5.libvirt 介绍 [ Libvrit for KVM/QEMU ]

由 匿名 (未验证) 提交于 2019-12-03 00:34:01

1. Libvirt 是什么

为什么需要Libvirt？

  1. Hypervisor 比如 qemu-kvm 的命令行虚拟机管理工具参数众多，难于使用。
  2. Hypervisor 种类众多，没有统一的编程接口来管理它们，这对云环境来说非常重要。
  3. 没有统一的方式来方便地定义虚拟机相关的各种可管理对象。

Libvirt提供了什么？

  1. 它提供统一、稳定、开放的源代码的应用程序接口（API）、守护进程 （libvirtd）和和一个默认命令行管理工具（virsh）。
  2. 它提供了对虚拟化客户机和它的虚拟化设备、网络和存储的管理。
  3. 它提供了一套较为稳定的C语言应用程序接口。目前，在其他一些流行的编程语言中也提供了对libvirt的绑定，在Python、Perl、Java、Ruby、PHP、OCaml等高级编程语言中已经有libvirt的程序库可以直接使用。
  4. 它对多种不同的 Hypervisor 的支持是通过一种基于驱动程序的架构来实现的。libvirt 对不同的 Hypervisor 提供了不同的驱动，包括 Xen 的驱动，对QEMU/KVM 有 QEMU 驱动，VMware 驱动等。在 libvirt 源代码中，可以很容易找到 qemu_driver.c、xen_driver.c、xenapi_driver.c、vmware_driver.c、vbox_driver.c 这样的驱动程序源代码文件。
  5. 它作为中间适配层，让底层 Hypervisor 对上层用户空间的管理工具是可以做到完全透明的，因为 libvirt 屏蔽了底层各种 Hypervisor 的细节，为上层管理工具提供了一个统一的、较稳定的接口（API）。
  6. 它使用 XML 来定义各种虚拟机相关的受管理对象。

1.1 Libvirt C API

1.1.1 Libvirti API 所管理的主要对象

对象解释
Domain （域）指运行在由Hypervisor提供的虚拟机器上的一个操作系统实例（常常是指一个虚拟机）或者用来启动虚机的配置。
Hypervisor一个虚拟化主机的软件层
Node （主机）一台物理服务器。
Storage pool （存储池）一组存储媒介的集合，比如物理硬盘驱动器。一个存储池被划分为小的容器称作卷。卷会被分给一个或者多个虚机。
Volume （卷）一个从存储池分配的存储空间。一个卷会被分给一个或者多个域，常常成为域里的虚拟硬盘。

1.1.2 对象的管理模型

对象名称对象Python 类描述
Connect与 Hypervisor的连接
virConnectPtr
在调用任何 API 去管理一个本地或者远端的Hypervisor前，必须建立和这个Hypervisor的连接。
DomainGuest domain
virDomainPtr
用于列举和管理已有的虚机，或者创建新的虚机。唯一标识：ID,Name，UUID。一个域可能是暂时性的或者持久性的。暂时性的域只能在它运行期间被管理。持久性的域在主机上保存了它的配置。
Virtual Network虚拟网络
virNetworkPtr
用于管理虚机的网络设备。唯一标识：Name，UUID。一个虚拟网络可能是暂时性的或者持久性的。每个主机上安装libvirt后，它都有一个默认的网络设备“default”。它向该主机上运行的虚机提供DHCP服务，以及通过NAT连接到主机上。
Storage Pool存储池
virStoragePoolPtr
dirfsnetfsdiskiscsilogicalscsi,mpathrbdsheepdoggluster 或者zfs。
存储卷
virStorageVolPtr
用于管理一个存储池内的存储块，包括一个池内分配的块、磁盘分区、逻辑卷、SCSI/iSCSI Lun，或者一个本地或者网络文件系统内的文件等。唯一标识：Name，Key，Path。
主机设备
virNodeDevPtr
controller, sound card, etc。唯一标识：Name。

