KVM虚拟化技术解析及在石油勘探中的应用

叶虹余 陈升义

摘要 随着互联网及云计算技术的不断发展，IT基础架构越来越复杂，如何降低IT资源投入和优化资源配置成了一大难题。虚拟化技术可以实现IT资源的动态分配、灵活调度、跨域共享，大大提高了IT资源利用率，简化了IT基础架构。KVM虚拟化技术是基于内核的虚拟机，是Linux系统的一个内核模块，具有高性能高扩展性使用方便等优点。通过在石油勘探研究应用环境部署实施KVM虚拟化技术，构建了高效实用的虚拟化应用平台，取得了很好的效果。

【关键词】虚拟化 KVM 虚拟机 石油勘探

1 引言

虚拟化技术最早在商业上利用是IBM公司在上世纪七十年代实现的，通过在一台主机上安装多个操作系统，使得用户能够充分利用昂贵的大型计算机资源。随后虚拟化技术一直只在大型机上使用，直到最近十多年来，才涌现出了一批专业的虚拟化技术公司，并推出了各自的虚拟化技术和产品，虚拟化技术才被更多的人熟知和利用，特别是在X86平台得到了广泛应用和发展。

2 KVM虚拟化技术

KVM全称是基于内核的虚拟机（Kemel-based Virtual Machine），其前身是QEMU，2008年被Red Hat公司收购并获得一项hypervisor技术，目前已被嵌入到RHEL5.4及以后的操作系统中。准确来说，KVM仅仅是Linux内核的一个模块，管理和创建完整的KVM虚拟机，需要更多的辅助工具来实现。

2.1 KVM系统架构

KVM是基于linux内核的虚拟化基础架构，通过KVM模块将linux系统内核转化为VMM（virtual machine monitor）， 并在linux操作系统的用户模式和内核模式外，添加了第三种运行模式即客户模式（guest mode），VMM即运行在该运行模式下，其被视为一个常规的linux进程，接收linux本身调度程序的统一调度，从而KVM拥有linux内核所拥有的所有功能。因此，KVM模块负责虚拟机的创建、虚拟内存的分配，vCPU寄存器的读写和运行等，这只是虚拟化解决方案的第一步。第二步是利用QEMU模拟虚拟机的用户空间组件，提供I/O设备模型以及访问外设的途径。至此，一台完整可用的虚拟机才诞生，KVM整个虚拟化技术的架构如图1所示。

2.2 虚拟化管理工具libvirt

KVM作为linux内核的一个模块，能够实现C，PU和内存的虚拟化，而QEMU则实现了用户空间组件和I0设备的虚拟化，因此qemu-kvm也能创建和管理虚拟机，但由于QEMU工具系统复杂，使用效率低下，因此，Red Hat使用libvirt来创建和管理虚拟机。

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（API）。它是一套开源的支持linux下虚拟化工具的函数库，由三个部分组成：应用程序接口（API），用于为其他虚拟机管理工具提供程序库支持;一个守护进程libvirtd，用于管理所有域，在使用工具对虚拟机进行管理时，该守护进程需要打开;一个默认的命令行管理工具virsh，它是libvirt项目中默认的命令行管理工具，具有定义、启动、停止等管理功能。libvirt工作原理如图2所示。

2.3 KVM在虚拟化技术中的优势

KVM是一款免费开源软件，提供了完整的虚拟化解决方案，并提供了强大的命令行接口（virsh）以及图形化的管理工具（virt-manager），使用起来比较方便。此外，KVM对硬件的兼容性较好，能支持多种操作系统，具有良好的稳定性和适用性。

3 KVM虚拟化技术在石油勘探中的应用

石油勘探研究是一项高度依赖计算机的技术，不管是前期的地震资料处理，还是地震资料的解释，以及各种反演建模和油田开发方案设计等，都需要各种专业软件和高性能的计算机，因此，石油勘探是对IT资源和技术最依赖和最敏感的行业之一。

3.1 应用环境现状分析

笔者所在单位是石油勘探研究院所，拥有各式服务器近50台，用于石油勘探开发研究和信息系统的部署。如此众多的服务器，在日常运维管理中出现了一系列的问题：机器数量的增加导致硬件投入不断增加，同时设备维护成本也不断增长，包括设备电力消耗，机房空调制冷，机柜空间消耗等;服务器使用效率低下，某些服务器只提供单一服务，机器的CPU和内存使用率较低，造成硬件资源的极大浪费;服务器运维管理不便，每台服务器都是一台物理实体机，都需要逐一安装操作系统部署相关服务，日常运维管理效率较低;服务器安全冗余性较差，大多数服务器都是单一机器提供服务，出现故障时无法快速的迁移和恢复。

针对上述问题，虚拟化技术使这些问题迎刃而解，利用基于KVM的服务器虚拟化技术，通过一台物理机虚拟出多台虚机，在虚机上部署相关服务，只需要较少的机器就能满足应用需求。

3.2 KVM虚拟化技术部署及应用

要部署虚拟化技术，首先要安装宿主机，在硬件选取上，利用2台HPDL580 G9和3台IBM3850 M2作为KVM虚拟机的宿主机，其CPU总核数分别为80个和64个，内存分别为256G和128G，4个千兆以太网口，外加扩展FC HBA卡。机器安装操作系统为RHEL7.0，并在BIOS中打开虚拟化技术：VirtualizationTechnology设为Enable。

由于KVM已经作为一个模块嵌入到了RHEL的操作系统中，因此装好操作系统后就可以新建虚拟机了。Virt-manager是一个基于图形界面的虚拟机管理工具，利用它可以很方便的创建、配置和管理虚拟机。结合我院的应用环境，利用5台宿主机共创建了虚拟机20余台，分别作为应用软件服务器、软件许可服务器和信息系统服务器，其系统架构图如图3所示。

3.3 虚拟化技术应用优势

通过部署虚拟化技术，减少了物理服务器数量，有效整合了硬件资源，在使用中具有以下优势：降低了硬件成本和能源消耗，节省了机房空间以及电力、网络等IT资源;设备利用率大大提高，宿主机的优越性能得以充分利用，同时虚拟机的资源可以灵活动态调整，真正做到了按需分配系统运维更加方便快捷，利用管理工具，大大简化了服务器的部署、管理和维护工作;系统安全性更高，虚拟化技术支持虚拟机的快速复制、备份和迁移，当系统出现故障时能快速恢复和还原，大大提高了系统的可用性和冗余度。

4 結束语

KVM虚拟化技术作为一项性能和稳定性都比较高的虚拟化解决方案，其应用越来越广泛，特别是在复杂的IT应用环境中，利用KVM虚拟化技术，能简化系统架构，降低硬件和管理成本，提高系统安全性。随着互联网和云计算技术的不断发展，虚拟化技术也将是IT技术发展的必然选择，KVM虚拟化将在服务器虚拟化、桌面虚拟化和应用虚拟化等领域得到更多的应用。

参考文献

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