使用 KVM 和 Virt-Manager 进行虚拟化：您需要了解的一切

最后更新： 16/10/2025
作者： 艾萨克
  • KVM 通过 libvirt 和 virt‑manager 提供接近原生的性能并简化管理。
  • sVirt、SELinux/AppArmor、VLAN 和 SR-IOV 增强了安全性和隔离性。
  • 可扩展性和节省：编排、实时迁移和零许可。
  • 良好实践：virtio， 存储 SSD、优化网络和监控。

使用 KVM 和 virt-manager 的虚拟化环境

虚拟化在 Linux 它已经成熟到可以与专有平台正面竞争的程度，并且 KVM 与 virt-manager 一起形成了一个难以击败的组合。 接近原生的性能、零许可和强大的管理工具 使这一组合成为台式机、实验室和生产的制胜之选。

如果你通常使用 VirtualBox 或 VMware Workstation，你将会感兴趣知道 KVM 在内核中充当 1 型虚拟机管理程序，并在 硬件 陪伴，并选择 适合虚拟化的分布. 使用 libvirt、virt‑manager、virsh 和 virt‑install，可以轻松创建、监控和自动化 虚拟机，无论是在您的笔记本电脑上还是在私有云集群中。

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什么是 KVM 以及它在虚拟化环境中如何工作？

简单来说，KVM（基于内核的虚拟机）将Linux内核转变为高性能的虚拟机管理程序。 利用 CPU 虚拟化扩展（英特尔 VT-x、AMD-V）和扩展页面（EPT/RVI） 运行未经修改的客户系统并高效访问硬件。

KVM（基于内核的虚拟机）的定义

KVM 是一个内核模块（kvm.ko），附带 CPU 特定的驱动程序（kvm-intel.ko 或 kvm-amd.ko） 实现完全硬件虚拟化。与 QEMU 结合使用时，您可以获得设备模拟和对多种架构的支持，同时保持 性能非常接近裸机 当加速处于活动状态时。

KVM 架构与其他虚拟化解决方案的比较

与在主机操作系统上运行的 2 类虚拟机管理程序（例如 VirtualBox）不同，KVM 嵌入在内核中运行。 这种方法消除了中间层 并最大限度地降低开销。与 VMware ESXi 或 Hyper-V 等专有解决方案相比，KVM 的优势在于其灵活性、开放的生态系统以及 与 libvirt 等标准工具的兼容性.

KVM 对系统管理员的主要优势

  • 资源效率： 嵌入内核可减少延迟和开销；QEMU 可提供您所需的虚拟设备。
  • 可扩展性： 您可以增加虚拟机数量并根据需要调整 CPU、内存和存储，即使 实时迁移 主机之间。
  • 兼容性： 支持多种客户系统（Linux、BSD、 Windows等）与 驱动程序 网络和磁盘的半虚拟化（virtio）。
  • 硬件优化： 美国 VT-x/AMD-V 和 EPT/RVI 以加快客户执行速度并减少上下文切换。
  • 费用： 避免许可并促进深度定制的开源解决方案。

在云托管环境中使用 KVM 虚拟化的优势

在云场景中，KVM 非常适合，因为它 开放模型、高性能、易于集成 具有编排和存储堆栈。它通常出现在私有云和 OpenStack 等平台中。

云中的可扩展性和灵活性

KVM+libvirt 组合提供稳定的 API，易于集成 自动化工具（Ansible、Terraform）和编排器由于 动态资源分配.

运营和基础设施成本

没有虚拟机管理程序许可证，组织可以将预算重新用于硬件和支持。 服务器整合和虚拟机密度 很高，从而降低了资本支出 (CAPEX) 和运营支出 (OPEX)，尤其是在私有云中。

云端性能和资源优化

借助 virtio 进行网络和存储，更多 快速后端（SSD/NVMe、Ceph、iSCSI），实现了极具竞争力的响应时间。 实时迁移 CPU 固定有助于平衡负载，而不会出现明显的滞后。

使用 KVM 实现虚拟化环境的安全性

安全是任何虚拟化平台的首要任务。KVM 提供了一系列隔离和控制机制，并且 libvirt 增加了策略和遏制层 与现代 Linux 发行版非常契合。

虚拟化中的主要安全挑战

常见风险：虚拟机逃逸， 虚拟设备上的攻击面、客户机之间的横向流量以及糟糕的虚拟网络分段。粗心的权限和存储配置也可能导致 数据泄露.

