第69章：KVM/QEMU 虚拟化

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第六十九章：KVM/QEMU 虚拟化

69.1 KVM 简介

什么是 KVM？

KVM（Kernel-based Virtual Machine）是 Linux 内核原生虚拟化技术，让你的 Linux 变成"虚拟机管理员"。

graph LR
    A[物理服务器] --> B[Linux 内核]
    B --> C[KVM 模块]
    C --> D[虚拟机1]
    C --> E[虚拟机2]
    C --> F[虚拟机N]
    
    style B fill:#f9f
    style C fill:#9f9

KVM vs 其他虚拟化

对比KVMVMwareVirtualBox
平台Linux 原生跨平台跨平台
性能极高（内核级）高中等
复杂度较高简单简单
费用免费开源商业免费
适用服务器桌面/服务器桌面

KVM 原理

graph TB
    subgraph 物理硬件
        CPU[CPU 虚拟化扩展]
        MEM[内存]
        DISK[磁盘]
        NET[网卡]
    end
    
    subgraph KVM
        KVM[KVM.ko 内核模块]
        QEMU[QEMU 模拟器]
    end
    
    subgraph 虚拟机
        V1[VM1] --> G1[Guest]
        V2[VM2] --> G2[Guest]
    end
    
    CPU --> KVM
    MEM --> KVM
    DISK --> QEMU
    NET --> QEMU
    
    KVM --> V1
    QEMU --> V2

KVM 需要什么？

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# 1. 检查 CPU 支持虚拟化
grep -E '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo

# 如果有 vmx（Intel）或 svm（AMD）输出，说明支持

# 2. 检查 KVM 模块是否加载
lsmod | grep kvm

# 如果没有加载，手动加载
sudo modprobe kvm
sudo modprobe kvm_intel    # Intel CPU
# 或
sudo modprobe kvm_amd      # AMD CPU

69.2 KVM 安装

Ubuntu/Debian 安装

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# 更新系统
sudo apt update
sudo apt upgrade -y

# 安装 KVM 和相关工具
sudo apt install qemu-kvm libvirt-daemon libvirt-daemon-system \
    bridge-utils virt-manager virt-viewer \
    libosinfo-bin cloud-image-utils \
    genisoimage acpica-tools

# 启动 libvirt 服务
sudo systemctl enable libvirtd
sudo systemctl start libvirtd

# 添加当前用户到 libvirt 组（免 sudo）
sudo usermod -aG libvirt $USER
sudo usermod -aG kvm $USER

# 重新登录使配置生效

CentOS/RHEL 安装

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# 安装 KVM
sudo yum install -y qemu-kvm libvirt virt-install \
    bridge-utils libvirt-client virt-manager

# 启动服务
sudo systemctl enable libvirtd
sudo systemctl start libvirtd

# 添加用户到组
sudo usermod -aG libvirt $USER
sudo usermod -aG kvm $USER

验证安装

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# 检查 libvirt 连接
virsh list --all

# 查看 KVM 状态
virsh nodeinfo

# 预期输出示例：
# CPU model:           x86_64
# CPU(s):              8
# CPU frequency:       3200 MHz
# CPU(s):              8
# Memory size:         32768 MiB

69.3 virsh 命令行管理

virsh 是管理 KVM 虚拟机的命令行工具。

virsh list

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# 列出正在运行的虚拟机
virsh list

# 列出所有虚拟机（包括关闭的）
virsh list --all

# 预期输出：
#  Id    Name                           State
# ----------------------------------------------------
#  1     web-server                    running
#  2     db-server                    running
#  -     centos7-vm                   shut off

virsh start/stop

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# 启动虚拟机
virsh start web-server

# 关闭虚拟机（优雅关机）
virsh shutdown web-server

# 强制关闭（拔电源）
virsh destroy web-server

# 重启虚拟机
virsh reboot web-server

# 暂停（挂起）
virsh suspend web-server

# 恢复运行
virsh resume web-server

# 设置自动启动
virsh autostart web-server

# 取消自动启动
virsh autostart --disable web-server

virsh console

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# 连接虚拟机控制台
virsh console web-server

