锅总浅析虚拟化技术

常见的虚拟化技术有哪些？KVM集群解决方案有哪些？如何用Libvirt操作KVM组成集群？PVE构建虚拟化的特性和其架构又是怎样的？希望读完本文，能帮您解答这些疑惑！

一、常见虚拟化技术概述

虚拟化技术是一种通过软件创建虚拟版本的计算机资源的技术。以下是几种常见的虚拟化技术及其概述：

1. 硬件虚拟化（Hardware Virtualization）：
   • 简介：利用虚拟机监控器（Hypervisor）在物理硬件上创建和管理虚拟机。
   • 常见软件：VMware ESXi、Microsoft Hyper-V、KVM（Kernel-based Virtual Machine）、Xen。
2. 操作系统级虚拟化（OS-level Virtualization）：
   • 简介：在操作系统级别进行虚拟化，每个虚拟环境共享相同的操作系统内核，但彼此隔离。
   • 常见软件：Docker、LXC（Linux Containers）、OpenVZ、rkt。
3. 应用程序虚拟化（Application Virtualization）：
   • 简介：将应用程序与底层操作系统隔离，使其可以在不同环境中运行。
   • 常见软件：VMware ThinApp、Microsoft App-V、Citrix XenApp。
4. 桌面虚拟化（Desktop Virtualization）：
   • 简介：允许用户通过网络访问虚拟桌面，提供集中管理和更高的安全性。
   • 常见软件：VMware Horizon、Citrix Virtual Apps and Desktops、Microsoft Remote Desktop Services (RDS)。
5. 网络虚拟化（Network Virtualization）：
   • 简介：将物理网络资源抽象成虚拟网络，提供更灵活的网络管理和配置。
   • 常见软件：VMware NSX、Cisco ACI（Application Centric Infrastructure）、OpenStack Neutron。
6. 存储虚拟化（Storage Virtualization）：
   • 简介：将物理存储设备抽象成虚拟存储池，提供更高效的存储管理。
   • 常见软件：IBM SAN Volume Controller (SVC)、VMware vSAN、Dell EMC VPLEX。
7. 数据虚拟化（Data Virtualization）：
   • 简介：将数据从多个来源抽象成一个虚拟视图，方便数据访问和管理。
   • 常见软件：Denodo、Red Hat JBoss Data Virtualization、Informatica Data Virtualization。
8. GPU 虚拟化（GPU Virtualization）：
   • 简介：将物理 GPU 资源虚拟化，使多个虚拟机共享同一 GPU。
   • 常见软件：NVIDIA GRID、AMD MxGPU、Intel GVT-g。

这些虚拟化技术在数据中心、云计算、桌面管理、开发和测试环境中都有广泛应用，帮助提高资源利用率、灵活性和管理效率。

二、KVM集群解决方案

KVM（Kernel-based Virtual Machine）本身是一个 Linux 内核模块，用于将 Linux 主机变成一个虚拟化的 Hypervisor。虽然 KVM 本身不直接提供集群管理功能，但可以通过一系列开源工具和平台来实现 KVM 虚拟机的集群管理。以下是一些常用的工具和平台：

1. oVirt：
   • 简介：一个开源的虚拟化管理平台，基于 KVM 和 libvirt。
   • 功能：提供集中管理、多主机集群、虚拟机迁移、存储管理、网络管理等功能。
   • 特点：Web 界面，支持高可用性和负载均衡。
2. OpenStack：
   • 简介：一个开源的云计算平台，可以通过 Nova 组件管理 KVM 虚拟机。
   • 功能：提供计算、网络、存储等资源的全面管理，支持虚拟机的创建、删除、快照、迁移等操作。
   • 特点：支持大规模部署，适用于构建私有云和公共云环境。
3. Proxmox VE：
   • 简介：一个开源的虚拟化管理平台，支持 KVM 和 LXC。
   • 功能：提供集群管理、虚拟机和容器管理、备份和恢复、网络和存储管理等功能。
   • 特点：易于安装和使用，具有直观的 Web 界面。
4. Libvirt：
   • 简介：一个开源 API，用于管理虚拟化技术，包括 KVM。
   • 功能：提供虚拟机的创建、配置、控制和监控等功能。
   • 特点：支持多种虚拟化后端，如 KVM、QEMU、Xen、LXC 等，通常与其他工具结合使用。
5. Kimchi：
   • 简介：一个开源的 Web 管理工具，基于 libvirt，专门用于管理 KVM 虚拟机。
   • 功能：提供虚拟机的创建、删除、启动、停止等基本管理功能。
   • 特点：简单易用的 Web 界面，适合小规模环境。
6. Ganeti：
   • 简介：一个用于集群管理的开源工具，专为 KVM 和 Xen 虚拟机设计。
   • 功能：提供虚拟机的创建、迁移、复制、故障恢复等功能。
   • 特点：专注于高可用性和集群管理，适用于大型部署。

