KVM虚拟化教程

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KVM (Kernel-based Virtual Machine) 是Linux内核的一个模块，可以将Linux转变为一个hypervisor。本教程将指导您从零开始搭建KVM虚拟化环境，并创建虚拟机。

1. 环境检查

在开始安装KVM之前，首先需要确认您的硬件是否支持虚拟化。

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# 检测CPU是否支持虚拟化，输出大于0则表示支持
egrep -c '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo

# ubuntu也可以安装cpu-checker软件包检查KVM环境
sudo apt install -y cpu-checker

# 运行kvm-ok命令检查，输出"KVM acceleration can be used"即为可用
kvm-ok

2. 软件包安装

根据您的Linux发行版，选择对应的安装方式：

2.1 ARCH系（Arch Linux/Manjaro等）

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# 安装基本组件
sudo pacman -S qemu libvirt ovmf virt-manager virt-viewer dnsmasq vde2 bridge-utils openbsd-netcat

# 安装网络相关组件
sudo pacman -S ebtables iptables

# 安装libguestfs工具
paru -S libguestfs

组件说明：

  • kvm: 负责CPU和内存的虚拟化
  • qemu: 向Guest OS模拟硬件（例如，CPU，网卡，磁盘等）
  • ovmf: 为虚拟机启用UEFI支持
  • libvirt: 提供管理虚拟机和其它虚拟化功能的工具和API
  • virt-manager: 图形界面管理KVM虚拟化

2.2 Debian系（Ubuntu/Debian等）

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# 更新软件包列表
sudo apt update

# 安装KVM及相关工具
sudo apt install qemu-kvm libvirt-daemon-system libvirt-clients bridge-utils libguestfs-tools virt-viewer virt-manager virtinst

# 安装Python绑定（可选）
sudo apt install python3-libvirt

组件说明：

  • qemu-kvm: 即qemu+kvm，kvm负责cpu和内存的虚拟化，而qemu负责IO设备，如网卡和磁盘等的虚拟化
  • libvirt-daemon-system: KVM管理工具，为不同的虚拟机监视器提供了统一的接口
  • libvirt-clients: 包含了一组用于与libvirt库交互的命令行工具，包括：
    • virsh: 用于虚拟机的创建，启动，停止，迁移，克隆，配置文件管理等操作
    • virt-install: 用于GuestOS安装
    • virt-clone: 用于虚拟机克隆
  • bridge-utils: 配置网桥
  • libguestfs-tools: 虚拟机镜像管理工具，包括virt-cat、virt-edit、virt-ls、virt-rescue
  • virt-viewer: 用于虚拟机控制台
  • virt-manager: 图形界面管理KVM虚拟化
  • virtinst: 命令行工具，包括virt-install、virt-clone、virt-manager等
  • python3-libvirt: libvirt库的Python绑定，用于在Python中使用libvirt的功能

3. 启动libvirt服务

安装完成后，需要启动并启用libvirt服务：

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# 启动libvirt服务
sudo systemctl start libvirtd.service

# 设置开机自启
sudo systemctl enable libvirtd.service

# 检查服务状态
sudo systemctl status libvirtd.service

4. 检查KVM模块

确认KVM模块已正确加载：

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$ lsmod | grep kvm
kvm_intel             372736  5
kvm                  1032192  1 kvm_intel

注意：AMD处理器用户会看到kvm_amd而不是kvm_intel

5. 用户权限配置（可选）

为了避免每次操作都需要使用sudo，可以将当前用户添加到kvm和libvirt组。
修改组后，需要重新登录或注销再登录才能使更改生效。

5.1 方法一：直接添加用户到组

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# 添加当前用户到kvm组
sudo usermod -aG kvm $USER

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

# 验证用户是否已加入组中
id $(whoami)
# 输出示例：uid=1001(gycx) gid=1001(gycx) groups=1001(gycx),108(kvm),138(libvirt)

5.2 方法二：修改libvirt配置

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# 编辑libvirt配置文件
sudo vim /etc/libvirt/libvirtd.conf

将UNIX域套接字组所有权设置为libvirt(第85行)：

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unix_sock_group = "libvirt"

设置R/W套接字的UNIX套接字权限（第102行）：

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unix_sock_rw_perms = "0770"

将用户帐户添加到libvirt组：

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sudo usermod -a -G libvirt $(whoami)
newgrp libvirt

