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使用 KubeVirt 基于 ISO 创建 Windows 镜像

本文档介绍基于开源组件 KubeVirt 的虚拟机方案，利用 KubeVirt 虚拟化技术通过 ISO 镜像文件创建 Windows 操作系统镜像。

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前提条件

  • 集群中的所有组件均正常运行。

  • 请提前准备好 Windows 镜像和最新的 virtio-win-tools。

  • 请准备好用于存储镜像的仓库，本文以 build-harbor.example.cn 仓库为例，请根据实际环境替换。

约束与限制

  • 启动 KubeVirt 时，自定义镜像的文件系统大小会影响将镜像写入 PVC 磁盘的速度，文件系统过大可能导致创建时间延长。

  • 建议保持 Linux 根分区或 Windows C 盘小于 100G，以减少初始大小，后续可通过 cloud-init 扩容（Windows 系统需创建后手动扩容）。

操作步骤

创建镜像

通过准备好的 Windows 和 virtio-win ISO 镜像创建 Docker 镜像，并推送到仓库。本文以 Windows Server 2019 为例。

从 Windows ISO 创建 Docker 镜像

  1. 进入存放 ISO 镜像的目录，在终端执行以下命令，将 ISO 镜像重命名为 win.iso。

    mv <ISO image name> win.iso # 将 <ISO image name> 替换为实际镜像名称，例如 mv en_windows_server_2019_x64_dvd_4cb967d8.iso win.iso

  2. 执行以下命令创建 Dockerfile。

    touch Dockerfile

  3. 编辑 Dockerfile，添加以下内容并保存。

    FROM scratch
ADD --chown=107:107 win.iso /disk/

  4. 执行以下命令构建 Docker 镜像。

    docker build -t build-harbor.example.cn/3rdparty/vmdisks/winiso:2019 . # 根据实际环境替换仓库地址

  5. 执行以下命令将镜像推送到仓库。

    docker push  build-harbor.example.cn/3rdparty/vmdisks/winiso:2019 # 根据实际环境替换仓库地址

从 virtio-win ISO 创建 Docker 镜像

  1. 进入存放 ISO 镜像的目录，执行以下命令创建 Dockerfile。

    touch Dockerfile

  2. 编辑 Dockerfile，添加以下内容并保存。

    FROM scratch
ADD --chown=107:107 virtio-win.iso  /disk/

  3. 执行以下命令构建 Docker 镜像。

    docker build -t build-harbor.example.cn/3rdparty/vmdisks/win-virtio:latest . # 根据实际环境替换仓库地址

  4. 执行以下命令将镜像推送到仓库。

    docker push  build-harbor.example.cn/3rdparty/vmdisks/win-virtio:latest # 根据实际环境替换仓库地址

创建虚拟机

  1. 进入 容器平台。

  2. 在左侧导航栏点击 虚拟化 > 虚拟机。

  3. 点击 创建虚拟机。

  4. 在表单页面填写必要参数，如 名称、镜像 等。详细参数及配置请参考创建虚拟机。

  5. 切换至 YAML。

  6. 将 spec.template.spec.domain.devices.disks 字段下的配置替换为以下内容。

      domain:
    devices:
      disks:
        - disk:
            bus: virtio
          name: cloudinitdisk
        - bootOrder: 1
          cdrom:
            bus: sata
          name: containerdisk
        - cdrom:
            bus: sata
          name: virtio
        - disk:
            bus: sata
          name: rootfs
          bootOrder: 10

  7. 在 spec.template.spec.volumes 字段下添加以下内容。

            - containerDisk:
            image: registry.example.cn:60070/3rdparty/vmdisks/winiso:2019 # 根据实际环境替换镜像地址
          name: containerdisk
        - containerDisk:
            image: registry.example.cn:60070/3rdparty/vmdisks/win-virtio # 根据实际环境替换镜像地址
          name: virtio

