个人用云计算学习笔记 --24 虚拟化、KVM 基础使用与热迁移实验、VMware ESXi笔记

iconball2025-12-27 20:01

文章目录

虚拟化技术

一、虚拟化基础概念

1. 核心定义与组件

  • 虚拟化：通过虚拟化软件层（Hypervisor）将物理服务器的硬件资源（CPU、内存、存储等）抽象为虚拟硬件，为多个独立虚拟机提供运行环境，实现物理资源高效复用的技术。

  • 关键组件

    ：

    • 物理机（Host Machine）：搭载硬件与 Host OS（物理机操作系统）的实体服务器；
    • 虚拟机（Guest Machine）：运行在虚拟化层之上的虚拟服务器，搭载 Guest OS（虚拟机操作系统）与应用；
    • Hypervisor（虚拟机监控程序 / VMM）：连接物理资源与虚拟机的核心中间层，负责资源虚拟化与分配。

二、虚拟化发展史

1. 关键时间线与里程碑事件

时间 核心事件
1964 年 IBM 开始在大型机上尝试虚拟化
1972 年 IBM 推出运行在大型机上的虚拟机
1999 年 Xen 正式被开源
2002 年 VMware 推出 x86 架构的虚拟化产品
2006 年 Qumranet 宣布 KVM 诞生
2008 年 微软在 Windows Server 2008 R2 中加入 Hyper-V；Linux 容器 LXC 推出
2010 年 IBM、红帽、惠普和英特尔成立开放虚拟化联盟，加速 KVM 推广
2011 年 红帽 6.0 版本中默认仅提供 KVM 虚拟化机制
2013 年 Docker 推出
2014 年 Rocket 推出

2. 主流虚拟化技术选型

  • 开源方案：KVM（大型企业首选，需具备研发能力）；
  • 商业方案：VMware ESXI（中小型企业首选，易用性强）；
  • 国产方案：FusionCompute（适配国内企业需求）。

三、虚拟化类型及特性

类型 核心实现方式 关键特点
全虚拟化 VMM 实现 CPU、内存、设备 I/O 全虚拟化 无需修改 Guest OS 与硬件，兼容性好；但处理器有额外开销
半虚拟化 VMM 负责 CPU 和内存虚拟化，设备 I/O 虚拟化由 Guest OS 实现 需修改 Guest OS 以协同 VMM，兼容性差；性能优于全虚拟化
硬件辅助虚拟化 借助 CPU 等硬件支持实现高效全虚拟化 无需修改 Guest OS，兼容性与性能兼具，是当前主流发展趋势

注：目前行业已全面采用硬件辅助虚拟化，依赖 CPU 硬件层面的指令集支持。

四、硬件辅助虚拟化的 CPU 支持要求

1. 必备指令集

  • Intel 处理器：需支持 VT-x、vmx 指令集；
  • AMD 处理器：需支持 AMD-V、vmx 指令集。

2. 支持状态检测工具与方法

  • 工具：CPU-Z、LeoMoon CPU-V、Windows 任务管理器、systeminfo 命令；
  • 检测要点：需确认 CPU 是否支持对应指令集，且 BIOS 中已启用虚拟化功能（如虚拟机监视器模式扩展、二级地址转换等）。

五、虚拟化核心特性

1. 四大核心特性

  • 分区：单台物理服务器可划分多个独立资源区域，同时运行多台虚拟机，每台虚拟机搭载独立操作系统与应用，仅感知虚拟硬件。
  • 隔离：虚拟机间相互独立，一台虚拟机的故障（如蓝屏、病毒感染）不会影响其他虚拟机；支持资源配额控制，避免单台虚拟机占用全部资源。
  • 封装：虚拟机的完整运行环境（硬件配置、BIOS、内存 / 磁盘 / CPU 状态）被封装为独立文件，可通过复制、移动文件实现虚拟机迁移。
  • 硬件独立：虚拟机依赖虚拟化层提供的虚拟硬件，与物理服务器硬件无关，无需修改即可在任意 x86 架构服务器（IBM、Dell、HP 等）上运行。