1.1.3 API 的简单分类

Libvirt API 就是对各种对象的各种操作，包括基本的增、删、改、查操作和其它操作。

对象增ɾ改查其它
ConnectvirConnectOpen
virConnectOpenAuth
virConnectOpenReadOnly		virConnectClosevirConnectSetKeepAlive
Strorage poolvirStoragePoolBuild
virStoragePoolCreate
virStoragePoolCreateXML
virStoragePoolDefineXML		virStoragePoolDelete
virStoragePoolDestroy
virStoragePoolFree
virStoragePoolUndefine		virStoragePoolRefresh
virStoragePoolSetAutostart		virConnectFindStoragePoolSources
virConnectListAllStoragePools
virConnectListDefinedStoragePools
virConnectListStoragePools
virConnectNumOfDefinedStoragePools
virConnectNumOfStoragePools

virStoragePoolGetInfo/Name/UUID/UUIDString/XMLDesc

virStoragePoolLookupByName/UUID/UUIDString/Volume
virStoragePoolRef		virStoragePoolGetAutostart
virStoragePoolGetConnect

virStoragePoolNumOfVolumes
virStoragePoolListAllVolumes
virStoragePoolListVolumes
Storage volumevirStorageVolCreateXML
virStorageVolCreateXMLFrom		virStorageVolDelete
virStorageVolFree		virStorageVolResize
virStorageVolUpload
virStorageVolWipe
virStorageVolWipePattern		virStorageVolGetConnect/Info/Key/Name/Path/XMLDesc

virStorageVolRef		virStorageVolDownload
NetworkvirNetworkCreate
virNetworkCreateXML
virNetworkDefineXML		virNetworkDestroy
virNetworkFree
virNetworkUndefine		virNetworkSetAutostart
virNetworkUpdate		virConnectListAllNetworks
virConnectListDefinedNetworks
virConnectListNetworks
virConnectNumOfDefinedNetworks
virConnectNumOfNetworks

virNetworkGetBridgeName/DHCPLeases/Name/UUID/UUIDString/XMLDesc
virNetworkIsActive/Persistent

virNetworkGetAutostart
virNetworkGetConnect
virConnectNetworkEventDeregisterAny
virConnectNetworkEventGenericCallback
virNetworkDHCPLeaseFree
Domain snapshotvirDomainSnapshotCreateXMLvirDomainSnapshotDelete
virDomainSnapshotFree		virDomainRevertToSnapshotvirDomainHasCurrentSnapshot
virDomainListAllSnapshots
virDomainSnapshotCurrent
virDomainSnapshotGetConnect/Domain/Name/Parent/XMLDesc
virDomainSnapshotHasMetadata
virDomainSnapshotIsCurrent
virDomainSnapshotListAllChildren
virDomainSnapshotListChildrenNames
virDomainSnapshotListNames
virDomainSnapshotLookupByName
virDomainSnapshotNum
virDomainSnapshotNumChildren
virDomainSnapshotRef
Host
virInitialize
virNodeSetMemoryParameters
virNodeSuspendForDuration		virConnectBaselineCPU
virConnectCompareCPU
virConnectGetCPUModelNames/Capabilities/Hostname/LibVersion/MaxVcpus/Sysinfo/Type/URI/Version
virConnectIsAlive
virConnectIsEncrypted
virConnectIsSecure
virGetVersion

virTypedParamsAddBoolean
virTypedParamsAddDouble
virTypedParamsAddFromString
virTypedParamsAddInt
virTypedParamsAddLLong
virTypedParamsAddString
virTypedParamsAddUInt
virTypedParamsAddULLong
virTypedParamsClear
virTypedParamsFree
virTypedParamsGet

