基于kubernetes实现虚拟化的解决方案-KSV-Toy模板网

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B站释义：【基于kubernetes实现虚拟化的解决方案-KSV】 https://www.bilibili.com/video/BV1m54y1P77i/

前言：

在不讨论容器与虚拟机的优缺点的情况下，每个虚拟机或都包含其完整操作系统的实例，并且可以像独立服务器一样运行。相比之下，在容器化环境中，多个容器共享一个操作系统实例，而且绝大多数都是类Linux操作系统。

虚拟机（VM）是计算机及其操作系统它不绑定到特定的硬件。 VM 依靠虚拟化将单个物理计算机划分为多个虚拟计算机。这种分离允许组织和基础架构提供商轻松创建和销毁虚拟机，而不会影响底层硬件。

并非所有应用程序服务都能在容器中良好运行，因此企业需要同时运行这两种服务。

例如，对于LDAP/Active Directory应用程序、标记化应用程序和具有密集GPU需求的应用程序，虚拟机比容器更好。您可能还有一个遗留应用程序，由于某些原因（没有源代码、许可证问题、使用小众语言等）无法实现现代化，因此必须在虚拟机中运行，也有可能需要在特定的操作系统（如Windows）运行。

无论应用需要虚拟机或容器的原因是什么，运行和管理多个环境都会增加操作的复杂性，需要单独的控制平面和可能单独的基础架构技术栈。如果您需要运行一个或一小组虚拟机，那么这似乎不是什么大事。但如果您有许多这样的应用呢？如果您需要跨不同的云环境运行这些应用程序的多个实例，该怎么办？您的运维操作可能会很快变得非常复杂。

如果可以将虚拟机作为Kubernetes环境的一部分来运行，那不是很好吗？

建议通读原文链接：https://baijiahao.baidu.com/s?id=1734866391278464887&wfr=spider&for=pc

Kubevirt优势

KubeVirt是一个Kubernetes插件，它为Kubernetes提供了在与容器相同的基础结构上提供、管理和控制虚拟机的能力。KubeVirt是由云原生计算基金会（CNCF）赞助的开源项目，目前正处于孵化阶段。

KubeVirt使Kubernetes能够使用与容器化工作负载相同的工具来调度、部署和管理虚拟机，从而消除了使用不同监视和管理工具的单独环境的必要性。为虚拟机和Kubernetes一起工作提供了可能。

KubeVirt的优势有哪些？

KubeVirt与Kubernetes现有的功能和工具（如监控、日志记录、警报和审计）集成，主要优势包括：

集中式管理：使用一组工具管理VM和容器。
没有虚拟层性能损失：无需为虚拟机创建硬件虚拟层。
可预测的性能：KubeVirt使用Kubernetes CPU管理器将vCPU和RAM对应到虚拟机上，以满足需要可预测延迟和性能的应用。
虚拟机CI/CD：使用和容器应用相同的CI/CD工具集成和交付虚拟机应用。
授权管理：KubeVirt提供了一组基于RBAC的集群身份规则，用于管理访问KubeVirt资源的用户授权。

对VM和容器的集中化管理，简化了基础架构技术栈，并提供了各种好处。例如，采用KubeVirt可以消除对虚拟机和容器的不同流程，从而减少DevOps团队的运维工作，加快日常运维操作。此外，当更多虚拟机迁移到Kubernetes时，可以明显感觉到软件和实用程序使用成本的下降，更不用说虚拟层性能损失了。从长远来看，通过利用Kubernetes打包和调度虚拟应用程序的能力，您可以减少基础架构的资源消耗。

Kubernetes和KubeVirt提供更敏捷的部署速度、更低的成本和更简便的管理。使用Kubernetes自动化VM的生命周期管理，有助于整合虚拟化和容器化两者类型应用的CI/CD流程。通过统一使用Kubernetes对所有应用进行自动化测试和部署，可以减少部署应用时出错的风险并实现更快的迭代速度。

建议阅读：https://www.kubernetes.org.cn/9596.html

Kubevirt架构

kubevirt是Red Hat开源的以容器方式运行虚拟机的项目，是基于kubernetes运行，利用k8s CRD为增加资源类型VirtualMachineInstance（VMI），使用CRD的方式是由于kubevirt对虚拟机的管理不局限于pod管理接口。通过CRD机制，kubevirt可以自定义额外的操作，来调整常规容器中不可用的行为。kubevirt可以使用容器的image registry去创建虚拟机并提供VM生命周期管理。

