KVM 虚拟化入门到实战：部署、管理与网络配置

本文系统介绍 KVM 虚拟化技术，涵盖发展历史、部署方法、虚拟机管理、网络模式配置，以及使用命令行自动化安装虚拟机。所有命令均在 CentOS/RHEL 环境下验证。

一、KVM 发展历史

KVM（Kernel-based Virtual Machine，基于内核的虚拟机）是当前云计算领域主流的虚拟化技术。了解它的发展脉络，有助于理解为什么业界最终选择了 KVM。

虚拟化技术大致可分为两类：闭源虚拟化（如 VMware、Microsoft Hyper-V）和开源虚拟化（如 Xen、KVM）。

早期的开源虚拟化代表是 Xen。AWS 和阿里云早期都采用 Xen 方案；Citrix 的 XenServer（思杰）以及桌面云产品 FusionAccess（对应 Citrix XenDesktop）也基于 Xen。华为的 FusionCompute 在 6.3 版本之前同样使用 Xen。

关键的时间节点如下：

2008 年：RedHat 收购 KVM，并在 RHEL 5.4 版本中正式发布 KVM（RHEL 5.0 发布的是 Xen）。
2010 年：OpenStack 项目诞生，红帽联合 IBM、Dell、VMware、Cisco、HP 等厂商共同拥抱 KVM 开源社区，在开源软件基金会下共建生态。同期 Citrix 主推 CloudStack 社区。
2014 年：RHEL 5.11 发布（RHEL 5.x 系列的生命周期终点，提供 7 年有效技术支持，可免费升级到 KVM）。
2017 年前后：AWS 推出基于 KVM 的 Nitro 平台实例，阿里云及全球众多厂商全面拥抱 KVM。

如今，主流云厂商的虚拟化底层基本都是 KVM。华为 FusionCompute 6.3 版本也从 Xen 切换到了 KVM。2019 年 IBM 以约 340 亿美金收购红帽公司，ansible、glusterfs、ceph 等红帽生态项目随之纳入麾下，进一步印证了这条技术路线的价值。

二、什么是 KVM

KVM 全称 Kernel-based Virtual Machine，即基于内核的虚拟机。它的核心特点是：

无需升级内核：直接复用系统本身的内核，每个虚拟机被当做一个进程来运行。
轻量级虚拟化平台：相比传统方案更轻巧高效。
统一管理：XEN/KVM 虚拟化平台都提供统一的管理平台和命令行工具。

三、部署 KVM

1. 安装 KVM 所需软件包

前提条件：在物理机 BIOS 中开启虚拟化支持 VT-x（大部分电脑默认开启）。如果是在 VMware 中嵌套安装，还需要在 VMware 里开启 VT-x 支持。

建议资源配置：CPU 4 核，内存 4G。

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[root@cloud ~]# yum -y groupinstall "Virtualization*"
[root@cloud ~]# systemctl restart libvirtd.service

2. 图形化安装虚拟机

本实验使用图形化工具 virt-manager 来创建并安装虚拟机。

说明：图形化向导的操作过程本文不再截图展示，全文以命令行操作为主，图形界面按提示点击即可完成。另外，宿主机指运行 KVM 虚拟机的那台机器，本实验在 VMware 中进行嵌套虚拟化，因此这里的宿主机是一台 VMware 虚拟机，而非物理机。

首先准备系统安装镜像：创建 /isos 目录，并将 CentOS 8.4 的 ISO 文件复制进去。

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[root@cloud ~]# mkdir /isos

然后启动图形化管理界面：

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[root@cloud ~]# virt-manager

在界面中点击新建虚拟机，选择刚才放入 /isos 的 ISO 作为安装源，再按向导依次配置 CPU、内存和磁盘，即可完成安装。安装好的虚拟机磁盘文件默认保存在 /var/lib/libvirt/images/ 目录下，形如 server1.qcow2：

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[root@cloud ~]# cd /var/lib/libvirt/images/
[root@cloud images]# ls
server1.qcow2

3. 创建磁盘

上一步图形化安装时 virt-manager 会自动创建磁盘；这里介绍手动创建的方式，后面制作云镜像、给虚拟机添加硬盘都会用到。使用 qemu-img 创建 qcow2 格式磁盘：

