前言
Ubuntu 是全球廣泛使用的 Linux 發行版之一。不論是個人用戶還是企業環境，都深受喜愛，也被大量應用於伺服器建置與開發環境。如果你想在 Ubuntu 上實現真正的虛擬化，「KVM（Kernel-based Virtual Machine）」會是非常強大的選擇。
KVM 是一種整合在 Linux 核心中的 Hypervisor 型虛擬化技術，能利用硬體虛擬化支援（如 Intel VT、AMD-V），帶來高效能和穩定性。KVM 完全開源，讓你可以低成本建構專業的虛擬化平台，是其最大特色。
提到虛擬化技術，許多人可能會覺得很複雜。但其實只要結合 Ubuntu 與 KVM，即使是初學者也能輕鬆建立與管理虛擬機。當然，如果你是希望有效活用現有物理伺服器資源的中高階用戶，或想將實際業務系統虛擬化的現場工程師，也非常推薦使用 KVM。
本文將詳細介紹如何在 Ubuntu 上建構 KVM 虛擬化環境，包含基本操作、實戰技巧及常見問題排解。「打算導入 KVM」、「想讓 Ubuntu 虛擬化環境更加好用」的朋友，請務必看到最後！
KVM 與其他虛擬化技術比較
虛擬化技術有許多種，在 Ubuntu 環境中常用的除了 KVM，還有 VirtualBox 和 VMware。這裡會詳解它們各自的特點、差異，以及選擇 KVM 的優缺點。
主要虛擬化技術類型
- KVM（Kernel-based Virtual Machine）
KVM 是直接整合在 Linux 核心中的虛擬化功能，前提是主機作業系統必須是 Linux。它能活用硬體虛擬化支援（如 Intel VT、AMD-V），讓虛擬機效能優異，足以勝任實際業務環境。可透過指令操作或管理工具（如 virt-manager）彈性管理。 - VirtualBox
VirtualBox 是 Oracle 公司推出的桌面虛擬化軟體，支援 Windows、Mac、Linux 等多平台。介面簡單易懂，非常適合個人或學習用途。不過，相較於 KVM，較不適合商用環境或高負載情境。 - VMware（VMware Workstation/ESXi 等）
VMware 是商業用途常用的虛擬化產品，功能強大、支援完善，但須購買授權。大型企業常見，但成本相對較高。
KVM 的優點
- 高效能與穩定性
KVM 作為 Linux 核心一部分，資源分配效率高，能細緻調控每台虛擬機的 CPU 與記憶體分配，穩定可靠，適合正式環境。 - 完全開源、無授權費
KVM 完全開源，無需支付授權費。非常適合想低成本打造虛擬化基礎架構的用戶。 - 多樣化管理工具與自動化支援
可用指令工具（如 virsh、virt-install）或 GUI 管理（如 virt-manager），易於自動化腳本整合，適合 DevOps 與基礎設施管理。
KVM 的缺點
- 僅限 Linux 主機使用
KVM 必須運行於 Linux 核心上，無法在 Windows 或 Mac 主機上直接使用。 - 需要一定 Linux 知識
雖然有 GUI 工具，但網路設定或細部調整仍需一定 Linux 指令與專業知識。
什麼情況下適合選用 KVM？
- 想高效活用實體伺服器資源
- 需在正式業務或伺服器用途採用虛擬化
- 想用低成本打造專業虛擬化平台
- 有自動化 Linux 伺服器與基礎架構管理需求
KVM 是熟悉 Linux 的用戶與工程師的首選，也是想挑戰專業伺服器運維的新手不可錯過的虛擬化技術。
在 Ubuntu 建立 KVM 環境【安裝與初始設定】
要在 Ubuntu 上運用 KVM，需先確認硬體條件、進行一些準備與實際安裝作業。本章將按步驟說明導入流程，幫助初學者也能順利建構環境。
必要條件與事前檢查
使用 KVM 前，需確認電腦或伺服器 CPU 是否支援「虛擬化技術」（Intel VT 或 AMD-V）。
先用下列指令檢查虛擬化功能是否啟用：
egrep -c '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo若顯示數值大於 1，即可使用虛擬化。
同時也需使用 64 位元 Ubuntu。