2. 隔离特性验证实验

  • 实验逻辑：同时开启两台虚拟机，使其中一台触发蓝屏故障，观察另一台虚拟机的运行状态；
  • 实验结论：故障虚拟机不会影响其他虚拟机的正常运行，验证隔离特性的有效性。

KVM 基础使用与热迁移实验笔记

一、KVM 基础使用

（一）图形界面操作（virt-manager）

  1. 调出方式：图形界面在应用列表找 "Virtual Machine Manager"，或命令行输入 virt-manager。

  2. 镜像上传：用 MobaXterm 等工具通过 SFTP 连接 KVM 主机（IP：192.168.108.101，端口 22），创建 /iso 目录存放镜像，上传后验证路径。

  3. 虚拟机创建：

    • 新建虚拟机，选择 "本地光盘安装"，浏览至 /iso 目录选择镜像，自动识别系统类型。

      • 配置资源：内存（如 4096MiB）、CPU（如 2 核）、磁盘容量（如 40GiB），设置虚拟机名称（如 win7）。

    • Windows 7 安装：按 Shift+F10 调出 CMD，输入 lusrmgr.msc 启用 Administrator 账户。

      上面这个界面按shift+F10跳出CMD，有些笔记本需要多按Fn

      账户已禁用去勾选



  1. 快照管理：关闭虚拟机后，在配置界面点击 "Create new snapshot"，输入名称和描述即可创建。

  2. 设备扩展：支持通过图形界面为虚拟机添加硬盘、网卡等设备。

（二）命令行操作（virsh/qemu-img/virt-install）

  1. 核心命令：

    • 版本查看：virsh version
    • 虚拟机管理：启动 virsh start 虚拟机名、关机 virsh shutdown 虚拟机名、强制关闭 virsh destroy 虚拟机名、挂起 virsh suspend 虚拟机名、恢复 virsh resume 虚拟机名、列出所有 virsh list --all
    • 自启动设置：启用 virsh autostart 虚拟机名、禁用 virsh autostart --disable 虚拟机名
    • 配置文件：查看 virsh dumpxml 虚拟机名、编辑 virsh edit 虚拟机名

  2. 磁盘操作：

    • 创建磁盘：qemu-img create -f qcow2 磁盘路径 大小（如 /disk/vm2.qcow2 20G）
    • 查看磁盘信息：qemu-img info 磁盘路径

  3. 命令行创建虚拟机（virt-install）：

    bash 复制代码 
    virt-install --name 虚拟机名 --memory 内存大小 --vcpus 核数 --disk path=磁盘路径 --location 镜像路径 --network network=default --noautoconsole
    • 示例：创建 CentOS 7 虚拟机 vm2，内存 4096MiB，2 核 CPU，磁盘路径 /disk/vm2.qcow2，镜像路径 /iso/CentOS-7-x86_64-Minimal-1810.iso。

  4. 虚拟机管理方式：图形界面直接操作，或通过 VNC 连接（创建时指定 --vnclisten=0.0.0.0 --vncport=5903 --vnc，关闭防火墙后连接 IP:端口）。

二、KVM 热迁移实验

（一）实验环境准备

  1. 节点规划：

    • KVM1：192.168.108.101（源主机）

    • KVM2：192.168.108.102（目标主机，通过 KVM1 完整克隆）

    • NFS 服务器：192.168.108.100（共享存储，完整克隆）

  2. 基础配置：

    • 修改 KVM2 和 NFS 主机名：hostnamectl set-hostname 主机名，刷新终端 bash。
    • 配置 IP 地址：编辑 /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens160，修改 IPADDR，重启网络 nmcli connection reload 网卡名。
    • 同步 hosts 文件：KVM1 编辑 /etc/hosts 添加三节点映射，KVM2 和 NFS 通过 scp 复制该文件。

