KubeVirt 安装和使用

一、KubeVirt 概述

KubeVirt 是 Kubernetes 的一个扩展，允许在 Kubernetes 集群中管理虚拟机（VM）。它将虚拟机工作负载与容器工作负载统一在同一个平台上，为传统应用提供云原生的管理能力。

核心特性

在 Kubernetes 中运行和管理虚拟机
支持热迁移（Live Migration）
支持 SR-IOV、MAC 地址池等高级网络功能
与容器网络（CNI）和容器存储（CSI）集成
提供 virtctl 命令行工具管理虚拟机

二、环境准备

2.1 前置条件

组件	最低版本	说明
Kubernetes	v1.22+	需要启用 Webhook 和 CRD
kubectl	v1.22+	与集群版本匹配
Containerd/Docker	最新稳定版	容器运行时
CPU	2核+	需要支持硬件虚拟化
内存	4GB+	建议 8GB 以上

2.2 检查硬件虚拟化支持

# Linux 系统检查
grep -E '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo

# 如果输出包含 vmx (Intel) 或 svm (AMD)，则支持硬件虚拟化

2.3 加载 KVM 内核模块

# 加载 kvm 模块
modprobe kvm

# 加载 kvm_intel 或 kvm_amd
modprobe kvm_intel   # Intel CPU
modprobe kvm_amd     # AMD CPU

# 验证
lsmod | grep kvm

kubevirt 组件

1. `virt-api`（入口与网关）

virt-api 是 KubeVirt 的统一入口点，作为 Kubernetes API Server 的扩展运行。

准入控制（Webhook）： 充当 Mutating 和 Validating 进站拦截器。在 VM/VMI 资源写入 etcd 之前，负责对其进行字段校验、默认值注入和合规性审查。
API 聚合（Aggregator）： 通过 Kubernetes 聚合 API，对外暴露虚拟机专属的非声明式操作接口。例如：虚拟机的启动（start）、停止（stop）、重启（restart）、热迁移（migrate）、冷/热冻结（freeze/unfreeze）和软重启（softReboot）等。
控制流路由： 接收到用户的操作指令后，将其转发给对应的 virt-handler 或通过修改 CRD 状态触发控制循环。

2. `virt-controller`（大脑与协同器）

virt-controller 是 KubeVirt 的核心控制器，以 Deployment 形式运行（通常为多副本主备高可用）。

生命周期协同（VM ➔ Pod）： 采用基于 Informer 的 List-Watch 机制，时刻监听 VM、VMI 等自定义资源的变化。
声明式状态转换： 当用户创建一个 VMI（Virtual Machine Instance）时，virt-controller 会在集群中创建并调度一个对应的底层容器 Pod（通常被称为 Helper Pod ），将虚拟机的配置转换为 Pod 的规格（Spec），从而利用 Kubernetes 原生的调度器（Scheduler）来决定虚拟机在哪个节点上运行。
集群级监控： 监控集群中所有 VM/VMI 的期望状态与实际状态，确保两者最终一致。

3. `virt-handler`（节点代理与守护进程）

virt-handler 是运行在每个物理节点上的 DaemonSet 代理。它以高权限（hostNetwork + hostPID）运行，负责处理该节点上所有虚拟机的具体落地工作。

下发底层操作（通过 Unix Socket）： 监听本节点上的 VMI 资源变化。当发现有 VMI 被调度到本节点时，它不直接操作底层 Libvirtd，而是通过域套接字（Domain Socket）与该 VMI 对应的 virt-launcher 容器进行通信，命令其启动或停止底层的 Libvirt 虚拟机。
直接控制接口（Console / VNC）： 响应来自 virt-api 的直接控制请求，提供控制台接入（Console）、图形界面接入（VNC）、暂停/恢复（pause/unpause）等本节点 VM 级别的底层对接。
状态收集与上报： 收集本节点上虚拟机的实际运行状态（心跳、网络、磁盘等指标），并更新回 VMI 的 Status 字段。