安裝 KVM 及必要套件
請依序執行下列指令，安裝 KVM 本體及相關管理工具（如 libvirt、virt-manager）：
sudo apt update
sudo apt install qemu-kvm libvirt-daemon-system libvirt-clients bridge-utils virt-managerqemu-kvm：KVM 虛擬化本體libvirt-daemon-system,libvirt-clients：虛擬機管理服務bridge-utils：網路橋接工具virt-manager：可用 GUI 管理虛擬機
使用者群組設定與權限授予
安裝後，請將目前用戶加入 KVM 及 libvirt 群組，這樣可無需管理員權限操作虛擬機。
sudo usermod -aG libvirt $(whoami)
sudo usermod -aG kvm $(whoami)需登出並重新登入或重開機，讓設定生效。
KVM 服務啟動確認
確認 KVM 安裝正確、服務是否運作中。
sudo systemctl status libvirtd顯示「active (running)」即為正常。
也可用下列指令確認 KVM 是否有效：
virsh list --all若能看到（目前應為空）虛擬機清單，表示 KVM 環境已正確建置。
虛擬機的建立與基本操作
KVM 環境準備好後，就可以實際建立虛擬機並進行操作了。KVM 支援圖形管理工具（virt-manager）和命令列操作（virt-install、virsh），可根據需求選擇。這裡會分別介紹兩種方式。
使用 virt-manager（GUI）建立虛擬機
virt-manager 是一款直觀的 GUI 工具，可用於建立與管理虛擬機。如果你使用 Linux 桌面環境，推薦利用 virt-manager 來操作。
- 從「應用程式」選單或命令列啟動
virt-manager。 - 點擊左上角的「新增」按鈕。
- 指定安裝媒體（如 ISO 映像），選擇來賓作業系統類型（例如：Ubuntu、Windows）。
- 設定要分配給虛擬機的 CPU 數量、記憶體和磁碟容量等資源。
- 確認設定後點擊「完成」，虛擬機就會建立並顯示安裝畫面。
使用 virt-manager，也可以輕鬆進行虛擬機的啟動、關機、重啟、快照、網路與磁碟新增等操作。
使用 virt-install（CLI）建立虛擬機
若用於伺服器或遠端環境，透過命令列建立虛擬機會更方便。以下是 virt-install 指令的基本用法範例：
sudo virt-install
--name ubuntu-vm
--memory 2048
--vcpus 2
--disk size=20
--cdrom /path/to/ubuntu.iso
--os-type linux
--os-variant ubuntu20.04
--network network=default
--graphics vnc--name：虛擬機名稱--memory：分配記憶體（MB）--vcpus：分配 CPU 核心數--disk size=20：虛擬磁碟大小（GB）--cdrom：指定安裝用 ISO 映像路徑--os-type,--os-variant：作業系統類型與版本--network：網路連線方式--graphics：顯示方式（如 VNC）
執行命令後，虛擬機會自動啟動，並可透過 VNC 連線進行安裝作業。
虛擬機的啟動、關機、刪除、快照
KVM 虛擬機的日常操作也很簡單，常用指令如下：
- 啟動虛擬機
virsh start <虛擬機名稱>- 關閉虛擬機
virsh shutdown <虛擬機名稱>- 強制關閉虛擬機
virsh destroy <虛擬機名稱>- 刪除虛擬機（如需同時刪除磁碟，請留意）
virsh undefine <虛擬機名稱>- 建立快照
virsh snapshot-create-as <虛擬機名稱> <快照名稱>這些操作也可以透過 virt-manager 的 GUI 進行。
網路設定與擴充
