qemu-kvm安装and配置桥接和SR-IOV

kvm和docker的区别：kvm是全虚拟化，需要模拟各种硬件，docker是容器，共享宿主机的CPU，内存，swap等。本文安装的qemu-kvm属于kvm虚拟化，其中：kvm负责cpu虚拟化和内存虚拟化，QEMU模拟IO设备（网卡、磁盘等）。

参考资料：

qemu和docker区别：https://www.cnblogs.com/boyzgw/p/6807986.html

qemu，kvm，qemu-kvm关系：https://www.cnblogs.com/echo1937/p/7138294.html

1. 安装

ubuntu环境安装：

sudo apt-get install qemu virt-manager  qemu-kvm

centos环境安装：

yum install qemu-kvm qemu-img virt-manager libvirt libvirt-python virt-manager libvirt-client virt-install virt-viewer -y

其中，virt-manager是虚拟机管理工具，相当于windows环境下的vmware软件。

2. 新建虚拟机

下载系统镜像（以ubuntu14.04为例）：

wget http://mirrors.163.com/ubuntu-releases/14.04/ubuntu-14.04.6-server-amd64.iso

创建一个虚拟磁盘, -f指定格式, 文件名kvm.qcow2 ,大小为20G

qemu-img create -f qcow2 -o preallocation=metadata ubuntu14_04.qcow2 20G

通过命令行安装虚拟机：

virt-install --virt-type=kvm --name=ubuntu14_04 --vcpus=2 --memory=2048 --location=ubuntu-14.04.6-server-amd64.iso --disk path=ubuntu14_04.qcow2,size=20,format=qcow2 --network network=default --graphics none --extra-args='console=ttyS0' --force

参数	含义
--virt-type	虚拟化类型
--name	虚拟机的名字
--vcpus	CPU个数
--memory	内存大小，单位MB
--location	ISO系统镜像位置
--disk path	磁盘位置, 大小, 格式等
--network	网络
--graphics	guest显示设置, 设置为none时，表示从命令行安装
--extra-args	如果从命令行安装，需要指定该参数为 'console=ttyS0'

安装虚拟机时指定网桥（需要先配置好桥接，方法在下面）：

virt-install --virt-type=kvm --name=ubuntu14_04 --vcpus=2 --memory=2048 --location=ubuntu-14.04.6-server-amd64.iso --disk path=ubuntu14_04.qcow2,size=20,format=qcow2 --network bridge=br0 --graphics none --extra-args='console=ttyS0' --force

安装虚拟机时指定PCI设备（需要先配置好SR-IOV，方法在下面，02:00.1是SR-IOV虚拟出来的网卡的PCI编号）：

virt-install --virt-type=kvm --name=ubuntu14_04 --vcpus=2 --memory=2048 --location=ubuntu-14.04.6-server-amd64.iso --disk path=ubuntu14_04.qcow2,size=20,format=qcow2 --network network=default --hostdev=02:00.1 --graphics none --extra-args='console=ttyS0' --force

其中，hostdev可以是以下几种形式：

--hostdev pci_0000_02_00_1

A node device name via libvirt, as shown by virsh nodedev-list

--hostdev 001.003

USB by bus, device (via lsusb).

--hostdev 0x1234:0x5678

USB by vendor, product (via lsusb).

--hostdev 02.00.1

PCI device (via lspci).

如果出现错误：

WARNING /home/user/ubuntu14_04.qcow2 may not be accessible by the hypervisor. You will need to grant the 'qemu' user search permissions for the following directories: ['/home/user']

出现这种错误是因为qemu用户没有权限访问当前用户的家目录，修改权限为其他用户可以访问当前用户目录即可解决：

cd /home
chmod 755 user

drwxr-xr-x. 12 user user 4096 Oct 19 11:43 user

3. 使用虚拟机

命令	含义
virsh dumpxml name	查看虚拟机配置文件
virsh start name	启动kvm虚拟机
virsh console name	连接到虚拟机终端
virsh shutdown name	正常关机
virsh destroy name	非正常关机，相当于物理机直接拔掉电源
virsh undefine name	彻底删除，无法找回，如果想找回来，需要备份/etc/libvirt/qemu的xml文件
virsh define file-name.xml	根据配置文件定义虚拟机
virsh suspend name	挂起，终止
virsh resume name	恢复挂起状态
virsh edit name	编辑虚拟机配置文件（编辑之后需要重启虚拟机才会生效）
virsh list	查看正在运行的虚拟机（在root账号或加sudo运行才能看到）
virsh list --all	查看所有虚拟机（在root账号或加sudo运行才能看到）

