迁移？本章节讨论与虚拟化和迁移相关的术语。1.1. 什么是虚拟化？“虚拟化 ”是一个描述运行软件的广义计算机术语，通常体现为在单一系统上运行多个操作系统，这些操作系统同时运行，而每个操作系统又是相互独立的。大多数现行的虚拟化实现使用一个“虚拟机管理程序”（hypervisor），即一个软件层或子系统，该子系统控制硬件并向“客机操作系统 ”提供访问底层硬件的途径。通过
22、向客机操作系统提供虚拟化的硬件虚拟机管理程序允许多种操作系统在相同的物理系统中运行，该虚拟机管理系统称为“客机 ”（guest），虚拟化操作系统有多种方式：虚拟化方式全虚拟化全虚拟化利用处理器的硬件特性，向客机提供底层实体系统的总抽象。这创建了新的虚拟系统，被称为一个“虚拟机 ”（virtual machine），它允许客机操作系统在无需修改的情况下运行。客机操作系统和任何在客机虚拟机器中的应用并不会察觉出虚拟化环境并正常运作。硬件支持虚拟化这项技术，用于实现在 Red Hat Enterprise Linux 中 KVM 的全面虚拟化。半虚拟化半虚拟化应用一系列呈现给虚拟机的软件和数据结构，
23、需要客机中的软件修改以使用半虚拟环境。半虚拟化包含整个内核，就像 Xen 准虚拟机，或者虚拟化 I/O 设备的驱动程序一样。软件虚拟化（或仿真）软件虚拟化利用更慢的二进制转换和其他仿真技术运行未更改的操作系统。Red Hat EnterpriseLinux 不支持软件虚拟化。注意欲了解更多信息和客户端安装的详细说明，请参阅Red Hat Enterprise Linux 7 虚拟化部署与管理指南 。1.2. 什么是迁移？“迁移 ”（migration）描述了一个客体虚拟机从一个主机迁移到另一个主机的过程。鉴于虚拟机在虚拟化环境下运行，而非直接在硬件上运行，该迁移是可以实现的。迁移一个虚拟机有两
24、种途径：即时迁移和离线迁移。迁移类型离线迁移离线迁移暂停或关闭虚拟机，接着移动一个虚拟机的内存镜像到目标主机。虚拟机在目标主机上恢复，在源主机上被虚拟机使用的内存得以释放。即时迁移即时迁移是将一个活跃虚拟机从一个实体主机迁移到另一个实体主机的过程。虚拟化入门指南2了解这两点很重要，即迁移过程移动虚拟化机器的内存，与虚拟机器相关的磁盘空间同样也会被迁移，了解这点很重要。这一过程通过即时块迁移实现 相关信息可以在Red Hat Enterprise Linux 7 虚拟化部署和管理指南 中找到。1.2.1. 迁移虚拟机器的益处迁移对以下情况有帮助：负载均衡一台主机超载时，其虚拟机的一个或多个可以即
25、时迁移到其他主机上。针对主机升级或进行更改需要升级、添加或卸下一台主机的硬件设备时，虚拟机可以安全地转移到其他主机。这也就是说客机不会由于任何一个主机的更改而停机。节能虚拟机器可以重新分配至其他主机，空载主机系统可以在使用率低的时段关机以节省能源和开支。地理迁移为实现更低的延迟或其他特殊情况，虚拟化机器可以转移到另一个物理位置。第 1 章 什么是虚拟化和迁移？3第 2 章 虚拟化的优势及误解虚拟化有许多优势，相应地对它也有诸多误解。本章将涉及这些要点。2.1. 虚拟化的成本一个常见的误区是改用虚拟化的花费过高。引进虚拟化可能花费昂贵，但从长远看是省钱的。为了更好地在您的环境中应用虚拟化，做一个
26、投资回报分析（ROI）是十分重要的。在规划您的环境时，可考虑到以下优势：能耗更少使用虚拟化可以减少对实体平台的需求。这等同于机器运行和冷却时减少了能耗，使能源费用降低。通过使用虚拟化技术，可以减少用于购置多个实体平台的初始费用，以及相应的能耗费用和冷却费用。更少的维护任务如果在实体系统转移至虚拟系统前做好充分的规划，那么用于维护系统的时间将变少。这意味着用于零部件和人工的花费将变少。延长已安装软件的寿命旧版本软件也许不能在最新的裸机上直接运行。然而，通过在更大更快的系统上虚拟地运行旧版本软件，利用新型系统性能，使软件寿命得以延长。可预计成本Red Hat Enterprise Linux 订阅
