Libvirt 虛擬化庫如何分析

本篇文章為大家展示了Libvirt 虛擬化庫如何分析，內(nèi)容簡明扼要并且容易理解，絕對能使你眼前一亮，通過這篇文章的詳細(xì)介紹希望你能有所收獲。

講到向外擴(kuò)展計(jì)算（比如云計(jì)算），libvirt 可能是您從未聽說過的最重要的庫之一。libvirt 提供一種虛擬機(jī)監(jiān)控程序不可知的 API 來安全管理運(yùn)行于主機(jī)上的來賓操作系統(tǒng)。libvirt 本身 不是一種工具， 它是一種可以建立工具來管理來賓操作系統(tǒng)的 API。libvirt 本身構(gòu)建于一種抽象的概念之上。它為受支持的虛擬機(jī)監(jiān)控程序?qū)崿F(xiàn)的常用功能提供通用的 API。libvirt 起初是專門為 Xen 設(shè)計(jì)的一種管理 API，后來被擴(kuò)展為可支持多個(gè)虛擬機(jī)監(jiān)控程序。

基本架構(gòu)

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首先讓我們從用例模型視角來展開對 libvirt 的討論，然后深入探究其架構(gòu)和用途。libvirt 以一組 API 的形式存在，旨在供管理應(yīng)用程序使用（見圖 1 ）。libvirt 通過一種特定于虛擬機(jī)監(jiān)控程序的機(jī)制與每個(gè)有效虛擬機(jī)監(jiān)控程序進(jìn)行通信，以完成 API 請求。文章后面我將探討如何通過 QEMU 來實(shí)現(xiàn)該功能。

圖 1. libvirt 比較和用例模型

圖中還顯示了 libvirt 所用術(shù)語對照。這些術(shù)語很重要，因?yàn)樵趯?API 命名時(shí)會(huì)用到它們。兩個(gè)根本區(qū)別在于，libvirt 將物理主機(jī)稱作節(jié)點(diǎn)，將來賓操作系統(tǒng)稱作域。這里需要注意的是，libvirt（及其應(yīng)用程序）在宿主 Linux 操作系統(tǒng)（域 0）中運(yùn)行。

控制方式

使用 libvirt，我們有兩種不同的控制方式。第一種如 圖 1 所示，其中管理應(yīng)用程序和域位于同一節(jié)點(diǎn)上。 在本例中，管理應(yīng)用程序通過 libvirt 工作，以控制本地域。當(dāng)管理應(yīng)用程序和域位于不同節(jié)點(diǎn)上時(shí)，便產(chǎn)生了另一種控制方式。在本例中需要進(jìn)行遠(yuǎn)程通信（參見 圖 2）。該模式使用一種運(yùn)行于遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)上、名為 libvirtd 的特殊守護(hù)進(jìn)程。當(dāng)在新節(jié)點(diǎn)上安裝 libvirt 時(shí)該程序會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，且可自動(dòng)確定本地虛擬機(jī)監(jiān)控程序并為其安裝驅(qū)動(dòng)程序（稍后討論）。該管理應(yīng)用程序通過一種通用協(xié)議從本地 libvirt 連接到遠(yuǎn)程 libvirtd。對于 QEMU，協(xié)議在 QEMU 監(jiān)視器處結(jié)束。QEMU 包含一個(gè)監(jiān)測控制臺(tái)，它允許檢查運(yùn)行中的來賓操作系統(tǒng)并控制虛擬機(jī)（VM）各部分。