4. `virt-launcher`（沙箱与生命周期终点）

每个 VMI 对应的 Pod 内部都运行着一个 virt-launcher 进程。一个虚拟机实例对应一个单独的 Pod 容器。

虚拟机沙箱隔离： virt-launcher 运行在 Pod 的网络和 PID 命名空间中，为 QEMU/KVM 进程提供外部容器隔离。
Libvirtd 承载者： 在 Pod 内部拉起一个本地的 libvirtd 守护进程，并由 virt-launcher 进程负责管理这个 libvirtd 的生命周期。
QEMU/KVM 进程生命周期管理： 接收来自同一节点上 virt-handler 的指令，通过本地的 libvirtd 去真正创建、销毁和维护底层的 qemu-kvm 虚拟机进程。
异常处理： 如果底层的 QEMU 进程异常退出，virt-launcher 会捕获该信号并负责终止当前 Pod，以便触发 Kubernetes 的重建/自愈机制。

💡 核心组件协同工作流示例（以启动一个 VM 为例）

用户提交创建 VM 的请求 ➔ virt-api（校验并通过 webhook 注入默认值，写入 etcd）。
virt-controller 监听到新 VM ➔ 创建对应的 VMI 和底层的 Helper Pod。
Kubernetes 调度器将该 Pod 调度到 Node-A。
Node-A 上的 virt-handler 检测到本节点有新的 VMI 分配，开始与该 Pod 内的 virt-launcher 通信。
virt-launcher 在 Pod 内部启动本地 libvirtd，并最终拉起 qemu-kvm（虚拟机正式运行）。

三、安装 KubeVirt

3.1 使用 kubectl 安装（推荐）

# 设置 KubeVirt 版本号
export KUBEVIRT_VERSION="v1.8.4"

# 创建 namespace
kubectl create namespace kubevirt

# 部署 KubeVirt Operator
kubectl apply -f https://github.com/kubevirt/kubevirt/releases/download/${KUBEVIRT_VERSION}/kubevirt-operator.yaml

# 创建 KubeVirt CR（Custom Resource）
kubectl apply -f https://github.com/kubevirt/kubevirt/releases/download/${KUBEVIRT_VERSION}/kubevirt-cr.yaml

3.2 验证安装

# 查看 KubeVirt 相关 Pod

[root@master1 ~ ]# kubectl get pods -n kubevirt
NAME                               READY   STATUS    RESTARTS      AGE
virt-api-85bb9b4ffb-67556          1/1     Running   2 (24h ago)   4d
virt-api-85bb9b4ffb-8749q          1/1     Running   3 (24h ago)   4d1h
virt-controller-7cf5b94d5f-59kvl   1/1     Running   5 (24h ago)   4d1h
virt-controller-7cf5b94d5f-cb8lk   1/1     Running   3 (24h ago)   4d1h
virt-handler-2m2nl                 1/1     Running   0             69m
virt-handler-79rcl                 1/1     Running   3 (24h ago)   4d1h
virt-handler-8k829                 1/1     Running   3 (24h ago)   4d1h
virt-handler-kjslj                 1/1     Running   2 (24h ago)   4d1h
virt-handler-mv8z8                 1/1     Running   1 (24h ago)   4d1h
virt-operator-576b8d796c-47m2s     1/1     Running   8 (24h ago)   4d2h
virt-operator-576b8d796c-gr9dl     1/1     Running   6 (24h ago)   4d2h

# 查看 KubeVirt CR 状态
 [root@master1 ~ ]# kubectl get kubevirt.kubevirt.io -n kubevirt
NAME       AGE    PHASE
kubevirt   4d2h   Deployed

# 等待所有组件就绪
kubectl wait --for=condition=Available --timeout=300s \
  kubevirt/kubevirt -n kubevirt

预期输出：

NAME       AGE    PHASE
kubevirt   5m     Deployed

四、安装 virtctl 客户端工具

4.1 下载 virtctl

# 设置版本
export KUBEVIRT_VERSION="v1.8.4"

# Linux 系统下载
wget https://github.com/kubevirt/kubevirt/releases/download/${KUBEVIRT_VERSION}/virtctl-${KUBEVIRT_VERSION}-linux-amd64

4.2 安装 virtctl

# Linux/macOS
[root@master1 ~ ]# chmod +x virtctl-v1.8.4-linux-amd64
[root@master1 ~ ]# mv virtctl-v1.8.4-linux-amd64 /usr/local/bin/virtctl

4.3 验证安装

 [root@master1 ~ ]# virtctl version --client
Client Version: version.Info{
   GitVersion:"v1.8.4", GitCommit:"dfaa398f086692d19e01be21d83a01036e07815f", GitTreeState:"clean", BuildDate:"2026-06-16T13:26:36Z", GoVersion:"go1.24.9 X:nocoverageredesign", Compiler:"gc", Platform:"linux/amd64"}

