libvirt 简介

libvirt 是目前使用最为广泛的对 KVM 虚拟机进行管理的工具和应用程序接口。
 
 
libvirt 可以支持多种 hypervisor，包括 Xen，Hyper-V 和 qemu-kvm 等。同时，相比于使用 qemu 通过参数指定创建虚拟机的方式，使用 libvirt 创建虚机更简单，更人性化。
 
libvirt 由应用程序接口 API，守护进程 libvirtd 和 libvirt 的默认管理工具组成。其中，libvirt API 为其它虚机管理工具，如 virsh，virt-manager 等提供应用程序接口，使得这些虚机管理工具通过调用 libvirt 的 API 实现虚机的管理。libvirtd 负责执行节点上虚机(domain) 的管理工作。libvirt 的默认管理工具是 virsh，它是 libvirt 默认提供的虚机的管理工具，通过 virsh 提供的一系列接口命令可以实现对虚机的管理。

libvirt XML 配置

libvirt 有几个重要概念，分别是：
  • 节点 Node：节点是虚机(domain) 运行的物理机器，hypervisor 也运行在节点之上。
  • domain: 虚机在 libvirt 中表示为 domain(域)，一个 domain 就是一个虚机。
  • hypervisor：虚拟机监控器，KVM 就是使用硬件辅助的全虚拟化方案的 hepervisor。
 
在 libvirt 中创建 domain 的流程是：通过 XML 文件定义好 domain 的配置，然后，virsh 根据定义好的 XML 文件创建指定 domain。
 
domain XML 配置
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：
type 用来指定device source 的类型："file", "block", "dir", "network", 或者 "volume"。具体的 source 由 <source> 标签定义。
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>
（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 vSwith bridge ovsbr

<source bridge='ovsbr'/>

<virtualport type='openvswitch'>

<parameters profileid='menial' interfaceid='09b11c53-8b5c-4eeb-8f00-d84eaa0aaa4f'/>

</virtualport>

</interface>
（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>
metadata(元数据)
domain 的 metadata，用来表示 domain 的属性，从而区别于其它 domain：
<metadata>

    <nova:instance xmlns:nova="http://openstack.org/xmlns/libvirt/nova/1.0">

      <nova:package version="20.0.2-0.20191230035951.27bfd0b.el8ost"/>

      <nova:name>ROBOT-TEST-IPV6-01-OAM-001</nova:name>

      <nova:creationTime>2020-07-11 17:55:37</nova:creationTime>

      <nova:flavor name="demo">

        <nova:memory>32768</nova:memory>

        <nova:disk>40</nova:disk>

        <nova:swap>0</nova:swap>

        <nova:ephemeral>0</nova:ephemeral>

        <nova:vcpus>6</nova:vcpus>

      </nova:flavor>

      <nova:owner>

        <nova:user uuid="a511dc27164a476c9b28c4323d76b3a9">admin</nova:user>

        <nova:project uuid="8acc3ea78b924f77a30d0389303f6818">admin</nova:project>

      </nova:owner>

      <nova:root type="image" uuid="2d3a3798-208b-4a61-b2fa-171be08a7a3b"/>

    </nova:instance>

</metadata>
CPU
CPU 配置，cpu mode 有三种模式：host-model，custom 和 host-passthrough。
host-model：根据 node 上的 CPU 特性，在 domain 上选择一个最接近的标准 CPU 型号，如果不指定 cpu mode，默认就是 host-model。
custom： 表示基于某个基础 CPU 做个性化定制。
host-passthrough：直接将物理 CPU 特性暴露给虚拟机使用。
<cpu mode='host-model' check='partial'>

    <model fallback='allow'/>

    <topology sockets='3' cores='1' threads='2'/>    # CPU topology，socker,core and threads

    <numa>

      <cell id='0' cpus='0-5' memory='33554432' unit='KiB' memAccess='shared'/>

    </numa>

</cpu>
cputune
cputune 标签可对 cpu 进行更多调节：
<cputune>

    <shares>6144</shares>

    <vcpupin vcpu='0' cpuset='11'/>

    <vcpupin vcpu='1' cpuset='39'/>

    <vcpupin vcpu='2' cpuset='41'/>

    <vcpupin vcpu='3' cpuset='13'/>

    <vcpupin vcpu='4' cpuset='34'/>

    <vcpupin vcpu='5' cpuset='6'/>

    <emulatorpin cpuset='6,11,13,34,39,41'/>    # vcpu 和 物理 cpu 的映射

</cputune>
os
os 标签定义操作系统架构，hvm 表示硬件辅助的虚拟机
<os>

    <type arch='x86_64' machine='pc-i440fx-rhel7.6.0'>hvm</type>

    <boot dev='hd'/>

    <smbios mode='sysinfo'/>

</os>
更多关于 libvirt XML 的配置可看这里。

virsh 创建 domain

virsh 是用于管理 domain 和 hypervisor 的命令行工具。
virsh 通过一系列命令实现对 domain 的管理和监控，宿主机和 hypersivor 的管理，网络/存储池和存储卷的管理等等。可通过 help 命令查看详细的解释。
 
通用的 virsh 命令主要有：
virsh list 查看本地 node 的 domain：
[root@compute-1 admin]# virsh list

Id    Name                           State

----------------------------------------------------

1331  instance-00001c38              running
 
virsh dominfo 查看本地 node 的 domain 信息：
[root@compute-1 admin]# virsh dominfo 1331

Id:             1331

Name:           instance-00001c38

UUID:           50df6317-642b-48f3-9a53-fbc3c440f56f

OS Type:        hvm

State:          running

CPU(s):         6

CPU time:       73898.6s

Max memory:     33554432 KiB

Used memory:    33554432 KiB

Persistent:     yes

Autostart:      disable

Managed save:   no

Security model: none

Security DOI:   0
 
virsh vcpuinfo 查看本地 node 上 domain 的 vcpu 信息：
[root@compute-1 admin]# virsh vcpuinfo 1331

