KVM

一、KVM 概述

KVM (Kernel-based Virtual Machine) 是基于 Linux 内核的开源全虚拟化解决方案。它将 Linux 内核转化为一个 Hypervisor (虚拟机监视器)。

核心原理：利用处理器硬件辅助虚拟化扩展（Intel VT-x 或 AMD-V）。
组件构成：
- kvm.ko：提供核心虚拟化基础设施。
- kvm-intel.ko / kvm-amd.ko：处理器特定的内核模块。
特性：每个虚拟机 (VM) 被视为一个标准的 Linux 进程，由标准 Linux 调度程序进行调度。每个 VM 拥有独立的虚拟硬件（CPU、内存、网卡、磁盘等）。

参考文档：

官方网站：https://www.linux-kvm.org/
红帽KVM介绍：https://www.redhat.com/zh/topics/virtualization/what-is-KVM
Readhat虚拟化指南：https://access.redhat.com/documentation/zh%EF%BF%BEcn/red_hat_enterprise_linux/7/html/virtualization_getting_started_guide/index

1. KVM 与 QEMU 的协作

KVM 并不是独立运行的，它必须与 QEMU 协同工作。

角色分工：

组件	运行空间	核心职责	备注
KVM	内核空间 (Kernel)	虚拟化 CPU 和内存 (MMU)	性能极高，接近原生硬件
QEMU	用户空间 (User)	模拟 I/O 设备 (磁盘、网卡、显卡、键盘等)	灵活性高，支持多种硬件模拟

工作机制：

I/O 拦截机制：当 Guest OS（虚拟机）尝试访问硬件资源时，指令会被 KVM 内核模块拦截。如果是 CPU 或内存指令，KVM 直接处理；如果是 I/O 请求（如读写磁盘），KVM 会将其转发给用户空间的 QEMU 进程，由 QEMU 模拟真实的硬件响应。
接口通信：用户空间程序（QEMU）通过 /dev/kvm 接口，使用 ioctl() 系统调用与内核中的 KVM 模块进行交互（如创建虚拟机、分配内存、启动 CPU）。

为什么要配合使用？

QEMU 单独运行：可以模拟整台机器，但由于所有指令都靠软件转译，速度极慢。
KVM 单独运行：无法模拟出一台完整的电脑，因为它不具备模拟显示器、键盘、网卡等外设的能力。
两者结合：KVM 提供高性能的处理器运行环境，QEMU 提供丰富的设备模拟，从而实现高性能的全虚拟化。

2. 管理工具链

KVM 本身只提供了底层的虚拟化能力，实际生产中我们通常使用管理工具来简化操作。

Libvirt：这是管理 KVM 最核心的 API 库。它屏蔽了复杂的底层命令行，提供统一的 XML 配置文件。我们常用的 virsh 命令行工具和 virt-manager (图形界面) 都是基于 Libvirt 的。

Proxmox VE (PVE)：

特点：基于 Debian，集成 KVM 和 LXC（容器）。
优势：自带 Web 界面，安装简单，非常适合中小企业或私有实验室环境。

oVirt：

特点：Red Hat 企业级虚拟化 (RHEV) 的开源版本。
优势：功能极其强大，支持复杂的存储、网络节点管理，适合大规模环境。

OpenStack：

特点：目前最主流的开源云操作系统（IaaS）。
优势：不仅仅是管理虚拟机，还管理整个数据中心的计算、存储和网络资源。

参考文档：http://www.linux-kvm.org/page/Management_Tools

二、嵌套虚拟化

如在 VMware Workstation 中的虚拟机内跑 KVM，必须关闭 Windows 的基于虚拟化的安全性和 Hyper-V 平台。否则这种嵌套虚拟化会导致宿主机蓝屏等问题。