配置桥接网络：

virsh iface-bridge --interface eth0 --bridge br0

eth0是设置桥接的物理网卡名称，br0是桥接网卡的名称。

查看桥接网络：

brctl show 
virsh iface-list 

删除桥接网卡：

virsh iface-unbridge br0

OR 通过修改配置文件配置桥接网络：

virsh edit ubuntu14_04

修改的内容如下：

    <interface type='network'>              ###这一行修改接口模式为"bridge"
      <mac address='52:54:00:c6:9f:8a'/>
      <source network='default'/>      			###这一行修改源为"bridge='br0'"
      <model type='virtio'/>
      <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x03' function='0x0'/>
    </interface>

4. qemu配置SR-IOV使用RDMA网卡

查看物理机是否开启VT：

cat /proc/cpuinfo | grep vmx

如果输出内容中有 vmx，仅仅说明CPU支持 VT，还需要通过如下命令查看是否开启：

lsmod |grep kvm 

如果已经开启VT，会显示 kvm_intel 和 kvm，如果没开启，需要进BIOS设置。

已经开启的显示示例：

在启动菜单的内核CMDLINE中开启iommu，/boot/grub2/grub.cfg不能直接修改，需通过修改 /etc/default/grub：

vim /etc/default/grub

GRUB_CMDLINE_LINUX="crashkernel=auto rd.lvm.lv=centos/root rd.lvm.lv=centos/swap rhgb quiet intel_iommu=on iommu=pt"

然后更新grub配置：

grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg

更新配置后，重启。

为RDMA网卡设置SR-IOV之前，确认已安装好网卡驱动。

4.1 在固件上开启SR-IOV

1. 运行 mst（以下命令均是在root账户执行）

   mst start
   

   Starting MST (Mellanox Software Tools) driver set

   Loading MST PCI module - Success

   Loading MST PCI configuration module - Success

   Create devices

   Unloading MST PCI module (unused) - Success

2. 查看PCI插槽中的HCA设备

   mst status
   

   MST modules:

   ------------

   MST PCI module is not loaded

   MST PCI configuration module loaded

   MST devices:

   ------------

   /dev/mst/mt4119_pciconf0 - PCI configuration cycles access.

   ​ domain:bus :dev.fn=0000:02:00.0 addr.reg=88 data.reg=92 cr_bar.gw_offset=-1

   ​ Chip revision is: 00

   /dev/mst/mt4119_pciconf1 - PCI configuration cycles access.

   ​ domain:bus :dev.fn=0000:81:00.0 addr.reg=88 data.reg=92 cr_bar.gw_offset=-1

   ​ Chip revision is: 00

3. 查询设备的SRIOV是否开启、虚拟化数量

   mlxconfig -d /dev/mst/mt4119_pciconf0 q | grep -E "SRIOV_EN|NUM_OF_VFS"
   

   NUM_OF_VFS 0

   SRIOV_EN False(0)

4. 开启SR-IOV并设置VFS的数量

   • SRIOV_EN=1; 开启SRIOV
   • NUM_OF_VFS=4 ; 将VFS数量设置为4

   mlxconfig -d /dev/mst/mt4119_pciconf0 set SRIOV_EN=1 NUM_OF_VFS=4
   

5. 查看是否设置成功

   mlxconfig -d /dev/mst/mt4119_pciconf0 q | grep -E "SRIOV_EN|NUM_OF_VFS"
   

   NUM_OF_VFS 4

   SRIOV_EN True(1)

   注意：此时，无法通过lspci看到VFS，只有在MLNX OFED驱动程序上启用SR-IOV后，你才能看到它们。

4.2 在MLNX_OFED驱动上开启SR-IOV

1. 找到设备，本示例中，有两个设备处于激活动态：mlx5_0对应接口 "ib0"，mlx5_1对应接口 "ib1"，我们只配对 "mlx5_0" 配置。

   ibstat
   

   CA 'mlx5_0'

   ​ ......

   ​ Port 1:

   ​ State: Active

   ​ Physical state: LinkUp

   ​ ......

   CA 'mlx5_1'

   ​ ......