  8. 检查 YAML 文件，完成配置后的完整 YAML 如下。

    apiVersion: kubevirt.io/v1alpha3
kind: VirtualMachine
metadata:
  annotations:
    cpaas.io/creator: test@example.io
    cpaas.io/display-name: ""
    cpaas.io/updated-at: 2024-09-01T14:57:55Z
    kubevirt.io/latest-observed-api-version: v1
    kubevirt.io/storage-observed-api-version: v1
  generation: 16
  labels:
    virtualization.cpaas.io/image-name: debian-2120-x86
    virtualization.cpaas.io/image-os-arch: amd64
    virtualization.cpaas.io/image-os-type: debian
    virtualization.cpaas.io/image-supply-by: public
    vm.cpaas.io/name: aa-test
  name: aa-test
  namespace: acp-service-self
spec:
  dataVolumeTemplates:
    - metadata:
        creationTimestamp: null
        labels:
          vm.cpaas.io/reclaim-policy: Delete
          vm.cpaas.io/used-by: aa-test
        name: aa-test-rootfs
      spec:
        pvc:
          accessModes:
            - ReadWriteOnce
          resources:
            requests:
              storage: 100Gi
          storageClassName: vm-cephrbd
          volumeMode: Block
        source:
          http:
            url: http://192.168.254.12/kube-debian-12.2.0-x86-out.qcow2
  running: true
  template:
    metadata:
      annotations:
        cpaas.io/creator: test@example.io
        cpaas.io/display-name: ""
        cpaas.io/updated-at: 2024-09-01T14:55:44Z
        kubevirt.io/latest-observed-api-version: v1
        kubevirt.io/storage-observed-api-version: v1
      creationTimestamp: null
      labels:
        virtualization.cpaas.io/image-name: debian-2120-x86
        virtualization.cpaas.io/image-os-arch: amd64
        virtualization.cpaas.io/image-os-type: debian
        virtualization.cpaas.io/image-supply-by: public
        vm.cpaas.io/name: aa-test
    spec:
      affinity:
        nodeAffinity: {}
      architecture: amd64
      domain:
        devices:
          disks:
            - disk:
                bus: virtio
              name: cloudinitdisk
            - bootOrder: 1
              cdrom:
                bus: sata
              name: containerdisk
            - cdrom:
                bus: sata
              name: virtio
            - disk:
                bus: sata
              name: rootfs
              bootOrder: 10
           interfaces:
            - bridge: {}
              name: default
        machine:
          type: q35
        resources:
          limits:
            cpu: "4"
            memory: 8Gi
          requests:
            cpu: "4"
            memory: 8Gi
      networks:
        - name: default
          pod: {}
      nodeSelector:
        kubernetes.io/arch: amd64
        vm.cpaas.io/baremetal: "true"
      volumes:
        - cloudInitConfigDrive:
            userData: >-
              #cloud-config
              disable_root: false
              ssh_pwauth: true
              users:
                - default
                - name: root
                  lock_passwd: false
                  hashed_passwd: $6$0vlhl57e$0rawYwaeu9jL6hBf3XP9lk6XXaMUS9/W6LPbWRinUoXujo39lP3l98VOcOObtr.LDoAv/ylm85FLQmxwNlWFe/
          name: cloudinitdisk
        - containerDisk:
            image: registry.example.cn:60070/3rdparty/vmdisks/winiso:2019 # 根据实际环境替换镜像地址
          name: containerdisk
          - containerDisk
             image: registry.example.cn:60070/3rdparty/vmdisks/win-virtio # 根据实际环境替换镜像地址
           name: virtio
         - dataVolume:
            name: aa-test-rootfs
          name: rootfs

  9. 点击 创建。

  10. 点击 操作 > VNC 登录。

  11. 当出现提示 press any key boot from CD or DVD 时，按任意键进入 Windows 安装程序；若未看到提示，请点击页面左上角的 发送远程命令，从下拉菜单选择 Ctrl-Alt-Delete 重启服务器。