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[root@cloud ~]# qemu-img create -f qcow2 -o preallocation=metadata /var/lib/libvirt/images/server1.qcow2 10g

提示：如果要用这种方式创建云镜像，容量越小速度越快，可以研究如何把镜像做得最小。通常系统盘性能要求不高，真正的性能瓶颈在数据磁盘。

4. 创建桥接模式（带上行链路的虚拟交换机）

进入网络配置目录，基于现有网卡复制一份桥接配置：

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[root@cloud ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
[root@cloud network-scripts]# cp ifcfg-ens33 ifcfg-br0

编辑桥接网卡 ifcfg-br0：

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[root@cloud network-scripts]# cat ifcfg-br0

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TYPE=Bridge
NAME=br0
DEVICE=br0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.8.99
PREFIX=24
GATEWAY=192.168.8.254
DNS1=192.168.8.254

编辑物理网卡 ifcfg-ens33，将其桥接到 br0：

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[root@cloud network-scripts]# cat ifcfg-ens33

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TYPE=Ethernet
NAME=ens33
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
BRIDGE=br0

重新加载网络配置并重启连接：

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[root@cloud ~]# nmcli connection reload
[root@cloud ~]# nmcli connection down ens33 ; nmcli connection up ens33
[root@cloud ~]# nmcli connection down br0 ; nmcli connection up br0

桥接网络配置示意

5. 制作云主机镜像

需求：创建一个自定义云主机镜像。

在 KVM 虚拟机部署完成后，进入虚拟机安装一些必要软件：

配置本地 yum 源
安装必要的软件包：

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# yum -y install net-tools vim-enhanced bash-completion cloud-init

编辑 /etc/cloud/cloud.cfg 配置文件，按实际需求调整其中的参数
删除 /etc/ssh/ssh_host*
执行 init 0 关机

最后压缩镜像：

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[root@cloud images]# qemu-img convert -c -O qcow2 /var/lib/libvirt/images/server1.qcow2 /isos/server1.qcow2

四、管理 KVM

进入 virsh 交互界面：

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[root@cloud ~]# virsh

常用的虚拟机管理命令如下。

列出所有虚拟机：

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[root@cloud ~]# virsh list --all
  Id   Name      State
-------------------------
  -    server1   shut off

开启 / 关闭 / 强制关闭 / 重启虚拟机：

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[root@cloud ~]# virsh start server1
[root@cloud ~]# virsh shutdown server1
[root@cloud ~]# virsh destroy server1
[root@cloud ~]# virsh reboot server1

6. 进入虚拟机 console 接口

进入 KVM 虚拟机，给虚拟机添加虚拟 console，从而实现从宿主机以 console 方式访问虚拟机。

在虚拟机中编辑 grub 配置：

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[root@VM1 ~]# vim /etc/default/grub

在 GRUB_CMDLINE_LINUX 末尾追加 console=ttyS0：

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GRUB_CMDLINE_LINUX="crashkernel=auto resume=UUID=94e88e69-fad6-4d1f-99cf-0ba83cc793b5 rhgb quiet console=ttyS0"

重新生成 grub 配置并重启：

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[root@VM1 ~]# grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg
[root@VM1 ~]# reboot

在宿主机上连接 console：

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[root@cloud ~]# virsh console server1

退出 console 的快捷键是 Ctrl + ]。

7. 通过配置给虚拟机添加硬盘

（1）创建磁盘文件：

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[root@cloud images]# qemu-img create -f qcow2 -o preallocation=metadata /var/lib/libvirt/images/disk2.qcow2 5g

（2）通过配置文件添加硬盘：

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[root@cloud ~]# vim /etc/libvirt/qemu/server1.xml

在配置中加入如下 disk 段：

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<disk type='file' device='disk'>
  <driver name='qemu' type='qcow2'/>
  <source file='/var/lib/libvirt/images/disk2.qcow2'/>
  <target dev='vdb' bus='virtio'/>
  <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x07' slot='0x00' function='0x0'/>
</disk>

