虚拟机镜像制作及启动

实验目的及要求

基于课程中讲授的虚拟化基本原理和技术，掌握虚拟化环境的搭建方法，熟悉了解一些典型的虚拟化平台的命令
比较虚拟机镜像格式 raw 和 qcow2 的区别
比较虚拟机和容器的镜像大小、启动速度等方面的区别

实验环境

宿主机配置为 Intel® Core™ i7-8700 CPU @ 3.20GHz，8G Mem，1T HDD，Intel VT 硬件虚拟化已开启

真实系统为 Ubuntu 20.04.1 x64 （Linux version 5.13.0-39-generic）

实验步骤

第一步：Ubuntu 下使用 KVM QUME 创建虚拟机镜像，启动虚拟机，安装 KVM/QUME 的相关组件

查看 CPU 是否支持硬件虚拟化

grep -E "(vmx|svm)" /proc/cpuinfo
# 有内容输出则表示支持

安装相关软件包

sudo apt install qemu-kvm virtinst virt-manager virt-viewer

qemu-kvm 是KVM与QEMU的结合，KVM负责CPU虚拟化+内存虚拟化，QEMU模拟其它IO设备
virtinst 是安装 libvirt 的依赖包
virt-manager 是一个虚拟系统管理器可以提供 GUI 的虚拟化管理界面
virt-viewer 是一个用于显示虚拟机的图形控制台的工具

查看 KVM 内核模块是否已加载

sudo lsmod | grep kvm

执行下面的命令看 KVM 是否安装成功

kvm-ok

查看 Hypervisior 上虚拟机的列表（确认相关软件已经正确安装）

virsh -c qemu:///system list
# virsh list: 显示正在运行的虚拟机

第二步：在当前目录下创建虚拟机磁盘文件（法一：命令行方式，以Ubuntu为例）

mkdir vmm

在当前目录（上一步所创建的目录）下创建虚拟机磁盘文件（命名和大小根据实际情况决定）

cd vmm
qemu-img create -f qcow2 ubuntu.img 10G
# 输出显示：Formatting 'ubuntu.img', fmt=qcow2 size=10737418240 cluster_size=65536 lazy_refcounts=off refcount_bits=16

qemu-img 是 QEMU 的磁盘管理工具在 qemu kvm 源码编译后就会提供这个命令
create [-f fmt] [-o options] filename [size] 创建一个格式为 fmt 大小为 size 文件名为 filename 的镜像文件，fmt 可以为 qcow 2 或 raw

第三步：下载一个系统盘，启动虚拟机，并插入系统盘，安装操作系统

下载系统盘（以创建Ubuntu虚拟机为例，此处下载Ubuntu 21.10镜像文件）

mkdir img
cd img
wget https://mirrors.aliyun.com/ubuntu-releases/21.10/ubuntu-21.10-desktop-amd64.iso

启动虚拟机，并插入系统盘，安装操作系统

# qemu-system-x86_64 -hda $(path to ubuntu.img) -cdrom $(path to os iso file) -enable-kvm -boot d -m 1024
qemu-system-x86_64 -hda ~/vmm/ubuntu.img -cdrom ~/img/ubuntu-21.10-desktop-amd64.iso -enable-kvm -boot d -m 2048

-hda 指定了硬盘是哪个虚拟磁盘，这里用之前创建的 ubuntu.img
-boot 指定启动的时候从磁盘、硬盘、光驱还是网络上启动，我们安装的时候选择从光驱启动，所以用 d
-m 指定虚拟机使用的内存大小，单位是 MB，默认是 128 MB，根据需求自定义分配内存大小，所以此处分配 2048 MB

ubuntu安装引导界面

ubuntu安装界面

第四步：安装完毕系统镜像后，以命令行的形式配置虚拟机的启动参数并启动虚拟机

qemu-system-x86_64 ~/vmm/ubuntu.img -m 2048

ubuntu系统界面

第五步：以 XML 的形式配置虚拟机的启动参数（法二：XML配置文件方式，以Centos为例）

也可以采用 libvirt 来管理虚拟机，首先创建并编辑文件centos.xml

cd vmm
qemu-img create -f qcow2 centos.img 10G
mkdir config
cd config
vim centos.xml