   ​ Port 1:

   ​ State: Active

   ​ Physical state: LinkUp

   ​ ......

   ibdev2netdev
   

   mlx5_0 port 1 ==> ib0 (Up)

   mlx5_1 port 1 ==> ib1 (Up)

2. 查看固件中配置的VFS数量

   cat /sys/class/net/ib0/device/sriov_totalvfs
   

   4

   注意：这是一个查看操作，配置VFS数量应使用上面用到的命令：

   mlxconfig -d /dev/mst/mt4119_pciconf0 set SRIOV_EN=1 NUM_OF_VFS=4
   

3. 查看当前设备的VFS数量（三种方式结果一样）

   cat /sys/class/infiniband/mlx5_0/device/mlx5_num_vfs
   cat /sys/class/net/ib0/device/sriov_numvfs
   cat /sys/class/net/ib0/device/mlx5_num_vfs
   

   0

   注意：如果命令执行失败，可能意味着未加载驱动程序。

   注意：mlx5_num_vfs和sriov_numvfs的区别在于，即使操作系统未加载虚拟化模块（未向grub文件添加intel_iommu=on），mlx5_num_vfs也存在；sriov_numvfs 仅在将intel_iommu=on添加到grub文件时才适用。因此，如果没有sriov_numvfs文件，请检查是否已将Intel_iommu=on添加到grub文件中。

   注意：因内核版本不同，可能没有部分选项。

4. 设置VFS的数量（三种方式，任选其一）

   echo 4 > /sys/class/infiniband/mlx5_0/device/mlx5_num_vfs
   cat /sys/class/infiniband/mlx5_0/device/mlx5_num_vfs
   

   echo 4 > /sys/class/net/ib0/device/sriov_numvfs
   cat /sys/class/net/ib0/device/sriov_numvfs
   

   echo 4 > /sys/class/net/ib0/device/mlx5_num_vfs
   cat /sys/class/net/ib0/device/mlx5_num_vfs
   

   4

   如出现错误信息：

   echo: write error: Cannot allocate memory

   修改 /etc/default/grub并重新生成/boot/grub2/grub.cfg：

   vim /etc/default/grub
   

   GRUB_CMDLINE_LINUX="crashkernel=auto rd.lvm.lv=centos/root rd.lvm.lv=centos/swap rhgb quiet intel_iommu=on iommu=pt pci=realloc"

   grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg
   

   更新配置后，重启。

   注意：

   1.更改VFS的数量是临时的，服务器重新启动后，设置的值会丢失。

   2.写入sysfs文件时，适用以下规则：

   • 如果未分配VFS，则VFS的数量可以更改为任何有效值（0-固件设置步骤中设置的最大VFS）；
   • 如果有分配给虚拟机的VFS，则无法更改VFS的数量；
   • 如果在未分配VFS的情况下，管理员在PF上卸载驱动程序，则驱动程序将卸载并禁用SRI-OV；
   • 如果在卸载PF驱动程序时分配了VFS，则不会禁用SR-IOV。这意味着VF在VM上可见，但它们将无法运行。这适用于使用pci_stub而非vfio内核的操作系统。
     • VF驱动程序将发现这种情况并关闭其资源；
     • 重新加载PF上的驱动程序后，VF可以运行。 VF的管理员将需要重新启动驱动程序才能继续使用VF。

5. 查看PCI设备

   lspci -D | grep Mellanox
   

   0000:02:00.0 Infiniband controller: Mellanox Technologies MT27800 Family [ConnectX-5]

   0000:02:00.1 Infiniband controller: Mellanox Technologies MT27800 Family [ConnectX-5 Virtual Function]

   0000:02:00.2 Infiniband controller: Mellanox Technologies MT27800 Family [ConnectX-5 Virtual Function]

   0000:02:00.3 Infiniband controller: Mellanox Technologies MT27800 Family [ConnectX-5 Virtual Function]

   0000:02:00.4 Infiniband controller: Mellanox Technologies MT27800 Family [ConnectX-5 Virtual Function]

   0000:81:00.0 Infiniband controller: Mellanox Technologies MT27800 Family [ConnectX-5]

   注意：带 Virtual Function 的四个PCI设备就是通过SR-IOV虚拟化出来的RDMA网卡。

   ibdev2netdev -v
   

   0000:02:00.0 mlx5_0 (MT4119 - MCX555A-ECAT) CX555A - ConnectX-5 QSFP28 fw 16.26.4012 port 1 (ACTIVE) ==> ib0 (Up)

   0000:81:00.0 mlx5_1 (MT4119 - MCX555A-ECAT) CX555A - ConnectX-5 QSFP28 fw 16.27.2008 port 1 (ACTIVE) ==> ib1 (Up)

   0000:02:00.1 mlx5_2 (MT4120 - NA) fw 16.26.4012 port 1 (DOWN ) ==> ib2 (Down)

   0000:02:00.2 mlx5_3 (MT4120 - NA) fw 16.26.4012 port 1 (DOWN ) ==> ib3 (Down)

   0000:02:00.3 mlx5_4 (MT4120 - NA) fw 16.26.4012 port 1 (DOWN ) ==> ib4 (Down)