（二）共享存储配置（NFS）

  1. NFS 服务器操作：
    • 创建共享目录：mkdir /nfs
    • 编辑配置文件：vim /etc/exports，添加 /nfs *(rw,no_root_squash,no_subtree_check)
    • 重启服务：systemctl restart nfs-server.service，关闭防火墙 systemctl stop firewalld.service
    • 测试共享：showmount -e localhost 验证。
  2. KVM1/KVM2 操作：
    • 创建挂载目录：mkdir /NFS
    • 测试连接：showmount -e 192.168.108.100 验证 NFS 共享。
    • 图形界面添加共享存储：打开 virt-manager，进入 "Connection Details"，添加存储池，类型选 "Network Exported Directory"，填写 NFS 主机名、源路径 /nfs 和目标路径 /NFS。

（三）热迁移操作

  1. 前提条件：KVM1、KVM2 关闭防火墙 systemctl stop firewalld.service，虚拟机存储位于共享存储（如 /NFS/centos7.0）。

  2. 迁移步骤：

    • 在 KVM1 的 virt-manager 中，右键运行中的虚拟机（如 centos7.0），选择 "Migrate..."。

    • 目标主机选择 KVM2，填写地址 192.168.108.102，端口默认 49152，选择 "Direct" 模式，点击 "Migrate" 完成迁移。

三、核心命令汇总

（一）基础管理命令

功能 命令
调出图形界面 virt-manager
查看 KVM 版本 virsh version
列出所有虚拟机 virsh list --all
启动虚拟机 virsh start 虚拟机名
关闭虚拟机 virsh shutdown 虚拟机名
强制关闭虚拟机 virsh destroy 虚拟机名
挂起虚拟机 virsh suspend 虚拟机名
恢复虚拟机 virsh resume 虚拟机名
设置自启动 virsh autostart 虚拟机名
禁用自启动 virsh autostart --disable 虚拟机名

（二）磁盘与虚拟机创建命令

功能 命令
创建磁盘 qemu-img create -f qcow2 路径 大小
查看磁盘信息 qemu-img info 磁盘路径
命令行创建虚拟机 virt-install --name 名称 --memory 内存 --vcpus 核数 --disk path=磁盘 --location 镜像 --network default --noautoconsole

（三）热迁移相关命令

功能 命令
重启 NFS 服务 systemctl restart nfs-server.service
关闭防火墙 systemctl stop firewalld.service
测试 NFS 共享 showmount -e NFS服务器IP

四、注意事项

  1. 操作前关闭防火墙，避免端口拦截（如 SSH、VNC、NFS 相关端口）。
  2. 热迁移需确保源主机和目标主机的存储、网络配置一致，依赖共享存储（NFS）实现磁盘数据共享。
  3. Windows 系统安装时需启用 Administrator 账户，通过命令行操作完成配置。
  4. 命令行创建的虚拟机可通过图形界面或 VNC 连接管理，灵活适配不同使用场景。

VMware ESXi

一、ESXi 基础定义与定位

  • 定义：VMware 推出的商业级裸金属虚拟化 Hypervisor（虚拟机监控程序 / VMM），直接安装在物理服务器硬件上，无需依赖底层操作系统（Host OS），可将物理资源抽象为虚拟硬件，为多个虚拟机（Guest Machine）提供独立运行环境。
  • 核心定位：虚拟化技术文档中明确的主流商业虚拟化方案，适配中小型企业（无复杂研发能力），是私有云、混合云架构中核心的虚拟化基础设施组件。

二、ESXi 核心特性（契合虚拟化四大核心特点）

1. 分区特性

  • 支持单台物理服务器划分多独立资源区域，同时运行多台虚拟机，每台虚拟机可搭载不同操作系统（如 Ubuntu、Windows、Redhat）及应用，仅感知 ESXi 提供的虚拟硬件（CPU、内存、网卡等）。

2. 隔离特性

  • 虚拟机间完全隔离，单台虚拟机故障（如蓝屏、病毒感染）不会影响其他虚拟机运行；支持资源配额控制，可设置虚拟机最小 / 最大资源使用量，避免资源抢占。

3. 封装特性

  • 虚拟机完整运行环境（硬件配置、BIOS、内存 / 磁盘状态）封装为独立文件（如.vmdk 磁盘文件、.vmx 配置文件），可通过复制、移动文件实现跨服务器迁移。

