QEMU 1: 使用QEMU建立虛擬機

1、QEMU簡介#

QEMU是一款開源的模擬器及虛擬機監管器(Virtual Machine Monitor, VMM)。QEMU主要提供兩種功能給用戶使用。一是做爲用戶態模擬器，利用動態代碼翻譯機制來執行不一樣於主機架構的代碼。二是做爲虛擬機監管器，模擬全系統，利用其餘VMM(Xen, KVM, etc)來使用硬件提供的虛擬化支持，建立接近於主機性能的虛擬機。

用戶能夠經過不一樣Linux發行版所帶有的軟件包管理器來安裝QEMU。如在Debian系列的發行版上可使用下面的命令來安裝：

sudo apt-get install qemu

或者在紅帽系列的發行版上使用以下命令安裝：

sudo yum install qemu -y

除此以外，也能夠選擇從源碼安裝。

##獲取QEMU源碼##

能夠從QEMU官網上下載QEMU源碼的tar包，以命令行下載2.0版本的QEMU爲例：

$wget http://wiki.qemu-project.org/download/qemu-2.0.0.tar.bz2
$tar xjvf qemu-2.0.0.tar.bz2

若是須要參與到QEMU的開發中，最好使用Git獲取源碼：

$git clone git://git.qemu-project.org/qemu.git

##編譯及安裝##

獲取源碼後，能夠根據需求來配置和編譯QEMU。

$cd qemu-2.0.0 //若是使用的是git下載的源碼，執行cd qemu
$./configure --enable-kvm --enable-debug --enable-vnc --enable-werror  --target-list="x86_64-softmmu"
$make -j8
$sudo make install

configure腳本用於生成Makefile，其選項能夠用./configure --help查看。這裏使用到的選項含義以下：

--enable-kvm：編譯KVM模塊，使QEMU能夠利用KVM來訪問硬件提供的虛擬化服務。
--enable-vnc：啓用VNC。
--enalbe-werror：編譯時，將全部的警告看成錯誤處理。
--target-list：選擇目標機器的架構。默認是將全部的架構都編譯，但爲了更快的完成編譯，指定須要的架構便可。

#2、基本原理#

QEMU做爲系統模擬器時，會模擬出一臺可以獨立運行操做系統的虛擬機。以下圖所示，每一個虛擬機對應主機(Host)中的一個QEMU進程，而虛擬機的vCPU對應QEMU進程的一個線程。

系統虛擬化最主要是虛擬出CPU、內存及I/O設備。虛擬出的CPU稱之爲vCPU，QEMU爲了提高效率，借用KVM、XEN等虛擬化技術，直接利用硬件對虛擬化的支持，在主機上安全地運行虛擬機代碼(須要硬件支持)。虛擬機vCPU調用KVM的接口來執行任務的流程以下(代碼源自QEMU開發者Stefan的技術博客)：

open("/dev/kvm")
ioctl(KVM_CREATE_VM)
ioctl(KVM_CREATE_VCPU)
for (;;) {
     ioctl(KVM_RUN)
     switch (exit_reason) {
     case KVM_EXIT_IO:  /* ... */
     case KVM_EXIT_HLT: /* ... */
     }
}

QEMU發起ioctrl來調用KVM接口，KVM則利用硬件擴展直接將虛擬機代碼運行於主機之上，一旦vCPU須要操做設備寄存器，vCPU將會中止並退回到QEMU，QEMU去模擬出操做結果。

虛擬機內存會被映射到QEMU的進程地址空間，在啓動時分配。在虛擬機看來，QEMU所分配的主機上的虛擬地址空間爲虛擬機的物理地址空間。

QEMU在主機用戶態模擬虛擬機的硬件設備，vCPU對硬件的操做結果會在用戶態進行模擬，如虛擬機須要將數據寫入硬盤，實際結果是將數據寫入到了主機中的一個鏡像文件中。

#3、建立及使用虛擬機#

##命令行建立及啓動虛擬機##

成功安裝QEMU以後即可建立本身的虛擬機。具體步驟以下：

1, 使用qemu-img建立虛擬機鏡像。虛擬機鏡像用來模擬虛擬機的硬盤，在啓動虛擬機以前須要建立鏡像文件。

[kelvin@kelvin tmp]$ qemu-img create -f qcow2 fedora.img 10G
Formatting 'fedora.img', fmt=qcow2 size=10737418240 encryption=off cluster_size=65536 lazy_refcounts=off 
[kelvin@kelvin tmp]$ ls
fedora.img

-f選項用於指定鏡像的格式，qcow2格式是QEMU最經常使用的鏡像格式，採用寫時複製技術來優化性能。fedora.img是鏡像文件的名字，10G是鏡像文件大小。鏡像文件建立完成後，可以使用qemu-system-x86來啓動x86架構的虛擬機：

qemu-system-x86_64 fedora.img

此時會彈出一個窗口來做爲虛擬機的顯示器，顯示內容以下：

由於fedora.img中並未給虛擬機安裝操做系統，因此會提示「No bootable device」，無可啓動設備。

2, 準備操做系統鏡像。

能夠從不一樣Linux發行版的官方網站上獲取安裝鏡像，以fedora20爲例：

[kelvin@kelvin tmp]$ wget http://ftp6.sjtu.edu.cn/fedora/linux/releases/20/Live/x86_64/Fedora-Live-Desktop-x86_64-20-1.iso

3, 檢查KVM是否可用。

QEMU使用KVM來提高虛擬機性能，若是不啓用KVM會致使性能損失。要使用KVM，首先要檢查硬件是否有虛擬化支持：

[kelvin@kelvin ~]$ grep -E 'vmx|svm' /proc/cpuinfo

若是有輸出則表示硬件有虛擬化支持。其次要檢查kvm模塊是否已經加載：

[kelvin@kelvin ~]$ lsmod | grep kvm
kvm_intel             142999  0 
kvm                   444314  1 kvm_intel

若是kvm_intel/kvm_amd、kvm模塊被顯示出來，則kvm模塊已經加載。最後要確保qemu在編譯的時候使能了KVM，即在執行configure腳本的時候加入了--enable-kvm選項。

4, 啓動虛擬機安裝操做系統。

執行下面的命令啓動帶有cdrom的虛擬機：

[kelvin@kelvin tmp]$ qemu-system-x86_64 -m 2048 -enable-kvm fedora.img -cdrom ./Fedora-Live-Desktop-x86_64-20-1.iso

-m 指定虛擬機內存大小，默認單位是MB， -enable-kvm使用KVM進行加速，-cdrom添加fedora的安裝鏡像。可在彈出的窗口中操做虛擬機，安裝操做系統，安裝完成後重起虛擬機便會從硬盤(fedora.img)啓動。以後再啓動虛擬機只須要執行：

[kelvin@kelvin tmp]$ qemu-system-x86_64 -m 2048 -enable-kvm fedora.img

便可。

##圖形界面建立及啓動虛擬機##

命令行啓動虛擬機比較繁瑣，適合開發者，但對於普通用戶來講，採用圖形界面管理虛擬機則更爲方便。採用圖形界面管理QEMU虛擬機須要安裝virt-manager，紅帽系列的發行版只須要執行命令：

$sudo yum install virt-manager -y

安裝完成後用root用戶啓動virt-manager：

$su -
#virt-manager

啓動後的界面以下圖所示：

點擊左上角電腦圖標便可建立虛擬機。按照步驟操做便可完成對虛擬機的建立。