云原生虚拟化kubevirt安装

kubevirt 介绍

Kubevirt 是 Redhat 开源的一套以容器方式运行虚拟机的项目，通过 kubernetes 云原生方式来管理虚拟机生命周期。它通过使用自定义资源（CRD）和其它 Kubernetes 功能来无缝扩展现有的集群，以提供一组可用于管理虚拟机的虚拟化API。

在这里插入图片描述

利用 KubeVirt 和 Kubernetes 可以管理不便于容器化且适合虚拟机的应用，将已有的虚拟化工作负载与新容器化的工作负载相结合共存于同一个平台，并支持在容器中与已有的虚拟化应用有交互的新微服务应用的开发。

在这里插入图片描述

KubeVirt 项目于 2016 年底在红帽启动，由Red Hat、IBM、Google、Intel、SUSE等公司和组织共同推动和贡献。提出的问题是：虚拟机 (VM) 可以在容器中运行并由 Kubernetes 部署吗？事实证明，它不仅是可行的，而且很快就成为容器时代虚拟机未来的一个有前景的解决方案。

KubeVirt 于 2019 年 9 月作为沙箱项目加入CNCF，并于 2022 年 4 月作为孵化项目加入 CNCF。经过7年的不懈努力，KubeVirt于2023年7月发布v1.0.0，标志着其已达到生产就绪水平并拥有健康的社区。

云原生虚拟化介绍

参考：https://www.redhat.com/zh/engage/container-virtualisation-2024

云原生虚拟化（Cloud Native Virtualization）是指将虚拟化技术与云原生生态系统相结合，以更高效地管理虚拟机（VM）和容器化的工作负载。它将虚拟机作为云原生架构中的一部分，与容器工作负载一起运行、管理和编排，从而提供更强的灵活性和资源利用率。

传统虚拟化将多个虚拟机运行在物理服务器上，而云原生虚拟化则以云原生的方式进行虚拟机管理，集成了容器、微服务架构和现代 DevOps 实践。其主要目标是使虚拟机和容器能够无缝共存，并利用 Kubernetes 等编排工具来管理所有工作负载。

如何选择合适的虚拟化技术路线，云原生2.0时代，虚拟化技术发展路线。

在这里插入图片描述
在当今的企业环境中，虚拟化建设已经成为常态，而部分企业更是迈入了云原生时代，我们将其称为云原生1.0时代。随着业务和产品的不断演进，例如虚拟化产品的升级和新业务的涌现，企业迫切需要一个更加灵活、高效和简洁的核心平台，这标志着云原生2.0时代的到来。

kubevirt 安装

官方文档：https://kubevirt.io/user-guide/cluster_admin/installation/

环境信息

3个kubernetes节点，操作系统为Ubuntu 22.04.2 LTS，CPU内存磁盘4C/16G/100G，kubernetes版本v1.29.3。

root@node40:~# kubectl get nodes -o wide
NAME     STATUS   ROLES           AGE    VERSION   INTERNAL-IP     EXTERNAL-IP   OS-IMAGE             KERNEL-VERSION       CONTAINER-RUNTIME
node40   Ready    control-plane   154d   v1.29.3   192.168.72.40   <none>        Ubuntu 22.04.2 LTS   5.15.0-105-generic   containerd://1.7.15
node41   Ready    <none>          154d   v1.29.3   192.168.72.41   <none>        Ubuntu 22.04.2 LTS   5.15.0-76-generic    containerd://1.7.15
node42   Ready    <none>          154d   v1.29.3   192.168.72.42   <none>        Ubuntu 22.04.2 LTS   5.15.0-122-generic   containerd://1.7.15

前置要求

在开始之前需要满足一些要求：

Kubernetes集群或衍生产品（例如OpenShift）基于 KubeVirt 版本发布时发布的最新三个 Kubernetes 版本之一。
Kubernetes apiserver 必须具有--allow-privileged=true才能运行 KubeVirt 的特权 DaemonSet。
kubectl客户端实用程序