重启服务并启动虚拟机：

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[root@cloud ~]# systemctl restart libvirtd.service
[root@cloud ~]# virsh start server1
[root@cloud ~]# virsh console server1

在 KVM 虚拟机中验证磁盘：

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[root@localhost ~]# fdisk -l
/dev/vda
/dev/vdb

对比：Xen 虚拟化下磁盘设备名为 /dev/xvda、/dev/xvdb。

8. 快速创建 KVM 虚拟机

通过复制现有虚拟机的 XML 配置来快速创建：

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[root@cloud qemu]# cp server1.xml server2.xml
[root@cloud qemu]# uuidgen
f3ccabc3-ca4c-41f2-8d6f-e99077c24eeb
[root@cloud qemu]# vim server2.xml

修改 name、uuid、磁盘路径和 MAC 地址等关键参数：

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<domain type='kvm'>
  <name>server2</name>
  <uuid>f3ccabc3-ca4c-41f2-8d6f-e99077c24eeb</uuid>
  <metadata>
  <disk type='file' device='disk'>
    <driver name='qemu' type='qcow2'/>
    <source file='/isos/server1.qcow2'/>
    <target dev='vda' bus='virtio'/>
    <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x04' slot='0x00' function='0x0'/>
  </disk>
  <interface type='bridge'>
    <mac address='52:54:00:96:f6:a2'/>
    <source bridge='br0'/>
    <model type='virtio'/>
    <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x01' slot='0x00' function='0x0'/>
  </interface>

重启服务并启动新虚拟机：

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[root@cloud ~]# systemctl restart libvirtd.service
[root@cloud ~]# virsh start server2
[root@cloud ~]# virsh list --all

五、KVM 网络配置

KVM 常见有三种网络模式：NAT 模式、仅主机模式（Host-Only）和桥接模式。

1. NAT 模式

通过 iptables 地址伪装实现 NAT：

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# iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.122.0/24 ! -d 192.168.122.0/24 -j MASQUERADE

或者使用 SNAT 指定源地址：

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# iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.122.0/24 ! -d 192.168.122.0/24 -j SNAT --to-source 192.168.8.99

NAT 模式网络拓扑

查看 NAT 规则：

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[root@cloud ~]# iptables -t nat -nL

默认网络配置文件位于 /etc/libvirt/qemu/networks：

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[root@cloud networks]# pwd
/etc/libvirt/qemu/networks
[root@cloud networks]# vim default.xml

2. 仅主机模式

仅主机模式下，虚拟机只能与宿主机通信，无法访问外部网络。

仅主机模式网络拓扑

3. 让 KVM 中的虚拟机访问 Internet

（1）给 VMware 宿主机添加一块可以访问 Internet 的网卡。

（2）进入宿主机操作系统，配置双桥接。

ifcfg-br0（内网桥接）：

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TYPE=Bridge
NAME=br0
DEVICE=br0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.8.99
PREFIX=24

ifcfg-br1（外网桥接，DHCP 获取地址）：

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TYPE=Bridge
NAME=br1
DEVICE=br1
ONBOOT=yes
BOOTPROTO=dhcp

ifcfg-ens33 桥接到 br0：

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TYPE=Ethernet
NAME=ens33
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
BRIDGE=br0

ifcfg-ens37 桥接到 br1：

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TYPE=Ethernet
NAME=ens37
DEVICE=ens37
ONBOOT=yes
BRIDGE=br1

重启服务并关闭虚拟机：

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[root@cloud ~]# systemctl restart libvirtd.service
[root@cloud ~]# virsh shutdown server1
Domain server1 is being shutdown
[root@cloud ~]# virsh shutdown server2
Domain server2 is being shutdown

将 KVM 中 server1 虚拟机网卡修改为桥接到 br1，进入 VM1 把 IP 获取方式改为 DHCP：

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[root@VM1 ~]# nmcli connection modify enp1s0 ipv4.method auto autoconnect yes
[root@VM1 ~]# nmcli connection down enp1s0 ; nmcli connection up enp1s0
[root@VM1 ~]# ifconfig
enp1s0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 192.168.31.158  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.31.255
        inet6 fe80::5054:ff:fe96:f6a1  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 52:54:00:96:f6:a1  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 1253  bytes 279527 (272.9 KiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 119  bytes 17932 (17.5 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

