Мы в Cloud4Y считаем лидирующим решением для виртуализации продукты VmWare. Тем не менее, мы интересуемся и другими решениями, в том числе, Xen и KVM. И вот что мы заметили: существует не так уж много информации, позволяющей сравнить эти гипервизоры: последние дельные исследования, которые мы нашли в сети, относятся к 2012 году и, конечно, уже не могут считаться актуальными. Сегодня мы представим вашему вниманию тоже не самое новое, но, на наш взгляд, достаточно полезное исследование, посвященное производительности гипервизоров KVM и Xen.

Гипервизор KVM

Да простят нас гуру виртуализации, но для начала мы напомним читателям, что такое гипервизор и для чего он нужен. Для выполнения разных по смыслу задач (разработки программного обеспечения, хостинга и т. п.) проще всего использовать виртуальные машины: они позволят иметь несколько разных ОС с соответствующей программной средой. Для простоты работы с виртуальными машинами применяются гипервизоры — программные средства, позволяющие быстро развертывать, останавливать и запускать ВМ. KVM является одним из наиболее широко распространенных гипервизоров.

KVM — это ПО, позволяющее организовывать виртуализацию на основе ПК под управлением ОС Linux и похожих. С недавнего времени KVM считается составляющей Linux-ядра и развивается параллельно ему. Этот гипервизор может использоваться только в системах, где виртуализация поддерживается аппаратно — с помощью процессоров Intel и AMD.

В процессе работы KVM осуществляет доступ к ядру напрямую посредством процессор-специфичного модуля (kvm-intel или kvm-amd). К тому же, в состав комплекса включено основное ядро — kvm.ko и элементы UI, включая широко распространенный QEMU. KVM дает возможность напрямую работать с файлами ВМ и дисковыми образами. Каждая виртуальная машина обеспечивается своим изолированным пространством.

Гипервизор Xen

Изначально студентами Кембриджа был запущен проект, который в итоге стал коммерческой версией Xen. Первый релиз датирован 2003 годом, а в 2007 исходный код выкупила компания Citrix. Xen — это кроссплатформенный гипервизор с большим функционалом и огромными возможностями, что дает возможность применять его в корпоративной сфере. Xen поддерживает паравиртуализацию — особый режим ядра операционной системы, когда ядро настроено на одновременную работу с гипервизором.

В код Xen добавлен только необходимый комплект функций: управление виртуальной памятью и тактовой частотой процессора, работа с DMA, таймером реального времени и прерываниями. Остальной функционал вынесен в домены, то есть в работающие в это время виртуальные машины. Таким образом, Xen — самый легкий гипервизор.

Суть исследования

Тестирование основано на использовании двух серверов SuperMicro, у каждого из которых четырехядерный процессор Intel Xeon E3-1220 с тактовой частотой 3,10 Гц, 24GB Kingston DDR3 RAM и четырьмя драйверами Western Digital RE-3 160GB (RAID 10). Версии BIOS идентичны.
Для хостинга и виртуальных машин мы взяли Fedora 20 (с SELinux). Вот взятые нами версии ПО:

• Kernel: 3.14.8
• Для KVM: qemu-kvm 1.6.2
• Для Xen: xen 4.3.2

Все корневые файловые системы — XFS с конфигурацией по умолчанию. Виртуальные машины созданы с помощью virt-Manager с использованием настроек по умолчанию, применимых к KVM и Xen. Виртуальные диски использовали raw-образы и было выделено 8 Гб РАМ с 4 vCPU (виртуальными процессорами). ОС, запущенные на Xen, использовали PVHVM.

Пояснения

Кто-то из вас может начать возмущаться — мол, владелец Fedora 20, Red Hat, тратит значительное количество усилий на поддержку именно KVM. Уточним: Red Hat не делали значительных продвижений по части Xen долгие годы.

Кроме того, конкуренция между гипервизорами жестко контролируется и сведена к минимуму. На большинстве виртуальных серверов у вас будет несколько виртуальных машин, борющихся за время процессора, устройства ввода/вывода и доступ к сети. Наше тестирование не принимает это во внимание. Один гипервизор может иметь низкую производительность при низкой конкуренции за ресурсы, а затем показать куда большую эффективность, чем конкуренты, когда борьба за ресурсы выше.

Исследование проводилось на процессорах Intel, поэтому его результаты могут отличаться для AMD и ARM.

Результаты

Тесты для виртуальных машин, установленных непосредственно на «железо», то есть, без операционной системы (далее — «железо»), послужили основой для тестирования виртуальных машин. Отклонение в производительности между двумя серверами без виртуализации составило 0.51% или менее.