版本支持矩阵

官方参考：https://github.com/kubevirt/sig-release/blob/main/releases/k8s-support-matrix.md

kubevirt与kubernetes版本兼容性如下表所示：

KubeVirt版本	1.30	1.29	1.28	1.27EOL	1.26EOL	1.25EOL
1.3	✓	✓	✓	-	-	-
1.2	-	✓	✓	EOL	-	-
1.1	-	-	✓	EOL	EOL	-
1.0	-	-	-	EOL	EOL	EOL
0.59	-	-	-	-	EOL	EOL

注意： EOL表示 Kubernetes 版本受 KubeVirt 支持，但已达到生命周期终点。

容器运行时支持

目前以下容器运行时支持 KubeVirt：

containerd
crio (with runv)

其他不使用虚拟化功能的容器运行时也应该可以工作。然而，上述那些是主要目标。

验证硬件虚拟化支持

建议使用支持虚拟化的硬件。您可以使用 virt-host-validate 确保您的主机能够运行虚拟化工作负载：

$ apt install libvirt-clients -y
$ virt-host-validate qemu
  QEMU: Checking for hardware virtualization                                 : PASS
  QEMU: Checking if device /dev/kvm exists                                   : PASS
  QEMU: Checking if device /dev/kvm is accessible                            : PASS
  QEMU: Checking if device /dev/vhost-net exists                             : PASS
  QEMU: Checking if device /dev/net/tun exists                               : PASS
...

kubevirt 安装流程

KubeVirt 可以使用 KubeVirt operator安装，该operator管理所有 KubeVirt 核心组件的生命周期。以下是如何使用官方版本安装 KubeVirt 的示例。

下载yaml文件

export RELEASE=v1.3.0
wget https://github.com/kubevirt/kubevirt/releases/download/${RELEASE}/kubevirt-operator.yaml
wget https://github.com/kubevirt/kubevirt/releases/download/${RELEASE}/kubevirt-cr.yaml

运行yaml文件

kubectl apply -f kubevirt-operator.yaml
kubectl apply -f kubevirt-cr.yaml

等待组件完全启动

 kubectl -n kubevirt wait kv kubevirt --for condition=Available

查看运行的pods

root@node40:~# kubectl -n kubevirt get pods 

NAME                               READY   STATUS    RESTARTS        AGE
virt-api-f97fbdff-twmw9            1/1     Running   0               4d17h
virt-api-f97fbdff-vmnlg            1/1     Running   0               4d17h
virt-controller-6bf9f4477f-4lzgg   1/1     Running   3 (3d20h ago)   4d17h
virt-controller-6bf9f4477f-dr6dw   1/1     Running   2 (3d20h ago)   4d17h
virt-handler-86zh6                 1/1     Running   0               4d17h
virt-handler-mhdqq                 1/1     Running   0               4d17h
virt-handler-xcp7k                 1/1     Running   0               4d17h
virt-operator-59f5558dcd-5txb8     1/1     Running   3 (3d20h ago)   4d17h
virt-operator-59f5558dcd-hzvw6     1/1     Running   2 (3d20h ago)   4d17h

如果硬件虚拟化不可用，则可以通过在 KubeVirt CR 中设置来启用软件模拟回退，将 spec.configuration.developerConfiguration.useEmulation 设置为true如下：

$ kubectl edit -n kubevirt kubevirt kubevirt

将以下内容添加到kubevirt.yaml文件中

spec:
    ...
    configuration:
    developerConfiguration:
        useEmulation: true

virtctl 客户端工具安装

基本的 VirtualMachineInstance 操作可以使用 stock kubectl实用程序执行。但是，需要virtctl二进制实用程序才能使用高级功能，例如：

串行和图形控制台访问
启动和停止 VirtualMachineInstances
实时迁移 VirtualMachineInstances 和取消实时迁移
上传虚拟机磁盘镜像

