KVM 网络模式 & 磁盘模式详解

一、KVM 常见网络模式

本质是 Linux 网桥、NAT、路由、OVS 等实现，libvirt 把它封装成网络类型

1. NAT（默认网络，virbr0）

  • 原理：虚拟机网卡→libvirt 虚拟交换机 (virbr0)→iptables 做源地址转换
  • 虚拟机：内网 IP（如 192.168.122.0/24）
  • 访问外网：✅ 可访问宿主机外网
  • 宿主机访问虚机：❌ 默认不能主动访问虚拟机（虚机在 NAT 后面）
  • 虚机互访：✅ 同一 NAT 网络内虚拟机互通
  • 适用场景：单机测试，虚拟机不需要被外部机器访问
  • 缺点：性能有损耗，不能直接对外提供服务

2. Bridge 桥接（br0，最常用生产模式）

  • 原理：宿主机物理网卡加入网桥，虚拟机和宿主机处在同一个局域网
  • IP：和宿主机同网段，可被局域网其他机器直接访问
  • 访问外网：✅
  • 宿主机访问虚机：✅
  • 局域网其他主机访问虚机：✅
  • 虚机互访：✅
  • 适用场景：虚拟机需要对外提供服务、多机集群、生产环境

注意：桥接不要用物理网卡本身，要新建网桥，把 eth0/enp0s3 加入网桥

3. Host‑only（仅主机）

  • 原理：虚拟网桥，没有 NAT 转发
  • 虚拟机只能和宿主机、同网络虚拟机通信，不能访问外网
  • 适用场景：纯内网隔离环境，测试集群、不能上网的环境

4. 路由模式 (Routed)

  • 虚拟机网段≠宿主机网段，宿主机充当路由器转发，不做 SNAT
  • 需要手动配置路由，较少使用

5. Open vSwitch（OVS）

  • 高级虚拟交换机，支持 VLAN、QoS、端口镜像、bond
  • 适合多租户、云计算、复杂网络隔离场景

6. Macvtap / Passthrough（网卡直通）

(1) macvtap

  • 虚拟机直接使用物理网卡，宿主机和虚拟机二层隔离
  • 宿主机不能直接访问虚拟机，虚拟机可访问外网
  • 优点：性能接近物理网卡，不用网桥

(2) PCI‑Passthrough 网卡直通

  • 把整块物理网卡直接分配给虚拟机，宿主机不能再使用该网卡
  • 性能最好，无虚拟化开销

网络模式速记： NAT：能上外网，外面找不到它；桥接：局域网可见；仅主机：只能内网互访；直通：独占物理网卡

二、KVM 磁盘模式（磁盘镜像格式 + 缓存 / IO 模式）

1. 镜像文件格式（最核心）

① raw（裸格式）

  • 原始镜像，非稀疏文件，创建多大就占多大磁盘空间
  • 优点：性能最高；可直接挂载、dd 读写；不需要转换就能给 vmware/xen 用
  • 缺点：占用空间大，不支持快照，不支持差分镜像
  • 后缀：.img

② qcow2（最推荐，libvirt 默认）

  • QEMU Copy‑On‑Write，写时复制、稀疏文件
  • 特性：
    • 按需分配磁盘空间（创建 100G 磁盘，实际只占用已写入数据大小）
    • ✅ 支持快照（snapshot）
    • ✅ 支持差分镜像（base 镜像 + 增量子镜像）
    • ✅ 支持 AES 加密、压缩
  • 缺点：性能略低于 raw，现代硬件差距很小

生产首选 qcow2

③ qcow（老版本，qcow1）

旧格式，已经淘汰，不要使用

④ vmdk

VMware 镜像格式，KVM 可读写，多用于迁移

⑤ vdi

VirtualBox 镜像格式

⑥ lvm 裸块设备

直接给虚拟机分配 LVM 分区 / 块设备，不使用镜像文件

  • 性能高，适合数据库高 IO 业务
  • 缺点：不能直接快照（需要 lvm 快照）

2. 磁盘缓存模式（cache 参数，xml 中配置）

<disk type='file' device='disk'>
  <driver name='qemu' type='qcow2' cache='none'/>
</disk>
  1. cache=none（生产推荐）
    • 关闭宿主机 page cache；QEMU 使用 O_DIRECT
    • 数据直接落盘，崩溃一致性最好，安全
    • 性能适中，数据库虚拟机首选
  2. cache=writethrough（直写）
    • 写同时写入宿主机缓存 + 磁盘；读走缓存
    • 安全，写性能较差
  3. cache=writeback（回写）
    • 写入宿主机缓存即返回成功，后台异步刷盘
    • 性能高；宿主机断电容易丢数据，不安全，谨慎使用
  4. cache=unsafe
    • 不做刷新，性能最高；风险最大，宿主机断电极易损坏磁盘
    • 仅临时测试环境

3. IO 模式（io）

  • io='threads'：线程模式，默认，通用性好
  • io='native'：使用 AIO 异步 IO，配合 cache=none，高性能，推荐块设备 / LVM 使用

4. 磁盘总线（disk bus，磁盘控制器类型）

xml 配置 <target dev='vda' bus='virtio'/>

  1. virtio‑block（virtio）：半虚拟化驱动，性能最好，推荐
  2. ide：老式模拟磁盘，兼容性好，性能差；老系统用
  3. scsi：模拟 SCSI 控制器
  4. sata：模拟 SATA 磁盘

virtio 磁盘需要虚拟机内部安装 virtio 驱动，Windows 需要手动加载，Linux 内核自带。

生产最佳实践总结

网络

  • 单机测试：NAT
  • 需要局域网访问：Bridge 桥接
  • 高性能网络：virtio 网卡 + macvtap / 网卡直通

磁盘

  • 镜像：qcow2
  • cache：none
  • 磁盘总线：virtio
  • 高 IO 数据库：LVM 裸块设备
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