KVM 内置的安全机制

  • 硬件辅助虚拟化： Intel VT‑x 和 AMD‑V 有助于客户隔离并限制对实际硬件的访问。
  • 安全虚拟网络： 使用 libvirt 管理的 NAT、网桥和 VLAN，此外 虚拟机管理程序中的防火墙 分割东西向流量。
  • 带有 SELinux/AppArmor 的 sVirt： 强制限制每个虚拟机的 QEMU 进程，加强系统级别的隔离。
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使用 KVM 保护虚拟化系统的最佳实践

  • 不断更新： 内核、KVM、QEMU 和 libvirt 必须保持更新才能快速修复 CVE。
  • 防火墙和隔离： 在主机上定义策略（iptables-nft/firewalld）并按功能隔离网络 VLAN/网桥.
  • 按关键性细分： 按风险级别对虚拟机进行分组，并应用细粒度的访问和移动控制。

KVM与其他虚拟化技术的比较

KVM 与 VMware

VMware 以其成熟的生态系统、官方支持和 众多商业工具. KVM 带来开放性、降低成本和 弹性大 与第三方集成。具体选择取决于支持、预算和标准化要求。

KVM 与 Hyper-V

在 Windows 环境中，Hyper-V 提供与 Microsoft 生态系统的本机集成。 当 Linux 成为主角时，KVM 是更好的选择，追求便携性、控制力和成本效率。

每个平台的用例和建议

  • 虚拟机： 非常适合 Linux 和云托管基础设施，具有定制需求和 自动化.
  • VMware： 最适合重视优质支持、高级功能和 综合套件.
  • Hyper-V： 如果 Windows Server 和 Microsoft 服务占主导地位，那么这是自然的选择。
  • 岑： 建议当 严格隔离 是主导标准。

在云服务器上配置和部署 KVM

安装 KVM 的先决条件

  • CPU支持： 在 BIOS/UEFI 中启用 VT‑x（英特尔）或 AMD‑V（AMD）；建议使用 EPT/RVI 以获得最佳性能。
  • 操作系统： Ubuntu、Debian、Fedora、CentOS/Alma/Rocky、Arch/Manjaro、MX‑Linux 等。支持 KVM 自内核 2.6.20 起 向前。
  • recursos： RAM 和存储与虚拟机数量相匹配；SSD 或 NVMe 显著提升 输入/输出.

逐步安装（硬件和包装验证）

安装之前，请验证您的CPU是否支持虚拟化。 如果没有输出，请在 BIOS/UEFI 中启用 VT‑x/AMD‑V （看到 如何从 BIOS/UEFI 启用虚拟化).

egrep -c '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo

您还可以使用 lscpu 检查虚拟化功能并确认 VT‑xo AMD‑V:

LC_ALL=C lscpu

在 Debian/Ubuntu 上，安装检查器并使用 kvm-ok 验证 KVM。 输出应该表明 /dev/kvm 存在 并且可以使用加速度。

sudo apt update
sudo apt install -y cpu-checker
kvm-ok

Debian/Ubuntu 及其衍生版本中的基础软件包： KVM、libvirt、bridge-utils 和 virt-manager.

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

激活并测试 libvirtd；将您的用户添加到 libvirt 和 kvm 组。 请登录或重启系统后再申请群组。.

systemctl status libvirtd
sudo usermod -aG libvirt "$USER"
sudo usermod -aG kvm "$USER"

在 Arch/Manjaro 上，安装推荐的套件，包括 UEFI（OVMF）、NAT 的 DNS 和基于 nftables 的防火墙规则。 在 Manjaro 中，可以用 iptables-nft 替换 iptables。.

sudo pacman -S --needed virt-manager qemu-desktop libvirt edk2-ovmf dnsmasq iptables-nft
sudo pacman -S --asdeps swtpm   # TPM virtual
sudo systemctl enable --now libvirtd.service
sudo usermod -a -G libvirt,libvirt-qemu,kvm $USER
systemctl soft-reboot

在 MX‑Linux（基于 Debian）上，安装软件包后，检查模块和网络。 使用 lsmod 检查 kvm_intel 或 kvm_amd:

lsmod | grep -i kvm

管理默认虚拟网络（使用 virbr0 的 NAT）： 激活它并将其设置为 引导.

virsh net-start default
virsh net-autostart default

为了加快客户网络的速度，在主机上加载 vhost_net。 它不是强制性的，但它可以提高 virtio-net 的性能.

sudo modprobe vhost_net

如果您需要从物理网络进行 L2 访问，请在 NIC 上创建桥接。 配置取决于您的发行版和网络管理器。；您可以使用 NetworkManager、systemd‑networkd 或 ifupdown，根据您的段调整 IP/DHCP。

使用 KVM 和 libvirt 管理虚拟机

  • 创建虚拟机： 几分钟内即可使用图形界面（virt-manager）或 CLI（virt-install）；支持本地 ISO 和 HTTP/FTP/NFS 源。
  • 存储和网络： 使用 virsh/libvirt 管理池、卷、桥和 NAT；定义 virtio‑blk/scsi 和 virtio NIC 模型。
  • 实时迁移： 在主人之间无缝移动客人 负载平衡或维护.