可以从官方发布页面检索该工具的最新版本。

下载安装示例如下：

export VERSION=v1.3.0
curl -L -o virtctl https://github.com/kubevirt/kubevirt/releases/download/${VERSION}/virtctl-${VERSION}-linux-amd64
chmod +x virtctl
sudo install virtctl /usr/local/bin

kubevirt 创建虚拟机

kubevirt支持多种方式导入虚拟机镜像，常用的有containerDisk、dataVolume、persistentVolumeClaim (PVC)等。

具体参考官方文档：https://kubevirt.io/user-guide/storage/disks_and_volumes/

下面以containerDisk为例，介绍如何创建和管理虚拟机。

官方container-disk镜像地址：https://github.com/kubevirt/containerdisks

Name	Image
CentOS Stream	`quay.io/containerdisks/centos-stream:9`
Fedora	`quay.io/containerdisks/fedora:40`
Ubuntu	`quay.io/containerdisks/ubuntu:22.04`

创建cirros虚拟机

下载官方示例yaml文件

wget https://kubevirt.io/labs/manifests/vm.yaml

查看yaml文件内容

root@node40:~# cat vm.yaml 
apiVersion: kubevirt.io/v1
kind: VirtualMachine
metadata:
  name: testvm
spec:
  running: false
  template:
    metadata:
      labels:
        kubevirt.io/size: small
        kubevirt.io/domain: testvm
    spec:
      domain:
        devices:
          disks:
            - name: containerdisk
              disk:
                bus: virtio
            - name: cloudinitdisk
              disk:
                bus: virtio
          interfaces:
          - name: default
            masquerade: {}
        resources:
          requests:
            memory: 64M
      networks:
      - name: default
        pod: {}
      volumes:
        - name: containerdisk
          containerDisk:
            image: quay.io/kubevirt/cirros-container-disk-demo
        - name: cloudinitdisk
          cloudInitNoCloud:
            userDataBase64: SGkuXG4=

应用yaml文件

kubectl apply -f vm.yaml

查看创建的虚拟机，默认虚拟机未启动

root@node40:~# kubectl get vm
NAME                   AGE     STATUS    READY
testvm                 4s      Stopped   False

启动虚拟机

root@node40:~# virtctl start testvm
VM testvm was scheduled to start

查看虚拟机运行状态为Running

root@node40:~# kubectl get vm
NAME                   AGE     STATUS    READY
testvm                 3m19s   Running   True

通过控制台访问虚拟机

root@node40:~# virtctl console testvm
Successfully connected to testvm console. The escape sequence is ^]

login as 'cirros' user. default password: 'gocubsgo'. use 'sudo' for root.
testvm login: cirros
Password: 
$ 
$ cat /etc/os-release 
NAME=Buildroot
VERSION=2015.05-g31af4e3-dirty
ID=buildroot
VERSION_ID=2015.05
PRETTY_NAME="Buildroot 2015.05"
$

通过nodeport service 暴露虚拟机SSH端口

virtctl expose virtualmachine  testvm --name vmiservice-node --target-port 22 --port 24 --type NodePort

查看创建的service

root@node40:~# kubectl get svc
NAME              TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes        ClusterIP   10.96.0.1    <none>        443/TCP        154d
vmiservice-node   NodePort    10.96.3.81   <none>        24:32310/TCP   2m42s

通过SSH远程访问虚拟机

root@node40:~# ssh -p 32310 cirros@192.168.72.40
cirros@192.168.72.40's password: 
$ 
$ ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue qlen 1
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host 
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1450 qdisc pfifo_fast qlen 1000
    link/ether 3e:01:5a:08:21:5b brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.0.2.2/24 brd 10.0.2.255 scope global eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::3c01:5aff:fe08:215b/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever
$