Производительность KVM упала в пределах 1,5% по сравнению с «железом» практически во всех тестах. Только два теста показали иной результат: один из них — тест 7-Zip , где KVM показал себя на 2,79% медленнее, чем «железо». Странно, что KVM был на 4,11% быстрее в тесте PostMark (который симулировал сильно загруженный почтовый сервер). Производительность Xen сильнее отличалась от производительности «железа», чем в ситуации с KVM. В трех тестах Xen отличался на 2,5% от скорости «железа», в остальных тестах он оказался еще медленнее.

В тесте PostMark Xen был медленнее на 14.41%, чем «железо». При перезапуске результаты теста отличались от первоначальных на 2%. Лучший тест для KVM, MAFFT, оказался вторым в списке худших для Xen.

Вот краткий итог тестирования:

	Best Value	Bare Metal	KVM	Xen
Timed MAFFT Alignment	lower	7.78	7.795	8.42
Smallpt	lower	160	162	167.5
POV-Ray	lower	230.02	232.44	235.89
PostMark	higher	3667	3824	3205
OpenSSL	higher	397.68	393.95	388.25
John the Ripper (MD5)	higher	49548	48899.5	46653.5
John the Ripper (DES)	higher	7374833.5	7271833.5	6911167
John the Ripper (Blowfish)	higher	3026	2991.5	2856
CLOMP	higher	3.3	3.285	3.125
C-Ray	lower	35.35	35.66	36.13
7-Zip	higher	12467.5	12129.5	11879

Если вы хотите увидеть результаты полностью, пройдите по ссылке .

Вместо заключения

В нашем тестировании KVM был почти всегда на 2% медленнее, чем «железо». Xen оказался на 2,5% медленнее в трех тестах из десяти, а в остальных и того хуже: на 5-7%. Хотя KVM показал себя с лучшей стороны в тесте PostMark, следует отметить, что мы провели всего один I/O тест, и для получения более достоверной картины стоит провести еще несколько.

Для выбора правильного гипервизора необходимо правильно оценить характер своих нагрузок. Если ваши нагрузки предполагают меньший объем для процессора и больший для I/O, то можно провести больше I/O тестов. Если же вы работаете, в основном, с аудио и видео, попробуйте тесты x264 или mp3.

Как справедливо заметил mister_fog , в 2007 Citrix выкупила не исходный код Xen, а компанию XenSource, которая была основана разработчиками Xen и занималась коммерческим развитием этого открытого проекта. .

KVM - одна из новых технологий виртуализации, которая дает возможность установить на физическом выделенном сервере несколько виртуальных выделенных серверов. Главным достоинством данной системы виртуализации является создание впс с разными типами операционных систем, то есть можно на одном сервере без проблем устанавливать как linux vps так и windows vps. К тому же каждый отдельный впс сервер на платформе KVM имеет свои независимые ресурсы: свое дисковое пространство, свою оперативную память, сетевой интерфейс и так далее.

Достоинства KVM виртуализации:

• Возможность установить разные операционные системы: centos, debian, ubuntu, mint, freebsd, windows 7, windows 8, windows 10, windows xp и так далее.
• Гарантированные ресурсы на сервере, то есть если вы заказали впс сервер с определенными ресурсами, то будьте спокойны, ресурсы у вас никто не отберет. С данной виртуализацией нельзя использовать ресурсы соседней впс. Есть такое понятие как оверселлинг, это когда хостинг компания продает больше ресурсов, чем есть на самом деле на сервере. В KVM такого не может быть, все ресурсы четко зафиксированы в конфигурационных файлах и направлены сразу все на виртуальный выделенный сервер.
• Есть возможность установить на впс сервере полностью свою операционную систему, например вы разработчик ОС, и у вас есть своя написанная операционная система, вы можете установить ее на одной из впс на сервере с KVM, для этого нужно будет закачать файл с iso-образом ОС на сервер с специальную папку.
• Удобная работа с VNC , которая дает возможность удаленно управлять вашим vps сервером так, как будто вы работаете за своим персональным ПК, с помощью VNC вы можете настраивать bios, перегружать впс и наблюдать это. Если вы установили на всп сервер windows и хотите на него зайти поработать в графическом режиме, то вы можете сделать это двумя способами: через VNC, или сразу попасть на впс по предварительно настроенному удаленному рабочему столу.

Из недостатков KVM виртуализации можно выделить то, что она сложнее в использовании и настройке чем, например, виртуализация openVZ . То какой вариант? Если вы планируете использовать впс сервер с операционными системами linux - тогда советуем выбрать openVZ. Если же собираете использовать на своем виртуальном выделенном сервере windows - то тогда лучше использовать именно KVM виртуализацию.

Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus.