重启libvirt守护进程：

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sudo systemctl restart libvirtd.service

6. 启用嵌套虚拟化（可选）

嵌套虚拟化功能使您可以在虚拟机中运行虚拟机，这对于测试和开发环境非常有用。

6.1 Intel处理器

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# 卸载当前kvm_intel模块
sudo modprobe -r kvm_intel

# 重新加载模块并启用嵌套虚拟化
sudo modprobe kvm_intel nested=1

要使此配置持久化，请运行：

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echo "options kvm-intel nested=1" | sudo tee /etc/modprobe.d/kvm-intel.conf

确认嵌套虚拟化已启用：

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systool -m kvm_intel -v | grep nested
# 输出：nested = "Y"
# 输出：nested_early_check = "N"

cat /sys/module/kvm_intel/parameters/nested
# 输出：Y

6.2 AMD处理器

对于AMD处理器，将上述命令中的kvm_intel替换为kvm_amd即可。

7. 网络配置

7.1 创建网桥(br0)，配置同一网段

为实现从本机外访问虚拟机，必须将虚拟机的网卡映射至网桥。virbr0网桥是KVM安装完成后自动创建的，仅做测试用途。

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# 显示网桥信息
brctl show
# 输出示例：
# bridge name     bridge id               STP enabled     interfaces
# virbr0          8000.525400a882e2       yes             virbr0-nic

通过在/etc/netplan目录下创建文件01-netcfg.yaml来新建网桥：

提示：

  1. 使用ifconfig确认当前网口设备、IP地址和MAC地址
  2. 使用ip route获取默认via和metric值
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network:
  ethernets:
    eno2:  # 替换为您的网络接口名称
      dhcp4: false
      dhcp6: false
  bridges:
    br0:
      interfaces: [eno2]  # 替换为您的网络接口名称
      dhcp4: false
      addresses: [192.168.100.123/24]  # 替换为您的IP地址
      macaddress: 7c:c2:55:4d:e1:e9  # 替换为您的MAC地址
      routes:
        - to: default
          via: 192.168.100.1  # 替换为您的网关地址
          metric: 101
      nameservers:
        addresses: [223.5.5.5]  # 替换为您的DNS服务器
      parameters:
        stp: false
      dhcp6: false
  version: 2

应用网络配置：

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sudo netplan apply
ip add show  # 检查配置是否生效

8. 创建虚拟机

创建虚拟机有两种方式，您可以根据自己的喜好选择其中一种：

8.1 图形化创建虚拟机

  1. 运行virt-manager，启动图形化界面进行KVM虚拟机安装
  2. 点击「添加连接」(Add connection)，选择「本地安装介质」(Local install media)
  3. 选择「选择ISO或CDROM安装介质」(Choose ISO or CDROM install media)
  4. 选择要安装的ISO镜像，点击「选择卷」(Choose volume)
  5. 点击「前进」(Forward)
  6. 设置CPU和内存，点击「前进」(Forward)
  7. 点击「为此虚拟机启用存储」(Enable storage for this virtual machine)，并点击「为虚拟机创建磁盘镜像」(Create a disk image for the virtual machine)，选择硬盘大小
  8. 点击「前进」(Forward)
  9. 选择网桥为br0，点击「完成」(Finish)

8.2 命令行创建虚拟机

以下命令创建一个配置为4核CPU、8GB内存、200GB磁盘的Windows 10虚拟机，磁盘为稀疏模式，格式为qcow2，总线类型为virtio：

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virt-install --virt-type=kvm --name=win10 --vcpus=4 --memory=8192 \
  --osinfo=win10 --cdrom=/var/lib/libvirt/images/win10.iso \
  --disk path=/var/lib/libvirt/images/win10.qcow2,size=200,format=qcow2,bus=virtio,sparse \
  --network bridge=br0 --graphics vnc,listen=0.0.0.0 --noautoconsole --force

9. 常用操作命令

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# 列出所有虚拟机
virsh list --all

# 启动虚拟机
virsh start <vm-name>

# 关闭虚拟机（正常关机）
virsh shutdown <vm-name>

# 强制关闭虚拟机
virsh destroy <vm-name>

# 删除虚拟机（先关闭再删除）
virsh undefine <vm-name>

# 克隆虚拟机
virt-clone --original <source-vm> --name <target-vm> --auto-clone