libvirt介绍和使用

2023-11-11

libvirt介绍和使用

导读：

why&&what
libvirt具体介绍
API 剖析
driver 剖析
如何使用libvirt?

why&&what

实现一朵可运行、可运维的云，需要完整的实现三层：VIM层、VNFM层、NFVO层，其中实现对VNF的生命周期管理是VNFM层要实现核心功能。但要做到对VNF的控制管理谈何容易，VIM层中提供的hypervisor技术多种多样，包括kvm,vmware,xen等等，每种技术提供的驱动和API又都不尽相同。即使能够做到单种技术的控制管理，还要实现不同hypervisor下VNF的迁移，困难可想而知。
而Libvirt正是为解决上述问题而生，通过在VIM层和VNFM层提供一个虚拟抽象层，提供统一API供上层调用，下层统一封装不同虚拟机，从而方便地实现对虚拟机的管理。
Libvirt是管理虚拟机、存储、网络的一系列软件集合。它包括了一个API库、一个daemon程序（libvirtd）和一个命令行工具(virsh).主要目标是为各种虚拟化工具提供一套统一可靠的API，让上层可以用一种单一的方式来管理多种不同的虚拟化技术。

libvirt具体介绍

Libvirt目前已被业界广泛应用，应用场景包括各种命令行工具、GUI工具、持续集成、IaaS服务(如openstack)、web应用程序等等。支持多种语言包括C、Python、Perl、Java、Go等，大大便利了开发集成。支持多种虚拟化技术，包括KVM、QEMU、Xen、Virtuozzo、Vmware ESX、LXC等等。
主要提供的功能包括：

虚拟机生命周期管理：包括不同的领域生命周期操作，比如：启动、停止、暂停、保存、恢复和迁移。支持多种设备类型的热插拔操作，包括：磁盘、网卡、内存和CPU。
本地&&远程访问：通过在本地运行libvirt daemon,本机和远程机器，都可以访问并使用libvirt的功能。远程一般通过简单配置SSH即可。
存储管理：除了虚拟机管理，任何运行了libvirt daemon的主机都可以用来管理不同类型的存储：创建不同格式的文件镜像（qcow2、vmdk、raw等）、挂接NFS共享、列出现有的LVM卷组、创建新的LVM卷组和逻辑卷、对未处理过的磁盘设备分区、挂接iSCSI共享等。
虚拟网络管理：可以用来管理和创建虚拟网络，管理物理和逻辑的网络接口。

API 剖析

Libvirt提供的核心功能就是一套统一的API，所以有必要研究下API的实现。
libvirt的一个节点内部划分如下，包括hypervisor和多个domains，每个domains表示一个客户机实例:

libvirt 的逻辑术语

API被设计用来管控虚拟机的所有资源，从设计类的角度来看可划分为5个大类：

5 objects of libvirt

virConnectPtr
代表和hypervisor进行连接，通常使用virConnectOpen系列的函数来实现和hypervisor的相连，一旦连接建立后，就可以管理该hypervisor内的各种资源如domains等。
virDomainPtr
代表一个active或者提前defined的domain。函数virConnectListAllDomains可以罗列一个hypervisor内的所有domians。
virNetworkPtr
代表一个actvie或者defiend的network。函数virConnectListAllNetworks可罗列一个hypervisor内的所有虚拟网络。
virStoragePoolPtr
代表一个存储池，是一个逻辑区域用来分配和存储storage volume。
virStorageVolPtr
代表一个storage volume，可被用作一个块设备提供给domain来使用。