Недавние записи

• 

  Применение новейших пассажирских и грузовых подъемников разрешает предоставить оптимальные обстоятельства…

• 

  Дабы ваш веб-сайт постоянно открывался по неопасному https:// протоколу, мы…

• В новых версиях браузера Chrome перестала работать прокрутка страницы колесиком…

• 

  Интернет торговля в Украине с каждым годом набирает все больше…

• 

  ПВТ - это такое IT направление в Белоруссии, которое создано…

• 

  В Украине, а именно в Днепропетровске изобрели и протестировали 1-й…

• 

  Сейчас уже тяжело представить себе мир без ИТ, так как…

• 

  Предлагаем вашему вниманию новую услугу на сайте abcname.com.ua. Кроме того,…

• 

  Сегодня мы расскажем вам об особенностях выбора VPS сервера. Сперва…

• 

  Сегодня мы спешим обрадовать всех новой возможностью нашего уникального, и…

• 1) Проверка доменного имени Проверяем, является ли строка правильным доменным…

• 

  Проверить IP-адрес можно на данной странице: http://abcname.com.ua/index.php?c=192 IP-адрес (если дословно, то…

• 

  Компания ABCname представляет вашему вниманию программу СИНОНИМИЗАТОР. Ссылка на синонимизатор: https://abcname.net/news-new/sinonimizator-ru.html…

• 

  Скачать счетчик посещений, разработанный компанией ABCname вы можете зайдя по данной ссылке: http://abcname.com.ua/stat/…

• 

  В последнем обновлении операционной системы iOS 9.0.2 разработчики закрыли очень…

• 

  Последние новости Skype: для пользователей данной программы на Windows…

• 

  Компания Google вновь порадовала своим изобретением, на днях в городе…

• 

  На днях стало известно, что компания Samsung запускает новую платежную…

• 

  В новых ноутбуках ThinkPad от компании Lenovo, на которых предустановлена…

• 

  Недавно компания Pebble разработала новую серию умных часов под…

• 

  Оригинал: Welcome to KVM virtualization - Thorough introduction
  Автор: Igor Ljubuncic
  Дата публикации: 4 мая 2011 года
  Перевод: А. Кривошей
  Дата перевода: июль 2011 г.

  Если вы читали мои статьи о виртуализации, то знаете, что раньше я пользовался в основном VMware и VirtualBox, но теперь настало время попробовать что-нибудь новенькое. Сегодня я хотел бы представить новый цикл заметок о KVM. Дальше, возможно, я переключюсь на Xen или какую-то другую систему, но сейчас герой нашего топика - KVM .
  В данном руководстве мы поговорим о технологии KVM (Kernel-based Virtual Machine), которую создала RedHat, и которая имеет открытый исходный код, являяясь бесплатной альтернативой своих коммерческих аналогов. Мы узнаем, как скачать, установить и настроить KVM, какие инструменты она имеет для управления виртуальными машинами, как работать с KVM в командной строке, писать скрипты и многое другое. Кроме того, мы коснемся создания продвинутых (в том числе сетевых) конфигураций, а также других интересных вещей. Теперь начнем.

  Глоссарий KVM

  Сначала немного поговорим о том, как работает KVM. Ничего заумного, просто небольшое введение, чтобы вы знали базовую терминологию.
  KVM использует технологию аппаратной виртуализации, поддерживаемую современными процессорами от Intel и AMD и известную под названиями Intel-VT и AMD-V. Используя загруженный в память модуль ядра, KVM, с помощью драйвера пользовательского режима (который представляет собой модифицированный драйвер от QEMU), эмулирует слой аппаратного обеспечения, поверх которого могут создаваться и запускаться виртуальные машины. KVM может функционировать и без аппаратной виртуализации (если она не поддерживается процессором), но в этом случае она работает в режиме чистой эмуляции с использованием QUEMU и производительность виртуальных машин очень сильно снижается.
  Для управления KVM можно использовать графическую утилиту, похожую на продукты от VMware и VirtualBox, а также командную строку.
  Самым популярным графическим интерфейсом является Virtual Machine Manager (VMM), созданный в RedHat. Он также известен по имени своего пакета как virt-manager и содержит несколько утилит, включая virt-install, virt-clone, virt-image и virt-viewer, служащие для создания, клонирования, установки и просмотра виртуалльных машин. VMM поддерживает также виртуальные машины Xen.
  Базовый интерфейс командной строки KVM обеспечивается утилитой virsh . В определенных случаях вы можете использовать утилиты поддержки, такие как virt-install, для создания своих виртуальных машин. В Ubuntu имеется специальная утилита ubuntu-vm-builder , разработанная в Canonical, с помощью которой можно создавать билды Ubuntu.
  Если вы хотите узнать больше о KVM, дополнительная информацию можно найти по следующим адресам:

