服务器虚拟化与虚拟机安装全流程指南

一、服务器虚拟化技术概述

服务器虚拟化是通过软件层将物理服务器划分为多个独立虚拟环境的技术，其核心价值在于资源优化与隔离性保障。根据实现层级可分为：

1. 硬件辅助虚拟化：依赖CPU的VT-x（Intel）或AMD-V指令集，直接在硬件层实现虚拟机监控
2. 半虚拟化：需修改客户机操作系统，通过前端/后端驱动架构通信（典型如Xen的PV模式）
3. 操作系统级虚拟化：基于LXC或Docker的容器技术，共享内核但实现进程级隔离

当前主流方案中，KVM（基于Linux内核的虚拟化模块）凭借其全虚拟化能力和开源生态占据主导地位。数据显示，采用虚拟化技术可使服务器利用率从15%提升至80%以上，同时降低30%-50%的硬件采购成本。

二、安装前环境准备

1. 硬件要求

• CPU：支持64位架构且启用虚拟化扩展（通过egrep '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo验证）
• 内存：建议不低于16GB（生产环境按每虚拟机2-4GB预留）
• 存储：RAID10阵列推荐，预留20%空间用于快照和动态扩展
• 网络：千兆以太网起步，多网卡绑定提升冗余性

2. 软件依赖

以Ubuntu 22.04 LTS为例，需安装基础组件：

sudo apt update
sudo apt install -y qemu-kvm libvirt-daemon-system virt-manager bridge-utils

验证安装结果：

lsmod | grep kvm  # 应显示kvm_intel或kvm_amd模块
systemctl status libvirtd  # 显示active (running)

三、KVM虚拟机创建全流程

1. 存储池配置

创建LVM逻辑卷作为存储后端：

sudo pvcreate /dev/sdb1
sudo vgcreate vg_vm /dev/sdb1
sudo lvcreate -L 50G -n lv_vm1 vg_vm

或使用目录型存储池：

sudo mkdir -p /var/lib/libvirt/images
sudo virsh pool-define-as vm_pool dir --target /var/lib/libvirt/images
sudo virsh pool-start vm_pool
sudo virsh pool-autostart vm_pool

2. 网络配置

创建NAT网络（默认已包含在libvirt）：

virsh net-list --all  # 查看默认network

如需自定义桥接网络：

# 编辑/etc/netplan/01-netcfg.yaml
network:
  version: 2
  renderer: networkd
  bridges:
    br0:
      dhcp4: no
      addresses: [192.168.1.100/24]
      gateway4: 192.168.1.1
      nameservers:
        addresses: [8.8.8.8, 8.8.4.4]
      interfaces: [enp3s0]

应用配置：

sudo netplan apply

3. 虚拟机创建

使用virt-manager图形界面或命令行：

# 下载CentOS 8镜像
wget http://mirror.centos.org/centos/8/isos/x86_64/CentOS-8-x86_64-minimal.iso
# 创建虚拟机（命令行版）
sudo virt-install \
  --name centos8 \
  --ram 4096 \
  --vcpus 2 \
  --disk path=/var/lib/libvirt/images/centos8.qcow2,size=20 \
  --network bridge=br0 \
  --cdrom CentOS-8-x86_64-minimal.iso \
  --os-type linux \
  --os-variant centos8.0

关键参数说明：

• --disk：使用qcow2格式支持动态扩容和快照
• --os-variant：优化虚拟机配置（通过osinfo-query os查看支持列表）

四、性能优化与运维

1. 资源调优

• CPU绑定：将虚拟机vCPU绑定到物理核

  virsh vcpupin centos8 0 1  # 将vCPU0绑定到物理核1

• 内存气球驱动：动态调整内存（需在虚拟机内加载virtio-balloon驱动）
• 大页内存：提升性能（需在宿主机配置）

  echo 1024 > /sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-2048kB/nr_hugepages

2. 快照管理

创建外部快照：

virsh snapshot-create-as centos8 snap1 --disk-only --atomic

恢复快照：

virsh snapshot-revert centos8 snap1 --running

3. 监控方案

部署Prometheus+Grafana监控栈：

# 在宿主机安装node_exporter
wget https://github.com/prometheus/node_exporter/releases/download/v*/node_exporter-*.*-amd64.tar.gz
tar xvf node_exporter-*.*-amd64.tar.gz
./node_exporter &

配置Prometheus抓取libvirt指标（需启用libvirt的stats_uri）

五、常见问题解决方案

1. 虚拟机启动失败：

   • 检查日志：journalctl -u libvirtd --no-pager -n 50
   • 验证存储权限：ls -la /var/lib/libvirt/images/

2. 网络不通：

   • 检查桥接状态：brctl show
   • 验证DHCP服务：virsh net-dhcp-leases default

3. 性能瓶颈：

   • 使用virt-top监控资源使用
   • 检查IO延迟：iostat -xm 1

六、进阶实践建议

1. 模板化部署：创建基础镜像模板，通过virt-clone快速复制
2. 自动化编排：使用Ansible管理虚拟机生命周期
3. 混合架构：结合KVM与容器技术（如KubeVirt项目）

通过系统化的虚拟化部署，企业可实现：

• 服务器整合比达1:10以上
• 业务部署周期从天级缩短至分钟级
• 灾备恢复时间目标（RTO）<15分钟

建议每季度进行虚拟化层健康检查，重点关注存储IOPS、内存碎片率和网络丢包率等关键指标。对于关键业务系统，建议采用双活架构+存储多路径提升可用性。