VCPU:           0

CPU:            11

State:          running

CPU time:       12235.4s

CPU Affinity:   -----------y--------------------------------------------

VCPU:           1

CPU:            39

State:          running

CPU time:       12081.0s

CPU Affinity:   ---------------------------------------y----------------
 
virsh edit <domainID> 查看并且编辑 domain 的 XML 信息：
[root@compute-1 admin]# virsh edit 1331
 
virsh define 根据 XML 文件定义一个 domain，但是不启动 domain：
[root@compute-1 admin]# virsh edit demo.xml
 
virsh create 根据 XML 文件创建一个 domain：
[root@compute-1 admin]# virsh create demo.xml

libvirt API

libvirt API 是一套 C 语言实现的管理虚拟机的，稳定高效的程序接口。virsh 就是通过 libvirt API 来实现 domain 的管理监控等操作的。
libvirt API 分为对本地的 API 调用和对远端 node 的 API 调用。管理工具通过本地 URI 和 远程 URI 实现这些调用。
本地 URI 的格式是：qemu:///session，连接本地 session 实例，该连接仅能管理当前用户的 domain 资源；qemu:///system，连接本地 system 实例，管理特权用户的 domain 资源。远程 URI 的格式是： qemu+ssh:///root@example.com/system 和 qemu+ssh:///user@example.com/session 等。
[admin@compute-1 ~]$ virsh -c qemu:///system list

error: failed to connect to the hypervisor

error: Failed to connect socket to '/var/run/libvirt/libvirt-sock': Permission denied

[admin@compute-1 ~]$ virsh -c qemu:///session list

Id    Name                           State

----------------------------------------------------

[admin@compute-1 ~]$ sudo su

[root@compute-1 admin]# virsh -c qemu:///system list

Id    Name                           State

----------------------------------------------------

1331  instance-00001c38              running

1332  instance-00001c3a              running

[root@compute-1 admin]# virsh list          # virsh list 默认 list 当前用户的 domain

Id    Name                           State

----------------------------------------------------

1331  instance-00001c38              running

1332  instance-00001c3a              running
 
libvirt API 提供了很多接口供管理工具调用。许多语言都提供了对 libvirt 的绑定，python 也实现了对 libvirt 的绑定，用户可通过导入 libvirt 包实现对 libvirt API 的调用(需要事先安装好 libvirt-python 软件包)，安装好之后代码可在 /usr/lib64/python2.7/site-packages/libvirt* 找到：
[lianhua@controller-0 ~]$ ll /usr/lib64/python2.7/site-packages/libvirt

libvirt_lxc.py      libvirt_lxc.pyo     libvirtmod_qemu.so  libvirt.py          libvirt.pyo         libvirt_qemu.pyc

libvirt_lxc.pyc     libvirtmod_lxc.so   libvirtmod.so       libvirt.pyc         libvirt_qemu.py     libvirt_qemu.pyo
 
通过一个简单的 python 代码实现对 libvirt API 的调用：
#!/usr/bin/python

# Get domain info via libvirt python API

# Test env: python2.7 and libvirt-python-2.0.0 on KVM host

import libvirt

import sys

def createConnection():

    conn = libvirt.openReadOnly(None)

    if conn == None:

        print "Failed to open connection to QEMU/KVM"

        sys.exit(1)

    else:

        print "connection successfully"

        return conn

def getDomInfoByName(conn, name):

    try:

        localDom = conn.lookupByName(name)

    except:

        print 'Failed to get the domain info with name "%s"' % name

        return 1

    print "domain id: %d    name: %s " % (localDom.ID(), localDom.name())

    print "domain state: %s " % (localDom.state(0))

    print "domain info: %s " % (localDom.info())

    print "vCPUS: %d " % localDom.maxVcpus()

def getDomInfoByID(conn, id):

    try:

        localDom = conn.lookupByID(id)

    except:

        print 'Failed to get the domain info with id "%d"' % id

        return 1

    print "lookup domain id: %d, name: %s" % (localDom.ID(), localDom.name())

def closeConnection(conn):

    print "close connection session"

    try:

        conn.close()

    except:

        print "Failed to close the session"

        return 1

if __name__ == '__main__':

    name1 = "instance-00002d2e"

    name2 = "notExist"

    id1 = 321

    id2 = 999

    conn = createConnection()

    getDomInfoByName(conn, name1)

    getDomInfoByName(conn, name2)

    getDomInfoByID(conn, id1)

    getDomInfoByID(conn, id2)

    closeConnection(conn)
 
查看执行结果，检查是否调用到 libvirt API：
[root@compute-1 qemu-kvm]# virsh list

Id    Name                           State

----------------------------------------------------

321   instance-00002d2e              running

[root@compute-1 qemu-kvm]# python libvirt-test.py

connection successfully

domain id: 321    name: instance-00002d2e

domain state: [1, 5]

domain info: [1, 33554432L, 33554432L, 3, 1546499830000000L]

vCPUS: 3

libvirt: QEMU Driver error : Domain not found: no domain with matching name 'notExist'

Failed to get the domain info with name "notExist"

lookup domain id: 321, name: instance-00002d2e

libvirt: QEMU Driver error : Domain not found: no domain with matching id 999

Failed to get the domain info with id "999"

close connection session
 
 

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