管理和监控虚拟机

管理虚拟化环境的工具

libvirt 生态系统提供了完整的工具箱： 虚拟管理器 （图形用户界面）， 维尔什 （命令行界面）， 虚拟查看器 （通过 VNC/SPICE 的图形控制台）。所有这些都依赖于 libvirt API 并在本地或远程运行。

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性能监控和优化解决方案

对于实时指标，使用 虚拟顶层 （类似于 top）并辅以主机（htop、iostat）和客户指标的集合。 配置文件 I/O、CPU 和内存 有助于检测瓶颈并调整分配。

使用 KVM 实现虚拟机的自动化和编排

使用 Terraform（libvirt 提供程序）进行基础设施代码化， cloud‑init 用于自定义 镜像和 Ansible 在虚拟机生命周期管理方面是天然的盟友。在集群中，它集成了 无缝实时迁移和维护.

虚拟机管理器 (virt‑manager) – 快速使用

virt‑manager 提供了用于创建、配置和监控 KVM/QEMU 客户端的统一界面。 包括快照、网络管理和 VNC/SPICE 访问，以及 CPU、内存和设备的详细信息。

必备步骤：打开virt-manager并连接到QEMU/KVM；点击“新建”启动向导； 选择 ISO 或网络安装分配 RAM/CPU，定义磁盘和网络（默认使用 NAT virbr0 或网桥）；检查并创建虚拟机。如果 SPICE 在您的环境中表现不佳， 使用 VNC 用于图形控制台。

在云环境中使用 KVM 的成本效益

基础设施节约模式

  • 许可： 与专有套件相比，使用 KVM，虚拟化软件的成本降至零。
  • 硬件： 主机进行更大程度的整合，充分利用 CPU、RAM 和存储.
  • 实现： 包含初始投资和设计自定义堆栈的自由。

使用 KVM 优化云资源

  • 动态分配： 根据需要调整 vCPU、RAM 和磁盘；在适当的时候固定 CPU 和大页面。
  • 合并： 每台主机的高密度虚拟机减少了购买量和 维修费用.
  • 能源效率： 更少的主机和更好的利用率可以减少 CPD 和私有云中的电力消耗。

KVM 环境中的可扩展性和性能

可扩展性的最佳实践

  • 均衡分布： 分配 CPU、内存和存储；防止在没有遥测的情况下过度订阅。
  • 容量规划： 衡量趋势并及时增长；KVM 允许您扩展资源而不会遇到重大挫折。

提高高负载下的性能

  • 专用 CPU 和内存： vCPU 固定、NUMA 感知和内存预留可改善延迟。
  • 硬件加速： 确保 VT‑x/AMD‑V 处于活动状态；启用 维蒂奥 在来宾中用于网络和磁盘。
  • I/O优化： SSD/NVMe 存储、多线程队列和调整缓存（回写/无），适用于密集负载。

云端 KVM 优化存储和网络

在网络上，它减少了延迟 SR‑IOV、vhost_net 和 VLAN 分段良好。对于数据，将快速卷与读/写缓存相结合，如果适用， Ceph 或 iSCSI 在分布式后端。

使用 KVM 排除常见虚拟化问题

性能问题及其解决方案

  • CPU过载： 使用 htop/virt‑top 检查；调整 vCPU、启用固定或使用实时迁移重新部署。
  • 内存不足： 增加分配的 RAM，评估大页面/膨胀，并防止主机交换。
  • 慢速行驶： 使用 SSD/NVMe、virtio-SCSI 驱动程序和足够的缓存；使用 iostat/fio 进行测量。

常见设置错误及其解决方法

  • 无法启动的虚拟机： 评论 日志 来自 /var/log 中的 libvirt/QEMU；验证磁盘路径和 OVMF/BIOS 固件.
  • 无网络： 检查 libvirt（virbr0）中的网桥/NAT，以及“默认”网络是否处于活动状态并自动启动。
  • 存储问题： 检查 virsh/virt‑manager 中的 SELinux/AppArmor 权限、池和卷。

网络故障排除和诊断

  • 虚拟网络配置： 验证虚拟机是否位于正确的网络上以及主机桥是否具有连接。
  • 防火墙策略： 检查 iptables‑nft/firewalld；打开必要的端口和 避免规则重叠.
  • 使用 virtio 进行改进： 使用 virtio NIC，并且（如果适用） SR‑IOV 以减少开销和延迟。

云中 KVM 虚拟化的未来

虚拟化和 KVM 的新兴趋势

  • 预测管理 IA: 预测峰值并自动调整资源的模型。
  • 与容器的融合： 具有智能放置决策的混合 VM+容器环境。
  • 主动检测： 实时分析 预防事故发生 性能和安全性。

