如何在CentOS 7系统上安装和配置KVM虚拟化？

在当今的数据中心和IT基础设施领域，虚拟化技术已然成为提高资源利用率、增强系统灵活性和降低运营成本的核心支柱，在众多虚拟化解决方案中，基于内核的虚拟机（KVM）凭借其卓越的性能、深度集成于Linux内核的特性以及开源的优势，成为了业界的主流选择，特别是在稳定且广泛应用的CentOS 7操作系统上，KVM更是构建高效、可靠的虚拟化平台的理想基石。

KVM技术核心解析

KVM并非一个独立的应用程序，而是直接集成在Linux内核中的一个模块，这种“内核级”的架构赋予了它无与伦比的优势，它将Linux内核自身转变为一个强大的虚拟机监控程序，能够直接利用内核的调度器、内存管理和其他核心功能。

KVM的实现依赖于几个关键组件的协同工作：

• KVM内核模块：这是虚拟化的核心，负责处理CPU和内存的虚拟化，它根据硬件平台加载相应的模块，如Intel平台的kvm-intel或AMD平台的kvm-amd。
• QEMU：作为一个用户空间程序，QEMU为虚拟机提供硬件的模拟，它负责模拟各种I/O设备，如网卡、磁盘控制器、显卡等，KVM与QEMU的结合堪称完美：KVM处理CPU和内存的高性能虚拟化,而QEMU则负责模拟完整的硬件环境。
• Libvirt：这是一个开源的API、守护进程和管理工具，是管理KVM等虚拟化技术的“瑞士军刀”，它提供了一个统一、稳定且标准化的接口，让上层工具（如virsh命令行工具或virt-manager图形界面）能够方便地创建、监控和管理虚拟机,极大地简化了操作复杂性。

这三者共同构成了在Linux上运行KVM的强大技术栈。

在CentOS 7上部署KVM环境

在CentOS 7上安装和配置KVM环境是一个相对直接的过程,但需要确保系统满足基本要求。

第一步：硬件支持检查

必须确认服务器的CPU支持硬件虚拟化扩展（Intel VT-x或AMD-V）,可以通过以下命令进行检查：

egrep -c '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo

如果返回的结果是大于等于1的数字，则表示CPU支持硬件虚拟化,需要在BIOS或UEFI设置中确保该功能已启用。

第二步：安装必要软件包

使用yum包管理器安装KVM、QEMU、Libvirt以及一系列管理工具和网络工具：

yum update -y
yum install -y qemu-kvm qemu-img virt-manager libvirt libvirt-python libvirt-client virt-install virt-viewer bridge-utils

这些软件包分别承担了不同的角色：qemu-kvm和qemu-img是核心模拟器和磁盘管理工具；virt-manager是图形化管理界面；libvirt及其相关组件是管理API和客户端；bridge-utils则用于配置网络桥接。

第三步：启动并启用Libvirt服务

安装完成后，需要启动libvirtd守护进程，并将其设置为开机自启,以确保虚拟化服务持续可用：

systemctl start libvirtd
systemctl enable libvirtd

第四步：验证安装

通过检查内核模块是否已加载来验证KVM是否安装成功：

lsmod | grep kvm

如果能看到kvm_intel或kvm_amd以及kvm模块被列出,说明KVM已成功部署。

网络配置：NAT与桥接

网络是虚拟机与外部世界通信的桥梁，KVM通过Libvirt提供了灵活的网络配置模式,其中最常用的是NAT和桥接模式。

特性	NAT模式	桥接模式
网络连接	虚拟机通过一个私有网络（默认virbr0）连接，宿主机充当路由器。	虚拟机直接连接到宿主机的物理网络，如同局域网中的一台独立物理机。
IP地址	虚拟机从Libvirt内置的DHCP服务器获取私有IP（如192.168.122.x）。	虚拟机从外部网络的DHCP服务器获取与宿主机在同一网段的公网IP。
易用性	配置简单，开箱即用，无需额外网络设置。	配置相对复杂，需要创建网桥并关联物理网卡。
适用场景	测试环境、开发环境，或对公网访问需求不高的场景。	生产环境，需要虚拟机对外提供服务，或需要与局域网内其他设备直接通信的场景。

对于生产环境，桥接模式通常是首选，因为它提供了最好的网络性能和可达性，在CentOS 7中，可以通过创建网桥配置文件（如ifcfg-br0）并修改物理网卡配置文件（如ifcfg-eno1）将其桥接到br0上来实现。