  Преимущества и недостатки KVM

  Нужен ли вам KVM? Это зависит от того, для чего он вам нужен.
  Если вы еще не пользовались виртуальными машинами или запускали их несколько раз просто для интереса, то освоение KVM может оказаться трудным. Эта программа управляется преимущественно из командной строки и не так дружелюбна к пользователю, как VMware или VirtualBox. Можно сказать, что в плане графического интерфейса KVM отстает от своих конкурентов на несколько лет, хотя на самом деле по своим возможностям им по крайней мере не уступает. Возможности KVM наиболее востребованы при ее применении в коммерческих целях в бизнес-окружении.
  Далее, если ваш процессор не поддерживает аппаратную виртуализацию, то KVM будет работать в очень медленном и неэффективном режиме программной эмуляции. Кроме того, известно, что KVM конфликтует с VirtualBox, однако этому случаю будет посвящена отдельная заметка.
  На основании вышесказанного можно сделать вывод, что KVM больше подходит людям, которые занимаются виртуализацией в профессиональных целях. Вряд ли она станет вашей любимой домашней игрушкой, однако если вы решите затратить определенные усилия для ее изучения, то полученные при этом знания позволят быть с технологиями виртуализации на "ты". В отличие от VMware и VirtualBox, изначально предполагающих, что пользователь будет работать с программой, используя графический интерфейс, KVM ориентирована на использование командной строки и написание скриптов.
  Подводя итого, можно сказать, что преимущества KVM заключаются в использовании новейших технологий виртуализации, отсутствии каких-либо лицерзионных ограничений в использовании, мощном интерфейсе командной строки. Если ваш процессор не поддерживает аппаратной виртуализации, вы не хотите писать скрипты и предпочитаете более простые в администрировании системы, такие как VMware Server, ESXi или VirtualBox, то KVM не для вас.

  Тестовая платформа

  KVM можно использовать на любом дистрибутиве Linux. Однако основным разработчиком и спонсором KVM является RedHat. Например, RHEL поставляется сразу с KVM, поэтому вы можете найти ее в любом дистрибутиве на базе RedHat, например CentOS, Scientific Linux, или Fedora.
  Так как дома я пользуюсь преимущественно Ubuntu, то и тестировать KVM буду на этой системе, установленный на мой сравнительно новый ноутбук HP, оснащенный процессором i5 с поддержкой аппаратной виртуализации.
  В данной статье я расскажу, как установить KVM на 64-битную Ubuntu Lucid (LTS).

  

  Подготовка к установке

  Сначала необходимо проверить, поддерживает ли ваш процессор аппаратную виртуализацию. Это делается с помощью следующей команды:

  $ egrep -c "(vmx|svm)" /proc/cpuinfo

  

  Если вывод представляет собой ненулевое число, все в порядке. Кроме того, необходимо проверить, что технология виртуализации активирована в BIOS.
  Естественно, после ее активирования необходимо перезагрузить машину, чтобы изменения вступили в силу. Для проверки выполните команду kvm-ok:

  

  Скачивание и установка KVM

  Для работы KVM необходимо установить следующие пакеты (для дистрибутивов с apt):

  $ apt-get install qemu-kvm libvirt-bin

  $ apt-get install bridge-utils virt-manager python-virtinst

  P.S. В различных дистрибутивах пакеты могут называться по разному. Например, virt-install может называться python-virt-install или python-virtinst. Зависимости для virt-clone, virt-image и virt-viewer должны установиться автоматически. В отличие от того, что пишется в большинстве руководств, утилиты bridge устанавливать необязательно. Они нужны только в том случае, если вы собираетесь создавать сетевой мост между виртуальными и физическими сетевыми картами. В большинстве руководств также указывается, что большинство беспроводных сетевых интерфейсов не работают с мостами. Может быть это верно для какого-либо частного случая, однако у меня мост прекрасно работает с беспроводными адаптерами, поэтому будем надеяться, что и вас все заработает.
  Я настоятельно рекомендую VMM (virt-manager). Более того, лучше установить и все утилиты поддержки, включая virt-viewer, virt-install, virt-image и virt-clone.
  И последнее. Вы можете предпочесть ubuntu-vm-builder:

  $ apt-get install ubuntu-vm-builder

  Кроме этого, скорее всего будет установлено большое количество зависимостей, поэтому загрузка может занять значительное время.
  P.S. На RedHat используйте yum install, на SUSE - zypper install.