通过这些工具和平台，可以实现 KVM 虚拟机的集群管理和运维，满足不同规模和需求的虚拟化环境。

三、Libvirt操作KVM组成集群样例

使用 libvirt 和 KVM 组成集群可以通过结合一些工具实现，如 Pacemaker 和 Corosync 来提供高可用性和集群管理功能。下面是一个简单的例子，展示如何使用 libvirt 和 KVM 配置一个基本的高可用性集群。

特别提示：本示例仅供演示，实际应用中请经过充分测试！！！

准备工作

安装所需软件：

sudo apt-get update
sudo apt-get install -y qemu-kvm libvirt-bin virt-manager pacemaker corosync pcs fence-agents

• 在所有节点上安装 KVM、libvirt、Pacemaker 和 Corosync。

启用并启动 libvirt 和 pacemaker 服务：

sudo systemctl enable libvirtd
sudo systemctl start libvirtd
sudo systemctl enable pacemaker
sudo systemctl start pacemaker

配置 Corosync

配置 Corosync：

sudo nano /etc/corosync/corosync.conf

配置文件示例：

totem {
    version: 2
    secauth: off
    cluster_name: mycluster
    transport: udpu
    interface {
        ringnumber: 0
        bindnetaddr: 192.168.1.0
        mcastport: 5405
        ttl: 1
    }
}

nodelist {
    node {
        ring0_addr: node1
        nodeid: 1
    }
    node {
        ring0_addr: node2
        nodeid: 2
    }
}

quorum {
    provider: corosync_votequorum
}

• 编辑 Corosync 配置文件（通常位于 /etc/corosync/corosync.conf），添加集群成员信息。

启动 Corosync 服务：

sudo systemctl enable corosync
sudo systemctl start corosync

配置 Pacemaker

启动 Pacemaker 服务：

sudo systemctl enable pacemaker
sudo systemctl start pacemaker

设置集群：

sudo pcs cluster auth node1 node2 -u hacluster -p mypassword
sudo pcs cluster setup --name mycluster node1 node2
sudo pcs cluster start --all
sudo pcs cluster enable --all

• 在其中一个节点上使用 pcs 命令行工具配置集群。

创建和配置资源：

sudo pcs resource create my-vm ocf:heartbeat:VirtualDomain \
    config="/etc/libvirt/qemu/my-vm.xml" \
    hypervisor="qemu:///system" \
    migration_transport=ssh \
    meta allow-migrate=true

• 使用 pcs 创建虚拟机资源，并将其添加到集群中进行管理。

虚拟机配置

创建虚拟机：

sudo virt-install --name=my-vm --ram=1024 --vcpus=1 --disk path=/var/lib/libvirt/images/my-vm.qcow2,size=10 --network bridge=virbr0 --os-type=linux --os-variant=generic --graphics none --console pty,target_type=serial --location 'http://archive.ubuntu.com/ubuntu/dists/bionic/main/installer-amd64/' --extra-args 'console=ttyS0,115200n8 serial'

• 使用 virt-manager 或 virt-install 创建一个 KVM 虚拟机。

配置虚拟机：

<domain type='kvm'>
  <name>my-vm</name>
  <memory unit='KiB'>1048576</memory>
  <vcpu placement='static'>1</vcpu>
  <os>
    <type arch='x86_64' machine='pc-i440fx-2.9'>hvm</type>
  </os>
  ...
</domain>

• 编辑虚拟机配置文件（/etc/libvirt/qemu/my-vm.xml），确保其路径和名称正确。

验证和测试

检查集群状态：

sudo pcs status

测试虚拟机迁移：

sudo pcs cluster standby node1

• 通过停止主节点或使用 pcs 命令模拟故障，验证虚拟机是否能够在其他节点上自动迁移和启动。

通过上述步骤，你可以使用 libvirt 和 KVM 配置一个基本的高可用性集群，并利用 Pacemaker 和 Corosync 实现虚拟机的自动迁移和故障恢复。

四、PVE构建虚拟化

Proxmox VE（Proxmox Virtual Environment，Proxmox 虚拟环境）是一种开源的服务器虚拟化平台，基于 Debian 操作系统，支持 KVM（Kernel-based Virtual Machine）和 LXC（Linux Containers）技术。Proxmox VE 提供了一个集成的 Web 界面，用于管理虚拟机、容器、存储和网络。它适用于各种规模的企业，特别是在构建和管理私有云和数据中心方面表现出色。