在 KVM 運行虛擬機時，網路設定十分重要。預設設定可滿足多數需求，但在業務或正式伺服器環境下，常需進行客製化。本章將說明 KVM 網路基本知識及常用進階設定。
預設 NAT（virbr0）與橋接網路差異
安裝 KVM 後，會自動建立「virbr0」這個虛擬橋接網路，採 NAT（Network Address Translation）方式，其特點如下：
- virbr0（NAT 方式）特點
- 虛擬機可存取外部網際網路
- 但若要從主機或其他網路直接連接虛擬機，須設定 port forwarding 等
- 適用於家用、開發或測試環境
相對地，「橋接網路」讓虛擬機直接加入與主機相同的實體網段。
- 橋接網路特點
- 虛擬機可與主機在同一網路上互通
- 也能從其他實體電腦或伺服器直接存取虛擬機
- 適合內部伺服器或對外公開服務等正式運用
建立自訂橋接網路（LAN 連線用）步驟
若需讓本機外的其他設備可直接連入虛擬機，需建立橋接網路。以下為常見設定步驟（假設主機網卡為 eth0）：
- 安裝 bridge-utils（如已安裝可略過）
sudo apt install bridge-utils- 編輯網路設定檔
Ubuntu 18.04 之後預設用 Netplan，請編輯/etc/netplan/01-netcfg.yaml等設定檔。例如：
network:
version: 2
renderer: networkd
ethernets:
eth0:
dhcp4: no
bridges:
br0:
interfaces: [eth0]
dhcp4: yes- 套用設定
sudo netplan apply- 在 KVM 設定虛擬網卡為新橋接（br0）
在 virt-manager 或 virsh 內，將虛擬機的網卡切換至 br0。
虛擬機 IP 固定與 Port Forward 設定
- 固定 IP 位址
可於虛擬機作業系統內設靜態 IP，或在 DHCP 伺服器上依 MAC 位址設定保留。 - NAT 時的 Port Forward 設定
可用 virsh 指令或 libvirt XML 設定，將特定 port（如 SSH、Web）由主機轉發至虛擬機。範例（SSH 22 port 轉發）：
virsh nat-forward --network default --add-port tcp:2222:22※進階設定可編輯 libvirt 設定檔或配合 firewalld 控制。
儲存管理與磁碟操作
在 KVM 虛擬機運作時，儲存設計與磁碟管理也相當重要。本章說明虛擬磁碟的類型、建立方法、儲存池管理，以及磁碟擴充與快照的活用方式。
虛擬磁碟（qcow2、raw）類型與用途
KVM 虛擬磁碟主要有兩種格式：
- qcow2 格式
- KVM 標準虛擬磁碟格式
- 支援快照、壓縮、省空間功能
- 適合彈性運用及測試環境
- raw 格式
- 無額外轉換或壓縮的純磁碟映像檔
- 適合重視效能或追求最大化 I/O 效率的情境
一般推薦使用 qcow2 格式，但可依需求選擇。
儲存池建立與管理
KVM 透過「儲存池」管理虛擬機所用磁碟空間。
- 預設儲存池
安裝後預設路徑為/var/lib/libvirt/images/，虛擬磁碟會建立在此目錄下。 - 新建儲存池（範例）
- 建立資料夾
sudo mkdir /data/kvm-images sudo chown libvirt-qemu:kvm /data/kvm-images - 用 virt-manager 或 virsh 新增儲存池。virsh 範例：
virsh pool-define-as --name mypool --type dir --target /data/kvm-images
virsh pool-autostart mypool
virsh pool-start mypool
虛擬磁碟擴充與快照活用
- 虛擬磁碟擴充
需要增加磁碟空間時，可用qemu-img指令擴充（支援 qcow2、raw 格式）：
sudo qemu-img resize /var/lib/libvirt/images/ubuntu-vm.qcow2 +10G之後須於虛擬機 OS 內擴展分割區或檔案系統。