centos.xml 具体内容如下

<domain type='kvm'>
  <name>centos</name>
  <!--虚拟机名称-->
  <memory>2097152</memory>
  <!-- 最大内存2G，单位为KB -->
  <currentMemory>2097152</currentMemory>
  <!-- 可用内存2G  -->
  <vcpu>4</vcpu>
  <!-- 虚拟cpu个数  -->
  <os>
    <type arch='x86_64' machine='pc'>hvm</type>
    <boot dev='cdrom'/>
    <!-- cdrom 从光盘启动 安装成功后需改为 hd 从磁盘启动 -->
  </os>
  <features>
    <acpi/>
    <apic/>
    <pae/>
  </features>
  <clock offset='localtime'/>
  <on_poweroff>destroy</on_poweroff>
  <on_reboot>restart</on_reboot>
  <on_crash>destroy</on_crash>
  <devices>
    <emulator>/usr/bin/qemu-system-x86_64</emulator>
    <disk type='file' device='disk'>
      <driver name='qemu' type='qcow2'/>
      <!-- 文件镜像格式 -->
      <source file='/home/zys/vmm/centos.img'/>
      <!-- 目的镜像路径，需提前创建好目标镜像文件 -->
      <target dev='hda' bus='ide'/>
    </disk>
    <disk type='file' device='cdrom'>
      <source file='/home/zys/img/CentOS-7-x86_64-Minimal-2009.iso'/>
      <!-- 光盘镜像路径  -->
      <target dev='hdb' bus='ide'/>
    </disk>
    <input type='mouse' bus='ps2'/>
    <graphics type='vnc' port='-1' autoport='yes' listen = '0.0.0.0' keymap='en-us'/>
    <!-- vnc方式登录，端口号自动分配，自动加1  -->
  </devices>
</domain>

定义虚拟机

sudo virsh define ~/vmm/config/centos.xml

启动虚拟机

sudo virsh start centos

查看虚拟机是否启动成功

sudo virsh -c qemu:///system list

创建成功

通过 virt-viewer 使用虚拟机（参数 5 为上一步中 list 中 id，根据实际情况修改）

virt-viewer -c qemu:///system 5

centos安装界面

安装成功后需要修改 centos.xml 中的启动方式，从而正常使用虚拟机

sudo virsh shutdown centos
# 关闭当前运行的虚拟机
virsh edit centos
# 选择自己常用的编辑器后，将启动方式从 cdrom 修改为 hd，从硬盘启动
sudo virsh define /etc/libvirt/qemu/centos.xml
# 重定义使配置生效
sudo virsh start centos
sudo virsh -c qemu:///system list
virt-viewer -c qemu:///system 6

centos系统界面

第六步：以图形化方式安装虚拟机（法三：图形化方式，以Windows为例）

sudo virt-manager

图形化界面，操作简单上手，按照流程步骤走就行

windows安装界面1

windows安装界面3

windows安装界面4

第七步：查看磁盘文件镜像信息，并将镜像格式转换为 raw 格式，并且比较两种镜像格式之间的区别（补充）

cd vmm
qemu-img info ubuntu.img
qemu-img convert -f qcow2 -O raw ubuntu.img ubuntu-raw.img
qemu-img info ubuntu-raw.img

convert [-c] [-f fmt] [-O output_fmt] [-o options] filename [filename 2 […]] output_filename
将 fmt 格式的 filename 镜像文件根据 options 选项转换为格式为 output_fmt 的名为 output_filename 的镜像文件
raw 和 qcow2 格式比较：
- raw：裸格式，创建时就需要指定存储容量，占用全部容量，不支持动态扩容，不支持快照，但虚拟机 I/O 效率更高一些，性能会更好；
- qcow2：写时复制，开始只占用少许容量，支持动态扩容，支持压缩，支持AES加密，支持快照，性能也较好。

磁盘文件格式比较

实验小结

通过对 qemu-kvm 的使用，对虚拟化的基本原理和技术有了更加清晰的认识与理解。通过3种不同的创建虚拟机的方式，让我对虚拟机平台的一些常见命令更加熟练运用。命令行方式创建镜像灵活方便，适合即建即用，但是不会生成相关虚拟机配置文件，不便于后期管理与使用；编辑XML配置文件方式创建镜像比较直接，适合熟练上手之后使用，后期修改维护也很方便；图形化方式创建镜像更加方便快捷，容易上手，对新手友好，但相关灵活度不行，后期维护修改可以结合XML配置文件方式修改。对于虚拟机镜像的 raw 和 qcow2 这两种格式，通过实验比较感受出，raw 性能更加突出，qcow2 更加灵活，容量占用小，支持的功能更加广泛。

虚拟化技术—KVM和QUME