虚拟化技术

虚拟化技术

KVM 环境检查

# Intel CPU
grep "vmx" /proc/cpuinfo

# AMD CPU
grep "svm" /proc/cpuinfo

# 检查 kvm 模块
lsmod | grep kvm

KVM 环境目录：/etc/libvirt/、/var/lib/libvirt/

虚拟机磁盘管理

创建虚拟磁盘

# 文件方式
qemu-img create -f qcow2 /var/lib/libvirt/images/vm.qcow2 10G

# libvirt 存储池方式
virsh vol-create-as vmfspool vm.img 10G --format qcow2

扩缩容

qemu-img resize /path/vm.qcow2 +10G
qemu-img check /path/vm.qcow2

热添加/移除磁盘

virsh attach-disk VM1 /data/vmfs/disk.qcow2 vdb --subdriver=qcow2
virsh detach-disk VM1 /data/vmfs/disk.qcow2

若报 No more available PCI slots：pc-i440fx 机器 PCI 槽位有限（31 个），每个 virtio-blk 设备占 1 个，需通过 PCI bridge 扩展。

镜像格式对比

增量镜像

qemu-img create -b base.qcow2 -f qcow2 child.qcow2  # 基于 base 创建 overlay

格式转换

qemu-img convert -f raw -O qcow2 vm.raw vm.qcow2

存储池管理

# 创建本地目录存储池
virsh pool-define-as vmfspool --type dir --target /data/vmfs
virsh pool-build vmfspool
virsh pool-start vmfspool
virsh pool-autostart vmfspool

# 查看
virsh pool-list --all
virsh pool-info vmfspool

# 删除（先 destroy 再 undefine）
virsh pool-destroy vmfspool
virsh pool-undefine vmfspool

虚拟机管理

virsh list --all                # 列出所有虚拟机
virsh start VM1                 # 启动
virsh suspend VM1               # 挂起
virsh resume VM1                # 恢复
virsh destroy VM1               # 强制关机
virsh dumpxml VM1               # 导出配置
virsh edit VM1                  # 编辑配置

# 克隆
virt-clone -o VM1 -n vm-clone --auto-clone

# 快照
virsh snapshot-create-as VM1 snap1
virsh snapshot-revert VM1 snap1

退出 virsh console：Ctrl+]（英文键盘 Ctrl+Shift+]）。

headless 虚拟机（无 GUI 安装与配置）

安装前提：用户权限

sudo usermod -aG kvm peter      # virt-install 以用户身份探测 /dev/kvm，需在 kvm 组
# polkit 授权（SSH 会话无图形代理，virsh 连 qemu:///system 会报
# "身份验证不可用：没有可以验证操作 'org.libvirt.unix.manage' 的 polkit 代理"）
# /etc/polkit-1/rules.d/49-libvirt.rules：
polkit.addRule(function(action, subject) {
  if (action.id == "org.libvirt.unix.manage" && subject.user == "peter") {
    return polkit.Result.YES;
  }
});
sudo systemctl restart polkit.service

# 非 root 用户 virt-install 默认走 qemu:///session（找不到 default 网络），务必指定：
export LIBVIRT_DEFAULT_URI=qemu:///system

preseed 自动安装（串口无交互）

# 提取 d-i 内核（注意 Debian netinst ISO 布局是 install.amd，不是 install.amd64）
sudo mount -o loop,ro debian-13.6.0-amd64-netinst.iso /mnt/iso-loop
mkdir -p /mnt/nvme0n1p10/vm-iso/install.amd64
cp /mnt/iso-loop/install.amd/{vmlinuz,initrd.gz} /mnt/nvme0n1p10/vm-iso/install.amd64/

# HTTP 分发 preseed（比 --initrd-inject 可靠：HTTP 日志可确认 d-i 确实取到了文件）
python3 -m http.server 8000 --directory /mnt/nvme0n1p10/vm-iso --bind 0.0.0.0 &

virt-install \
  --name debian13-vm --memory 4096 --vcpus 4 \
  --disk path=/dev/nvme0n1p8,bus=virtio,format=raw \
  --network network=default,model=virtio \
  --graphics none \
  --console pty,target_type=serial \
  --channel unix,target_type=virtio,name=org.qemu.guest_agent \
  --location /mnt/nvme0n1p10/vm-iso/debian-13.6.0-amd64-netinst.iso \
  --os-variant debiantrixie \
  --extra-args "auto console=ttyS0,115200n8 preseed/url=http://192.168.122.1:8000/preseed.cfg" \
  --force --noautoconsole

preseed 踩坑：键盘问题没答全会卡在交互主菜单（console-setup/ask_detect false + console-setup/layoutcode us + keyboard-configuration/xkb-keymap us 三件套都要）；--extra-args 只支持 --location（--cdrom 会报 "Kernel arguments are only supported with location"）。