测试外网连通性：

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[root@VM1 ~]# ping www.baidu.com
PING www.a.shifen.com (183.2.172.17) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 183.2.172.17 (183.2.172.17): icmp_seq=1 ttl=52 time=23.6 ms
64 bytes from 183.2.172.17 (183.2.172.17): icmp_seq=2 ttl=52 time=24.3 ms
64 bytes from 183.2.172.17 (183.2.172.17): icmp_seq=3 ttl=52 time=23.5 ms

六、使用命令行安装 KVM 虚拟机

借助 kickstart 自动化安装脚本，可以无人值守地批量安装虚拟机。

1. 创建磁盘

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[root@cloud images]# qemu-img create -f qcow2 -o preallocation=metadata /var/lib/libvirt/images/server3.qcow2 10g

2. 自动化安装

使用 virt-install 指定安装源和 kickstart 文件：

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[root@cloud ~]# virt-install -n server3 --memory 2048 --vcpu 2 \
  --disk /var/lib/libvirt/images/server3.qcow2 \
  --network bridge=br1 \
  -l http://192.168.31.96/pub \
  -x inst.ks=http://192.168.31.96/ks/ks01.cfg --vnc

kickstart 配置文件 ks01.cfg 示例：

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# vim /var/www/html/ks/ks01.cfg

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#version=RHEL8
# Use text install for fully unattended
text

repo --name="AppStream" --baseurl=http://192.168.0.107/pub/AppStream
repo --name="BaseOS" --baseurl=http://192.168.0.107/pub/BaseOS
reboot

%packages
@^minimal-environment
kexec-tools

%end

# Keyboard layouts
keyboard --xlayouts='us'
# System language
lang en_US.UTF-8

# Network information
network --bootproto=dhcp --activate --hostname=server3 --onboot=yes

# Use network installation media
url --url=http://192.168.0.107/pub/BaseOS

# Run the Setup Agent on first boot
firstboot --disable

ignoredisk --only-use=vda
clearpart --all --initlabel
autopart
# System timezone
timezone Asia/Shanghai --utc

# Root password
rootpw --iscrypted $6$c31XqEglO8ECIli0$enF8T.LW3OknT.178Vb9m2HHYD6dqRdKF2QZia5.G5Tv/zMD//04S2h61oBOKihJZwPIUmWxLc7oXuWtkHQy10
user --name=admin --password=$6$Ey847S5bcqYg8ktk$sd4BJeFF01IFsGOaFwRoqXoYuZ5H1RV3bLC6n6gQGa1tNAjplFDhTnm3Cjw2pgwltIE.xr27X7E/ro4gF2JSG1 --iscrypted --gecos="admin"

%addon com_redhat_kdump --enable --reserve-mb='auto'

%end

%anaconda
pwpolicy root --minlen=6 --minquality=1 --notstrict --nochanges --notempty
pwpolicy user --minlen=6 --minquality=1 --notstrict --nochanges --emptyok
pwpolicy luks --minlen=6 --minquality=1 --notstrict --nochanges --notempty
%end

说明：上面的安装源地址（192.168.0.107）、主机名（server3）以及 rootpw、user 后的密码哈希均为示例，实际使用时请替换为自己环境的地址和生成的密码密文。

KVM 虚拟化入门到实战：部署、管理与网络配置#

一、KVM 发展历史#

二、什么是 KVM#

三、部署 KVM#

1. 安装 KVM 所需软件包#

2. 图形化安装虚拟机#

3. 创建磁盘#

4. 创建桥接模式（带上行链路的虚拟交换机）#

5. 制作云主机镜像#

四、管理 KVM#

6. 进入虚拟机 console 接口#

7. 通过配置给虚拟机添加硬盘#

8. 快速创建 KVM 虚拟机#

五、KVM 网络配置#

1. NAT 模式#

2. 仅主机模式#

3. 让 KVM 中的虚拟机访问 Internet#

六、使用命令行安装 KVM 虚拟机#

1. 创建磁盘#

2. 自动化安装#