五、基本使用

VirtualMachine

vm,是在vmi基础之上更完善的逻辑控制，可以认为是控制器；vmi(VirtualMachiineInstance)，是虚拟机实例。vm与vmi之间的关系类似于deployment与pod之间的关系。

5.1 创建虚拟机

 [root@master1 ~/kubevirt/test ]# cat test.yaml
apiVersion: kubevirt.io/v1
kind: VirtualMachine
metadata:
  name: vm-cirrors
  namespace: default
spec:
  runStrategy: Halted
  template:
    metadata:
      labels:
        kubevirt.io/vm: vm-cirros
    spec:
      domain:
        devices:
          disks:
            - name: containerdisk
              disk:
                bus: virtio
            - name: cloudinitdisk
              disk:
                bus: virtio
        machine:
          type: ""
        resources:
          requests:
            memory: 64M
      terminationGracePeriodSeconds: 0
      volumes:
        - name: containerdisk
          containerDisk:
            image: quay.io/kubevirt/cirros-container-disk-demo:latest
        - name: cloudinitdisk
          cloudInitNoCloud:
            userDataBase64: I2Nsb3VkLWNvbmZpZwpwYXNzd29yZDogZ2xvbzEyMwpjaHBhc3N3ZDogeyBleHBpcmU6IEZhbHNlIH0KcnVuY21kOgogIC0gZWNobyAiSGVsbG8gS3ViZVZpcnQhIiA+IC9yb290L3Rlc3QudHh0Cg==
 [root@master1 ~/kubevirt/test ]# kubectl get vm
NAME         AGE   STATUS    READY
vm-cirrors   74s   Stopped   False

当前位置: ~/kubevirt/test
 [root@master1 ~/kubevirt/test ]# virtctl start vm-cirrors
VM vm-cirrors was scheduled to start


 [root@master1 ~/kubevirt/test ]# kubectl get vm
NAME         AGE   STATUS     READY
vm-cirrors   94s   Starting   False


 [root@master1 ~/kubevirt/test ]# kubectl get vmi
NAME         AGE   PHASE     IP               NODENAME   READY
vm-cirrors   31s   Running   172.20.166.137   node1      True
                  False

# 一个vmi对象对应一台虚拟机，实际上这台虚拟机是在一个特殊的kubernetes pod中，该pod里有virt-launcher、liibvirtd和qemu进程，因此也就是可以看作kubevirt把虚拟机运行在pod中了。
 [root@master1 ~/kubevirt/test ]# kubectl get pods -A --field-selector spec.nodeName=node1 -owide
NAMESPACE        NAME                             READY   STATUS    RESTARTS       AGE     IP               NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
default          virt-launcher-vm-cirrors-cl5zq   3/3     Running   0              6m26s   172.20.166.137   node1   <none>           1/1
kube-system      calico-node-dvmbz                1/1     Running   31 (27h ago)   159d    192.168.11.7     node1   <none>           <none>
kube-system      node-local-dns-nldq9             1/1     Running   31 (27h ago)   159d    192.168.11.7     node1   <none>           <none>
kubevirt         virt-handler-2m2nl               1/1     Running   0              4h8m    172.20.166.143   node1   <none>           <none>
metallb-system   speaker-292j5                    1/1     Running   0              4h8m    192.168.11.7     node1   <none>           <none>
traefik          traefik-5mwff                    1/1     Running   15 (27h ago)   89d     172.20.166.141   node1   <none>           <none>

[root@master1 ~/kubevirt/test ]# virtctl console vm-cirrors
Successfully connected to vm-cirrors console. Press Ctrl+] or Ctrl+5 to exit console.

#

为虚拟机创建service 并访问

 [root@master1 ~ ]# virtctl expose vm vm-cirrors --name vmiservice-node --target-port 22 --port 24 --type NodePort
Service vmiservice-node successfully created for vm vm-cirrors

[root@master1 ~ ]# ssh cirros@10.68.86.25 -p 24
cirros@10.68.86.25's password:
$

当前位置: ~
 [root@master1 ~ ]# kubectl get svc
NAME              TYPE        CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes        ClusterIP   10.68.0.1     <none>        443/TCP        159d
vmiservice-node   NodePort    10.68.86.25   <none>        24:32482/TCP   6s