串口 console 登录

# /etc/default/grub：
GRUB_CMDLINE_LINUX="console=ttyS0,115200n8"
GRUB_TERMINAL=serial
GRUB_SERIAL_COMMAND="serial --speed=115200 --unit=0 --word=8 --parity=no --stop=1"
sudo update-grub
sudo systemctl enable serial-getty@ttyS0   # 有 console=ttyS0 时 getty-generator 也会自动生成

验证：virsh console <vm> 出现 debian login:。注意 pty 属 root，非交互抓取要 sudo；virsh console 只显示连接后的输出，登录提示是静态的。

离线修改镜像（virt-customize，无需客户机密码）

忘记/没有客户机密码时，关机后在宿主机直接改 qcow2：

sudo apt install libguestfs-tools
sudo virt-customize -a /var/lib/libvirt/images/debian.qcow2 \
  --run-command "usermod -aG sudo peter" \
  --run-command "apt-get install -y qemu-guest-agent" \
  --run-command "systemctl enable qemu-guest-agent" \
  --upload /tmp/vm-grub:/etc/default/grub \
  --run-command "update-grub"

踩坑：--run "bash file" 报文件不存在（上传与执行环境问题），用 --run-command 逐个执行；命令含引号会被命令行层吃掉（GRUB_SERIAL_COMMAND="serial --speed..." 需整体 --upload 覆盖 /etc/default/grub）；DVD 安装的镜像 sources.list 只有 cdrom 源，先换成网络源才能装包。

qemu-guest-agent

virsh qemu-agent-command debian '{"execute":"guest-ping"}'
virsh qemu-agent-command debian '{"execute":"guest-network-get-interfaces"}'
virsh qemu-agent-command debian '{"execute":"guest-get-osinfo"}'

Wi-Fi 宿主的 VM 网络：macvtap 失败 → proxy-ARP 路由方案（2026-08-16 完整排查）

场景：宿主 Debian 笔记本（Wi-Fi 接入家用路由器），VM 需要成为局域网成员，让有线侧设备能 ssh 直达。

迭代一：macvtap bridge 直连 —— 假阳性陷阱

sudo modprobe macvtap
# <interface type='direct'><source dev='wlan0' mode='bridge'/><model type='virtio'/></interface>
virsh attach-device debian /tmp/macvtap-iface.xml --live --config
# 踩坑：virsh attach-interface ... --source-mode bridge 报"无效的源模式"（所有 mode 值都被拒），
#       必须走 attach-device + XML；Wi-Fi 上 DHCP 无响应（路由器只给关联客户端发 offer），需静态 IP

给 VM 配静态 IP 192.168.2.200 后测试"成功"——ping 通、SSH 通。但仔细一看：SSH 返回的 hostname 是 xiao、还带着 tailscale IP（100.64.0.2）——那是占着 .200 的另一台设备！

教训一（假阳性陷阱）：配置静态 IP 前必须扫描占用；验证连通性时核对 hostname/SSH 指纹，不能只看"通了"——IP 冲突时你连的可能是别人。本案例里 VM 从一开始就没被局域网访问到过，后续所有"冲突导致封锁"的猜测都建立在这个假阳性上。

迭代二：换 IP / 换 MAC —— 仍然不通

把 VM 改成 192.168.2.160，再换 VM 的 MAC（52:54:00:aa:bb:01 → .02，需 destroy + start 才会重载域定义），均不通。由此排除"冲突触发的 AP 临时封锁"（与 VM 的 MAC/IP 无关）。

双端抓包定位（关键方法论）

同时在两端抓包，一次实验看清全貌：

中间被证伪的两个错误理论（记录备查）：

1. "包到了宿主被本机配置丢弃"——wlan0 抓包证明 ARP 请求到达了宿主，VM 的应答在宿主侧也正常发出；丢的是返回方向。
2. "AP 封锁了宿主的无线站点"——对照实验发现其他无线设备的广播能到达宿主，广播转发是通的；且换 VM MAC 后依旧，封锁与 VM MAC 无关。

根因：802.11 无 4-address 模式，AP 丢弃站点代发的"外来源 MAC"单播

双端证据闭环：VM 的单播应答在宿主的 wlan0 上发出（TX 抓到），但从未出现在本机的网卡上（RX 抓到）；同时刻其他所有设备的单播交互都正常。

原理（802.11 帧结构）：

空中 802.11 数据帧：
┌──────────────┬──────────────┬──────────────┬──────────────────────┐
│ 地址1 RA      │ 地址2 TA      │ 地址3 SA/DA   │ 帧体：封装的以太网帧    │
│ (AP 的 MAC)   │ (宿主站点 MAC)│              │ 以太网头：源=VM 的 MAC  │
└──────────────┴──────────────┴──────────────┴──────────────────────┘