虚拟机生命周期管理

一旦环境搭建完成，就可以使用virt-install命令行工具来创建虚拟机,一个典型的创建命令如下：

virt-install 
--name centos7-vm 
--ram 2048 
--vcpus 2 
--disk path=/var/lib/libvirt/images/centos7-vm.qcow2,size=20 
--cdrom /path/to/CentOS-7-x86_64-DVD.iso 
--network network=default 
--graphics spice

这个命令会创建一个名为centos7-vm的虚拟机，分配2GB内存和2个虚拟CPU，创建一个20GB的磁盘,并使用指定的ISO文件进行安装。

日常管理则主要通过virsh命令完成，

• virsh list --all：列出所有虚拟机（包括运行中和已关闭的）。
• virsh start centos7-vm：启动指定的虚拟机。
• virsh shutdown centos7-vm：正常关闭虚拟机。
• virsh console centos7-vm：连接到虚拟机的串行控制台。

KVM的核心优势

选择在CentOS 7上使用KVM,主要是看中了其多方面的综合优势：

• 高性能：由于直接集成于内核，减少了额外的虚拟化层开销,虚拟机的CPU和内存性能可以接近于物理机。
• 安全性：利用SELinux（Security-Enhanced Linux）和sVirt技术，可以为每个虚拟机提供强制访问控制，实现强大的安全隔离,防止单个虚拟机被攻破后影响宿主机或其他虚拟机。
• 稳定可靠：作为Linux内核的一部分，KVM继承了Linux的稳定性和成熟的生态系统,经过长期的企业级应用验证。
• 开源与生态：完全开源，无许可证费用，拥有庞大的社区和丰富的生态圈，与OpenStack、oVirt等主流云计算和虚拟化管理平台无缝集成。
• 灵活性与可扩展性：支持广泛的客户机操作系统，并且可以轻松地进行横向和纵向扩展,满足从几台到数千台虚拟机的管理需求。

CentOS 7与KVM的结合为企业级应用提供了一个功能强大、性能卓越且成本效益极高的虚拟化平台，无论是用于构建私有云、服务器整合，还是用于开发和测试,它都是一个非常值得信赖的解决方案。

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相关问答 (FAQs)

Q1: 为什么我的KVM虚拟机运行缓慢，应如何进行性能优化？

A1: KVM虚拟机性能不佳通常与I/O驱动、资源分配不当或配置有关,主要的优化方向包括：

1. 使用VirtIO驱动：确保在虚拟机内部安装了VirtIO半虚拟化驱动，对于磁盘和网卡，VirtIO驱动相比传统的模拟设备（如IDE、E1000）能提供数倍的性能提升，在安装系统时,通常需要加载VirtIO的驱动镜像。
2. 优化磁盘I/O：在创建或编辑虚拟机磁盘时，使用cache=writeback或cache=none（如果宿主机有电池备份缓存）可以显著提升磁盘写入性能，为虚拟机使用qcow2格式并启用预分配可以减少碎片。
3. 合理分配CPU和内存：避免过度分配资源，为虚拟机分配的vCPU数量不应超过宿主机的物理核心数，对于I/O密集型应用,可以适当增加内存以减少交换。
4. 检查宿主机负载：确保宿主机本身没有资源瓶颈（如CPU、内存或磁盘I/O饱和）,这会直接影响所有虚拟机的性能。

Q2: 我可以在没有图形界面的情况下远程管理CentOS 7上的KVM虚拟机吗？

A2: 当然可以，无图形化管理是服务器环境的常态，KVM通过virsh和SSH提供了非常强大的远程管理能力。
最常用的方法是利用SSH隧道，你可以在任何一台安装了libvirt-client的Linux客户端上,通过以下命令直接管理远程KVM主机：

virsh -c qemu+ssh://root@remote_host_ip/system list --all

这条命令会通过SSH连接到remote_host_ip，并以root用户身份执行virsh list --all命令，之后的所有virsh操作（如start、shutdown、dumpxml等）都可以通过在命令前加上-c qemu+ssh://...参数来远程执行，这种方式安全、高效，是自动化运维和脚本管理的首选，也可以考虑部署基于Web的管理工具，如Cockpit（需安装cockpit-machines插件）,它提供了一个简洁的Web界面来管理虚拟机。