27、服务为虚拟化提供了一个价格固定的支持模式，使成本易于估算。节省空间把服务器整合到更少机器上意味着所需的物理空间减少。这些节省下来的空间可作它用。2.2. 虚拟化学习曲线目前对虚拟化有个误解，即它学起来十分困难。实际上，学习虚拟化的难易程度和学习其它任何新技术一样。您在管理和支持物理环境时所积累的技能可以很容易地应用到虚拟环境中。虚拟环境运行过程与其对应的物理环境相似，这就保证了虚拟化技术的学习曲线相对比较平缓。2.3. 性能过去由于旧的虚拟化版本只支持单 CPU，使得虚拟机存在显著的性能局限。这产生了一个长期的误解，即虚拟化处理速度慢。然而情况不再如此：现代虚拟化技术已经大大提高了虚拟机的速度
28、。相关的基准数据显示，虚拟机几乎能和传统的裸机系统一样有效运行典型的服务器应用程序。业界标准的 SAP 销售与分配（SD）标准应用基准数据显示，使用 Red Hat Enterprise Linux 6.2 和 KVM，与运行在相同硬件配置的裸机系统相比，虚拟化的效率为 85% 。Red Hat Enterprise Linux 6.1 和 KVM 达到了由标准性能评估机构 ( SPEC ) 制定的 SPECvirt_sc2010 基准中创记录的虚拟化性能标准，它的虚拟性能指标在所公布的所有 SPECvirt 结果中是最佳的。SPECvirt_sc2010 标准衡量了系统部件在虚拟化数据中心服
29、务器中，终端至终端的性能。虚拟化入门指南4注意关于这些虚拟化基准的更多信息，请访问：Red Hat 知识库文章“在 VM 上执行 SAP-SD 效能测试 使用 RHEL / KVM 达到领先效能”，网址为 https:/ http:/www.spec.orgRed Hat Achieves New Top Virtualization Performance Benchmark with HP 一文，网址为http:/ 灾难修复当系统被虚拟化后，灾难修复的过程变得更加快捷和简单。在物理系统中，若一些严重问题发生，通常需要完整地重装操作系统，导致数小时的恢复时间。然而，在虚拟化的系统中，因为可以
30、进行迁移，所以这个恢复过程将非常快速。若启用了实时迁移功能，虚拟机可以在另一台主机上进行重启，因此可能出现的最长停机时间只取决于客机数据恢复的时间。同时，由于虚拟化系统相互间完全独立，一个系统的故障不会影响到其他系统。2.5. 安全性虚拟机使用 SELinux 和 sVirt 以改进虚拟化中的安全性。这一章节是对可供使用的安全选择的一个回顾。2.5.1. 虚拟化安全性特点SELinuxSELinux 由美国国家安全局及其他机构开发，向 Linux 提供强制访问控制（MAC，Mandatory AccessControl）。在 SELinux 的控制下，所有程序和文件被命名为一种“类型 ”，并可
31、以精确控制对这些资源的访问。SELinux 限制攻击者的能力，致力于防止许多常见的安全问题，如缓冲溢出攻击和特权升级。SELinux 强化了Red Hat Enterprise Linux 主机和虚拟化 Red Hat Enterprise Linux 客机的安全模式。在默认情况下，Red Hat Enterprise Linux 7 所提供的虚拟化工具都配置了 SELinux，并经过相关测试。sVirtsVirt 是包含在 Red Hat Enterprise Linux 7 中的一个技术，它把 SELinux 和虚拟化技术整合在一起。sVirt 用强制访问控制来提高虚拟机使用过程中的安全性