第一步：彻底移除 Hyper-V 依赖

为了稳定运行嵌套虚拟化（VMware 内跑 KVM），必须关闭 Windows 的 基于虚拟化的安全性 (VBS) 和 Hyper-V 平台。

关闭 Windows 功能：

按下 Win + R，输入 optionalfeatures。
取消勾选以下所有项：
Hyper-V (全部子项)
虚拟机平台 (Virtual Machine Platform)
Windows 虚拟机监控程序平台
Windows 沙盒

关闭内核隔离：

进入“Windows 安全中心” -> “设备安全性” -> “内核隔离详情”。
将 “内存完整性” (Memory Integrity) 设置为关闭。

强制关闭 Hypervisor 启动：

以管理员身份打开 CMD/PowerShell，执行：

bcdedit /set hypervisorlaunchtype off

重启电脑。

第二步：配置 VMware 嵌套虚拟化

在 VMware 中为准备安装 KVM 的虚拟机（例如 Ubuntu/CentOS）开启指令集透传。

编辑虚拟机设置 -> 处理器。
勾选：虚拟化 Intel VT-x/EPT 或 AMD-V/RVI。
开启虚拟机，检查KVM环境是否正常。

# 查看 KVM 模块是否加载
lsmod | grep kvm

# 检查虚拟化支持 (结果大于 0 即可)
egrep -c '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo

三、KVM 安装

需要在 BIOS 中开启虚拟化功能

1. 检查 KVM 环境

# 查看 KVM 模块是否加载
lsmod | grep kvm

# 检查虚拟化支持 (结果大于 0 即可)
egrep -c '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo

# 安装 KVM 环境（以 Ubuntu 为例）
sudo apt update
sudo apt install qemu-kvm libvirt-daemon-system libvirt-clients bridge-utils virt-manager -y

2. 安装相关组件

为了保证管理的便利性，通常安装 QEMU 核心组件、Libvirt 管理库以及常用的命令行工具。 CentOS / RHEL

# 安装核心包
yum install -y qemu-kvm libvirt virt-install virt-manager

# qemu-kvm: KVM 用户空间组件
# libvirt: 管理 API 库
# virt-install: 命令行安装虚拟机的工具
# virt-manager: 图形化管理界面（可选）

Ubuntu / Debian

# 更新并安装
apt update
apt install -y qemu-system-x86 libvirt-daemon-system libvirt-clients virtinst bridge-utils

3. 服务配置与权限管理

安装完成后，需要启动 Libvirt 守护进程，这是后续所有 virsh 命令的基础。

# 启动并设置为开机自启
systemctl enable --now libvirtd
systemctl status libvirtd

# 权限设置（非 Root 用户操作），如果希望以普通用户身份管理虚拟机，需要将该用户加入 `libvirt` 和 `kvm` 组：
usermod -aG libvirt $(whoami)
usermod -aG kvm $(whoami)
# 重新登录后生效

3. 验证安装

使用 virsh 工具查看当前环境，如果返回空列表而非报错，则说明安装成功：

virsh list --all

六、快照管理

注意事项

磁盘格式要求： 快照功能主要针对 qcow2 格式。如果磁盘是 raw 格式，则无法使用内置快照（需先转换为 qcow2）。
写时复制 (COW)： KVM 快照基于 COW 技术。创建快照是瞬间的，但随着数据写入，快照文件会逐渐增大。

1. 创建快照

# virsh snapshot-create-as 虚拟机名称 快照名称 --atomic
virsh snapshot-create-as ubuntu-01 snapshot-01 --atomic

--atomic：确保快照创建是原子操作，要么成功要么失败，不会部分完成。

2. 查看快照

# virsh snapshot-list 虚拟机名称
virsh snapshot-list ubuntu-01

3. 恢复快照

# virsh snapshot-revert 虚拟机名称 快照名称
virsh snapshot-revert ubuntu-01 snapshot-01

4. 删除快照

# virsh snapshot-delete 虚拟机名称 快照名称
virsh snapshot-delete ubuntu-01 snapshot-01

八、网络管理

网络模式对比：

特性	网桥模式 (Bridge)	NAT 模式	直接分配 (SR-IOV)
外部可见性	外部网络可直接访问 VM	外部不可见，需做端口转发	外部直接访问
性能	高 (接近物理网卡)	中 (受限于宿主机 CPU)	极高 (几乎无损)
灵活性	高	一般	低 (受物理硬件限制)
复杂度	低	极低	高 (需硬件支持)
典型用途	生产业务环境	个人实验、快速开发	高并发/低延迟业务