# 退出控制台
# 按 Ctrl + ]

# 如果需要在虚拟机内部配置 console
# CentOS/RHEL:
sudo systemctl enable serial-getty@ttyS0
sudo systemctl start serial-getty@ttyS0

# Ubuntu:
sudo systemctl enable serial-getty@ttyS0
sudo systemctl start serial-getty@ttyS0

virsh edit

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# 编辑虚拟机配置（XML 格式）
virsh edit web-server

# 常用配置修改示例：
# - 调整内存、CPU
# - 修改网络配置
# - 添加磁盘
# - 修改启动顺序

# 查看完整配置
virsh dumpxml web-server > web-server.xml

# 从 XML 文件定义虚拟机
virsh define web-server.xml

更多 virsh 命令

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# 查看虚拟机信息
virsh dominfo web-server

# 查看虚拟机 vCPU 使用
virsh vcpuinfo web-server

# 设置 vCPU 亲和性
virsh vcpupin web-server --vcpu 0 --cpulist 0-3

# 查看虚拟机磁盘
virsh domblklist web-server

# 查看虚拟机网络
virsh domiflist web-service

69.4 libvirt 库

libvirt 是 KVM 的管理 API，提供统一的虚拟化管理接口。

libvirt 架构

graph LR
    A[ virt-manager<br/>图形界面 ] --> B[ virsh<br/>命令行 ]
    B --> C[ libvirt<br/>API 库 ]
    C --> D[ QEMU/KVM ]
    
    E[ terraform<br/>自动化 ] --> C
    F[ oVirt<br/>企业平台 ] --> C
    G[ OpenStack<br/>云平台 ] --> C

libvirt 网络

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# 查看网络
virsh net-list --all

# 默认网络（NAT）
# 10.0.3.0/24

# 创建桥接网络
cat > bridge-network.xml << 'EOF'
<network>
  <name>bridge-net</name>
  <forward mode="bridge"/>
  <bridge name="br0"/>
</network>
EOF

# 定义网络
virsh net-define bridge-network.xml

# 启动网络
virsh net-start bridge-net

# 设置自启动
virsh net-autostart bridge-net

存储池管理

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# 查看存储池
virsh pool-list --all

# 创建目录存储池
virsh pool-define-as default-pool --type dir --target /var/lib/libvirt/images
virsh pool-build default-pool
virsh pool-start default-pool
virsh pool-autostart default-pool

# 创建 LVM 存储池
virsh pool-define-as lvm-pool --type lvm \
    --source-dev /dev/vg_kvm \
    --source-name vg_kvm \
    --target /dev/vg_kvm
virsh pool-start lvm-pool

# 删除存储池
virsh pool-destroy default-pool
virsh pool-undefine default-pool

69.5 virt-manager 图形化管理

virt-manager 是 KVM 的图形化管理工具，适合新手。

安装

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# Ubuntu/Debian
sudo apt install virt-manager

# CentOS/RHEL
sudo yum install virt-manager

# 启动
virt-manager

图形界面功能

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# virt-manager 主要功能：
# 1. 创建虚拟机（图形向导）
# 2. 查看虚拟机状态
# 3. 打开虚拟机控制台
# 4. 编辑虚拟机配置
# 5. 管理存储池
# 6. 管理网络
# 7. 克隆虚拟机
# 8. 快照管理

创建虚拟机流程

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# 1. 点击"新建"按钮
# 2. 选择安装方式：
#    - 本地安装介质（ISO）
#    - 网络安装（URL）
#    - 导入已有磁盘
# 3. 分配 CPU、内存
# 4. 配置存储
# 5. 配置网络
# 6. 完成安装

69.6 虚拟机创建

使用 virt-install

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# 1. 创建虚拟机（最小化安装 CentOS）
sudo virt-install \
    --name centos7-vm \
    --ram 2048 \
    --vcpus 2 \
    --disk path=/var/lib/libvirt/images/centos7.qcow2,size=20 \
    --cdrom /path/to/CentOS-7-x86_64-DVD.iso \
    --network network=default \
    --graphics vnc \
    --os-variant rhel7

