QEMU控制台：构建私有云架构

QEMU与其他模拟器一样，也提供控制台（-monitor）接入，我们可以通过它进行虚拟机的实时监控、更改虚拟设备、系统调试、音视频截取等。除了交互式的命令访问外，我们也可以使用QMP（QEMU Monitor Protocol）——JSON格式的文本命令与其进行交互，多数云平台的虚拟化服务利用它来扩展虚拟机监控功能。

1.控制台基本命令

在此先以交互式命令访问为例介绍QEMU控制台的用途，然后再介绍一下QMP协议的基本用法。在交互式控制台中，我们可以使用help查询具体命令的用法，形如“help usb＿add”；也可以使用info查询对象状态，形如“info usb”。

接下来按照各命令的操作对象将其划分为如下几类。

□访问控制

对于使用了VNC协议并且客户端认证采用的是x509或sasl的虚拟机，我们可以对VNC客户端进行授权，比如“acl＿add vnc.username alpha allow”即允许VNC用户名为alpha的客户端连接桌面，“acl＿add vnc.username beta deny”即禁止VNC用户名为beta的客户端连接桌面。

□设备管理

通过QEMU控制台进行热插拔的有CPU、内存、USB、驱动器等等几乎所有QEMU支持的模拟设备与透传设备，使用“info qtree”列举当前设备树。

我们通过平台对虚拟机进行的设备在线修改即是热插拔，它需要操作系统的支持，支持比较广泛的有CPU（cpu-add）、内存（object＿add）、PCI设备（pci＿add）、硬盘控制器（drive＿add）、网卡（netdev＿add）等；针对其他可热插拔的设备我们可以使用device＿add命令进行添加，形如“device＿add e1000，id＝e1000＿1”；某些设备比如内存、随机数生成器等，我们需要使用object＿add命令先定义其类型然后再添加，形如添加内存的“object＿add memorybackend-ram，id＝mem1，size＝1G；device＿add pc-dimm，id＝dimm1，memdev＝mem1”；已经添加的设备可通过change命令对其参数进行修改，形如“change ide1-cd0/ISO/guest-tools.iso”；移除设备可通过命令eject或者对应的删除命令，比如网卡的“netdev＿del e1000＿1”。另外，在添加设备时赋予id或者name标签往往是一个好习惯。

对于块设备，控制台提供了较丰富命令，比如更改容量（block＿resize）、拷贝（block＿stream、drive＿backup、drive＿mirror）、任务控制（block＿job＿pause、block＿job＿resume、block＿job＿set＿speed、block＿job＿cancel、block＿job＿complete）。

□网络控制

QEMU中的网络参数比较丰富，从层次上可以分为设备和网络连接后端，其中网络连接后端有用户态（user）、套接字（socket）、桥接（TAP/TUN）、VDE、QEMU VLAN（非802.1q）。其基本命令有网络连接增删（host＿net＿add、host＿net＿del）和网络重定向（hostfwd＿add、hostfwd＿del），它们的操作方法与QEMU网络选项类似，具体的原理与操作我们将在第6张进行介绍。其中，网络重定向在私有云中可用于RDP、VNC等服务在虚拟机内部的显示协议端口重定向，从而替代以往的静态地址端口映射。

□快照管理

快照在云平台中的应用非常广泛，比如数据备份、测试等。QEMU快照管理分为两部分内容，一种是虚拟机运行状态的快照（savevm、loadvm、delvm），另一种是硬盘快照（snapshot＿blkdev、snapshot＿blockdev＿internal、snapshot＿del＿blockdev＿internal），它们都需要虚拟机块设备的支持。

□在线迁移

这里的迁移指的是运行状态下虚拟机的在线迁移，其实现条件有两个，即共享硬盘和相同的模拟CPU特性。

迁移开始之前以及开始后，我们可以控制其过程参数并随时终止（migrate＿cancel），其可直接控制的参数有缓存大小（migrate＿set＿cache＿size）、迁移方法（migrate＿set＿capability）、迁移失败超时（migrate＿set＿downtime）、迁移最大速度（migrate＿set＿speed）、迁移后拷贝（migrate＿start＿postcopy）、全部参数（migrate＿set＿parameter）。迁移的目的服务器端只要启动一个选项相同QEMU进程，并设置好迁移服务端（形似“migrate＿incoming tcp：0：4444”）就可以开始在源服务器上执行迁移命令（形似“migrate-d tcp：192.168.0.11：4444”）进行迁移。(www.xing528.com)

也可将虚拟机的状态迁移至文件中，然后从文件读取虚拟机状态并启动，这个过程又称为“假迁移”，其基本操作如下。

在QEMU 2.5版本及其以后，可以利用Linux 4.3内核中的userfaultfd机制来设置迁移参数“迁移后拷贝”，其过程是先使虚拟机的基本运行状态（标记userfaultfd的内存块、CPU状态等）拷贝至目的服务器中对应虚拟机，然后再将剩下的内存页迁移至目的服务器的虚拟机中，这样便节省了大型内存虚拟机的迁移时间。具体命令如下。

迁移参数也支持“exec”命令，这样就可以对迁移路径或者内容的压缩、加密、重定向等操作，更多的迁移参数目前可参考QEMU源码。

□在线调试

QEMU是Linux内核开发的绝佳工具，比如它可以直接加上kernel和initrd选项，进入QEMU控制台后输入gdbserver后会在本地1234端口启动gdb监听。

控制台中可直接调试的命令有x、xp、print、mce、log、logfile、sum、memsave、dumpguest-memory、stop、cont。其中x、xp、print可查看寄存器或者指定偏移量的内存内容，形似“xp/3i＄eip”；log与logfile一般需要与进程控制命令一起使用，比如“stop；log in＿asm；start”即会记录虚拟机运行时的汇编指令（即要通过TCG翻译为主机指令的汇编指令，见章节开头）；memsave、dump-guest-memory即时将虚拟机的指定位置内存或者全部内存dump到文件中用于调试，一般在虚拟机死机时使用较多；stop、cont即表示暂停、继续。

□电源管理

电源管理的命令有system＿powerdown、system＿reset、system＿wakeup，它们分别有两种模式，默认情况下是强制操作（断电、硬重启），另一种需要操作系统的ACPI支持，即会分别接受关机、重启、唤醒的请求。

□音视频录制

截图命令screendump会将当前VGA内容保存成PPM格式的图片文件；wavcapture命令默认使用双声道、16位、44 k将虚拟机的音频设备输出保存成WAV格式音频文件，使用stopcapture停止录制。

2.QMP介绍

QMP是一种基于JSON格式的QEMU控制协议，它的主要功能是使平台能以易解析的语言与QEMU控制台进行交互，被广泛地使用在各种虚拟化服务代理中，详细格式可参考QEMU源码目录中的docs/qm p-spec.txt。

使用QMP的方法也比较多，主要包括以下两类：

标准输入输出：“-qmp stdio”，“-chardev stdio，id＝mon0-mon chardev＝mon0，mode＝control，pretty＝on”。

套接字：“-qmp tcp：localhost：4444，server，nowait”，“-chardev socket，id＝charmonitor，path＝/tmp/monitor.sock，server，nowait-mon chardev＝charmonitor，id＝monitor，mode＝control”，“-qmp unix：/tmp/qmp.sock，server”。

连接到QMP后，就需要以JSON文本进行交互了。首先发送“｛＂execute＂：＂qmp＿capabilities＂｝”进入控制台模式，然后再执行相应的命令（如下所示）。