1. 桥接模式

在 KVM 的生产环境中，网桥模式（Bridge Mode）是应用最广泛、最主流的选择。

桥接模式原理：：

首先通过 Linux 内核或 ovs 创建一个网桥（如 br0），这个网桥相当于一个“交换机”，所有连接到它的物理网卡和虚拟机网卡都在同一个二层网络中；
物理网卡（如 eth0）被插到这个“交换机”的一个端口上；
虚拟机启动时，KVM 会在宿主机创建一个 vnetX 虚拟网卡，并将其插到 br0 的另一个端口。

1.1 实现桥接模式

KVM 虚拟机网卡加入到网桥。

1.1.1 创建网桥

下面以 ovs 网桥为例，创建一个名为 ovs-br0 的网桥。

# 安装 ovs 软件包
apt install openvswitch-switch -y

# 创建 ovs 网桥
ovs-vsctl add-br ovs-br0

# 查看 ovs 网桥
ovs-vsctl show

1.1.2 虚拟机网卡加入网桥

方法一：安装系统时指定网桥

virt-install  --network bridge=ovs-br0,virtualport_type=openvswitch,model=virtio   ...

方法二：通过 XML 配置

编辑虚拟机 XML 配置文件，添加网络接口。

# 编辑虚拟机配置： 
virsh edit <虚拟机名称>

# 修改 <interface> 段落： 找到网络接口部分，按以下格式修改：
<interface type='bridge'>
  <source bridge='ovs-br0'/>
  <virtualport type='openvswitch'/>
  <model type='virtio'/>
</interface>

# 保存并启动，配置完成后，启动虚拟机。Libvirt 会自动执行类似于 ovs-vsctl add-port 的操作。

方法三：在 Libvirt 中定义 OVS 虚拟网络

如果有很多 VM 都要连 OVS，可以先定义一个 Libvirt 网络。

# 创建一个网络 XML 文件 ovs-net.xml：
<network>
  <name>ovs-network</name>
  <forward mode='bridge'/>
  <bridge name='ovs-br0'/>
  <virtualport type='openvswitch'/>
</network>


# 激活并使用：
virsh net-define ovs-net.xml
virsh net-start ovs-network
virsh net-autostart ovs-network


# 之后在 VM 配置里只需指定 <source network='ovs-network'/> 即可。

1.1.3 验证

# 查看 ovs 网桥
# ovs-vsctl show
    Bridge ovs-br0
        Port vnet0
            Interface vnet0
        Port ens37
            Interface ens37
        Port ovs-br0
            Interface ovs-br0
                type: internal

# 宿主机查看 vnet0 网卡
# ip a
6: vnet0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc fq_codel master ovs-system state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/ether fe:54:00:ce:a4:42 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet6 fe80::fc54:ff:fece:a442/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever

# 查看虚拟机网卡是否加入到 ovs 网桥
# virsh domiflist ubuntu-01
 Interface   Type     Source    Model    MAC
------------------------------------------------------------
 vnet0       bridge   ovs-br0   virtio   52:54:00:ce:a4:42

# 虚拟机内部查看 enp1s0 网卡，MAC 地址与宿主机 vnet0 网卡一致
# ip a
2: enp1s0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc fq_codel state UP group default qlen 1000
    link/ether 52:54:00:ce:a4:42 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.0.0.128/24 metric 100 brd 10.0.0.255 scope global dynamic enp1s0
       valid_lft 1145sec preferred_lft 1145sec
    inet6 fe80::5054:ff:fece:a442/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever


# 检查流表，确认是否有流量统计，如果有 n_packets 在增加，说明流量已经过桥。
ovs-ofctl dump-flows ovs-br0

在虚拟化层，vnet0 是宿主机侧的一个 Tap 设备，它就像是一根虚拟网线的“一头”；而虚拟机内部的 enp1s0 是这根线的“另一头”。它们共享相同的二层身份信息。如果 MAC 地址完全一致，那么 vnet0 就是 enp1s0 在宿主机侧的呈现。

Tap 设备简单来说，就是一种虚拟网卡，它是连接“虚拟机内部”与“宿主机外部”的二层桥梁。

1.2 桥接模式下虚拟机间通信

只要虚拟机之前接入同一个网桥，并配置了正确的 IP 地址，就可以直接通信。

2. NAT 模式

这是 KVM 安装后的默认设置（即 virbr0 网桥）。

原理：宿主机充当虚拟机的路由器。宿主机会通过 dnsmasq 为虚拟机分配私有 IP，并通过内核的 IP Forwarding 和 IPTables 实现 SNAT（源地址转换）。
优点：开箱即用，虚拟机可以访问外部网络。
缺点：外部网络（包括局域网内其他物理机）无法直接访问虚拟机；宿主机重启或网络服务变动可能导致规则丢失。
适用场景：个人开发测试、临时实验环境。

如果是实验/测试环境，可以使用 virbr0 的 NAT 模式。

如果是生产环境，建议直接禁用 virbr0，改用 OVS 桥接模式，可以执行以下操作：

# 查看所有网络
virsh net-list --all

# 停止默认网络
virsh net-destroy default

# 取消开机自启
virsh net-autostart --disable default

# (可选) 如果确定以后不用了，可以直接删除定义
virsh net-undefine default

九、虚拟机管理脚本

9.1 统计虚拟机

    collect_vm.py
import subprocess
import pandas as pd
import datetime
from openpyxl import load_workbook
from openpyxl.styles import Font, PatternFill, Alignment

# --- 配置区：对应你 ~/.ssh/config 里的别名 ---
HOST_ALIASES = ["kvm1", "kvm2", "kvm3"]

# 强化版 Shell 命令：增加了 virsh desc 读取逻辑，并修正了输出格式
KVM_CMD = """
virsh list --all --name | while read vm; do
    [ -z "$vm" ] && continue
    
    # 清理函数：去除换行和首尾空格
    clean() { echo "$1" | tr -d '\\n\\r' | xargs; }

    status=$(clean "$(virsh domstate "$vm" 2>/dev/null)")
    
    create_time=$(clean "$(stat -c %y /etc/libvirt/qemu/"$vm".xml 2>/dev/null | cut -d'.' -f1)")
    [ -z "$create_time" ] && create_time="Unknown"
    
    info=$(virsh dominfo "$vm" 2>/dev/null)
    vcpu=$(clean "$(echo "$info" | grep "CPU(s):" | awk '{print $2}')")
    mem=$(clean "$(echo "$info" | grep "Used memory:" | awk '{print $3/1024/1024 "G"}')")
    
    disks=$(clean "$(virsh domblklist "$vm" --details 2>/dev/null | grep 'disk' | awk '{print $4}' | paste -sd ";")")
    [ -z "$disks" ] && disks="No_Disk_Found"

    # --- 获取虚拟机备注 (使用 --config 确保即便没重启也能读到磁盘配置) ---
    note=$(clean "$(virsh desc "$vm" --config 2>/dev/null)")
    [ -z "$note" ] || [ "$note" = "没有域描述" ] && note="N/A"