InterfacevirInterfaceCreate
virInterfaceDefineXML
virInterfaceDestroy
virInterfaceFree
virInterfaceUndefine		virInterfaceChangeBegin
virInterfaceChangeCommit
virInterfaceChangeRollback
virConnectListAllInterfaces
virConnectListDefinedInterfaces
virConnectListInterfaces
virConnectNumOfDefinedInterfaces
virConnectNumOfInterfaces
virInterfaceGetConnect
virInterfaceGetMACString
virInterfaceGetName
virInterfaceGetXMLDesc
virInterfaceIsActive
virInterfaceLookupByMACString
virInterfaceLookupByName
virInterfaceRef
Net FiltervirNWFilterDefineXML
virNWFilterFree
virNWFilterUndefine		virConnectListAllNWFilters
virConnectListNWFilters
virConnectNumOfNWFilters
virNWFilterGetName
virNWFilterGetUUID
virNWFilterGetUUIDString
virNWFilterGetXMLDesc
virNWFilterLookupByName
virNWFilterLookupByUUID
virNWFilterLookupByUUIDString
virNWFilterRef
Domain EventvirConnectDomainEventDeregister
virConnectDomainEventDeregisterAny
virConnectDomainEventDeviceAddedCallback
virConnectDomainEventDeviceRemovedCallback		virConnectDomainEventAgentLifecycleCallback
virConnectDomainEventBalloonChangeCallback
virConnectDomainEventBlockJobCallback
virConnectDomainEventCallback
virConnectDomainEventDiskChangeCallback
virConnectDomainEventGenericCallback
virConnectDomainEventGraphicsCallback
virConnectDomainEventIOErrorCallback
virConnectDomainEventIOErrorReasonCallback
virConnectDomainEventPMSuspendCallback
virConnectDomainEventPMSuspendDiskCallback
DomainvirDomainCreate
virDomainCreateLinux
virDomainCreateWithFiles
virDomainCreateWithFlags
virDomainCreateXML
virDomainCreateXMLWithFiles
virDomainDefineXML
virDomainDefineXMLFlags
virDomainDestroy
virDomainDestroyFlags

virDomainFree
virDomainUndefine
virDomainUndefineFlags
virDomainUpdateDeviceFlags		virDomainAbortJob
virDomainAddIOThread
virDomainDelIOThread
virDomainAttachDevice
virDomainAttachDeviceFlags
virDomainDetachDevice
virDomainDetachDeviceFlags

virDomainBlockCommit
virDomainBlockCopy
virDomainBlockJobAbort
virDomainBlockJobSetSpeed
virDomainBlockPeek
virDomainBlockPull
virDomainBlockRebase
virDomainBlockResize

virDomainCoreDump
virDomainCoreDumpWithFormat

virDomainFSFreeze
virDomainFSInfoFree
virDomainFSThaw
virDomainFSTrim
virDomainInjectNMI

virDomainInterfaceFree

virDomainManagedSave
virDomainManagedSaveRemove

virDomainMigrate
virDomainMigrate2
virDomainMigrate3

virDomainMigrateSetCompressionCache
virDomainMigrateSetMaxDowntime
virDomainMigrateSetMaxSpeed
virDomainMigrateToURI
virDomainMigrateToURI2
virDomainMigrateToURI3

virDomainOpenChannel
virDomainOpenConsole
virDomainOpenGraphics
virDomainOpenGraphicsFD
virDomainPMSuspendForDuration

virDomainPMWakeup

virDomainReboot
virDomainReset
virDomainRestore
virDomainRestoreFlags
virDomainResume
virDomainSave
virDomainSaveFlags
virDomainSaveImageDefineXML
virDomainScreenshot
virDomainSendKey
virDomainSendProcessSignal
virDomainShutdown
virDomainShutdownFlags
virDomainSuspend
virDomainSetAutostart
virDomainSetBlkioParameters
virDomainSetBlockIoTune
virDomainSetInterfaceParameters
virDomainSetMaxMemory
virDomainSetMemory
virDomainSetMemoryFlags
virDomainSetMemoryParameters
virDomainSetMemoryStatsPeriod
virDomainSetMetadata
virDomainSetNumaParameters
virDomainSetSchedulerParameters
virDomainSetSchedulerParametersFlags
virDomainSetTime
virDomainSetUserPassword
virDomainSetVcpus
virDomainSetVcpusFlags		virConnectGetAllDomainStats
virConnectGetDomainCapabilities
virConnectListAllDomains
virConnectListDefinedDomains
virConnectListDomains
virConnectNumOfDefinedDomains
virConnectNumOfDomains

virDomainBlockStats
virDomainBlockStatsFlags

virDomainGetAutostart
virDomainGetBlkioParameters
virDomainGetBlockInfo
virDomainGetBlockIoTune
virDomainGetBlockJobInfo
virDomainGetCPUStats
virDomainGetConnect
virDomainGetControlInfo
virDomainGetDiskErrors
virDomainGetEmulatorPinInfo