创建CentOS虚拟机

示例yaml如下

root@node40:~# cat centos_vm.yaml 
apiVersion: kubevirt.io/v1
kind: VirtualMachine
metadata:
  creationTimestamp: null
  name: centos-stream
spec:
  runStrategy: Always
  template:
    metadata:
      creationTimestamp: null
    spec:
      domain:
        devices:
          disks:
          - disk:
              bus: virtio
            name: containerdisk
          - disk:
              bus: virtio
            name: cloudinit
          rng: {}
        resources:
          requests:
            memory: 1Gi
      terminationGracePeriodSeconds: 180
      volumes:
      - containerDisk:
          image: quay.io/containerdisks/centos-stream:9
        name: containerdisk
      - cloudInitNoCloud:
          userData: |-
            #cloud-config
            # The default username is: cloud-user
            password: cloud-password
            chpasswd: { expire: False }
        name: cloudinit
status: {}

创建虚拟机

kubectl apply -f centos_vm.yaml

访问虚拟机，默认用户为cloud-user，密码为cloudInitNoCloud中设定的密码cloud-password。

root@node40:~# kubectl get vm
NAME            AGE   STATUS    READY
centos-stream   19m   Running   True
testvm          69m   Running   True
root@node40:~# 
root@node40:~# virtctl console centos-stream
Successfully connected to centos-stream console. The escape sequence is ^]

centos-stream login: cloud-user
Password: 
Last login: Sun Sep 22 22:06:45 on ttyS0
[cloud-user@centos-stream ~]$ cat /etc/os-release 
NAME="CentOS Stream"
VERSION="9"
ID="centos"
ID_LIKE="rhel fedora"
VERSION_ID="9"
PLATFORM_ID="platform:el9"
PRETTY_NAME="CentOS Stream 9"
ANSI_COLOR="0;31"
LOGO="fedora-logo-icon"
CPE_NAME="cpe:/o:centos:centos:9"
HOME_URL="https://centos.org/"
BUG_REPORT_URL="https://issues.redhat.com/"
REDHAT_SUPPORT_PRODUCT="Red Hat Enterprise Linux 9"
REDHAT_SUPPORT_PRODUCT_VERSION="CentOS Stream"
[cloud-user@centos-stream ~]$

创建Fedora虚拟机

示例yaml如下

root@node40:~# cat fedora_vm.yaml 
apiVersion: kubevirt.io/v1
kind: VirtualMachine
metadata:
  creationTimestamp: null
  name: fedora
spec:
  runStrategy: Always
  template:
    metadata:
      creationTimestamp: null
    spec:
      domain:
        devices:
          disks:
          - disk:
              bus: virtio
            name: containerdisk
          - disk:
              bus: virtio
            name: cloudinit
          rng: {}
        features:
          acpi: {}
          smm:
            enabled: true
        firmware:
          bootloader:
            efi:
              secureBoot: true
        resources:
          requests:
            memory: 1Gi
      terminationGracePeriodSeconds: 180
      volumes:
      - containerDisk:
          image: quay.io/containerdisks/fedora:40
        name: containerdisk
      - cloudInitNoCloud:
          userData: |-
            #cloud-config
            # The default username is: fedora
            password: fedora
            chpasswd: { expire: False }
        name: cloudinit
status: {}

访问虚拟机，默认用户为fedora，密码为cloudInitNoCloud中设定的密码fedora。

root@node40:~# kubectl get vm
NAME            AGE     STATUS    READY
centos-stream   10m     Running   True
fedora          5m31s   Running   True
testvm          60m     Running   True
root@node40:~#
root@node40:~# virtctl console fedora
Successfully connected to fedora console. The escape sequence is ^]