   0000:02:00.4 mlx5_5 (MT4120 - NA) fw 16.26.4012 port 1 (DOWN ) ==> ib5 (Down)

   此时，你可以看到PF上有4个VF：

   PCI 编号	VF 编号
   0000:02:00.1	0
   0000:02:00.2	1
   0000:02:00.3	2
   0000:02:00.4	3

   注意：这个时候，我们看到通过SR-IOV虚拟出来的4个网卡的状态还是DOWN：

   0000:02:00.1 mlx5_2 (MT4120 - NA) fw 16.26.4012 port 1 (DOWN ) ==> ib2 (Down)

   0000:02:00.2 mlx5_3 (MT4120 - NA) fw 16.26.4012 port 1 (DOWN ) ==> ib3 (Down)

   0000:02:00.3 mlx5_4 (MT4120 - NA) fw 16.26.4012 port 1 (DOWN ) ==> ib4 (Down)

   0000:02:00.4 mlx5_5 (MT4120 - NA) fw 16.26.4012 port 1 (DOWN ) ==> ib5 (Down)

   可以通过以下命令来查看：

   ibstatus
   

   ......

   Infiniband device 'mlx5_2' port 1 status:

   ​ default gid: fe80:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000

   ​ base lid: 0xffff

   ​ sm lid: 0x2

   ​ state: 1: DOWN

   ​ phys state: 5: LinkUp

   ​ rate: 100 Gb/sec (4X EDR)

   ​ link_layer: InfiniBand

   ......

6. 在ip池查看VFS

   ip link show
   

   ......

   4: ib0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 2044 qdisc mq state UP mode DEFAULT group default qlen 256

   link/infiniband 20:00:0a:12:fe:80:00:00:00:00:00:00:ec:0d:9a:03:00:c0:41:d4 brd 00:ff:ff:ff:ff:12:40:1b:ff:ff:00:00:00:00:00:00:ff:ff:ff:ff

   vf 0 MAC 00:00:00:00:00:00, spoof checking off, link-state disable, trust off, query_rss off

   vf 1 MAC 00:00:00:00:00:00, spoof checking off, link-state disable, trust off, query_rss off

   vf 2 MAC 00:00:00:00:00:00, spoof checking off, link-state disable, trust off, query_rss off

   vf 3 MAC 00:00:00:00:00:00, spoof checking off, link-state disable, trust off, query_rss off

   ......

7. 为每个VF设置GUID和PORT

   要添加GUID和PORT，需要先取消绑定该网卡：

   echo 0000:02:00.1 > /sys/bus/pci/drivers/mlx5_core/unbind
   

   设置GUID和PORT：

   echo 11:22:33:44:77:66:77:60 > /sys/class/infiniband/mlx5_0/device/sriov/0/node
   echo 11:22:33:44:77:66:77:61 > /sys/class/infiniband/mlx5_0/device/sriov/0/port
   
   cat /sys/class/infiniband/mlx5_0/device/sriov/0/node
   cat /sys/class/infiniband/mlx5_0/device/sriov/0/port
   

   /sys/class/infiniband/mlx5_0/device/sriov/0/node 中的 0 是VF的编号。

   重新绑定该网卡：

   echo 0000:02:00.1 > /sys/bus/pci/drivers/mlx5_core/bind
   

8. 为每个VF设置管理状态为 "Follow"（设置完成后，状态为DOWN的网卡将会开始初始化，并改为ACTIVE）

   cat /sys/class/infiniband/mlx5_0/device/sriov/0/policy
   

   Down

   echo Follow > /sys/class/infiniband/mlx5_0/device/sriov/0/policy
   cat /sys/class/infiniband/mlx5_0/device/sriov/0/policy
   

   Follow

   验证网卡的端口状态：

   Infiniband device 'mlx5_2' port 1 status:

   ​ default gid: fe80:0000:0000:0000:1122:3344:7766:7761

   ​ base lid: 0x1d

   ​ sm lid: 0x2

   ​ state: 4: ACTIVE

   ​ phys state: 5: LinkUp

   ​ rate: 100 Gb/sec (4X EDR)

   ​ link_layer: InfiniBand

4.3 为qemu添加SR-IOV虚拟化的网卡

1. 查看PCI设备信息

   lshw -c network -businfo
   

   Bus info Device Class Description

   ========================================================

   ......

   pci@0000:02:00.1 ib2 network MT27800 Family [ConnectX-5 Virtual Function]

   pci@0000:02:00.2 ib3 network MT27800 Family [ConnectX-5 Virtual Function]

   pci@0000:02:00.3 ib4 network MT27800 Family [ConnectX-5 Virtual Function]

   pci@0000:02:00.4 ib5 network MT27800 Family [ConnectX-5 Virtual Function]

   ......