# vm-ubuntu.yaml
apiVersion: kubevirt.io/v1
kind: VirtualMachine
metadata:
  name: ubuntu-vm
  namespace: default
spec:
  running: true
  template:
    metadata:
      labels:
        kubevirt.io/vm: ubuntu-vm
    spec:
      domain:
        cpu:
          cores: 2
        memory:
          guest: 2Gi
        devices:
          disks:
            - name: rootdisk
              disk:
                bus: virtio
            - name: cloudinitdisk
              disk:
                bus: virtio
      volumes:
        - name: rootdisk
          containerDisk:
            image: kubevirt/ubuntu-container-disk:latest
        - name: cloudinitdisk
          cloudInitNoCloud:
            userData: |-
              #cloud-config
              password: ubuntu
              chpasswd: {
    expire: False }
              ssh_authorized_keys:
                - ssh-rsa AAAA...your-key

kubectl apply -f vm-ubuntu.yaml

在 KubeVirt 中，虚拟机（VirtualMachine/VMI）对存储卷的使用分为两个层次：Kubernetes 集群侧的存储提供（Volume） 以及 虚拟机内部感知的磁盘形态（Disk）。

以下是 KubeVirt 中最常用的存储卷类型（Volume Types）及其典型应用场景：

persistentVolumeClaim (PVC)

这是生产环境中最核心、最常用的存储类型。它直接对接 Kubernetes 的存储生态（CSI 驱动），支持从本地磁盘、网络文件系统（NFS）、到分布式存储（如 Ceph、OpenEBS 等）。

使用方式： 可以挂载为文件系统模式（Filesystem）（在 PVC 上创建一个磁盘镜像文件，如 disk.img）或原始块设备模式（Block）（直接将块设备映射给虚拟机，性能最佳）。
应用场景： 虚拟机的系统盘、高性能数据盘、需要支持持久化和跨节点热迁移（通常需要 ReadWriteMany / RWX 属性）的场景。

containerDisk

KubeVirt 独创的一种极其便利的存储类型。它允许将虚拟机的操作系统镜像（如 qcow2/raw 格式）直接打包到 Docker 镜像中，并托管在标准的 Container Registry（如 Harbor、Docker Hub）里。

使用方式： 虚拟机启动时，会像拉取容器镜像一样拉取这个 containerDisk 镜像，并从中读取操作系统。
应用场景： 只读系统盘、快速水平扩展的无状态虚拟机（如基础 CI/CD 节点）、共享的黄金镜像（Golden Image）。由于其默认只读或采用临时写时复制（Ephemeral），它非常适合用作虚拟机的启动模板。

dataVolume (DV)

dataVolume 是由 KubeVirt 的子项目 CDI (Containerized Data Importer) 提供的增强型存储管理方式。它在内部本质上还是通过自动创建 PVC 来承载数据，但极大简化了镜像的导入过程。

使用方式： 你可以直接在 dataVolume 中定义数据源（Source），CDI 会自动拉起一个 importer Pod，帮你把数据转换并写入 PVC。
支持的内置数据源：
- http/s3：直接从外网或对象存储下载 qcow2/raw 镜像。
- registry：从 Container Registry 导入 containerDisk 的内容。
- pvc：克隆现有的另一个 PVC（快照克隆）。
- blank：创建一个指定大小的空白物理磁盘。
应用场景： 从零初始化虚拟机、批量通过基础镜像克隆并部署新 VM。

cloudInitNoCloud

这是一个特殊的配置卷，专门用来向虚拟机注入初始化配置（网络、主机名、用户密码、SSH 密钥、初始脚本等）。

使用方式： KubeVirt 会自动将用户定义的 userData 或 networkData 转换为标准的 cloud-init ISO 镜像，并挂载为虚拟机的只读光驱。
应用场景： Linux 虚拟机的自动化首次开机配置、网络动态分配、公钥注入。

emptyDir

与 Kubernetes 原生的 emptyDir 完全一致，是一个生命周期与当前 Pod（虚拟机实例）绑定的临时空目录。

使用方式： 虚拟机内部会看到一个空白的、未格式化的物理磁盘。当虚拟机 Pod 被重建、漂移或删除时，其中的数据会彻底丢失。
应用场景： 虚拟机的临时缓存盘、Swap 交换分区空间、无状态的 scratch 空间。

hostDisk

直接映射宿主机（Node）本地的文件路径到虚拟机中（类似于 Kubernetes 的 hostPath）。

使用方式： 在宿主机的指定路径下创建或使用一个独立的虚拟磁盘文件。
应用场景： 单节点测试环境、边缘计算节点（节点数量少、不需要热迁移、追求极简的本地存储性能）。
⚠️ 注意： 使用 hostDisk 会限制虚拟机的调度灵活性，导致虚拟机无法在集群内热迁移。