32、，它强化了系统，以应对虚拟机监控程序中可能被利用来攻击主机或其它虚拟机载体的故障。注意有关虚拟化安全性的更多信息，请参照Red Hat EnterpriseLinux 7 虚拟化安全指南 。2.6. 服务器和个体机的虚拟化虚拟化不仅为服务器工作；它也可以为个体服务。桌面端虚拟化提供集中管理，一种改进的桌面处理方案，和更好的灾难修复。通过使用连接软件，使得远程连接桌面变为可能。第 2 章 虚拟化的优势及误解5对服务器而言，虚拟化不仅适用于较大的网络服务，也适用于任何带有两个以上服务器的情况服务。它提供实时迁移、高可用性、容错和顺畅型备份。2.6.1. 虚拟化部署方案以下是常见的虚拟化部署方案的例
33、子，和用于部署这些方案的工具。具有多达 3 个物理主机和 10 个客机的小型部署：virt-manager像 virt-manager 这样的工具，对那些运行多个没有严格运行时间要求，或服务等级协议（SLA）的服务器的小型商务用户非常有用。在这种环境下，一个管理员可能就负责整个基础设施，若其中一个部件需要改变，维持程序的灵活性会十分重要。这一环境可能包含一些应用程序，如网络服务器、文件及打印服务器和应用服务器。大的部署或关键应用系统：Red Hat Enterprise 虚拟化（RHEV）像 Red Hat Enterprise Virtualization（RHEV）这样的完全虚拟化平台，可
34、能适合企业实施大型部署或运行关键应用系统。在这种环境下，物理基础设施大到需要信息技术部门和商业要求根据新需求做出准确回应。一些适合 Red Hat Enterprise Virtualization 的大型部署案例可能包含数据库、贸易平台或必须无故障持续运行的信息系统。软件开发者开发管理应用程序：libvirtvirt-manager 和 Red Hat Enterprise Virtualization（RHEV）都使用 libvirt 管理虚拟机。libvirt 一个是虚拟化 API，软件开发者可以使用它来开发和改变管理应用。虚拟化入门指南6第 3 章 红帽虚拟化产品介绍本章介绍了 Red
35、 Hat Enterprise Linux 现有的多种虚拟化产品。3.1. Red Hat Enterprise Linux 的 KVM 和虚拟化何谓 KVM ？KVM（基于内核的虚拟机，Kernel-based Virtual Machine）是为 AMD64 和 Intel 64 硬件上的 Linux提供的完全虚拟化的解决方案，它包括在标准 Red Hat Enterprise Linux 7 内核中。KVM 可运行多种无需修改的 Windows 和 Linux 客机操作系统。 Red Hat Enterprise Linux 的 KVM 虚拟机监控程序使用 libvirt API 和 l
36、ibvirt 的工具程序（如 virt-manager、virsh）进行管理。虚拟机以多线程的 Linux 进程形式运行，并通过上面提到的工具程序进行管理。过度分配KVM 监控程序支持系统资源“过度分配 ”（overcommitting）功能。过度分配意味着可以分配比系统中实际拥有的资源更多的虚拟化 CPU 或内存。过度分配内存允许主机充分利用物理内存来分配更多虚拟内存，从而达到提升客机密度的目的。重要过度分配功能可能对系统稳定性造成风险。更多关于 KVM 过度分配功能的信息和应采取的预防措施，请参照Red Hat Enterprise Linux 7 虚拟化部署与管理指南 。精简配置“精简配
37、置 ”（thin provisioning）允许灵活分配内存，并且为每个客机虚拟机优化可用空间。它产生一种现象，即客机物理内存比实际可用内存更多。这与过度分配功能不同，因为它只适用于存储，而不适用于 CPU 或内存分配。但是，过度分配功能所存在的风险同样适用于这个功能。重要精简配置可能对系统稳定性造成风险。更多关于 KVM 精简配置的信息，和应采取的预防措施，请参照Red Hat Enterprise Linux 7 虚拟化部署与管理指南 。KSMKVM hypervisor 使用的 “Kernel SamePage Merging ”（KSM）允许 KVM 客机共享相同内存页面。这些共享页一