   这一步看到的信息，其实在刚才通过 "ibdev2netdev -v" 命令已经得到了。

2. 将设备从宿主机deattach

   virsh nodedev-detach pci_0000_02_00_1
   

   命令中，pci_0000_02_00_1 是根据上面由SR-IOV虚拟化出来的PCI设备编号拼接起来的：

   0000:02:00.1 --> pci_0000_02_00_1

   也可以直接通过如下命令查看：

   virsh nodedev-list --tree | grep pci
   

   ......

   | +- pci_0000_02_00_1

   | +- pci_0000_02_00_2

   ......

   如果该虚拟设备不再被使用，需要在 virt-manager 中首先将该设备移除，然后在主机上重新挂载该设备：

   virsh nodedev-reattach pci_0000_02_00_1
   

3. 配置VF直通

   • 方法1（interface）：在devices段落里加入（该方法未成功）

     virsh edit ubuntu14_04
     

     内容如下：

     <interface type='hostdev' managed='yes'>
       <mac address='52:54:00:ad:ef:8d'/>
       <source>
         <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x02' slot='0x00' function='0x1'/>
       </source>
       <vlan>
         <tag id='4010'/>
       </vlan>
     </interface>
     

     如不需要设置mac和vlan，可以去掉相应标签。

     其中，address中的参数是根据 "lshw -c network -businfo" 获得的信息配置的，例如，我要配置的PCI设备编号是：

     pci@0000:02:00.1 ib2

     注意对应关系，domain: 0x0000, bus: 0x02, slot: 0x00, function: 0x1.

   • 方法2（hostdev）：在devices段落里加入（本文测试中，该方法有效）

     <hostdev mode='subsystem' type='pci' managed='yes'>
       <source>
         <address domain='0x0000' bus='0x02' slot='0x00' function='0x1'/>
       </source>
      </hostdev>
     

   • 方法选择：

     • 方法1：功能多，可以配置mac和vlan；
     • 方法2：mac和vlan需要自己在宿主上敲ip命令设置。

4. 连接虚拟机，验证是否有RDMA网卡

    lspci | grep Mellanox
   

   00:06.0 Infiniband controller: Mellanox Technologies MT28800 Family [ConnectX-5 Virtual Function]

   可以看到，在虚拟机中有RDMA网卡，接下来就是安装驱动等操作了。

   安装驱动可参考：https://www.cnblogs.com/sctb/p/13179542.html

   安装驱动后，通过以下命令查看网卡状态：

   ibstatus
   

   Infiniband device 'mlx5_0' port 1 status:

   ​ default gid: fe80:0000:0000:0000:1122:3344:7766:7761

   ​ base lid: 0x1d

   ​ sm lid: 0x2

   ​ state: 4: ACTIVE

   ​ phys state: 5: LinkUp

   ​ rate: 100 Gb/sec (4X EDR)

   ​ link_layer: InfiniBand

5. 每次重启之后需要进行的操作：

   echo 4 > /sys/class/infiniband/mlx5_0/device/mlx5_num_vfs
   ibdev2netdev -v
   
   echo 0000:02:00.1 > /sys/bus/pci/drivers/mlx5_core/unbind
   
   echo 11:22:33:44:77:66:77:60 > /sys/class/infiniband/mlx5_0/device/sriov/0/node
   echo 11:22:33:44:77:66:77:61 > /sys/class/infiniband/mlx5_0/device/sriov/0/port
   
   cat /sys/class/infiniband/mlx5_0/device/sriov/0/node
   cat /sys/class/infiniband/mlx5_0/device/sriov/0/port
   
   echo 0000:02:00.1 > /sys/bus/pci/drivers/mlx5_core/bind
   
   cat /sys/class/infiniband/mlx5_0/device/sriov/0/policy
   
   echo Follow > /sys/class/infiniband/mlx5_0/device/sriov/0/policy
   cat /sys/class/infiniband/mlx5_0/device/sriov/0/policy
   

   注意：为多个虚拟虚拟网卡配置的node和port不能一样，不然会一直处于 INIT 状态，不能变成 ACTIVE 状态！

RDMA配置SR-IOV参考资料：https://community.mellanox.com/s/article/howto-configure-sr-iov-for-connect-ib-connectx-4-with-kvm--infiniband-x

另一个资料，缺少activate步骤：https://community.mellanox.com/s/article/HowTo-Configure-SR-IOV-for-ConnectX-4-ConnectX-5-ConnectX-6-with-KVM-Ethernet