小白云计算大学习——虚拟化技术与 KVMFusionCompute

文章目录

• 虚拟化技术与 KVM/FusionCompute
• • 目标认知
  • 虚拟化技术基础
  • • 2.1 什么是虚拟化
    • 2.2 虚拟化类型
    • 2.3 核心技术要点
    • • CPU 虚拟化
      • 内存虚拟化
      • I/O 虚拟化
    • 2.4 主流虚拟化与 Libvirt
  • KVM 基础使用
  • • 3.1 KVM 组成速记
    • 3.2 图形界面使用流程
    • 3.3 virsh 常用命令
    • 3.4 磁盘与 qemu-img
    • 3.5 virt-install 命令行创建虚拟机
  • 华为 FusionCompute 虚拟化平台
  • • 4.1 产品定位与套件组成
    • 4.2 产品架构：CNA 与 VRM
    • 4.3 规划部署要点
  • FusionCompute 管理与使用
  • • 5.1 计算虚拟化
    • 5.2 存储虚拟化
    • 5.3 网络虚拟化
    • 5.4 平台管理
  • VMware vSphere 拓扑速览
  • • 6.1 逻辑视角
    • 6.2 物理视角
  • 对比速记
  • 实验与复习清单
  • • 8.1 KVM 实验清单
    • 8.2 FusionCompute 复习清单
    • 8.3 思考题参考
  • 易错点与学习提示
  • 术语表

虚拟化技术与 KVM/FusionCompute

目标认知

虚拟化基础
├─ 概念：资源抽象、资源池、Guest/Host/Hypervisor
├─ 类型：全虚拟化、半虚拟化、硬件辅助虚拟化
├─ 技术：CPU虚拟化、内存虚拟化、I/O虚拟化
└─ 主流：Xen、KVM、Libvirt

KVM使用
├─ 图形：virt-manager、ISO上传、新建虚拟机、快照
├─ 命令行：virsh、qemu-img、virt-install、VNC
└─ 配置：dumpxml、edit、磁盘目录、autostart

华为FusionCompute
├─ 产品：CNA、VRM、eBackup、UltraVR
├─ 功能：计算/存储/网络/运维/HA/安全/容灾
├─ 部署：VRM虚拟化/物理化、网络平面、安装流程
└─ 管理：虚拟机生命周期、DRS/DPM、快照、VIMS、DVS

VMware vSphere
└─ 逻辑：vCenter + ESXi + 共享存储
物理：ESXi主机、vCenter、openfiler共享存储、VM磁盘

虚拟化技术基础

2.1 什么是虚拟化

虚拟化是将任何一种形式的资源抽象成另一种形式的技术，是资源的逻辑表示。其核心价值是解除物理硬件与操作系统之间的紧耦合关系，把资源抽象成共享资源池，让上层操作系统从资源池中分配资源。

重要概念：

虚拟化的四个特点：

虚拟化优势：操作系统与物理服务器解耦；易于迁移、扩展、资源整合；标准化虚拟硬件由文件组成，易于保护；提升资源利用率、缩短业务上线周期、降低能耗、提升可用性。

2.2 虚拟化类型

学习提示：PPT 第 39 页判断题第 1 题题干写“全虚拟化……设备 I/O 虚拟化由 Guest OS 实现，需要修改 Guest OS”，这与第 8 页“半虚拟化”的定义冲突。复习时应以第 8 页分类为准：该描述对应半虚拟化，因此该判断题应判“错误”。

2.3 核心技术要点

CPU 虚拟化

需要解决两个问题：

运行模式：客户模式、用户模式、内核模式。KVM 运行在内核空间，QEMU 运行在用户空间。

内存虚拟化

Native OS 认为内存从物理地址 0 开始且连续；虚拟化后多台 VM 都需要“从 0 开始”的物理地址，且连续分配效率不高。因此需要地址转换：

text

GVA（客户机虚拟地址）
-> GPA（客户机物理地址）
-> HVA（宿主机虚拟地址）
-> HPA（宿主机物理地址）

关键技术：

• 影子页表：实现 GVA 到 HPA 的直接转换，减少多次地址转换。
• EPT（Intel 扩展页表）：硬件支持 GVA->GPA->HPA 转换，降低内存虚拟化复杂度，提升性能。
• THP 透明大页：页大小 2M，提高 TLB 命中率、减少访存时间、减少页表项大小；对使用者透明，兼容 KSM、swap、EPT/NPT 等。