📝 典型配置结构示例 (YAML 视角)

在定义 VM CRD 时，这些存储卷在 spec.template.spec 里的基本映射逻辑如下：

YAML

spec:
  domain:
    devices:
      disks:
      - name: boot-disk
        disk: {} # 虚拟机内看作标准磁盘
      - name: init-data
        cdrom: {} # 虚拟机内看作光驱
  volumes:
  - name: boot-disk
    persistentVolumeClaim: # 对应 K8s 集群侧的存储卷类型
      claimName: my-ubuntu-pvc
  - name: init-data
    cloudInitNoCloud:
      userData: |
        #cloud-config
        password: my-secure-password
        chpasswd: { expire: False }

5.2 查看虚拟机

# 查看虚拟机状态
kubectl get vmi

# 查看虚拟机详情
kubectl describe vmi ubuntu-vm

# 使用 virtctl 查看
virtctl get vmi

5.3 使用 virtctl 暴露服务

# 暴露 SSH 服务（NodePort）
virtctl expose virtualmachineinstance ubuntu-vm \
  --name=ubuntu-vm-ssh \
  --port=22 \
  --target-port=22 \
  --type=NodePort

# 暴露 HTTP 服务（ClusterIP）
virtctl expose virtualmachineinstance ubuntu-vm \
  --name=ubuntu-vm-http \
  --port=80 \
  --target-port=80 \
  --type=ClusterIP

# 查看暴露的服务
kubectl get svc

5.4 使用 virtctl 管理虚拟机

# 启动虚拟机
virtctl start ubuntu-vm

# 停止虚拟机
virtctl stop ubuntu-vm

# 重启虚拟机
virtctl restart ubuntu-vm

# 暂停虚拟机
virtctl pause vmi ubuntu-vm

# 恢复虚拟机
virtctl unpause vmi ubuntu-vm

# 查看虚拟机控制台（VNC）
virtctl vnc ubuntu-vm

# 查看虚拟机串口控制台
virtctl console ubuntu-vm

# SSH 连接虚拟机
virtctl ssh ubuntu-vm --username ubuntu

# 热迁移虚拟机
virtctl migrate ubuntu-vm

六、卸载 KubeVirt

# 删除 KubeVirt CR
kubectl delete -f https://github.com/kubevirt/kubevirt/releases/download/${KUBEVIRT_VERSION}/kubevirt-cr.yaml

# 删除 KubeVirt Operator
kubectl delete -f https://github.com/kubevirt/kubevirt/releases/download/${KUBEVIRT_VERSION}/kubevirt-operator.yaml

# 删除 namespace
kubectl delete namespace kubevirt

KubeVirt 安装和使用

KubeVirt 安装和使用

一、KubeVirt 概述

核心特性

二、环境准备

2.1 前置条件

2.2 检查硬件虚拟化支持

2.3 加载 KVM 内核模块

kubevirt 组件

1. `virt-api`（入口与网关）

2. `virt-controller`（大脑与协同器）

3. `virt-handler`（节点代理与守护进程）

4. `virt-launcher`（沙箱与生命周期终点）

💡 核心组件协同工作流示例（以启动一个 VM 为例）

三、安装 KubeVirt

3.1 使用 kubectl 安装（推荐）

3.2 验证安装

四、安装 virtctl 客户端工具

4.1 下载 virtctl

4.2 安装 virtctl

4.3 验证安装

五、基本使用

5.1 创建虚拟机

5.2 查看虚拟机

5.3 使用 virtctl 暴露服务

5.4 使用 virtctl 管理虚拟机

六、卸载 KubeVirt

云原生

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1. virt-api（入口与网关）

2. virt-controller（大脑与协同器）

3. virt-handler（节点代理与守护进程）

4. virt-launcher（沙箱与生命周期终点）

💡 核心组件协同工作流示例（以启动一个 VM 为例）

三、安装 KubeVirt

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四、安装 virtctl 客户端工具

4.1 下载 virtctl

4.2 安装 virtctl

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