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kubevirt以CRD的形式将VM管理接口接入到kubernetes中，通过一个pod去使用libvirtd管理VM的方式，实现pod与VM的一一对应，做到如同容器一般去管理虚拟机，并且做到与容器一样的资源管理、调度规划、这一层整体与企业IAAS关系不大，也方便企业的接入，统一纳管。

CRD介绍：https://www.jianshu.com/p/f68b04026e2a

K8S api-server，HTTP API 服务器，是所有虚拟化相关流程的入口点。
virt-api，：KubeVirt是以CRD形式去管理virt-launcher Pod。virt-api就是所有管理虚拟机操作的入口，它只接收指令，比如：CRD更新，删除，增加，以及对虚拟机的start，stop，delete，console等等。
virt-controller，管理和监控 VMI 对象及其关联的 Pod，对其状态进行更新。
- virt-controller会根据vmi CRD，生成对应的virt-launcher Pod，并且维护CRD的状态。与kubernetes api-server通讯监控VMI资源的创建删除等状态。
virt-handler，以 DaemonSet 运行在每一个节点上，监听 VMI 的状态向上汇报，管理 VMI 的生命周期。
- virt-handler会以deamonset形式部署在每一个节点上，负责监控节点上的每个虚拟机实例状态变化，一旦检测到状态的变化，会进行响应并且确保相应的操作能够达到所需（理想）的状态。virt-handler还会保持集群级别VMI Spec与相应libvirt域之间的同步;报告libvirt域状态和集群Spec的变化;调用以节点为中心的插件以满足VMI Spec定义的网络和存储要求。
virt-launcher，以 Pod 方式运行，每个 VMI Object 都会对应一个 virt-launcher Pod，容器内有单独的 libvirtd，用于启动和管理虚拟机
- 每个virt-launcher pod对应着一个VMI，kubelet只负责virt-launcher pod运行状态，不会去关心VMI创建情况。virt-handler会根据CRD参数配置去通知virt-launcher去使用本地的libvirtd实例来启动VMI，随着Pod的生命周期结束，virt-lanuncher也会去通知VMI去执行终止操作;其次在每个virt-launcher pod中还对应着一个libvirtd，virt-launcher通过libvirtd去管理VM的生命周期，这样做到去中心化，不再是以前的虚拟机那套做法，一个libvirtd去管理多个VM。

virtctl：virtctl是kubevirt自带类似kubectl的命令行工具，它是越过virt-launcher pod这一层去直接管理VM虚拟机，可以控制VM的start、stop、restart。

KSV概述

KSV 是基于 Kubernetes 云原生架构，从底层为用户屏蔽了复杂的基础设施架构和 Kubernetes 基础配置。您可以将 KSV 运行在私有云、公有云、虚拟机、物理机、边缘节点等各类开发或生产环境。在功能层面，KSV 主要包含物理节点、网络、存储、虚拟机、镜像、硬盘、安全组等组件。

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KSV 底层原理
KSV 底层基于 K3S 、 Kubevirt 及rook ceph等技术，底层原理描述如下表所示：

产品计费

KSV 目前提供个人免费版、开发者版和企业版三种模式的虚拟化服务。个人免费版用于助力个人用户和微型团队，提供 3 个节点内的免费虚拟化服务。开发者版和企业版为中小型团队和大型企业用户提供更多节点数、更全面的虚拟化服务体验。

下表展示了 KSV 个人免费版、开发者版和企业版的服务能力差异对比。

版本	计费方式	资源定价	服务能力
个人免费版	License 模式	免费	最多 3 个节点最多 9 台虚拟机社区支持
开发者版	License 模式	按需付费	多达 10 个节点多达 90 台虚拟机社区支持
企业版	License 模式	按需付费	不限节点不限虚拟机1 年内软件免费升级社区支持5*8 工作时段技术支持