    注意：若虚拟机详情页顶部出现提示 当前虚拟机有配置变更需重启生效，请重启，可忽略该提示，无需重启。

安装 Windows 操作系统

  1. 进入安装页面后，按照安装指引完成系统安装。

    注意：分区选择步骤中，磁盘总线必须为 sata，系统才能正确识别磁盘。需依次选择每个分区并点击 删除，清除所有分区，由系统自动处理。

  2. 配置管理员账户密码后，点击页面左上角的 发送远程命令，选择下拉菜单中的 Ctrl-Alt-Delete。

  3. 出现提示 Ctrl+Alt+Delete 组合键将重启服务器，确认重启 时，点击 确定。

  4. 输入密码进入 Windows 系统桌面，至此 Windows 操作系统安装完成。

安装 virtio-win-tools

该工具主要包含必要驱动。

  1. 打开文件资源管理器。

  2. 双击 CD 驱动器(E:) virtio-win-<version>，运行 virtio-win-guest-tools 目录进入安装页面，按照安装指引完成安装。<version> 部分请根据实际情况替换。

  3. 安装完成后，关闭 Windows 系统电源。

导出自定义 Windows 镜像

具体操作请参考导出虚拟机镜像。

使用 Windows 镜像

  1. 进入 容器平台。

  2. 在左侧导航栏点击 虚拟化 > 虚拟机。

  3. 点击列表中使用 Windows 镜像创建的虚拟机名称，进入详情页。

  4. 点击 创建虚拟机。

  5. 在表单页面填写必要参数，镜像选择导出的 Windows 镜像。详细参数及配置请参考创建虚拟机。

  6. （可选）若使用较新操作系统，如 Windows 11，需启用时钟、UEFI、TPM 等功能。切换至 YAML，替换原 YAML 文件为以下内容。

    apiVersion: kubevirt.io/v1
kind: VirtualMachineInstance
metadata:
  labels:
    special: vmi-windows
  name: vmi-windows
spec:
  domain:
    clock:
      timer:
        hpet:
          present: false
        hyperv: {}
        pit:
          tickPolicy: delay
        rtc:
          tickPolicy: catchup
      utc: {}
    cpu:
      cores: 2
    devices:
      disks:
      - disk:
          bus: sata
        name: pvcdisk
      interfaces:
      - masquerade: {}
        model: e1000
        name: default
      tpm: {}
    features:
      acpi: {}
      apic: {}
      hyperv:
        relaxed: {}
        spinlocks:
          spinlocks: 8191
        vapic: {}
      smm: {}
    firmware:
      bootloader:
        efi:
          secureBoot: true
      uuid: 5d307ca9-b3ef-428c-8861-06e72d69f223
    resources:
      requests:
        memory: 4Gi
  networks:
  - name: default
    pod: {}
  terminationGracePeriodSeconds: 0
  volumes:
  - name: pvcdisk
    persistentVolumeClaim:
      claimName: disk-windows
  - name: winiso
    persistentVolumeClaim:
      claimName: win11cd-pvc

  7. 点击 创建。

添加内部路由

通过配置 NodePort 类型的内部路由，暴露远程桌面连接端口。

  1. 进入 容器平台。

  2. 在左侧导航栏点击 虚拟化 > 虚拟机。

  3. 点击列表中使用 Windows 镜像创建的虚拟机名称，进入详情页。

  4. 在 登录信息 区域，点击 内部路由 旁的 添加 图标。

  5. 按照以下说明配置参数。

    参数说明
    类型选择 NodePort。
    端口
    • 协议：选择 TCP。
    • 服务端口：使用 3389。
    • 虚拟机端口：使用 3389。
    • 服务端口名称：使用 rdp。

  6. 点击 确定 返回详情页。

  7. 点击 登录信息 区域的 内部路由 链接。

  8. 记录基本信息区域的 虚拟 IP 和端口区域的 主机端口 信息。

远程访问

本文以 Windows 操作系统远程连接为例，其他操作系统可使用支持 RDP 协议的软件进行连接。

  1. 打开 远程桌面连接。

  2. 输入在 添加内部路由 步骤中保存的虚拟 IP 和主机端口，格式为 虚拟 IP:主机端口 ，例如：192.1.1.1:3389 。

  3. 点击 连接。