基于KVM解決的虛擬化設計方案應用

文/梁少峰

基于KVM解決的虛擬化設計方案應用

文/梁少峰

本文首先對硬件虛擬化技術進行了簡單的介紹，對KVM的設計原則和設計方案進行了研究，然后詳細地分析了KVM設計方案的應用步驟，以期能提高該設計方案的針對性和實用性。

KVM 虛擬化設計 虛擬化應用

虛擬化設計方案是IBM公司在上個世紀七十年代首先應用的，目前在各大高校的數據中心里，KVM拓撲結構靈活、硬件配置簡單的優勢得到了充分的發揮，對高校教學信息應用、數字圖書館信息加密等進行了統一的管理，很好地降低了高校的維護成本，提高了計算機服務器的利用率。

1 虛擬化設計方案概述

硬件虛擬化設計方案的簡稱就是KVM，它簡單的硬件配置方案可以實現數個操作系統運行于同一臺計算機,并使每個該系統均具有獨立運行的操作軟件。這使得普通計算機的系統能力得到了極大的提升，硬件潛力得到了充分的發揮。虛擬化技術可以將這些系統彼此隔離，互不干擾，然后將計算機的資源按照每個系統的需求進行合理分配，以最大限度地保證每個系統的正常運行。當前的虛擬化技術已經發展成熟，從硬件到軟件都有著完整的解決方案。例如基于X86架構的硬件技術主要是由Intel和AMD提供的VT和AMD—V虛擬化技術，而軟件方面則有Vmware公司的VSpare和 Vmware Workstation、Microsoft公司的Hyper-V和Virtual PC以及Linux系統下的Xen和KVM等；前兩個軟件已經實現了商業化的轉變，進入到了計算機付費軟件的行列當中；KVM依舊是免費的開源系統，但是它還存在著巨大的發展潛力，這也是Linux系統選擇該虛擬化設計方案進入到系統核心的原因之一。

2 虛擬化設計方案的設計

KVM根據應用系統的性質可以分成兩個大類，一類是教學服務器，另一類是環境支持系統下的各種服務器。考慮到篇幅的限制，這里選擇教學服務器作為設計對象。教學服務器專門運行相關的專業軟件，平時運行的壓力不大；但是在開展教學活動時，服務器的負載會迅速增加。教學服務器還可以根據資源利用率細分為兩部分，利用率超過20%的需要單獨設置虛擬機；低于20%的則按照其服務種類進行組合，分配到其他虛擬機中。教學服務器的加密措施由加密狗服務器負責，為了避免不同的加密狗之間出現沖突，可以將加密狗USB直接對應到負責的虛擬機上，形成私有端口；其他的虛擬機包括主機都不能識別和使用該加密狗，以達到消除沖突的目的。服務器中的數據通常是集中存儲，即SAN存儲區域集中存儲方式。該存儲方式是將虛擬機的鏡像文件部署在自己的共享存儲陣列中，當主機出現物理故障時利用集群轉移來重啟虛擬機，從而虛擬機停機時間，保護了數據安全。系統的數據庫要采用分布式數據庫，使數據庫與應用實現分離，這樣既能保證數據庫的數據安全，也有利于降低服務器的負載。

3 KVM虛擬化設計方案的應用

3.1 環境檢查和軟件配置

KVM的基礎是CPU硬件的虛擬化，因此在安裝KVM之前一定要確認本系統的CPU支持虛擬化技術，否則KVM就無法運行。通常CPU都是支持虛擬化的，如Linux內核從2.6.20版本開始就集成了KVM，可以直接運行虛擬化技術，安裝之前只需要核對CPU版本即可；如果出現部分服務器不支持的情況，可以進入BiOS打開CPU的虛擬化支持。

在Ubuntu下安裝KVM模塊和其他軟件的時候，可以使用apt一get install Kkvm來進行添加，并運行Ismod命令來查看添加是否成功，測試KVM模塊能否正常運行；如果顯示添加失敗就使用命令modprobe kvm重新添加。

3.2 建立虛擬磁盤鏡像

虛擬磁盤鏡像就是虛擬機使用的硬盤，一般是系統內的普通鏡像文件；如果虛擬化硬盤需求較大，也可以在系統內的硬盤上建立單獨的物理磁盤分區。虛擬磁盤與物理磁盤不同，不會在應用啟動的時候立即響應并分配運行空間，而是根據系統運行結果，動態的計算需要的空間來進行分配。根據前面的分析，可以將虛擬機以文件方式集中存儲在SAN存儲陣列中，用dd命令創建如下：

dd if=/dev/zero of=hdisk.img bs=1G count=10

該命令會創建一個名稱為hdisk.img的虛擬硬盤，它的容量為l0G，每次虛擬機啟動之后，系統會在10G的磁盤空間中進行動態分配。

3.3 配置虛擬網絡

KVM有NAT和TUN/TAP兩種同絡接入方式，前者不需要設置網絡連接方式即可實現物理主機和虛擬主機共同連接網絡，這是因為該系統內網卡采用DH—CP方式來獲取IP地址；然而虛擬機系統不能和物理主機進行通信，也不會通過絡對外提供服務。前者雖需網橋連接，然而連接后的虛擬主機、物理主機及外部網絡都可以正常通信。這是因為它將物理網卡的ehtO設置成混雜模式，建立起了一個虛擬的網橋brO和虛擬網卡tap0；配置網絡時虛擬網卡tap0和物理網卡ethO都加入了網橋，并被設置成網橋端口，以此來激活虛擬網卡tap0。這樣虛擬主機在啟動之后就能通過虛擬網卡tap0來實現通信，并可根據需要建立一定數量的同樣的虛擬網卡，其IP地址可按照正常系統的DHCP方式或自主方式來進行設置。網橋的IP則要設置成物理主機的IP地址，以保證物理主機的正常通信。

3.4 安裝操作系統

KVM虛擬機具有硬件配置十分靈活的特點，無論是配置設定還是更改都很方便。從CPU、內存、硬盤到網卡、聲卡等硬件，都可以通過虛擬機啟動命令參數來實現對應的啟動，并將啟動后的虛擬機與虛擬磁盤文件對應起來，實現操作系統的運行。一般的服務器都能通過光驅來進行虛擬機的安裝，安裝步驟和安裝完畢后的操作界面與物理系統一致；安裝完畢后將啟動命令中的一boot d參數進行修改，改為一boot c，這樣就可以實現從磁盤鏡像來啟動虛擬機。

4 總結

KVM的起步時間相對較晚，因此其發展程度較低，但是就現階段該虛擬化技術解決方案所表現出來的性能和穩定性已經收到了計算機行業及廣大用戶的青睞。隨著科技發展輔助手段的介入以及人們認知的加深，此設計在電腦上得到廣泛的性能拓展，如泛虛擬化支持、動態遷移、圖形化界面管理等新都將得到應用和推廣。

[1]李馥娟虛擬機在復雜網絡實驗中的應用[J].實驗技術與管理,2009(02).

[2] 徐紅計算機專業虛擬實驗教學環境的改革[J].實驗技術與管理,2009(26).

作者單位清遠市技師學院 廣東省清遠市 511517