virDomainGetFSInfo
virDomainGetHostname
virDomainGetID
virDomainGetIOThreadInfo
virDomainGetInfo

virDomainGetInterfaceParameters
virDomainGetJobInfo
virDomainGetJobStats
virDomainGetMaxMemory
virDomainGetMaxVcpus
virDomainGetMemoryParameters
virDomainGetMetadata
virDomainGetName

virDomainGetNumaParameters
virDomainGetOSType
virDomainGetSchedulerParameters
virDomainGetSchedulerParametersFlags
virDomainGetSchedulerType

virDomainGetSecurityLabel
virDomainGetSecurityLabelList
virDomainGetState
virDomainGetTime
virDomainGetUUID
virDomainGetUUIDString
virDomainGetVcpuPinInfo
virDomainGetVcpus
virDomainGetVcpusFlags

virDomainGetXMLDesc
virDomainHasManagedSaveImage
virDomainIOThreadInfoFree

virDomainInterfaceAddresses
virDomainInterfaceStats

virDomainIsActive
virDomainIsPersistent
virDomainIsUpdated
virDomainListGetStats

virDomainLookupByID
virDomainLookupByName
virDomainLookupByUUID
virDomainLookupByUUIDString

virDomainMemoryPeek
virDomainMemoryStats

virDomainMigrateGetCompressionCache
virDomainMigrateGetMaxSpeed

virDomainPinEmulator ?
virDomainPinIOThread
virDomainPinVcpu
virDomainPinVcpuFlags

virDomainSaveImageGetXMLDesc
virDomainStatsRecordListFree		virConnectDomainXMLFromNative
virConnectDomainXMLToNative
SecretvirSecretDefineXMLvirSecretFree
virSecretUndefine		virSecretSetValuevirConnectListAllSecrets
virConnectListSecrets
virConnectNumOfSecrets
virSecretGetConnect/UUID/UUIDString/UsageID/UsageType/Value/XMLDesc
virSecretLookupByUUID/UUIDString/Usage
virSecretRef
StreamvirStreamNewvirStreamFreevirStreamFinish
virStreamAbort
virStreamRecv
virStreamRecvAll
virStreamSend
virStreamSendAll
virStreamSinkFunc
virStreamSourceFunc

1.2 Libvirt XML 定义

Libvirt 使用 XML 来定义各种对象，其中，与 OpenStack Nova 关系比较密切的有：

disk （磁盘）任何磁盘设备，包括软盘（floppy）、硬盘（hard disk）、光驱（cdrom）或者半虚拟化驱动都使用 <disk> 元素来定义。 方式：
<disk type='**' device='**'>。其中：
  • ”device“ 用来指定 device target 的类型："floppy", "disk", "cdrom", and "lun", 默认为 "disk" 。具体的 target 由 <target> 标签定义。