Centos7.9部署KSV流程

内核升级

内核的分类

kernel-ml 中的ml是英文【 mainline stable 】的缩写，elrepo-kernel中罗列出来的是最新的稳定主线版本。

kernel-lt 中的lt是英文【 long term support 】的缩写，elrepo-kernel中罗列出来的长期支持版本。

安装内核过程

1.导入仓库源

rpm --import https://www.elrepo.org/RPM-GPG-KEY-elrepo.org
rpm -Uvh http://www.elrepo.org/elrepo-release-7.0-2.el7.elrepo.noarch.rpm

2.查看可安装的软件包

yum --enablerepo="elrepo-kernel" list --showduplicates | sort -r | grep kernel-ml.x86_64

3.选择 ML 或 LT 版本安装

无指定版本默认安装最新

#安装ML版本
yum --enablerepo=elrepo-kernel install  kernel-ml-devel kernel-ml -y   
#安装LT版
yum --enablerepo=elrepo-kernel install kernel-lt-devel kernel-lt -y

4.查看现有内核启动顺序

awk -F\' '$1=="menuentry " {print $2}' /etc/grub2.cfg

5.修改默认启动项

xxx 为序号数字，以指定启动列表中第x项为启动项

grub2-set-default xxxx

6.重启

reboot

7.再次查看内核版本

uname -r

检查环境

1.检查操作系统版本：

cat /etc/issue

2.服务器节点的硬件配置必须满足以下条件：

硬件	最低配置	推荐配置
CPU	4 核	8 核
内存	8 GB	16 GB
系统磁盘	100 GB	200 GB

3.检查 CPU 核心数：

cat /proc/cpuinfo | grep "processor" | sort | uniq | wc -l

4.检查内存大小：

cat /proc/meminfo | grep MemTotal

5.检查可用磁盘大小：

df -hl

6.服务器节点必须至少具有 1 个未格式化且未分区的磁盘，或 1 个未格式化的分区。该磁盘或分区的最低配置为 100 GB，推荐配置为 200 GB。检查服务器节点磁盘分区：

lsblk -f

7.服务器节点需要支持虚拟化。如果服务器节点不支持虚拟化，KSV 将以模拟模式运行。该模式将占用更多资源，且虚拟机相关模块无法使用。

检查服务器节点是否支持虚拟化（若无回显则不支持虚拟化）：

x86 架构：

grep -E '(svm|vmx)' /proc/cpuinfo

ARM64 架构

ls /dev/kv

部署步骤

时区同步

yum -y install ntp ntpdate
ntpdate cn.pool.ntp.org
sudo hwclock --systohc
timedatectl set-timezone Asia/Shanghai
timedatectl

以 root 用户登录服务器节点。
执行以下命令检查服务器节点的架构：
```
uname -m
```

根据服务器节点的架构类型下载安装包。

x86 架构

curl -OL https://virtualization.kubesphere.cloud/v1.6.1/kubesphere-virtualization-x86_64-v1.6.1.tar.gz

ARM64 架构

curl -OL https://virtualization.kubesphere.cloud/v1.5.0/kubesphere-virtualization-arm64-v1.5.0.tar.gz

4.执行以下命令解压安装包：

tar -zxvf kubesphere-virtualization-x86_64-v1.6.1.tar.gz

5.执行以下命令进入安装包解压后生成的目录：

cd kubesphere-virtualization-x86_64

6.执行以下命令开始安装：

 ./install.sh -a --ratio <overcommit ratio>

备注

–ratio 为可选参数，用于指定 KSV 集群的超卖比，即每个物理 CPU 可以虚拟化多少个虚拟 CPU。您可以根据业务需求将设置为实际的超卖比数值，取值需为 1 至 10 的整数。如果未设置该参数，超卖比默认值为 2。

超卖比还将决定 KSV 可创建虚拟机的总数。可创建虚拟机的总数 = 集群 CPU 核心总数 x 超卖比。

只有安装 KSV 时可以设置超卖比，升级时不支持修改超卖比。

安装可能需要较长时间，请等待安装完成。

如果显示如下信息则安装成功：

#####################################################
###     Welcome to KubeSphere Virtualization!     ###
#####################################################

Console: http://10.18.4.10:30890
Username: admin
Password: P@88w0rd

NOTE：
Please change the default password of the admin user
after login.

#####################################################
https://kubesphere.cloud/ksv/     2023-02-13 16:41:42
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