- 快照活用
qcow2 格式支援快照，可儲存任意時點的狀態。
virsh snapshot-create-as <虛擬機名稱> <快照名稱>快照對於設定調整、系統升級前備份、測試環境回滾等情境特別實用。
安裝與管理來賓作業系統
以下介紹在 KVM 虛擬機安裝作業系統的要點，包括常見 OS 安裝步驟、ISO 映像檔用法及運作時的效能提升技巧。
常見來賓作業系統安裝步驟
KVM 支援 Ubuntu、CentOS、Windows 等多種 OS，這裡以 Ubuntu 與 Windows 為例：
- Ubuntu 安裝步驟
- 從 Ubuntu 官方網站下載最新版 ISO 映像。
- 使用 virt-manager，選擇「新增虛擬機」與「本地安裝媒體」，指定下載的 ISO。
- 設定虛擬機 CPU、記憶體與磁碟空間後，開始安裝。
- 依畫面指示完成 Ubuntu 的安裝流程。
- Windows 安裝步驟
- 從 Microsoft 官方下載 Windows 評價版或 ISO。
- 用 virt-manager 或 virt-install 建立新虛擬機並選擇該 ISO。
- 安裝 Windows 時建議加載「virtio 驅動程式」，能提升磁碟及網路效能。可將 virtio ISO 掛載為第二張光碟，在安裝過程套用。
ISO 映像取得與掛載
- 安裝作業系統時建議使用從官方下載的 ISO 映像。
- 建立虛擬機時直接指定 ISO 路徑，即可作為虛擬光碟掛載。
- 若需，也能同時掛載多個 ISO（如 OS 與驅動程式）。
來賓 OS 運作技巧與效能優化
- 最佳化資源分配
分配給虛擬機的 CPU、記憶體應適量。分配過多會影響主機或其他虛擬機效能。 - 安裝 virtio 驅動程式
Windows 或舊版 Linux 建議安裝 virtio driver，可大幅提升磁碟與網路速度。 - 停用不必要服務
於虛擬機上停用未使用的服務，善用資源。 - 活用 KVM 客戶端工具
安裝 QEMU Guest Agent，可精確取得虛擬機資訊並輔助管理。
實戰應用範例與自動化小技巧
KVM 不只是建立與管理虛擬機，更可廣泛應用於各種業務與開發情境。結合腳本或自動化工具，可大幅提升管理效率。本章將介紹 KVM 的實戰應用案例與自動化建議。
伺服器用途的應用案例
- 開發與測試環境分隔
可針對不同專案分別建立虛擬機，靈活切換軟體版本與環境設定。測試新 OS 或軟體時，也不影響正式環境，是最大優勢之一。 - 內部服務建置
如檔案伺服器、Web 伺服器、資料庫等服務可分開在不同虛擬機執行，降低障礙風險與維護成本。
同時，透過虛擬機的快照與備份，也能輕鬆復原或複製服務。
透過 CLI 或 Ansible 進行自動化建置
- 指令自動建立多台虛擬機
可用腳本配合virt-install或virsh自動批次建立多台虛擬機。例如 shell script 批次建立：
for i in {1..5}
do
virt-install --name test-vm-$i --memory 1024 --vcpus 1
--disk size=10 --cdrom /path/to/ubuntu.iso
--os-type linux --os-variant ubuntu20.04 --graphics none --network network=default --noautoconsole
done- 用 Ansible 管理自動化建置
利用自動化工具 Ansible，只需撰寫 Playbook，即可批次建立 KVM 虛擬機、設定系統、安裝應用程式等。
適用於需管理大量伺服器或追求配置一致性的情境。
雲端化管理的實用技巧
- 虛擬機模板化
可將常用的初始狀態虛擬機保存為模板，快速部署新伺服器，節省時間。 - API 與 Web 管理工具整合
libvirt 提供 API，可與其他管理系統整合，亦可利用 Web 管理工具（如 Cockpit），視覺化管理大規模虛擬化環境。