  Конфликт с VirtualBox

  Я снова выскажу мнение, отличное от изложенного в большинстве рукводств: KVM и VirtualBox можно устанавливать вместе на одну систему. Но запустить их одновременно не получится. Другими словами, модуль ядра одной из виртуальных машин должен быть выгружен из оперативной памяти. Но это не причина отказываться от установки. Просто попробуйте, будут ли они работать у вас. Если нет, эту неполадку можно будет исправить. Позже я выложу отдельное руководство, посвященное устранению этой проблемы. У меня сейчас установлены и работают обе виртуальные машины.

  Использование KVM

  Ну а теперь самое интересное. Мы начнем знакомство с KVM с ее графического интерфейса, который мало отличается от аналогов. таких как консоль VMware и особенно VirtualBox.

  Virtual Machine Manager (VMM)

  При первом запуске программы вы увидите две категории, обе не подключенные. Это ссылки на стандартные модули KVM, пока не работающие. Для их использования щелкните правой кнопкой мыши и выберите "connect".

  

  Для их использования щелкните правой кнопкой мыши и выберите "connect". Чтобы добавить новое соединение, выберите в меню File > Add Connection. При этом откроется окно, в котором можно будет задать тип гипервизора и тип соединения. VMM может использовать как локальные, так и удаленные соединения, включая QUEMU/KVM и Xen. Кроме того, поддерживаются все методы аутентификации.

  

  

  Можно также поставить галочку autoconnect. При следующем запуске программы эти соединения будут готовы к использованию. Это похоже на стартовый интерфейс VMware Server. Просто для примера:

  

  Kernel vs Usermode

  Вы можете спросить, в чем различие между режимами normal/default и Usermode? При использовании Usermode виртуальную машину можно запускать без административных привилегий, но ее сетевая функциональность при этом будет ограничена.

  Продолжаем изучение VMM

  Кратко рассмотрим остальные функции программы.
  Сетевую функциональность можно просмотреть или изменить, открыв пункт Host Details. Подробно этот вопрос я планирую рассмотреть в отдельном руководстве. Там же мы установим утилиты для работы сетевого моста.

  

  Аналогично можно изменить параметры дисковой подсистемы:

  

  Изменение предварительных установок

  VMM имеет небольшой набор опций, изменяя которые вы сможете лучше настроить программу под свои нужды. Например, можно активировать показ иконки VMM в системном трее, задать интервал сбора статистики, активировать сбор данных по дисковым и сетевым метрикам, настроить захват клавиатуры, масштабирование консоли, опции аудиосистемы и т.д.

  

  

  После этого вы сможете просматривать более подробную информацию о виртуальной машине. Например, ниже показан вывод информации об использовании процессора, дисковой и сетевой подсистем для гостевой системы Ubuntu.

  

  Иконка в системном трее выглядит так:

  

  Теперь мы готовы создать новую виртуальную машину.

  Создание виртуальной машины

  Создать виртуальную машину можно и из командной строки, но для начала воспользуемся VMM. Первый шаг должен быть интуитивно понятен. Введите название и задайте расположение инсталляционного диска. Это может быть как локальное устройство в виде диска CD/DVD или образа ISO, так и HTTP или FTP сервер, NFS или PXE.

  

  Мы используем локальный носитель. Теперь необходимо задать, будет ли это физическое устройство или образ. В нашем случае используется ISO. Далее нужно выбрать тип и версию ISO. Здесь не требуется такая уж высокая точность, но правильный выбор позволит повысить производительность виртуальной машины.

  

  

  

  Четвертый этап - виртуальный диск. Вы можете создать новый образ или использовать существующий. Необходимо выбрать размер диска и задать, будет ли создан образ диска сразу заданного размера, либо его размер будет увеличиваться динамически по мере необходимости. Необходимо отметить, что выделение сразу всего пространства под образ диска повышает производительность и уменьшает фрагментирование файловой системы.

  

  Далее мы еще уделим внимание дисковой подсистеме. Однако обратите внимание, что при работе в режиме Usermode у вас не будет прав записи в /var, где по умолчанию хранятся образы виртуальных дисков. Поэтому необходимо будет задать другое расположение для образов. Более подробно этот вопрос будет освещен в отдельной статье.
  Этап 5 - это вывод сводных данных с возможностью настройки некоторых продвинутых опций. Здесь вы можете изменить тип сети, задать фиксированные MAC-адреса, выбрать тип виртуализации и целевую архитектуру. Если вы работаете в режиме Usermode, возможности настройки сети будут ограничены, например невозможно будет создать мосты между сетевыми интерфейсами. И последнее: если ваш процессор не поддерживает аппаратной виртуализации, поле Virt Type будет иметь значение QUEMU и сменить его на KVM будет невозможно. Ниже мы рассмотрим недостатки работы в режиме эмуляции. А теперь можете посмотреть, как выглядят типовые настройки для виртуальной машины Ubuntu:

  

  Наша машина готова к использованию.