圖 2. 使用 libvirtd 控制遠(yuǎn)程虛擬機(jī)監(jiān)控程序

虛擬機(jī)監(jiān)控程序支持

為支持各種虛擬機(jī)監(jiān)控程序的可擴(kuò)展性，libvirt 實(shí)施一種基于驅(qū)動(dòng)程序的架構(gòu)，該架構(gòu)允許一種通用的 API 以通用方式為大量潛在的虛擬機(jī)監(jiān)控程序提供服務(wù)。這意味著，一些虛擬機(jī)監(jiān)控程序的某些專業(yè)功能在 API 中不可見。另外，有些虛擬機(jī)監(jiān)控程序可能不能實(shí)施所有 API 功能，因而在特定驅(qū)動(dòng)程序內(nèi)被定義為不受支持。圖 3 展示了 libvirt API 與相關(guān)驅(qū)動(dòng)程序的層次結(jié)構(gòu)。這里也需要注意，libvirtd 提供從遠(yuǎn)程應(yīng)用程序訪問本地域的方式。

圖 3. 基于驅(qū)動(dòng)程序的 libvirt 架構(gòu)

在撰寫此文時(shí)，libvirt 為表 1 所列的虛擬機(jī)監(jiān)控程序?qū)崿F(xiàn)了驅(qū)動(dòng)程序。隨著新的虛擬機(jī)監(jiān)控程序在開源社區(qū)出現(xiàn)，其他驅(qū)動(dòng)程序無疑也將可用。

表 1. libvirt 支持的虛擬機(jī)監(jiān)控程序

libvirt 和虛擬 shell

上面已經(jīng)介紹了 libvirt 的一些架構(gòu)，接下來看一下如何使用 libvirt 虛擬化 API 的一些示例。首先介紹一種名為 virsh（虛擬 shell）的應(yīng)用程序，它構(gòu)建于 libvirt 之上。該 shell 允許以交互（基于 shell）方式使用多個(gè) libvirt 功能。在本節(jié)中，我使用 virsh 演示了一些 VM 操作。

第一步是要定義域配置文件（如下面的 清單 1 所示）。該代碼指定了定義域所需的所有選項(xiàng) — 從虛擬機(jī)監(jiān)控程序（仿真器）到域使用的資源以及外圍配置（比如網(wǎng)絡(luò)）。注意，這只是個(gè)簡單的配置，libvirt 真正支持的屬性更加多樣化。例如，您可以指定 BIOS 和主機(jī)引導(dǎo)程序，域要使用的資源，以及要用到的設(shè)備 — 從軟盤和 CD-ROM 到 USB 和 PCI 設(shè)備。

域配置文件定義該 QEMU 域要使用的一些基本元數(shù)據(jù)，包括域名、最大內(nèi)存、初始可用內(nèi)存（當(dāng)前）以及該域可用的虛擬處理器數(shù)量。您不需要自己分配 Universally Unique Idenifier (UUID)，而是讓 libvirt 分配。您需要為該平臺(tái)定義要仿真的機(jī)器類型 — 在本例中是被完全虛擬化（hvm）的 686 處理器。您需要為域定義仿真器的位置（以備需要支持多個(gè)同類型仿真器時(shí)使用）和虛擬磁盤。這里注意要指明 VM，它是以 Virtual Machine Disk（VMDK）格式存在的 ReactOS 操作系統(tǒng)。最后，要指定默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，并使用面向圖形的 Virtual Network Computing (VNC)。

清單 1. 域配置文件

完成了域配置文件之后，現(xiàn)在開始使用 virsh 工具啟動(dòng)域。virsh 工具為要執(zhí)行的特定動(dòng)作采用命令參數(shù)。在啟動(dòng)新域時(shí)，使用 create 命令和域配置文件：

清單 2. 啟動(dòng)新域

這里要注意用于連接到域（qemu:///system）的 Universal Resource Indicator (URI)。該本地 URI 連接到本地 QEMU 驅(qū)動(dòng)程序的系統(tǒng)模式守護(hù)進(jìn)程上。要通過主機(jī) shinchan 上的 Secure Shell (SSH) 協(xié)議連接到遠(yuǎn)程 QEMU 虛擬機(jī)監(jiān)控程序，可以使用 URL qemu+ssh://shinchan/。

下一步，您可以使用 virsh 內(nèi)的 list 命令列出給定主機(jī)上的活動(dòng)域。這樣做可以列出活動(dòng)域，域 ID，以及它們的狀態(tài)，如下所示：