大多数的object可被以多种方式索引到：

name
ID
UUID

对以上五大类，都提供了支持下述动作的API：

Lookup[...LookupBy...]
可被用来检索查找某个object：
- virDomainLookupByID
- virDomainLookupByName
- virDomainLookupByUUID
- virDomainLookupByUUIDString
Enumeration[virconnectList..., virconnectNumOf...]
被用来遍历特定hypervisor可访问的对象集合：
- virConnectListDomains
- virConnectNumOfDomains
- virConnectListNetworks
- virConnectListStoragePools
Description[...GetInfo]
提供一个object的通用信息：
- virNodeGetInfo
- virDomainGetInfo
- virStoragePoolGetInfo
- virStorageVolGetInfo
Accessors[..Get...,...Set...]
被用来获取或者修改指定的object：
- virConnectGetType
- virDomainGetMaxMemory
- virDomainSetMemory
- virDomainGetVcpus
- virStoragePoolSetAutostart
- virNetworkGetBridgeName
Creation[...Create,...CreateXml]
用来创建和启动object：
- virDomainCreate
- virDomainCreateXML
- virNetworkCreate
- virNetworkCreateXML
Destruction[...Destroy]
用来关闭、deactivate、销毁一个对象：
- virDomainDestroy
- virNetworkDestroy
- virStoragePoolDestroy

libvirt 启动 qemu 的流程图
在这里插入图片描述

driver 剖析

为了支持各种虚拟机监控程序的可扩展性，libvirt实现了一种基于驱动程序的架构，该架构允许用一种通用的API来管理不同的guest OS。下图展示了API和相关驱动程序的层次结构：

架构图

没有使用libvirt的虚拟机管理方式如下图所示：
在这里插入图片描述

libvirt提供两种不同的控制方式：

本地控制：daemon和管理程序在同一节点上。
远程控制：daemon和管理程序不在同一个节点上，两个节点的通信需要借助于RPC来实现。

如何使用Libvirt?

本文的hypervisor以kvm-qemu为例，关于kvm的配置可以参考这里。

1 定义虚拟配置文件
本例只是举个简单例子，可以通过xml文件定义域名，guest os的内存大小，虚拟存储器个数，启动的镜像OS，网络接口配置等。实际上libvirt支持的属性更加多样丰富，想具体了解的可以参考官网详细介绍。

1 <domain type='kvm'> 
  2   <name>alice</name>  //域名
  3   <uuid>f5b8c05b-9c7a-3211-49b9-2bd635f7e2aa</uuid>
  4   <memory>1048576</memory>  //内存大小
  5   <currentMemory>1048576</currentMemory>
  6   <vcpu>2</vcpu> //虚拟CPU个数
  7   <os>
  8     <type>hvm</type>
  9     <boot dev='cdrom'/>
 10   </os>
 11   <features>
 12     <acpi/>
 13   </features>
 14   <clock offset='utc'/>
 15   <on_poweroff>destroy</on_poweroff>
 16   <on_reboot>restart</on_reboot>
 17   <on_crash>destroy</on_crash>  //供virsh使用
 18   <devices>
 19     <emulator>/usr/bin/kvm</emulator>
 20     <disk type="file" device="disk">  //镜像OS磁盘路径
 21       <driver name="qemu" type="raw"/>
 22       <source file="/home/rocce/dev/images/alice.img"/>
 23       <target dev="vda" bus="virtio"/>
 24       <address type="pci" domain="0x0000" bus="0x00" slot="0x04" function="0x0"/>
 25     </disk>
 26     <disk type="file" device="cdrom">  //镜像OS路径
 27       <driver name="qemu" type="raw"/>
 28       <source file="/home/rocce/dev/iso/CentOS-7.0-1406-x86_64-Minimal.iso"/>
 29       <target dev="hdc" bus="ide"/>
 30       <readonly/>
 31       <address type="drive" controller="0" bus="1" target="0" unit="0"/>
 32     </disk>
 33     <interface type='bridge'> //网络配置
 34       <source bridge='br0'/>
 35       <mac address="00:0c:30:81:5a:14"/>
 36     </interface>
 37     <controller type="ide" index="0">
 38       <address type="pci" domain="0x0000" bus="0x00" slot="0x01" function="0x1"/>
 39     </controller>
 40     <input type='mouse' bus='ps2'/>
 41     <graphics type='vnc' port='5920' autoport="no" listen='0.0.0.0'/> //图形界面参数
 42     <console type='pty'>  // 串口配置
 43       <target port='0'/>
 44     </console>
 45   </devices>
 46 </domain>

2 连接hypervisor
libvirt提供了三种连接方式：

conn = libvirt. open(name)
conn = libvirt.openAuth(uri, auth, flags)
conn = libvirt.openReadOnly(name)