  Настройка виртуальной машины

  Консоль VM также имеет несколько интересных опций. Вы можете посылать сигналы гостевой системе, переключаться между виртуальными консолями, перезагружать или выключать гостевую систему, клонировать, перемещать, сохранять состояние виртуальной машины, делать скриншоты и так далее. Снова все, как у конкурентов.

  

  Ниже представлена пара скриншотов, показывающая опции клонирования и перемещения виртуальной машины. В дальнейшем мы подробно рассмотрим данный вопрос.

  

  

  Запуск виртуальной машины

  А теперь самое интересное. Ниже несколько красивых скриншотов...
  Начинаем с загрузочного меню 32-битной версии Ubuntu 10.10 Maverick:

  

  Рабочий стол Puppy Linux как всегда великолепен:

  

  Теперь Ubuntu, запущенная под NAT. Обратите внимание на низкую загрузку процессора. Позже мы поговорим об этом, когда будем обсуждать режим эмуляции.

  

  

  Размер окна консоли можно подгонять под разрешение рабочего стола гостевой системы. На следущем скриншоте Puppy и Ubuntu бок о бок:

  

  Обратите внимание на небольшую загрузку системы. С этим режимом эмуляции можно запускать одновременно несколько виртуальных машин.

  

  При необходимости можно удалить виртуальную машину вместе со всеми ее файлами:

  

  Командная строка

  Ну а теперь познакомимся поближе с нелюбимой командной строкой. Например, выведем список всех доступных виртуальных машин с помощью virsh.

  $ virsh "list --all"

  

  Ниже приведена последовательность команд для создания и запуска виртуальной машины с помощью virt-install.

  

  

  Полностью команда выглядит так:

  $ virt-install --connect qemu://system -n puppy -r 512 -f puppy.img -c lupu-520.iso --vnc --noautoconsole --os-type linux --accelerate --network=network:default

  --connect qemu:///system задает тип гипервизора. Опция system используется при запуске машины на голом ядре от имени суперпользователя. При запуске от имени обычного пользователя используется опция session.
  -n puppy - это уникальное имя виртуальной машины. Его можно изменить с помощью virsh.
  -r 512 задает размер RAM.
  -f задает файл образа диска. В моем случае это puppy.img, который я создал с помощью команды dd.
  -c задает the CD-ROM, который может быть как физическим устройством, так и ISO-образом.
  --vnc создает гостевую консоль и экспортирует ее как сервер VNC. Опция --noautoconnect запрещает автоматическое открытие консоли при запуске виртуальной машины.
  --os-type задает тип гостевой операционной системы.
  --accelerate разрешает KVM использовать функции оптимизации, повышающие производительность гостевой системы.
  --network определяет тип сети. В нашем случае используется соединение, заданное по умолчанию.

  Имеется множество других функций, задающих такие параметры, как количество ядер процессора, фиксированные MAC-адреса и т.д. Все они подробно описаны в man-странице. Несмотря на кажущуюся сложность, управление с помощью командной строки осваивается достаточно быстро.

  Режим чистой эмуляции

  Я уже говорил, что он ужасно неэффективен. Теперь подтвердим это на практике. Например, на представленном ниже скриншоте можно видеть, что система при работе потребляет все доступные ей ресурсы процессора, которые в данном случае при наличии одного ядра составляют 25% ресурсов физического процессора. Это значит, что четыре виртуальные машины будут полностью загружать четырехъядерный хост.

  

  Кроме того, производительность гостевой системы ниже всякой критики. Если при включенной аппаратной виртуализации загрузка гостевой Ubuntu занимала у меня около 1 минуты, то после ее отключения она составила 20 минут. Необходимо отметить, что без использования аппаратной виртуализации производительность QUEMU/KVM намного ниже, чем у конкурентов.

  Допустим ты молодой, но всё ещё бедный студент, А значит из всех возможных платформ ты имеешь лишь ПК на Windows и PS4. В один прекрасный день ты решаешься взяться за ум и стать программистом, но мудрые люди в интернете сообщили тебе, что нормальным инженером без Linux не стать. Установить Fedora своей основной и единственной системой ты не можешь, потому что Windows всё ещё нужен для игр и вконтактика, а установить Linux второй системой на жёсткий диск тебе мешает страх или отсутствие опыта.

  Или вот, допустим, ты уже вырос, теперь ты главный по серверам в большой компании, и в один прекрасный день ты замечаешь, что большая часть серверов не загружена даже наполовину. Разместить больше приложений и данных на серверах ты не можешь из соображений безопасности, а затраты на поддержку и содержание растущей фермы серверов стремительно увеличиваются.