    # --- IP 获取逻辑 ---
    get_ips_from_source() {
        virsh domifaddr "$vm" --source $1 2>/dev/null | grep ipv4 | awk '{print $4}' | cut -d/ -f1 | xargs | sed 's/ /,/g'
    }

    ips=$(get_ips_from_source "agent")
    if [ -z "$ips" ]; then
        ips=$(get_ips_from_source "lease")
    fi
    
    if [ -z "$ips" ]; then
        macs=$(virsh domiflist "$vm" 2>/dev/null | grep -E "vnet|virtio" | awk '{print $5}')
        temp_ips=""
        for m in $macs; do
            found_ip=$(arp -an | grep "$m" | awk '{print $2}' | tr -d '()')
            if [ ! -z "$found_ip" ]; then
                if [ -z "$temp_ips" ]; then temp_ips="$found_ip"; else temp_ips="$temp_ips,$found_ip"; fi
            fi
        done
        ips="$temp_ips"
    fi
    
    ips=$(echo "$ips" | tr -d '\\n\\r')
    [ -z "$ips" ] && ips="Unknown"
    
    # 修正点：最后确保输出的是 ${note}，而不是空的 ${}
    echo "${vm}|${status}|${create_time}|${vcpu}|${mem}|${ips}|${disks}|${note}"
done
"""

def fetch_kvm_data():
    all_data = []
    for host in HOST_ALIASES:
        print(f"🔍 正在连接宿主机: {host} ...")
        ssh_cmd = ["ssh", "-o", "ConnectTimeout=5", host, KVM_CMD]
        try:
            process = subprocess.run(ssh_cmd, capture_output=True, text=True, check=True)
            output = process.stdout.strip()
            
            if not output: continue
            
            for line in output.split('\n'):
                line = line.strip()
                if not line or '|' not in line: continue
                
                parts = line.split('|')
                # 填充字段，确保有 8 个元素
                while len(parts) < 8:
                    parts.append("Unknown")
                
                all_data.append({
                    "宿主机": host,
                    "虚拟机名称": parts[0],
                    "运行状态": parts[1],
                    "创建时间": parts[2],
                    "配置(vCPU)": parts[3],
                    "配置(内存)": parts[4],
                    "IP": parts[5],
                    "磁盘路径": parts[6],
                    "备注": parts[7]
                })
        except Exception as e:
            print(f"❌ {host} 执行失败: {e}")
            
    return all_data

def save_and_style_excel(data, filename):
    df = pd.DataFrame(data)
    # 重新排序列，确保备注在最后一列
    cols = ["宿主机", "虚拟机名称", "运行状态", "创建时间", "配置(vCPU)", "配置(内存)", "IP", "磁盘路径",  "备注"]
    df = df[cols]
    df = df.sort_values(by=["宿主机", "虚拟机名称"])
    df.to_excel(filename, index=False, engine='openpyxl')
    
    wb = load_workbook(filename)
    ws = wb.active
    
    # 样式定义
    header_fill = PatternFill(start_color="44546A", end_color="44546A", fill_type="solid")
    header_font = Font(color="FFFFFF", bold=True, size=11)
    center_alignment = Alignment(horizontal="center", vertical="center", wrap_text=True)

    # 美化表头
    for cell in ws[1]:
        cell.fill = header_fill
        cell.font = header_font
        cell.alignment = center_alignment

    # 自动调整列宽
    for column in ws.columns:
        max_length = 0
        column_letter = column[0].column_letter
        for cell in column:
            try:
                if len(str(cell.value)) > max_length:
                    max_length = len(str(cell.value))
            except: pass
        
        # 特别处理“备注”列 (K列)
        if column_letter == 'K':
            ws.column_dimensions[column_letter].width = 45
        else:
            adjusted_width = (max_length + 4)
            ws.column_dimensions[column_letter].width = adjusted_width if adjusted_width < 60 else 60

    wb.save(filename)
    print(f"✨ 最终结果已保存: {filename}")

if __name__ == "__main__":
    results = fetch_kvm_data()
    if results:
        now_str = datetime.datetime.now().strftime('%Y%m%d_%H%M')
        fname = f"KVM_INFO_{now_str}.xlsx"
        save_and_style_excel(results, fname)
    else:
        print("📭 未采集到有效数据。")

KVM