# 2. 创建虚拟机（Ubuntu Server）
sudo virt-install \
    --name ubuntu-vm \
    --ram 4096 \
    --vcpus 4 \
    --disk path=/var/lib/libvirt/images/ubuntu.qcow2,size=40 \
    --cdrom /path/to/ubuntu-22.04-live-server-amd64.iso \
    --network network=default \
    --graphics vnc \
    --os-variant ubuntu22.04

# 3. 从网络安装（不需要 ISO）
sudo virt-install \
    --name fedora-vm \
    --ram 2048 \
    --vcpus 2 \
    --disk path=/var/lib/libvirt/images/fedora.qcow2,size=20 \
    --location https://mirror.example.com/fedora/38/Server/x86_64/ \
    --network network=default \
    --graphics vnc \
    --os-variant fedora38

常用选项

选项说明示例
–name虚拟机名称–name web-server
–ram内存（MB）–ram 4096
–vcpusCPU 数量–vcpus 4
–disk磁盘路径和大小–disk path=…,size=20
–cdromISO 路径–cdrom /path/to.iso
–network网络类型–network network=default
–graphics图形配置–graphics vnc
–os-variant操作系统类型–os-variant ubuntu22.04

创建 Windows 虚拟机

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# 1. 需要添加 VirtIO 驱动
wget https://fedorapeople.org/groups/virt/virtio-win/direct-downloads/stable-virtio/virtio-win.iso

# 2. 创建 Windows VM
sudo virt-install \
    --name windows-vm \
    --ram 4096 \
    --vcpus 4 \
    --disk path=/var/lib/libvirt/images/win.qcow2,size=60,bus=virtio \
    --cdrom /path/to/windows.iso \
    --disk path=/var/lib/libvirt/images/virtio-win.iso,device=cdrom \
    --network network=default,model=virtio \
    --graphics vnc \
    --os-variant win10

69.7 虚拟机快照

快照是虚拟机的"存档"，可以随时恢复。

创建快照

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# 1. 查看快照
virsh snapshot-list web-server

# 2. 创建快照（虚拟机需要运行）
virsh snapshot-create-as web-server \
    --name "before-update" \
    --description "Update 前的快照"

# 3. 创建离线快照（虚拟机关闭状态）
virsh snapshot-create-as centos7-vm \
    --name "clean-install" \
    --disk-only

# 4. 查看快照 XML
virsh snapshot-dumpxml web-server --snapshotname "before-update"

恢复快照

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# 1. 恢复到指定快照
virsh snapshot-revert web-server --snapshotname "before-update"

# 2. 查看当前快照
virsh snapshot-current web-server

删除快照

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# 删除快照
virsh snapshot-delete web-server --snapshotname "before-update"

# 删除快照链中的所有
virsh snapshot-delete web-server --current

快照管理脚本

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#!/bin/bash
# backup_vm.sh - 虚拟机快照备份

VM_NAME=$1
SNAPSHOT_NAME="backup-$(date +%Y%m%d_%H%M%S)"

if [ -z "$VM_NAME" ]; then
    echo "用法: $0 <虚拟机名称>"
    exit 1
fi

echo "为 $VM_NAME 创建快照: $SNAPSHOT_NAME"

# 创建快照
virsh snapshot-create-as "$VM_NAME" \
    --name "$SNAPSHOT_NAME" \
    --description "自动备份快照"

# 列出所有快照
echo "当前快照列表："
virsh snapshot-list "$VM_NAME"

# 保留最近5个快照
SNAPSHOT_COUNT=$(virsh snapshot-list "$VM_NAME" | wc -l)
if [ $SNAPSHOT_COUNT -gt 6 ]; then
    OLDEST=$(virsh snapshot-list "$VM_NAME" | head -3 | tail -1 | awk '{print $1}')
    echo "删除旧快照: $OLDEST"
    virsh snapshot-delete "$VM_NAME" --snapshotname "$OLDEST"
fi

echo "备份完成！"

69.8 存储池管理

存储池类型

类型说明适用场景
dir目录简单文件存储
fs文件系统挂载的 NFS
logicalLVM高性能
rbdCeph RBD生产环境
glusterfsGlusterFS分布式存储