I/O 虚拟化

需要解决设备发现与访问截获。QEMU/KVM 中客户机可用设备大致三类：

2.4 主流虚拟化与 Libvirt

• Xen：Hypervisor 是 BIOS 后载入的首个程序，启动 Domain 0（Dom0）管理；Dom0 可直接访问物理硬件，为 DomU 提供存储/网卡桥梁。
• KVM：基于内核的虚拟机，本质是 Linux 内核虚拟化模块 kvm.ko；虚拟机是 Linux 进程，由 CPU 调度；KVM 内核空间提供 CPU/内存虚拟化，QEMU 用户空间提供 I/O 模拟。
• Libvirt：C 语言开发的虚拟化 API/库，提供通用稳定软件层管理 KVM、Xen、VMware、Hyper-V 等；上层工具包括 virsh、virt-manager、virt-viewer、virt-install。

KVM 基础使用

3.1 KVM 组成速记

text

KVM：Linux 内核模块，负责 CPU、内存虚拟化
QEMU：用户态软件，负责 I/O/设备模拟
Libvirt：管理库
virsh：命令行管理工具
virt-manager：图形管理工具
virt-install：命令行创建虚拟机工具
qemu-img：磁盘镜像管理工具

3.2 图形界面使用流程

3.3 virsh 常用命令

学习提示：默认情况下 Guest OS 不随 Host OS 一起开机；需要 virsh autostart 设置。

3.4 磁盘与 qemu-img

KVM 创建的虚拟机磁盘默认存放目录通常是 /var/lib/libvirt/images。图形界面 Storage 中 default 即默认存储磁盘位置。

常用操作：

bash

cd /var/lib/libvirt/images/
ls
ll -h
qemu-img –help
qemu-img info win7.qcow2 # 建议虚拟机关机状态下查看
qemu-img create -f qcow2 vm2.qcow2 20G
qemu-img info vm2.qcow2

qemu-img info 可查看：文件格式（如 qcow2）、virtual size、disk size、快照信息、cluster_size、compat、lazy refcounts 等。

3.5 virt-install 命令行创建虚拟机

基本示例：

bash

mkdir /disk
qemu-img create -f qcow2 /disk/vm2.qcow2 20G

virt-install \\
–name vm2 \\
–memory 4096 \\
–vcpus 2 \\
–disk path=/disk/vm2.qcow2 \\
–location /iso/CentOS-7-x86_64-Minimal-1810.iso \\
–network network=default \\
–noautoconsole

参数含义：

命令行创建后的管理方式：

VNC 示例：

bash

qemu-img create -f qcow2 /disk/vm3.qcow2 20G

virt-install \\
–name vm3 \\
–memory 2048 \\
–vcpus 1 \\
–disk path=/disk/vm3.qcow2 \\
–location /iso/CentOS-7-x86_64-Minimal-1810.iso \\
–network network=default \\
–noautoconsole \\
–vnclisten=0.0.0.0 \\
–vncport=5903 \\
–vnc

systemctl stop firewalld.service

要点：–vnclisten 设置 VNC 监听地址；–vncport=5903 表示宿主机监听 5903 的 VNC 请求并转到 vm3；实验环境需注意防火墙。

华为 FusionCompute 虚拟化平台

4.1 产品定位与套件组成

FusionCompute 是云操作系统软件，主要负责硬件资源虚拟化，以及对虚拟资源、业务资源、用户资源的集中管理；采用虚拟计算、虚拟存储、虚拟网络等技术，完成计算、存储、网络资源虚拟化。

FusionCompute 虚拟化套件示意包含：

text

FusionCompute 虚拟化套件
├─ eBackup & UltraVR
├─ 虚拟化管理（VRM）
│ ├─ 主机虚拟化
│ ├─ 虚拟化文件系统
│ └─ 虚拟化网络（OVS）
└─ 容器管理（KRM）
底层：服务器、存储、网络与安全

4.2 产品架构：CNA 与 VRM

FusionCompute 产品功能覆盖：计算虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化、集群/主机资源管理、虚拟机资源管理、虚拟机生命周期管理、模板管理、NUMA、DRS/DPM/亲和性、快照、外设、GPU 直通；存储资源管理、VIMS、存储 QoS、精简置备、在线扩容、迁移、RDM；分布式虚拟交换机、端口组、网络 QoS、SR-IOV、用户态 OVS、IPv6；权限、告警监控、系统配置、拓扑、升级补丁、健康检查；管理可靠性、虚拟机 HA；虚拟化防病毒、管理/数据/协议安全；备份、同城高可用、主备容灾、城域双活等。