清單 3. 列出活動(dòng)域

注意，這里定義的名稱是在域配置文件元數(shù)據(jù)中定義過的名稱?？梢钥吹?，該域的域名是 1 且正在運(yùn)行中。

您也可以使用 suspend 命令中止域。該命令可停止處于調(diào)度中的域，不過該域仍存在于內(nèi)存中，可快速恢復(fù)運(yùn)行。下面的例子展示了如何中止域，執(zhí)行列表查看狀態(tài)，然后重新啟動(dòng)域：

清單 4. 中止域，檢查狀態(tài)，并重新啟動(dòng)

virsh 工具也支持許多其他命令，比如保存域的命令（save），恢復(fù)已存域的命令（restore），重新啟動(dòng)域的命令（reboot），以及其他命令。您還可以從運(yùn)行中的域（dumpxml）創(chuàng)建域配置文件。

到目前為止，我們已經(jīng)啟動(dòng)并操作了域，但是如何連接域來查看當(dāng)前活動(dòng)域呢？這可以通過 VNC 實(shí)現(xiàn)。要?jiǎng)?chuàng)建表示特定域圖形桌面的窗口，可以使用 VNC：

清單 5. 連接到域

libvirt 和 Python

上一個(gè)例子說明了如何使用命令行工具 virsh 實(shí)現(xiàn)對域的控制?，F(xiàn)在我們看一個(gè)使用 Python 來控制域的例子。Python 是受 libvirt 支持的腳本語言，它向 libvirt API 提供完全面向?qū)ο蟮慕涌凇?/p>

在本例中，我研究了一些基本操作，與之前用 virsh 工具（list、suspend、resume 等）展示的操作類似。Python 示例腳本見 清單 6。在本例中，我們從導(dǎo)入 libvirt 模塊開始。然后連接到本地 QEMU 虛擬機(jī)監(jiān)控程序。從這里開始，重復(fù)可用的域 ID；對每個(gè) ID 創(chuàng)建一個(gè)域?qū)ο?，然后中止，繼續(xù)，最后刪除該域。

清單 6. 用于控制域的示例 Python 腳本（libvtest.py）

雖然這只是個(gè)簡單示例，我們?nèi)匀豢梢钥吹?libvirt 通過 Python 提供的強(qiáng)大功能。通過一個(gè)簡單的腳本就能夠重復(fù)所有本地 QEMU 域，發(fā)行有關(guān)域的信息，然后控制域。該腳本的結(jié)果如 清單 7 所示。

清單 7. 清單 6 中的 Python 腳本輸出的結(jié)果

API 概述

高級 libvirt API 可劃分為 5 個(gè) API 部分：虛擬機(jī)監(jiān)控程序連接 API、域 API、網(wǎng)絡(luò) API、存儲(chǔ)卷 API 以及存儲(chǔ)池 API。

為給定虛擬機(jī)監(jiān)控程序創(chuàng)建連接后會(huì)產(chǎn)生所有 libvirt 通信（例如，清單 6 中所示的 open 調(diào)用）。該連接為所有其他要使用的 API 提供路徑。在 C API 中，該行為通過 virConnectOpen 調(diào)用（以及其他進(jìn)行認(rèn)證的調(diào)用）提供。這些函數(shù)的返回值是一個(gè) virConnectPtr 對象，它代表到虛擬機(jī)監(jiān)控程序的一個(gè)連接。該對象作為所有其他管理功能的基礎(chǔ)，是對給定虛擬機(jī)監(jiān)控程序進(jìn)行并發(fā) API 調(diào)用所必需的語句。重要的并發(fā)調(diào)用是 virConnectGetCapabilities 和 virNodeGetInfo，前者返回虛擬機(jī)監(jiān)控程序和驅(qū)動(dòng)程序的功能，后者獲取有關(guān)節(jié)點(diǎn)的信息。該信息以 XML 文檔的形式返回，這樣通過解析便可了解可能發(fā)生的行為。