疑難排解與常見錯誤對策
在 KVM 環境運作時，常見問題包括虛擬機啟動失敗、網路無法連線等。本章介紹常見問題類型、解決方法，以及如何查閱日誌與善用社群資源。
KVM 常見問題類型
- 虛擬機無法啟動／無法建立
- 硬體虛擬化功能（Intel VT、AMD-V）未啟用
- 記憶體或磁碟空間分配不足
- 儲存池或 ISO 路徑錯誤
- 網路連線異常
- 虛擬網卡設定錯誤
- 橋接／NAT 設定失誤、DHCP 配置不當
- 防火牆或安全設定影響
- 效能過低
- 資源分配不當
- 未安裝 Virtio 驅動（特別是 Windows 來賓）
- 磁碟 I/O 瓶頸
日誌查閱與基本解決流程
遇到問題時，首先要查閱日誌記錄：
- 系統日誌查詢
sudo journalctl -xe檢查有無 KVM 或 libvirt 相關錯誤訊息。
- libvirt 專用日誌
可查看/var/log/libvirt/目錄下的日誌（如 libvirtd.log）。 - 單一虛擬機日誌
用 virt-manager 或 virsh 查看虛擬機狀態，於「詳細資訊」或「日誌」頁籤查錯。 - 網路狀態查詢
ip a
brctl show
virsh net-list --all這些可用來檢查網卡、橋接等網路設定。
疑難排解基本流程
- 釐清問題發生時機、狀況
- 查閱上述日誌與設定檔
- 根據情況調整設定、重啟服務或重建虛擬機測試
官方文件與社群資源活用
遇到無法解決的問題時，可利用以下資源：
- 官方說明文件
Ubuntu 官方 KVM 文件
libvirt 官方文件 - 社群論壇、Q&A 平台
- Ubuntu 論壇
- Ask Ubuntu
- Stack Overflow
- 利用錯誤訊息搜尋
將錯誤訊息以中文、英文查詢 Google，多數情境都能找到案例。
安全性與效能最佳化
為了讓 KVM 環境穩定且安全地運作，安全措施與效能優化是不可忽視的重點。本章介紹虛擬化基礎架構的防護要點，以及實用的資源最佳化技巧。
強化虛擬化環境的安全措施
- 關閉不必要服務，維持最小化設定
虛擬機內未使用的服務建議停用，以減少潛在攻擊面。同理，主機 OS 也應關閉不必要的服務。 - 嚴格設定防火牆與存取權限
主機與虛擬機皆應妥善設置防火牆（如 ufw、firewalld），避免未授權連線。
SSH 建議更換預設 port、啟用公開金鑰認證、可搭配 fail2ban 增強防護。 - 虛擬機隔離（網路區段分離）
將重要伺服器分開不同虛擬網路，或於實體層面分離網路，可防止單一資安事件波及全體。 - 定期執行更新
主機與虛擬機的安全修補及軟體更新要隨時保持最新。
資源分配最佳化（CPU/記憶體/磁碟 I/O）
- 基本資源管理
根據每台虛擬機需求分配 CPU、記憶體，主機端保留足夠資源，以維持全體穩定。
過度分配會導致主機和其他虛擬機效能下降。 - 磁碟 I/O 優化
儲存裝置常成為效能瓶頸，建議為重點虛擬機分配 SSD 等高速存儲。
qcow2 格式若頻繁使用快照，會影響效能，請留意運用平衡。 - 善用 virtio 驅動
安裝 virtio driver 可顯著提升虛擬機的磁碟與網路效能。
備份與快照自動化
- 定期建立快照
正式運作的虛擬機建議定期建立快照，以便發生問題時能快速回復。 - 備份虛擬磁碟與設定檔
定期將 qcow2/raw 虛擬磁碟映像及 libvirt XML 設定檔備份至其他儲存空間或外部伺服器。 - 結合自動化工具
可用 cron 或 Ansible 等自動化工具定時備份或快照，減少人工作業。
總結與進階學習資源
本文從 Ubuntu 上的 KVM 虛擬化環境建置、操作到實戰應用、疑難排解，並補充了安全與效能優化的重點。最後將簡單回顧並推薦進一步學習資源。
重點整理
- KVM 概要與優勢
KVM 是開源且高效能的虛擬化技術，於 Ubuntu 伺服器等多種場合皆適用。 - 從安裝到運用的完整流程
包含 CPU 虛擬化功能檢查、套件安裝、用戶權限設定，以及虛擬機建立與操作，皆有詳盡步驟說明。 - 網路、儲存、運用的實戰要點