4.3 规划部署要点

部署方式：

• 主机物理部署：根据计算资源需求部署多个主机。
• VRM 虚拟化部署：在管理集群选择两台主机，部署主备 VRM 节点虚拟机。
• VRM 物理部署：主备 VRM 节点部署在两台物理服务器上。

主机数量较少（如 10 台以内）时，可将所有主机加入管理集群，管理集群和用户业务集群合一部署；主机较多时建议单独创建业务集群。同一集群下建议配置相同的分布式交换机和数据存储。

网络平面：

安装流程：

text

开始
-> 安装主机（PXE批量或ISO手动）
-> 安装 VRM（安装工具虚拟化部署，或物理机挂载ISO手动安装）
-> 结束

安装准备注意：安装 PC 内存 2G 以上、本地 PC 与管理平面互通、浏览器兼容；CNA 服务器 CPU 支持硬件虚拟化并在 BIOS 开启；内存推荐 >=48G；计算节点硬盘 >=150GB，系统要求两个 SAS 盘组 RAID1；VRM 节点系统盘 >=270G；安装过程不允许修改本地 PC IP、要求关闭防火墙、路径不含中文且不超过 256 位、不要随意重启主机。

FusionCompute 管理与使用

5.1 计算虚拟化

FusionCompute 将主机物理 CPU、内存资源整合为计算资源池，再划分虚拟 CPU 和内存为虚拟机提供计算能力。其计算虚拟化采用 KVM 技术，KVM 是基于 CPU 的硬件辅助虚拟化方案。

关键特性：

5.2 存储虚拟化

存储虚拟化是将存储设备抽象为数据存储，虚拟机在数据存储中作为一组文件存储在自己的目录中。数据存储是逻辑容器，隐藏存储设备特性，提供统一模型存储虚拟机文件。

概念层次：

可封装为数据存储的存储单元包括：SAN 存储（iSCSI/FC）上划分的 LUN、NAS 上划分的文件系统、华为分布式块存储上的存储池、主机本地硬盘（虚拟化）、eVol 存储上的存储池等。

存储类型：

VIMS（虚拟镜像管理系统）：

• 高性能集群文件系统，使虚拟化技术超出单个存储系统限制，多台虚拟机共同访问整合的集群式存储池。
• 支持存储热迁移、DRS、HA 等服务。
• 多 CNA 节点挂载同一 VIMS 卷，需要分布式文件锁；DLM 负责分布式文件锁，采用分布式全对称锁机制，多个 master，每个 master 对应一个锁资源，无管理中心节点；第一个申请访问某资源的节点成为 master，多节点同时访问时 VIMS 节点号较小者为 master，节点故障时重新选举。
• VIMS 有两种心跳：磁盘心跳检测主机是否可正常读写共享存储；网络心跳检测主机间网络通信是否正常。

磁盘参数：

差分磁盘：必须基于已有父磁盘创建，只记录相对父磁盘的差异数据；不能脱离父磁盘存在；父磁盘修改后差分磁盘数据不再可用；用于快照、非持久化磁盘、链接克隆等。

快照：将当前状态保存在快照文件中，包括磁盘内容、内存和寄存器数据；支持普通快照、一致性快照、内存快照；重大/高危操作前可拍快照用于快速还原。

存储热迁移：虚拟机正常运行时，管理员手动将虚拟机磁盘迁移至其他存储单元；可在同一存储设备内或不同存储设备之间进行；业务无损动态调整存储资源，用于设备维护等。

5.3 网络虚拟化

计算虚拟化驱动网络虚拟化发展：一台服务器虚拟化成多台虚拟主机，每台有虚拟 CPU、内存、网卡；同一服务器不同主机需通信，同时共享物理设备引出安全隔离和流控需求，虚拟交换技术产生。分布式虚拟交换机可统一配置、管理和监控多台服务器的虚拟交换机，并保证虚拟机迁移时网络配置一致性。

关键组件：

FusionCompute 分布式虚拟交换机：向虚拟机提供独立网络平面；不同网络平面通过 VLAN 隔离；通过端口组与虚拟机连接，通过上行链路与物理网络连通。

端口组：虚拟逻辑端口，类似网络属性模板，定义虚拟机网卡属性；VLAN 方式下虚拟机网卡不会被分配 IP，需要用户配置 IP，但虚拟机会连接到端口组定义的 VLAN。