進(jìn)入虛擬機(jī)監(jiān)控程序后，便可以使用一組 API 調(diào)用函數(shù)重復(fù)使用該虛擬機(jī)監(jiān)控程序上的各種資源。virConnectListDomains API 調(diào)用函數(shù)返回一列域標(biāo)識(shí)符，它們代表該虛擬機(jī)監(jiān)控程序上的活動(dòng)域。

API 實(shí)現(xiàn)大量針對域的函數(shù)。要探究或管理域，首先需要一個(gè) virDomainPtr 對象。您可通過多種方式獲得該句柄（使用 ID、UUID 或域名）。繼續(xù)來看重復(fù)域的例子，您可以使用該函數(shù)返回的索引表并調(diào)用 virDomainLookupByID 來獲取域句柄。有了該域句柄，就可以執(zhí)行很多操作，從探究域（virDomainGetUUID、virDomainGetInfo、virDomainGetXMLDesc、virDomainMemoryPeek）到控制域（virDomainCreate、virDomainSuspend、virDomainResume、virDomainDestroy 和 virDomainMigrate）。

您還可使用 API 管理并檢查虛擬網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)資源。建立了 API 模型之后，需要一個(gè) virNetworkPtr 對象來管理并檢查虛擬網(wǎng)絡(luò)，且需要一個(gè) virStoragePoolPtr（存儲(chǔ)池）或 virStorageVolPtr（卷）對象來管理這些資源。

API 還支持一種事件機(jī)制，您可使用該機(jī)制注冊為在特定事件（比如域的啟動(dòng)、中止、恢復(fù)或停止）發(fā)生時(shí)獲得通知。

語言綁定

libvirt 庫用 C （支持 C++）實(shí)現(xiàn)，且包含對 Python 的直接支持。不過它還支持大量語言綁定。目前已經(jīng)對 Ruby、Java? 語言，Perl 和 OCaml 實(shí)施了綁定。在從 C# 調(diào)用 libvirt 方面我們已做了大量工作。libvirt 支持最流行的系統(tǒng)編程語言（C 和 C++）、多種腳本語言、甚至一種統(tǒng)一的函數(shù)型語言（Objective caml）。因此，不管您側(cè)重何種語言，libvirt 都會(huì)提供一種路徑來幫助您控制域。

使用 libvirt 的應(yīng)用程序

僅從本文已經(jīng)展示的一小部分功能上便可看出 libvirt 提供的強(qiáng)大功能。且如您所愿，有大量應(yīng)用程序正成功構(gòu)建于 libvirt 之上。其中一個(gè)有趣的應(yīng)用程序就是 virsh（這里所示），它是一種虛擬 shell。還有一種名為 virt-install 的應(yīng)用程序，它可用于從多個(gè)操作系統(tǒng)發(fā)行版供應(yīng)新域。virt-clone 可用于從另一個(gè) VM 復(fù)制 VM（既包括操作系統(tǒng)復(fù)制也包括磁盤復(fù)制）。一些高級應(yīng)用程序包括多用途桌面管理工具 virt-manager 和安全連接到 VM 圖形控制臺(tái)的輕量級工具 virt-viewer。

構(gòu)建于 libvirt 之上的一種最重要的工具名為 oVirt。oVirt VM 管理應(yīng)用程序旨在管理單個(gè)節(jié)點(diǎn)上的單個(gè) VM 或多個(gè)主機(jī)上的大量 VM。除了可以簡化大量主機(jī)和 VM 的管理之外，它還可用于跨平臺(tái)和架構(gòu)自動(dòng)化集群，負(fù)載平衡和工作。

深入探究

libvirt 是一種用來構(gòu)建應(yīng)用程序的強(qiáng)大庫，能夠跨系統(tǒng)的大型網(wǎng)絡(luò)在不同的虛擬機(jī)監(jiān)控程序環(huán)境中管理域。鑒于云計(jì)算的日漸流行，libvirt 無疑也會(huì)隨之發(fā)展，不斷獲得新的應(yīng)用程序和用戶。

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