依需求靈活調整 NAT/橋接網路、管理儲存池與磁碟擴充，充分活用快照功能。 - 疑難排解與資安重點
提供常見錯誤對策、日誌查詢方法，並針對安全與效能提出最佳化建議。
進階學習建議與資源
KVM 基礎扎實的話，從個人到企業用戶都能靈活活用。歡迎根據本文內容，打造最適合自己的 KVM 虛擬化解決方案。
常用指令與設定範例（Cheat Sheet）
管理 KVM 或 libvirt 時，手邊有常用指令與範例設定會很方便。本章精選日常管理常用的虛擬機、網路、磁碟等指令供參考。
KVM/virsh/virt-manager 主要指令彙整
- 列出所有虛擬機
virsh list --all- 啟動虛擬機
virsh start <虛擬機名稱>- 關閉虛擬機
virsh shutdown <虛擬機名稱>- 強制關機
virsh destroy <虛擬機名稱>- 建立虛擬機（virt-install）
virt-install --name <名稱> --memory <MB> --vcpus <數量>
--disk size=<GB> --cdrom <ISO 路徑>
--os-type linux --os-variant ubuntu20.04- 刪除虛擬機（僅移除設定）
virsh undefine <虛擬機名稱>網路／橋接相關設定範例
- 查看現有網路
virsh net-list --all- 新增網路（XML 範例）
/etc/libvirt/qemu/networks/目錄下放置 XML 檔，virsh net-define <檔案名>、virsh net-start <網路名>啟用
儲存管理／磁碟操作範例
- 列出所有儲存池
virsh pool-list --all- 擴充虛擬磁碟容量
sudo qemu-img resize /path/to/disk.qcow2 +10G- 建立快照
virsh snapshot-create-as <虛擬機名稱> <快照名稱>其他常用 Tips
- 設定虛擬機自動開機
virsh autostart <虛擬機名稱>- 查詢虛擬機詳細資訊
virsh dominfo <虛擬機名稱>- 啟動 virt-manager（圖形介面）
virt-managerFAQ（常見問題）
關於 KVM 與 Ubuntu 虛擬化環境的建置與管理，這裡彙整讀者常見問題與解答，供您查詢與排除疑難。
Q1: KVM 與 VirtualBox、VMware 有何不同？
A1: KVM 是直接整合於 Linux 核心的高效能虛擬化平台，適合伺服器或正式運用。VirtualBox 偏向桌面用途，VMware 則為商用、企業級解決方案，功能最完整但需付費。KVM 適合想低成本獲得高效能的用戶。
Q2: 如何備份與還原虛擬機？
A2: 只要複製虛擬磁碟映像檔（qcow2、raw），即可輕鬆備份。建議同時備份 virsh 快照與虛擬機 XML 設定檔，還原時更為便利。
Q3: 虛擬機如何使用 USB 裝置？
A3: 可利用 virt-manager 的「新增硬體」功能，或用 virsh 設定 USB passthrough，讓 USB 隨身碟、外接硬碟、印表機等在虛擬機內被辨識。
Q4: 如何讓虛擬機隨主機開機自動啟動？
A4: 執行 virsh autostart <虛擬機名稱> 指令即可，之後主機開機時該虛擬機會自動啟動。
Q5: 虛擬機運作緩慢怎麼辦？
A5: 檢查 CPU、記憶體分配是否合理，磁碟 I/O 是否瓶頸（可考慮用 SSD 或轉成 raw 格式），以及來賓系統是否已安裝 virtio driver，這些都會顯著影響效能。
Q6: 網路設定失敗怎麼處理？
A6: 先用 virsh 或 brctl 查詢目前網路狀態，必要時重新建立虛擬網路，或檢查 Netplan、NetworkManager 設定檔。
Q7: KVM 能做叢集（HA）高可用性架構嗎？
A7: 可以。結合 Pacemaker、Corosync 與共用儲存（NFS、iSCSI 等），能實現虛擬機高可用性（HA）架構與 live migration（即時遷移）。但需要更進階的專業知識。