38、般是通用的库或其他相同的、高频使用的数据。KSM 通过避免重复的内存，使具有相同或相似客机操作系统的客机密度更大。注意更多关于 KSM 的信息，请参照Red Hat Enterprise Linux 7 虚拟化部署与管理指南 。QEMU 客机代理“QEMU 客机代理 ”（QEMU Guest Agent）在客机操作系统上运行，通过它，主机可以向客机操作系统发出命令。第 3 章 红帽虚拟化产品介绍7注意更多关于 QEMU 客机代理的信息，请参照Red Hat Enterprise Linux 7 虚拟化部署与管理指南 。Hyper-V 入门知识Red Hat Enterprise Linux 7
39、 的 KVM 实现了几个 Hyper-V 兼容功能，Windows 客机通过使用它们可以提高性能和稳定性，从而使得 Windows 客机如在微软 Hyper-V 虚拟机监控程序上运行一般。注意更多关于Hyper-V 功能性的信息，请参照Red Hat Enterprise Linux 7 虚拟化部署与管理指南 。磁盘 I/O 节流当几个虚拟机同时运行，可能会因为使用过多磁盘 I/O 对系统性能形成干扰。KVM 中的“磁盘 I/O 节流 ”（Disk I/O throttling）对从虚拟机器向主机发出的磁盘 I/O请求作出限定 。这可以防止虚拟机过度使用共享资源，并影响其他虚拟机的性能。注意关
40、于使用磁盘 I/O 节流的指示，请参照Red Hat Enterprise Linux 7 虚拟化调试和优化指南。自动化 NUMA 平衡“自动化 NUMA 平衡 ”功能在不需要对 Red Hat Enterprise Linux7 虚拟机进行手工性能优化的情况下，提高 NUMA 硬件系统上运行的应用程序的性能。自动化 NUMA 平衡功能会把所执行的任务（线程或进程）移到和所需要访问的内存更接近的地方。注意更多关于自动化 NUMA 平衡的信息，请参照Red Hat Enterprise Linux 7 虚拟化调试和优化指南 。虚拟 CPU 热添加虚拟 CPU (vCPU) 热添加功能可以在无需要
41、停机的情况下，根据需要为运行的虚拟机增加处理能力。分配到虚拟机的 vCPU 可能会被添加到运行的客机上，来满足工作量需求，或维持与工作负载相关的服务等级协议 (SLA)。虚拟化入门指南8注意更多关于虚拟 CPU 热添加的信息，请参照Red Hat Enterprise Linux 7 虚拟化调试和优化指南 。KVM 客机虚拟机的兼容性Red Hat Enterprise Linux 7 服务器有特定的支持限定。以下 的 URL 解释了 Red Hat Enterprise Linux 对处理器和内存容量的限制：主机系统：https:/ 虚拟机监控：https:/ https:/ RedHat
42、Enterprise Linux 7 虚拟化部署与管理指南 。3.2. libvirt 和 libvirt 工具程序libvirt 程序包是一个与虚拟机监控程序相独立的虚拟化应用程序接口，它可以与操作系统的一系列虚拟化性能进行交互。libvirt 程序包提供：一个稳定的通用层来安全地管理主机上的虚拟机。一个管理本地系统和连网主机的通用接口。在虚拟机监控程序支持的情况下，部署、创建、修改、监测、控制、迁移以及停止虚拟机操作都需要这些API。尽管 libvirt 可同时访问多个主机，但 API 只限于单节点操作。libvirt 程序包被设计为用来构建高级管理工具和应用程序，例如 virt-mana
43、ger 与 virsh 命令行管理工具。libvirt 主要的功能是管理单节点主机，并提供 API 来列举、监测和使用管理节点上的可用资源，其中包括CPU、内存、储存、网络和非一致性内存访问（NUMA）分区。管理工具可以位于独立于主机的物理机上，并通过安全协议和主机进行交流。Red Hat Enterprise Linux 7 支持 libvirt 以及其包括的基于 libvirt 的工具作为默认虚拟化管理（如 Red HatEnterprise Virtualization 管理）。libvirt 程序包在 GNU 较宽松公共许可证下，可作为免费软件使用。libvirt 项目旨在为运行在不同