4. 硬件独立特性

  • 虚拟机依赖 ESXi 提供的标准化虚拟硬件，与物理服务器硬件无关，无需修改即可在任意兼容的 x86 服务器（IBM、Dell、HP 等）上运行，打破硬件与操作系统的约束。

三、ESXi 所属虚拟化类型与技术原理

  • 所属类型：硬件辅助虚拟化（当前行业主流），依赖 CPU 硬件指令集支持（Intel VT-x、vmx 或 AMD AMD-V、vmx）。

  • 技术优势：无需修改 Guest OS，兼具全虚拟化的兼容性与接近物理机的性能，消除了传统软件虚拟化的额外开销。

  • 与其他类型对比：

    虚拟化类型 ESXi 适配性 核心差异
    全虚拟化 不适用（ESXi 为硬件辅助虚拟化） 软件模拟硬件，有 CPU 额外开销
    半虚拟化 不适用 需修改 Guest OS，兼容性差
    硬件辅助虚拟化 完全适配 依赖 CPU 硬件支持，兼容性 + 性能兼具

四、ESXi 硬件支持要求

1. CPU 核心要求

  • 必须支持硬件辅助虚拟化指令集：Intel 处理器需支持 VT-x、vmx；AMD 处理器需支持 AMD-V、vmx。
  • 检测工具：可通过 CPU-Z、LeoMoon CPU-V、systeminfo 命令验证 CPU 指令集支持及 BIOS 中虚拟化功能启用状态。

2. 其他硬件兼容

  • 适配主流 x86 服务器硬件（内存、存储、网卡），支持与华为云等云服务对接（如混合云备份、跨平台资源调度）。

五、ESXi 与其他虚拟化方案对比（基于文档分类）

方案类型 代表产品 适用场景 核心差异
商业方案 VMware ESXi 中小型企业（无研发能力） 易用性强、稳定性高、商业技术支持完善
开源方案 KVM 大型企业（具备研发能力） 免费、可定制化，需自行维护
国产方案 FusionCompute 国内企业（适配国产化需求） 自主可控，支持国产化硬件 / 操作系统

六、ESXi 核心优势（文档隐含特性延伸）

  • 轻量高效：微内核架构，占用物理资源少（仅需数百 MB 存储空间），虚拟化开销低，最大化释放硬件性能。
  • 集中管理：可通过 vCenter Server 集中管理多台 ESXi 主机，实现虚拟机生命周期管理、资源调度、集群高可用（HA）配置。
  • 稳定可靠：支持虚拟机热迁移（vMotion）、硬件故障自动检测、数据冗余存储，保障业务不中断。

七、典型应用场景

  • 中小型企业 IT 基础设施虚拟化：将多台物理服务器整合为 ESXi 集群，运行办公系统、数据库、Web 应用等，降低硬件采购与运维成本。
  • 开发测试环境搭建：快速创建 / 销毁虚拟机，为不同开发 / 测试任务提供独立环境，提升研发效率。
    MB 存储空间），虚拟化开销低，最大化释放硬件性能。
  • 集中管理：可通过 vCenter Server 集中管理多台 ESXi 主机，实现虚拟机生命周期管理、资源调度、集群高可用（HA）配置。
  • 稳定可靠：支持虚拟机热迁移（vMotion）、硬件故障自动检测、数据冗余存储，保障业务不中断。

七、典型应用场景

  • 中小型企业 IT 基础设施虚拟化：将多台物理服务器整合为 ESXi 集群，运行办公系统、数据库、Web 应用等，降低硬件采购与运维成本。
  • 开发测试环境搭建：快速创建 / 销毁虚拟机，为不同开发 / 测试任务提供独立环境，提升研发效率。
  • 混合云部署：作为私有云核心，与公有云（如华为云）协同，实现资源弹性扩展与数据灾备。
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