（1）”volume“ 类型的 disk
    <disk type='volume' device='disk'>       <driver name='qemu' type='raw'/>       <source pool='blk-pool0' volume='blk-pool0-vol0'/>       <target dev='hdk' bus='ide'/>     </disk>
（2）”file“ 类型的 disk
    <disk type='file' snapshot='external'>       <driver name="tap" type="aio" cache="default"/>       <source file='/var/lib/xen/images/fv0' startupPolicy='optional' />       <target dev='hda' bus='ide'/>     </disk>
（3）”block“ 类型的 disk
   <disk type='block' device='cdrom'>       <driver name='qemu' type='raw'/>       <target dev='hdd' bus='ide' tray='open'/>       <readonly/>     </disk>
（4）”network“ 类型的 disk
 <disk type='network' device='cdrom'>       <driver name='qemu' type='raw'/>       <source protocol="http" name="url_path">         <host name="hostname" port="80"/>       </source>       <target dev='hde' bus='ide' tray='open'/>       <readonly/>     </disk>
Host device assignment （主机设备分配）
   <hostdev mode='subsystem' type='usb'> #USB 设备直接分配       <source startupPolicy='optional'>         <vendor id='0x1234'/>         <product id='0xbeef'/>       </source>       <boot order='2'/>     </hostdev>     <hostdev mode='subsystem' type='pci' managed='yes'> #PCI 设备直接分配       <source>         <address domain='0x0000' bus='0x06' slot='0x02' function='0x0'/>       </source>       <boot order='1'/>       <rom bar='on' file='/etc/fake/boot.bin'/>     </hostdev>
Network interface (网卡)
有几种 interface 类型：
（1）type = ‘network’ 定义一个连接 Virtual network 的 interface
<devices>     <interface type='network'>       <source network='default'/> #虚拟网络的名称为 ‘default’     </interface>     ...     <interface type='network'>       <source network='default' portgroup='engineering'/>       <target dev='vnet7'/>       <mac address="00:11:22:33:44:55"/>       <virtualport>         <parameters instanceid='09b11c53-8b5c-4eeb-8f00-d84eaa0aaa4f'/>       </virtualport>      </interface>   </devices>
#virsh：attach-interface --domain d-2 --type network --source isolatednet1 --mac 52:53:00:4b:75:6f --config
（2）type=‘birdge’ 定义一个 Bridge to LAN（桥接到物理网络）的interface：前提是主机上存在一个 bridge，该 bridge 已经连到物理LAN。
    <interface type='bridge'> #连接到 br0       <source bridge='br0'/>     </interface>     <interface type='bridge'> #连接到br1       <source bridge='br1'/>       <target dev='vnet7'/>       <mac address="00:11:22:33:44:55"/>     </interface>     <interface type='bridge'> #连接到 Open vSwithc bridge ovsbr       <source bridge='ovsbr'/>       <virtualport type='openvswitch'>         <parameters profileid='menial' interfaceid='09b11c53-8b5c-4eeb-8f00-d84eaa0aaa4f'/>       </virtualport>     </interface>
#virsh：attach-interface --domain d-2 --type bridge --source virbr0 --mac 52:22:33:44:55:66 --config
（3）type=‘ethernet’ 定义一个使用指定脚本连接到 LAN 的 interface
<devices>     <interface type='ethernet'>       <target dev='vnet7'/>       <script path='/etc/qemu-ifup-mynet'/>     </interface>   </devices>
（4）type=‘direct’ 定义一个直接连到物理网卡（Direct attachment to physical interface）的 interface：需要 Linux macvtap 驱动支持
    <interface type='direct' trustGuestRxFilters='no'>       <source dev='eth0' mode='vepa'/>     </interface>
（5）type=‘hostdev’ 定义一个由主机PCI 网卡直接分配（PCI Passthrough）的 interface： 分配主机上的网卡给虚机
<devices>     <interface type='hostdev' managed='yes'>       <driver name='vfio'/>       <source>         <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x07' function='0x0'/>       </source>       <mac address='52:54:00:6d:90:02'/>       <virtualport type='802.1Qbh'>         <parameters profileid='finance'/>       </virtualport>     </interface>   </devices>
network （网络）
<bridge name="virbr0" stp="on" delay="5" macTableManager="libvirt"/> <domain name="example.com" localOnly="no"/> <forward mode="nat" dev="eth0"/>

1. bridge：定义一个用于构造该虚拟网络的网桥。

2. domain：定义 DHCP server 的 DNS domain。

3. forward： 定义虚拟网络直接连到物理 LAN 的方式. ”mode“指转发模式。

(1) mode=‘nat’：所有连接到该虚拟网络的虚拟的网络都会经过物理机器的网卡，并转换成物理网卡的地址。

<network>         <name>default</name>         <bridge name="virbr0" />         <forward mode="nat"/>         <ip address="192.168.122.1" netmask="255.255.255.0">           <dhcp>             <range start="192.168.122.2" end="192.168.122.254" />           </dhcp>         </ip>         <ip family="ipv6" address="2001:db8:ca2:2::1" prefix="64" />       </network>

也可以指定公共的IP地址和端口号。

<forward mode='nat'><nat><address start='1.2.3.4' end='1.2.3.10'/> </nat> </forward> <forward mode='nat'><nat><port start='500' end='1000'/></nat></forward>
(2) mode=‘route’：类似于 NAT，但是不使用NAT，而是使用routing table。
      <network>         <name>local</name>         <bridge name="virbr1" />         <forward mode="route" dev="eth1"/>         <ip address="192.168.122.1" netmask="255.255.255.0">           <dhcp>             <range start="192.168.122.2" end="192.168.122.254" />           </dhcp>         </ip>         <ip family="ipv6" address="2001:db8:ca2:2::1" prefix="64" />       </network>