44、虚拟机管理程序技术上的虚拟管理工具提供长期稳定的 C API。libvirt 程序包支持 Red Hat Enterprise Linux 5上的 Xen，它还支持 Red Hat Enterprise Linux 5、Red Hat Enterprise Linu 6 及 Red Hat Enterprise Linux 7上的 KVM。virsh第 3 章 红帽虚拟化产品介绍9virsh 命令行工具是基于 libvirt API 创建的命令行工具，它可以作为图形化的 virt-manager 应用的备选工具。没有相关权利的用户可以使用只读的模式运行 virsh 命令，而具有 root 权限
45、的用户可以使用所有的管理功能。virsh 命令可以被用来创建虚拟化任务管理脚本，如安装、启动和停止虚拟机。virt-managervirt-manager 是一个管理虚拟机的图形化桌面工具。它允许访问图形化的客机控制台，并可以执行虚拟化管理、虚拟机创建、迁移和配置等任务。它也提供了查看虚拟机、主机数据、设备信息和性能图形的功能。本地的虚拟机监控程序可以通过单一接口进行管理。注意更多关于 virsh 和 virt-manager 的信息，请参照Red Hat Enterprise Linux 7 虚拟化部署与管理指南 。3.3. 虚拟化硬件设备Red Hat Enterprise Linux 7
46、 的虚拟化功能为虚拟机提供了三种不同形式的系统设备。这三种形式包括：虚拟和仿真设备半虚拟化设备物理共享设备这些硬件设备都被显示为物理连接到虚拟机，但设备的驱动以不同方式工作。3.3.1. 虚拟和仿真设备KVM 在软件中实现了虚拟机的多个核心设备。这些仿真硬件设备对虚拟化操作系统至关重要。仿真设备即完全使用软件实现的虚拟化设备。仿真驱动可能使用物理设备，或虚拟化软件设备。仿真驱动是虚拟机和 Linux 内核（管理源设备）间的“翻译层”。设备层的指示会由 KVM 虚拟机监控程序进行完全转换。任何可以被 Linux 内核识别的同类设备（储存、网络、键盘和鼠标），都可以作为仿真驱动的后端源设备。虚拟化
47、 CPU （vCPU）无论主机 CPU 的数量有多少，主机系统都可以为客机提供多达 160 个虚拟化 CPU （vCPU）。仿真图形设备有两种仿真图形设备可供选择。这类设备可以使用 SPICE （Simple Protocol for IndependentComputing Environments）协议或 VNC 进行连接：Cirrus CLGD 5446 PCI VGA 卡（使用 cirrus 设备）标准 VGA 图形卡，带有 Bochs VESA 扩展程序（硬件等级，包括所有非标准模式）仿真系统组件仿真以下核心系统组件来提供基本系统功能：Intel i440FX 主机 PCI 网桥虚拟
48、化入门指南10PIIX3 PCI 到 ISA 的网桥PS/2 鼠标和键盘EvTouch USB 图形平板设备PCI UHCI USB 控制器与虚拟化 USB 集线器仿真串口EHCI 控制器，虚拟化 USB 存储和 USB 鼠标USB 3.0 xHCI 主机控制器（Red Hat Enterprise Linux 7.1 技术预览）仿真声音设备Red Hat Enterprise Linux 6.1 以上版本提供了仿真（Intel） HDA 声音设备， intel-hda 。此设备由以下客机运行系统进行支持：Red Hat Enterprise Linux 7，用于 x86_64 架构Red Hat Enterprise Linux 6，用于 i386 和 x86_64 架构Red Hat