  Или, вот скажем, у тебя уже борода и очки, ты технический директор, и тебя не устраивает, что чтобы разработчики получили для развёртывания нового приложения новый сервер нужно ждать аж два месяца. Как в таких условиях быстро двигаться вперёд?

  А, может, ты и вовсе архитектор, который спроектировал новую сложную систему для обработки бизнес аналитики. В систему твою входят такие вещи, как ElasticSearch, Kafka, Spark и много чего ещё, и каждый компонент должен жить отдельно, настраиваться по уму и общаться с другими компонентами. Как хороший инженер, ты понимаешь, что недостаточно просто установить весь этот зоопарк прямо себе на систему. Нужно попробовать развернуть максимально близкое к будущему production окружение, и желательно так, чтобы твои наработки потом бесшовно заработали на production серверах.

  И что же делать во всех этих непростых ситуациях? Правильно: использовать виртуализацию.

  Виртуализация как раз и позволяет устанавливать множество полностью изолированных друг от друга и работающих бок о бок операционных систем на одном и том же железе.

  Немного истории. Первые технологии виртуализации появились аж в 60-ых годах, однако настоящая нужда в них появилась только в 90-ых, по мере всё большего роста количества серверов. Именно тогда возникла проблема эффективной утилизации всех железок, а также оптимизации процессов обновления, развёртывания приложений, обеспечения безопасности и восстановления систем в случае какой-нибудь катастрофы.

  Оставим за кадром долгую и мучительную историю развития различных технологий и методов виртуализации - для любопытного читателя в конце статьи найдутся дополнительные материалы на эту тему. Важно то, к чему в итоге всё это пришло: к трём основным подходам к виртуализации.

  Подходы к виртуализации

  Независимо от подхода и технологии, при использовании виртуализации всегда существует host-машина и установленный на ней гипервизор, управляющий guest-машинами.

  В зависимости от используемой технологии, гипервизор может быть как отдельным ПО, устанавливаемым прямо на железо, так и частью операционной системы.

  Внимательный читатель, любящий модные словечки, через пару параграфов начнёт бурчать, что его любимые Docker-контейнеры тоже считаются виртуализацией. Мы поговорим о технологиях контейнеров в другой раз, но да, ты прав, внимательный читатель, контейнеры тоже в каком-то роде виртуализация, только на уровне ресурсов одной и той же операционной системы.

  Существует три способа взаимодействия виртуальных машин с железом:

  Динамическая трансляция

  В этом случае виртуальные машины не имеют ни малейшего понятия, что они - виртуальные. Гипервизор перехватывает на лету все команды от виртуалки и обрабатывает их, заменяя на безопасные, а затем возвращает назад в виртуалку. Такой подход, очевидно, страдает некоторыми проблемами с производительностью, но зато позволяет виртуализировать любую ОС, так как гостевая ОС не нуждается в модификации. Динамическая трансляция используется в продуктах VMWare - лидере коммерческого ПО для виртуализации.

  Паравиртуализация

  В случае с паравиртуализацией исходный код гостевой ОС специально изменяется так, чтобы все инструкции выполнялись максимально эффективно и безопасно. При этом виртуалка всегда в курсе, что она - виртуалка. Из плюсов - улучшенная производительность. Из минусов - таким образом нельзя виртуализовать, например, MacOS или Windows, или любой другую ОС, к исходникам которой нет доступа. Паравиртуализация в той или иной форме используется, например, в Xen и KVM.

  Аппаратная виртуализация

  Разработчики процессоров вовремя осознали, что архитектура x86 плохо подходит для виртуализации, так как изначально была заточена под одну ОС за раз. Поэтому, уже после того как появились динамическая трансляция от VMWare и паравиртуализация от Xen, Intel и AMD начали выпускать процессоры с аппаратной поддержкой виртуализации.

  Особого прироста производительности это поначалу не дало,так как главным фокусом первых релизов было улучшение архитектуры процессоров. Однако, теперь, спустя больше 10 лет после появления Intel VT-x и AMD-V, аппаратная виртуализация ничем не уступает и даже в чём-то превосходит другие решения.

  Аппаратную виртуализацию использует и требует KVM (Kernel-based Virtual Machine), которую мы и будем использовать в дальнейшем.

  Kernel-based Virtual Machine

  KVM - это решение для виртуализации, встроенное прямо в ядро Linux, не уступающее остальным решениям в функциональности и превосходящее их в удобстве использования. Более того, KVM - open source технология, которую, тем не менее, на всех парах двигает вперёд (как в плане написания кода, так и в плане маркетинга) и внедряет в свои продукты Red Hat.

  Это, кстати, одна из многих причин, почему мы настаиваем на Red Hat дистрибутивах.