网络特性：

• 二层网络安全策略：防止用户虚拟机 IP/MAC 仿冒，防止 DHCP Server 仿冒；包括 IP 和 MAC 绑定、DHCP 服务隔离。
• 广播报文抑制：虚拟交换机提供虚拟机虚端口发送方向广播报文抑制开关和阈值设置，减少过量广播报文对二层网络带宽消耗。
• 安全组：根据虚拟机安全需求创建安全组，每个安全组设定访问规则；虚拟机加入安全组后受规则保护，实现安全隔离和访问控制。
• Trunk 口：虚拟交换机虚端口可配置为 Trunk 类型，设置 Trunk VLAN ID 范围，使虚端口可同时收发携带不同 VLAN 标签的数据包。
• 网络 QoS：基于端口组成员接口发送/接收方向带宽控制；基于端口组每个成员接口提供流量整形、带宽优先级控制。
• 网口绑定：管理员可绑定 CNA 主机网口提高网络可靠性；普通网卡和 DPDK 驱动物理网卡均可设置端口绑定。
• SR-IOV 直通：利用物理网卡硬件虚拟化能力，将硬件虚拟设备挂载给 VM，网络 I/O 性能和时延逼近物理网卡。
• 用户态 OVS+DPDK：利用 DPDK 加速网络转发，通过大页、用户态减少报文拷贝，最大提升 6 倍网络转发效率，PPS 大幅提升。

5.4 平台管理

集群管理：监控集群、配置集群属性（HA 策略、内存复用策略、虚拟机启动策略等）、配置资源调度策略。

主机管理：监控主机、配置主机属性（时间同步、BMC、存储多路径、维护模式等）、配置主机网口、关联存储资源。

虚拟机生命周期管理：创建虚拟机有五种方式——创建空虚拟机、使用模板部署虚拟机、虚拟机克隆为虚拟机、导入虚拟机、模板转为虚拟机。虚拟机配置包括硬件（CPU、内存、磁盘、网卡、显卡或添加新设备）和选项（时钟策略、启动引导固件、延迟时间、启动方式、VNC 键盘配置、EVS 亲和等）。支持克隆、下电、删除等。

告警级别：

账户管理：本地用户、域用户、接口对接用户。普通模式 admin 具有系统管理员权限；三员分立模式包括系统管理员 sysadmin、安全管理员 secadmin、安全审计员 secauditor。系统管理员仅具有系统业务操作维护权限及创建/删除用户权限；安全管理员仅具有用户、角色权限管理权但不能创建用户；安全审计员仅有日志查看和日志导出权限。

备份与恢复：重大操作前需提前备份 VRM 节点数据；支持自动备份和手工备份；回退时进行数据恢复；VRM 使用高斯数据库时，恢复需恢复配置数据和数据库数据。

系统配置：配置域认证、更新 License、修改系统 Logo、登录超时、资源调度周期、SNMP 管理站、VRM 单节点扩展为主备部署等；可查看任务与日志，修改权限、系统配置、业务配置、第三方对接和网络变更。

VMware vSphere 拓扑速览

根据拓扑图，vSphere 可从两个视角理解：

6.1 逻辑视角

text

vCenter
├─ ESXi1
├─ ESXi2
└─ 共享存储

vCenter 作为管理核心，ESXi1/ESXi2 为虚拟化主机，共享存储为两者共同使用。

6.2 物理视角

图中标注：

学习要点：逻辑上 vCenter 管理多台 ESXi 和共享存储；物理上 ESXi 主机、vCenter、openfiler 存储通过管理/存储网络连接，虚拟机磁盘放在共享存储上，这是实现迁移、HA 等能力的基础。

对比速记

实验与复习清单

8.1 KVM 实验清单

8.2 FusionCompute 复习清单

8.3 思考题参考

• 虚拟机迁移技术价值：可均衡物理服务器负载、保证系统高可靠性、支持硬件在线升级等；注意“虚拟机系统故障时自动恢复业务”更偏 HA。
• 内存复用技术：内存共享、内存气泡、内存交换（材料中“内存置换”即交换）。
• PPT 第 39 页判断题第 1 题：按第 8 页定义应判“错误”，因为题干描述的是半虚拟化而非全虚拟化。
• PPT 第 39 页判断题第 2 题：Libvirt 是 Linux 上的虚拟化库，提供通用稳定软件层管理多种虚拟化方式并支持远程管理，应判“正确”。

易错点与学习提示

术语表

|

| VRM | FusionCompute 虚拟资源管理 | | DRS | 动态资源调度 | | DPM | 动态电源管理 | | VIMS | 虚拟镜像管理系统 | | DVS | 分布式虚拟交换机 | | OVS | Open vSwitch | | RDM | 裸设备映射 | | HA | 高可用 |