关于每种的使用场景及方法，参考官网介绍即可。
举例如下：

In [2]: conn = libvirt.open("qemu:///system")
In [3]: print conn
<libvirt.virConnect object at 0x7f62dc03fa10>

3 guest domain的生命周期管理
可以使用libvirt来对domain进行整个生命周期的管理。domain在整个生命周期内有以下几个状态：

状态迁移图

Undefined这是一个基本的状态。任何没有定义或者没有建立的域的状态。
Defined这是一个域已定义但是没有运行的状态。这种状态也可以被描述为停止。
Running这是一个已经定义并运行在一个hypervisor上面的域的状态。
Paused这个状态是形容一个域系统从运行状态转换为暂停状态。它的内存镜像已经被暂时地存储，它可以恢复到运行状态
saved可以将一个域持久化，并再次打开使用。
比较重要的API包括：

#创建域
virDomainPtr    virDomainCreateXML  (virConnectPtr conn, 
                     const char * xmlDesc, 
                     unsigned int flags)//建立并立即引导启动一个新的临时性的domain
virDomainPtr    virDomainCreateXMLWithFiles (virConnectPtr conn, 
                         const char * xmlDesc, 
                         unsigned int nfiles, 
                         int * files, 
                         unsigned int flags)
virDomainPtr    virDomainDefineXML  (virConnectPtr conn, 
                     const char * xml)//建立一个持久性的域并存储配置文件
virDomainPtr    virDomainDefineXMLFlags (virConnectPtr conn, 
                     const char * xml, 
                     unsigned int flags)

//开启、关闭域
int virDomainCreate         (virDomainPtr domain)//从持久性配置中引导并启动一个预先定义好的域
virDomainPtr    virDomainCreateLinux    (virConnectPtr conn, 
                     const char * xmlDesc, 
                     unsigned int flags)
int virDomainCreateWithFiles    (virDomainPtr domain, 
                     unsigned int nfiles, 
                     int * files, 
                     unsigned int flags)
int virDomainCreateWithFlags    (virDomainPtr domain, 
                     unsigned int flags)
int virDomainShutdown       (virDomainPtr domain)
int virDomainShutdownFlags      (virDomainPtr domain, 
                     unsigned int flags)

#暂停\恢复\保存
int virDomainSuspend        (virDomainPtr domain)
int virDomainResume         (virDomainPtr domain)
int virDomainSave           (virDomainPtr domain, 
                     const char * to)
int virDomainRestore        (virConnectPtr conn, 
                     const char * from)
#销毁域
int virDomainDestroy        (virDomainPtr domain) 
int virDomainDestroyFlags       (virDomainPtr domain, 
                     unsigned int flags)    
int virDomainUndefine       (virDomainPtr domain) //关闭并删除持久性配置
int virDomainUndefineFlags      (virDomainPtr domain, 
                     unsigned int flags)

host信息获取
virConnection对象提供了多种方法用来获取虚拟主机的信息，包括hostname,max vCPU等等。
举例如下：

In [5]: print conn.getHostname()
ubuntu
In [8]: print conn.getMaxVcpus(None)
16
In [9]: print conn.getInfo()
['x86_64', 3934L, 8, 3591, 1, 2, 4, 1]
In [13]: print conn.getCellsFreeMemory(0,1)
[312676352L]

In [14]: print conn.getType()
QEMU

In [15]: print conn.getURI()
qemu:///system

In [16]: print conn.isEncrypted()
0

In [17]: print conn.isAlive()
1

In [18]: print conn.isSecure()
1

In [19]: print conn.getCPUMap()
(8, [True, True, True, True, True, True, True, True], 8

In [21]: print conn.getCPUStats(0)
{'kernel': 109650000000L, 'idle': 265725600000000L, 'user': 150740000000L, 'iowait': 26750000000L}

当然libvirt提供的API不止包括如上介绍，本文只是将比较重要的部分罗列出来，如果想深入研究，请移步官网。

libvirt

libvirt是目前使用最为广泛的对KVM虚拟机进行管理的工具和API。Libvirtd是一个daemon进程，可以被本地的virsh调用，也可以被远程的virsh调用，Libvirtd调用qemu-kvm操作虚拟机。

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