fedora login: fedora
Password: 
[fedora@fedora ~]$ cat /etc/os-release 
NAME="Fedora Linux"
VERSION="40 (Cloud Edition)"
ID=fedora
VERSION_ID=40
VERSION_CODENAME=""
PLATFORM_ID="platform:f40"
PRETTY_NAME="Fedora Linux 40 (Cloud Edition)"
ANSI_COLOR="0;38;2;60;110;180"
LOGO=fedora-logo-icon
CPE_NAME="cpe:/o:fedoraproject:fedora:40"
HOME_URL="https://fedoraproject.org/"
DOCUMENTATION_URL="https://docs.fedoraproject.org/en-US/fedora/f40/system-administrators-guide/"
SUPPORT_URL="https://ask.fedoraproject.org/"
BUG_REPORT_URL="https://bugzilla.redhat.com/"
REDHAT_BUGZILLA_PRODUCT="Fedora"
REDHAT_BUGZILLA_PRODUCT_VERSION=40
REDHAT_SUPPORT_PRODUCT="Fedora"
REDHAT_SUPPORT_PRODUCT_VERSION=40
SUPPORT_END=2025-05-13
VARIANT="Cloud Edition"
VARIANT_ID=cloud
[fedora@fedora ~]$

创建Ubuntu虚拟机

示例yaml如下

root@node40:~# cat ubuntu_vm.yaml 
apiVersion: kubevirt.io/v1
kind: VirtualMachine
metadata:
  creationTimestamp: null
  name: ubuntu
spec:
  runStrategy: Always
  template:
    metadata:
      creationTimestamp: null
    spec:
      domain:
        devices:
          disks:
          - disk:
              bus: virtio
            name: containerdisk
          - disk:
              bus: virtio
            name: cloudinit
          rng: {}
        resources:
          requests:
            memory: 1Gi
      terminationGracePeriodSeconds: 180
      volumes:
      - containerDisk:
          image: quay.io/containerdisks/ubuntu:22.04
        name: containerdisk
      - cloudInitNoCloud:
          userData: |-
            #cloud-config
            # The default username is: ubuntu
            password: ubuntu
            chpasswd: { expire: False }
        name: cloudinit
status: {}

访问虚拟机，默认用户为ubuntu，密码为cloudInitNoCloud中设定的密码ubuntu。

root@node40:~# kubectl get vm
NAME            AGE   STATUS    READY
centos-stream   19m   Running   True
fedora          14m   Running   True
testvm          69m   Running   True
ubuntu          86s   Running   True
root@node40:~# 
root@node40:~# virtctl console ubuntu
Successfully connected to ubuntu console. The escape sequence is ^]

ubuntu login: ubuntu
Password: 
Welcome to Ubuntu 22.04.5 LTS (GNU/Linux 5.15.0-119-generic x86_64)

 * Documentation:  https://help.ubuntu.com
 * Management:     https://landscape.canonical.com
 * Support:        https://ubuntu.com/pro

 System information disabled due to load higher than 1.0

Expanded Security Maintenance for Applications is not enabled.

0 updates can be applied immediately.

Enable ESM Apps to receive additional future security updates.
See https://ubuntu.com/esm or run: sudo pro status


The list of available updates is more than a week old.
To check for new updates run: sudo apt update


The programs included with the Ubuntu system are free software;
the exact distribution terms for each program are described in the
individual files in /usr/share/doc/*/copyright.

Ubuntu comes with ABSOLUTELY NO WARRANTY, to the extent permitted by
applicable law.

To run a command as administrator (user "root"), use "sudo <command>".
See "man sudo_root" for details.

ubuntu@ubuntu:~$ 
ubuntu@ubuntu:~$ cat /etc/os-release 
PRETTY_NAME="Ubuntu 22.04.5 LTS"
NAME="Ubuntu"
VERSION_ID="22.04"
VERSION="22.04.5 LTS (Jammy Jellyfish)"
VERSION_CODENAME=jammy
ID=ubuntu
ID_LIKE=debian
HOME_URL="https://www.ubuntu.com/"
SUPPORT_URL="https://help.ubuntu.com/"
BUG_REPORT_URL="https://bugs.launchpad.net/ubuntu/"
PRIVACY_POLICY_URL="https://www.ubuntu.com/legal/terms-and-policies/privacy-policy"
UBUNTU_CODENAME=jammy
ubuntu@ubuntu:~$