创建存储池

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# 1. 创建目录存储池
virsh pool-define-as default-pool dir \
    --target /var/lib/libvirt/images
virsh pool-build default-pool
virsh pool-start default-pool

# 2. 创建 LVM 存储池
virsh pool-define-as lvm-pool logical \
    --source-dev /dev/sdb \
    --source-name vg_libvirt \
    --target /dev/vg_libvirt
virsh pool-build lvm-pool
virsh pool-start lvm-pool

# 3. 创建 Ceph RBD 存储池
virsh pool-define-as ceph-pool rbd \
    --source-name libvirt_pool \
    --source-host ceph-mon \
    --auth-username admin \
    --secret-usage libvirt_ceph
virsh pool-start ceph-pool

存储卷管理

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# 在存储池中创建卷
virsh vol-create-as default-pool ubuntu22.04.qcow2 40G --format qcow2

# 查看卷
virsh vol-list default-pool

# 克隆卷
virsh vol-clone original.qcow2 new-clone.qcow2 --pool default-pool

# 调整卷大小
virsh vol-resize ubuntu22.04.qcow2 80G --pool default-pool --capacity 80G

# 删除卷
virsh vol-delete ubuntu22.04.qcow2 --pool default-pool

69.9 网络配置

网络模式

模式说明特点
NAT网络地址转换虚拟机可访问主机，外部访问需端口映射
桥接虚拟机像真实机器虚拟机占用真实 IP
隔离虚拟机之间互通与外部隔绝
路由虚拟机通过主机路由需要路由配置

配置桥接网络

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# 1. 查看物理网卡
ip link show

# 2. 创建桥接网卡 br0
sudo nano /etc/network/interfaces

# auto lo
# iface lo inet loopback

# 桥接配置
auto br0
iface br0 inet static
    address 192.168.1.100
    netmask 255.255.255.0
    gateway 192.168.1.1
    bridge_ports enp0s3
    bridge_stp off
    bridge_fd 0
    bridge_maxwait 0

# 3. 重启网络
sudo systemctl restart networking

# 4. 验证桥接
brctl show

virsh 网络配置

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# 创建 NAT 网络（默认）
cat > nat-network.xml << 'EOF'
<network>
  <name>nat-net</name>
  <forward mode='nat'/>
  <bridge name='virbr1' stp='on' delay='0'/>
  <ip address='192.168.100.1' netmask='255.255.255.0'>
    <dhcp>
      <range start='192.168.100.128' end='192.168.100.254'/>
    </dhcp>
  </ip>
</network>
EOF

virsh net-define nat-network.xml
virsh net-start nat-net
virsh net-autostart nat-net

连接到桥接网络

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# 方式一：修改虚拟机配置
virsh edit web-server

# 将：
# <interface type='network'>
#   <source network='default'/>
# </interface>
# 改为：
# <interface type='bridge'>
#   <source bridge='br0'/>
# </interface>

# 方式二：命令行修改
virsh detach-interface web-server bridge --current
virsh attach-interface web-server bridge br0 --current

本章小结

本章我们学习了 KVM/QEMU 虚拟化技术：

组件说明
KVMLinux 内核虚拟化模块
QEMU硬件模拟器
libvirt虚拟化管理 API
virsh命令行管理工具
virt-manager图形化管理工具

KVM 工作流程：

graph LR
    A[物理服务器] --> B[Linux 内核]
    B --> C[KVM 模块]
    C --> D[虚拟机]
    E[QEMU] --> D
    F[libvirt] --> E
    G[virsh/virt-manager] --> F

💡 温馨提示： KVM 是 Linux 服务器虚拟化的首选方案，性能接近物理机。生产环境建议配合 Ceph 分布式存储和 OpenStack 云平台使用！

第六十九章：KVM/QEMU — 完结！ 🎉

下一章我们将学习"其他虚拟化技术"，包括 Proxmox、Podman、Docker Desktop、Hyper-V。敬请期待！ 🚀

最后修改 March 24, 2026: 新增JavaScript教程 (37305c4)