主要特性

1. 虚拟化支持：
   • KVM 虚拟化：支持完整的虚拟机，适用于运行需要高性能和隔离的工作负载。
   • LXC 容器：轻量级虚拟化，适用于运行需要快速启动和高密度部署的工作负载。
2. 集群管理：
   • 集群功能：可以将多个 Proxmox VE 节点组成一个集群，实现集中管理和资源共享。
   • 高可用性：支持虚拟机的高可用性（HA），自动在其他节点上重启故障节点上的虚拟机。
3. 存储管理：
   • 多种存储类型：支持本地存储、NFS、iSCSI、Ceph 等多种存储后端。
   • 存储复制：支持基于 Ceph 的分布式存储，提供高性能和高可用性的存储解决方案。
4. 网络管理：
   • 虚拟网络：支持创建和管理虚拟网络，包括 VLAN、桥接网络等。
   • SDN（软件定义网络）：支持基于 Open vSwitch 的高级网络功能。
5. 备份和恢复：
   • 内置备份工具：支持定期备份虚拟机和容器，提供增量备份和全备份选项。
   • 恢复功能：支持快速恢复备份的数据，确保业务连续性。
6. Web 界面：
   • 直观的管理界面：提供基于浏览器的管理界面，方便用户进行虚拟机、存储和网络的配置和管理。
   • 命令行工具：提供 pve-cli 和 pvesh 命令行工具，适用于自动化脚本和高级用户。
7. 开源和社区支持：
   • 开源许可证：Proxmox VE 以 AGPLv3 许可证发布，允许用户自由使用、修改和分发。
   • 活跃社区：拥有广泛的用户社区和丰富的文档资源，提供强大的技术支持和交流平台。

使用场景

1. 私有云：通过 Proxmox VE 构建和管理私有云基础设施，实现虚拟化资源的集中管理和高效利用。
2. 测试和开发环境：为开发人员提供隔离的测试和开发环境，支持快速部署和管理。
3. 灾难恢复：利用 Proxmox VE 的备份和恢复功能，构建高可用性的灾难恢复解决方案。
4. 虚拟桌面基础设施（VDI）：部署和管理虚拟桌面，提高桌面计算资源的利用率和管理效率。

Proxmox VE 提供了一种强大且灵活的虚拟化管理解决方案，适用于各类企业和应用场景，通过其直观的管理界面和丰富的功能，使得虚拟化管理变得更加简单和高效。

详细的 Proxmox VE (PVE) 架构图

这里是一个详细的 Proxmox VE (PVE) 架构图，突出关键组件并展示它们之间的关系：

详细说明

• Cluster：
  • Node1, Node2, Node3：集群中的 Proxmox VE 主机，每个节点运行 Proxmox VE，连接到集群网络，允许虚拟机和容器的分布式管理。
• Storage：
  • LocalStorage：每个节点的本地存储，用于存储虚拟机和容器的磁盘映像。
  • NFS：网络文件系统，用于共享存储。
  • iSCSI：通过网络连接的块存储。
  • Ceph：分布式存储系统，提供高可用性和高性能的存储解决方案。
• Network：
  • VMNetwork：虚拟机的网络，允许虚拟机之间以及虚拟机与外部网络之间的通信。
  • Bridge：网络桥接，用于连接虚拟网络和物理网络。
  • VLAN：虚拟局域网，用于网络分段和隔离。
  • SDN：软件定义网络，提供灵活的网络管理和配置。
• Virtualization：
  • KVM：用于运行虚拟机的完整虚拟化技术。
  • LXC：用于运行轻量级容器的操作系统级虚拟化技术。
• User/Administrator：
  • 通过 Web 界面与集群中的节点进行交互，管理虚拟机、容器、存储和网络。

工作流程

1. 集群管理：用户通过 Web 界面访问集群中的任意节点，可以集中管理和监控整个集群。
2. 虚拟化管理：每个节点可以管理 KVM 虚拟机和 LXC 容器，并连接到 VM 网络进行通信。
3. 存储访问：每个节点可以访问各种存储选项，包括本地存储、NFS、iSCSI 和 Ceph，以满足不同的存储需求。
4. 网络配置：虚拟机通过 VM 网络连接，使用桥接、VLAN 和 SDN 技术进行网络配置。

这个 Mermaid 图表展示了 Proxmox VE 架构中的关键组件及其关系，提供了一个清晰的整体视图。

完。