KVM 在云托管发展中的作用

KVM 将继续成为私有云和公共云的支柱，因为它 稳定的 API（libvirt）、AI 集成 以及不断发展的生态系统。先进的自动化将减少手动任务并优化成本。

KVM 如何适应管理员的需求

该平台正在向 自动扩展、自适应安全和预测监控，保持任何 SRE/DevOps 团队所欣赏的精细控制。

QEMU/KVM、libvirt 和连接：实用技巧

QEMU 通过提供设备和多架构支持来补充 KVM；libvirt 通过 统一稳定的API了解最有用的连接 URI：

  • qemu:///会话 （非特权本地）：每个用户管理，没有高级网络。
  • qemu:///系统 （特权本地）：主机范围的管理，非常适合服务器。
  • qemu+ssh://用户@主机/系统 （远程）：安全地控制外部 KVM 虚拟机管理程序。
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对于客人，优先考虑 virtio 设备 （网络和磁盘）。除非出于兼容性考虑，否则应避免使用 Realtek 8139 或 IDE 等通用模拟，因为 它们消耗更多 CPU 并降低 I/O 性能.

轻量级虚拟化、图形和固件

如果您的虚拟机需要 UEFI，请安装 edk2-ovmf. 为了兼容 Windows 11 或其他场景，添加虚拟 TPM swtpm。在图形控制台中尝试 SPICE，如果运行效果不佳， 切换到 VNC 来自 virt‑manager。

利用 KVM 和 SysAdminOK 最大限度地发挥虚拟化的优势

作为一种训练路线，专注于明确的目标是很有用的。 了解如何安装 KVM/QEMU、libvirt 和 virt-manager；使用与 libvirt 的特权连接；以及使用图形向导安装 Linux VM 是快速有效的步骤。

一个小的实际练习可以包括：验证 virt-manager 正在使用 qemu:///系统，检查可用的默认网络和存储，并使用 virtio 部署 Linux 客户端 网络和磁盘 来自本地 ISO。

备份和数据保护

的策略 备份 这至关重要。有一些解决方案可以与基于 KVM 的平台集成，例如 Proxmox、oVirt、Red Hat Virtualization、Oracle Linux Virtualization Manager 或 华为 融合计算这些工具通常提供重复数据删除、压缩、增量备份和 粒度恢复 （在文件级别），以及计划任务、云端和异地选项。确认与您的堆栈的兼容性（某些堆栈不支持“原生 KVM”），并充分利用 试用期 验证性能和 RTO/RPO。

虚拟机管理器：安装和工作流程

实际上，使用 virt-manager 的流程非常简单：更新系统、安装软件包、运行工具，然后 连接到 QEMU/KVM从那里，向导将指导您选择安装介质、资源和网络。

后续管理同样简单： 启动/停止虚拟机调整 CPU/RAM、编辑磁盘和网络，并在进行敏感更改之前创建快照。借助 libvirt，您可以根据需要在 CLI（virsh/virt-install）和 GUI（virt-manager）之间无缝切换。

KVM 网络：默认 NAT 和网桥

默认情况下，libvirt 使用 NAT 和网桥创建“默认”网络 虚拟机如果您需要虚拟机直接从 LAN 访问，请在物理网卡上设置网桥并将其分配给虚拟机。按 VLAN 分段 单独的环境 （dev、pre、prod）并记录地址。

请记住，您可以轻松激活并自动启动默认网络，并将其与 域名 用于 libvirt 控制的 NAT 网络上的 DHCP/DNS。

控制台、驱动程序和用户体验

在 Linux 和 Windows 客户机上安装驱动程序 维蒂奥 从一开始就使用网络和存储来提升性能。如果 SPICE 出现问题，请从 virt-manager 中的“显示详细信息”切换到 VNC； 每个环境的行为可能不同 取决于主机 GPU/驱动程序。

图形连接与 virt-viewer 和嵌入式 virt-manager 查看器原生集成，从而轻松 立即控制台访问 创建虚拟机后。

良好的操作规范

设置策略：一致的虚拟机命名， 存储池 通过性能、分段网络、具有到期日期的快照和经过测试的备份进行区分。它集成了监控（CPU、内存、I/O 警报）和 维护流程 具有更改窗口和实时迁移。

为了安全地连接到虚拟机管理程序，请使用 qemu+ssh 使用密钥并按组 (libvirt/libvirt‑qemu) 和角色限制访问。控制 SELinux/AppArmor 权限并防止运行 特权管理 来自通用帐户。

以上所有内容表明，使用 KVM、libvirt 和 virt-manager，您可以构建一个强大、安全且高效的平台，而无需担心许可成本： 从系统管理员的笔记本电脑到 CPD 中的集群，堆栈响应、扩展，并可以优雅地实现自动化。