      <network>         <name>host-bridge</name>         <forward mode="bridge"/>         <bridge name="br0"/>       </network>
(4) mode=‘passthrough’：使用
 <forward mode='passthrough'>     <interface dev='eth10'/>     <interface dev='eth11'/>     <interface dev='eth12'/>     <interface dev='eth13'/>     <interface dev='eth14'/>   </forward>
(5) mode=‘hostdev’：直接分配主机上的网络设备。
<forward mode='hostdev' managed='yes'>     <driver name='vfio'/>     <address type='pci' domain='0' bus='4' slot='0' function='1'/>     <address type='pci' domain='0' bus='4' slot='0' function='2'/>     <address type='pci' domain='0' bus='4' slot='0' function='3'/>   </forward>

https://libvirt.org/format.html。

1.3 Libvirt API 的实现

libvirt API 的实现是在各个 Hypervisor driver 和 Storage dirver 内。Hypervisor 驱动包括：

1.4 Libvirt 的 Python 绑定

Python API 和 C API 之间几乎是一对一的映射关系，比如：
#C API int virConnectNumOfDomains (virConnectPtr conn); int virDomainSetMaxMemory (virDomainPtr domain, unsigned long memory);  #Python API virConnect::numOfDomains(self) virDomain::setMaxMemory(self, memory)

2. QEMU/KVM libvirt 驱动

2.1 架构

这里有一个 virsh 命令、Libvirt C API、 QEMU driver 方法 和 QEMU Monitor 命令的对照表（部分）：
virsh commandPublic APIQEMU driver functionMonitor command
virsh create XMLFILEvirDomainCreateXML()qemudDomainCreate()info cpus, cont, change vnc password, balloon (all indirectly)
virsh suspend GUESTvirDomainSuspend()qemudDomainSuspend()stop
virsh resume GUESTvirDomainResume()qemudDomainResume()cont
virsh shutdown GUESTvirDomainShutdown()qemudDomainShutdown()system_powerdown
virsh setmem GUEST MEM-KBvirDomainSetMemory()qemudDomainSetMemory()balloon (indirectly)
virsh dominfo GUESTvirDomainGetInfo()qemudDomainGetInfo()info balloon (indirectly)
virsh save GUEST FILENAMEvirDomainSave()qemudDomainSave()stop, migrate exec
virsh restore FILENAMEvirDomainRestore()qemudDomainRestore()cont
virsh dumpxml GUESTvirDomainDumpXML()qemudDomainDumpXML()info balloon (indirectly)
virsh attach-device GUEST XMLFILEvirDomainAttachDevice()qemudDomainAttachDevice()change, eject, usb_add, pci_add (all indirectly)
virsh detach-device GUEST XMLFILEvirDomainDetachDevice()qemudDomainDetachDevice()pci_del (indirectly)
virsh migrate GUEST DEST-URIvirDomainMigrate()qemudDomainMigratePerform()stop, migrate_set_speed, migrate, cont
virsh domblkstat GUESTvirDomainBlockStats()qemudDomainBlockStats()info blockstats
-virDomainBlockPeek()qemudDomainMemoryPeek()memsave

2.2 安装

有三种方式来安装 libvirt：

（1）下载 libvirt 的源代码，然后编译和安装

（2）从各 Linux 的发行版中直接安装，比如 Ubuntu 上运行 apt-get install libvirt-bin

（3）从 git 上克隆 libvirt 的代码，然后编译和安装

2.3 libvirt log

这篇文章

log_filters="1:libvirt 1:util 1:qemu" log_outputs="1:file:/var/log/libvirt/libvirtd.log"

3 使用 libvirt 编程来管理 KVM 虚机的实例

  2. 使用 Domain 相关的 API 来管理虚机的生命周期。我的这篇文章有虚机生命周期的详细介绍。

转自：http://www.cnblogs.com/sammyliu/p/4558638.html

标签
libvirt
hypervisor
qemu
对象存储
linux系统
dev
target
kvm
domain
pci
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