• 802.11 头里的地址 2（TA）是"物理发射者"身份，硬件写死为站点自己的 MAC；VM 的 MAC 只存在于帧体内的以太网头
• AP 拆掉 802.11 头后按以太网源 MAC 做转发决策：VM 的 MAC 在"已关联客户端表"里查无此站 → 单播帧丢弃；广播帧不校验源 MAC，所以 VM 的广播 ARP 能出去
• 宿主自己回包正常，是因为它的帧"源 MAC = 自己关联的 MAC"，身份一致
• 解决之道是 WDS/4-address 模式（802.11 头加地址 4 承载原始源 MAC），家用路由器基本不支持

迭代三：ipvlan 思路 → proxy-ARP + 路由（最终方案）

思路：VM 不能用 ipvlan 设备（QEMU 需要独立 virtio MAC，ipvlan 是主机侧 L3 设备）。但 ipvlan 的核心——"共享宿主机 MAC"——可以等价实现：让 VM 的所有流量经宿主的 L3 协议栈转发，出站帧的源 MAC 一律是宿主的，AP 校验必然通过。

VM (enp1s0: 192.168.122.160/24 + 192.168.2.160/32)
   │ 默认路由 via 192.168.122.1
   ▼
宿主 ──virbr0── (L3 转发) ──wlan0── AP ── 局域网
   ▲                                    │
   └─ proxy_arp 应答"谁是 .160"（用 wlan0 的 MAC）

VM 侧配置（NM 配置直接写 .nmconnection 文件，绕开 nmcli 参数转义；需 chmod 600）：

[ipv4]
method=manual
address1=192.168.122.160/24,192.168.122.1
address2=192.168.2.160/32,
dns=192.168.122.1;

宿主侧配置（持久化：/etc/sysctl.d/99-vm-proxy-arp.conf + NM dispatcher 脚本）：

# 路由：把 .160 引到 VM（经 virbr0）
ip route add 192.168.2.160/32 via 192.168.122.160 dev virbr0
# proxy_arp：局域网问"谁是 .160"时宿主用自己 wlan0 的 MAC 应答
echo 1 | tee /proc/sys/net/ipv4/conf/wlan0/proxy_arp
# iptables：libvirt 的 FORWARD 链只放行 192.168.122.0/24，.160 会被 REJECT(icmp-port-unreachable)
iptables -I LIBVIRT_FWI 1 -d 192.168.2.160 -o virbr0 -j ACCEPT
iptables -I LIBVIRT_FWO 1 -s 192.168.2.160 -i virbr0 -j ACCEPT

ARP 流程（核心，理解了就理解整个方案）：

• 局域网 → VM：本机广播"谁是 .160" → AP 转发广播 → 宿主 wlan0 收到 → 宿主查路由（有 /32 via 192.168.122.160）→ proxy-ARP 替答"is-at <宿主 wlan0 MAC>" → 本机把包填宿主 MAC 发出 → 宿主路由到 virbr0 → ARP .122.160 → VM 应答 → 送达
• VM → 局域网：VM 只有 .160/32 是本机，其余走默认路由 via 192.168.122.1 → 宿主收到（源 IP .160）→ 以自己身份在 wlan0 上 ARP 目标 → 转发，L2 源 MAC 重写为宿主自己的 → 本机收到"来自 .160、MAC 是宿主"的包，回包按 .160→宿主 MAC 的 ARP 表项走

验证：ping 192.168.2.160 通（ttl 63，经宿主路由）；ssh peter@192.168.2.160 直达 VM。

边界情况：VM 关机时宿主仍会替 .160 应答 ARP（路由还在），virbr0 上 ARP .122.160 失败导致包在宿主丢弃（表现"ARP 能通但无响应"）；VM 改 IP 需同步更新宿主路由和 iptables；IPv6 需另行配置 NDP 代理。

本次教训

1. 假阳性陷阱：验证连通性必须核对 hostname/指纹，IP 冲突场景下"通了"可能是别人的机器
2. 双端抓包方法论：丢包定位要在路径两端同时抓，配合"同时刻其他设备流量正常"的对照组，才能把丢包点钉死在某个区间（这次是宿主的 TX 抓到、本机的 RX 抓不到，锁死 AP）
3. 让用户参与质疑有价值：两轮"AP 封锁/宿主丢包"的错误理论都是被用户的追问逼着做对照实验推翻的，避免了一条道走到黑
4. Wi-Fi 桥接的限制：普通 AP 上别指望 macvtap/网桥能让 VM 以独立 MAC 出现在局域网，除非路由器支持 WDS/4-address；"共享宿主 MAC + L3 转发"是通用出路

QEMU 用户态 vs 系统级模拟

用户态模拟通过将 RISC-V Linux 系统调用转换为 x86-64 系统调用来执行单个应用。

JOS 相关内容（IDT/GDT/LDT、PLT/GOT、内核调试、页表与 CR3、汇编器语法）已拆分为独立文章：JOS 学习笔记。