  Создатели KVM изначально сфокусировались на поддержке аппаратной виртуализации и не стали переизобретать многие вещи. Гипервизор, по сути, это маленькая операционная система, которая должна уметь работать с памятью, с сетью и т.п. Linux уже отлично умеет всё это делать, поэтому использование ядра Linux в качестве гипервизора - логичное и красивое техническое решение. Каждая виртуальная машина KVM -это всего лишь отдельный Linux процесс, безопасность обеспечивается при помощи SELinux/sVirt, ресурсы управляются при помощи CGroups.

  Мы ещё поговорим о SELinux и CGroups в другой статье, не пугайся, если не знаешь таких слов.

  KVM не просто работает как часть ядра Linux: начиная с версии ядра 2.6.20 KVM является основной составляющей Linux. Иными словами, если у вас стоит Linux, то у вас уже есть KVM. Удобно, правда?

  Стоит сказать, что в сфере публичных облачных платформ Xen доминирует чуть больше, чем полностью. Например, AWS EC2 и Rackspace используют именно Xen. Обусловлено это тем, что Xen появился раньше всех и первый достиг достаточного уровня производительности. Но есть и хорошие новости: в ноябре 2017 , который постепенно заменит Xen для крупнейшего облачного провайдера.

  Несмотря на то, что KVM использует аппаратную виртуализацию, для некоторых драйверов I/O устройств KVM может использовать паравиртуализацию, что обеспечивает прирост производительности для определённых сценариев использования.

  libvirt

  Мы уже почти дошли до практической части статьи, осталось только рассмотреть ещё один open source инструмент: libvirt.

  libvirt - это набор инструментов, предоставляющий единый API к множеству различных технологий виртуализации. Используя libvirt вам впринципе без разницы, что там за “бакенд”: Xen, KVM, VirtualBox или что-то ещё. Более того, можно использовать libvirt внутри Ruby (а ещё Python, C++ и много чего ещё) программ. Ещё можно удалённо по защищённым каналам подключаться к виртуальным машинам.

  Разработкой libvirt, кстати, занимается Red Hat. Ты уже установил себе Fedora Workstation основной системой?

  Создадим виртуалку

  libvirt - это просто API, а вот как с ним взаимодействовать решать пользователю. Вариантов куча . Мы воспользуемся несколькими стандартными утилитами. Напоминаем: мы настаиваем на использовании Red Hat дистрибутивов (CentOS, Fedora, RHEL) и команды ниже были протестированы именно на одной из этих систем. Для других дистрибутивов Linux возможны небольшие отличия.

  Сначала проверим, поддерживается ли аппаратная виртуализация. На самом деле, работать будет и без её поддержки, только гораздо медленнее.

  egrep --color = auto "vmx|svm|0xc0f" /proc/cpuinfo # если не выведется ничего, значит поддержки нет:(

  Так как KVM то модуль ядра Linux, то нужно проверить, загружен ли он уже, и если нет, то загрузить.

  lsmod | grep kvm # kvm, kvm_intel, kvm_amd. Если ничего не выводит, значит, нужно загрузить нужные модули # Если модуль не загружен modprobe kvm modprobe kvm_intel # или modprobe kvm_amd

  Возможна ситуация, что аппаратная виртуализация выключена в BIOS. Поэтому если модули kvm_intel/kvm_amd не подгружаются, то проверь настройки BIOS.

  Теперь установим необходимые пакеты. Проще всего сделать это, установив сразу группу пакетов:

  yum group list "Virtual*"

  Список групп зависит от используемой ОС. У меня группа называлась Virtualization . Для управления виртуальными машинами из командой строки используется утилита virsh . Проверь, есть ли у тебя хотя бы одна виртуалка командой virsh list . Скорее всего нет.

  Если не нравится командная строка, то ещё есть virt-manager - весьма удобный GUI для виртуалок.

  virsh умеет создавать виртуалки только из XML файлов, формат которых можно изучить в документации libvirt . К счастью, ещё есть virt-manager и команда virt-install . С GUI ты и сам разберёшься, а вот пример использования virt-install:

  sudo virt-install --name mkdev-vm-0 \ --location ~/Downloads/CentOS-7-x86_64-Minimal-1511.iso \ --memory = 1024 --vcpus = 1 \ --disk size = 8

  Вместо указания размера диска, можно создать его заранее через virt-manager, или через virsh и XML файл. Я использовал выше образ с Centos 7 minimal, который легко найти на сайте Centos .

  Теперь остаётся один важный вопрос: как подсоединиться к созданной машине? Проще всего это сделать через virt-manager - достаточно дважды кликнуть по созданной машине и откроется окно с SPICE соединением. Там тебя ждёт экран установки ОС.

  Кстати, KVM умеет nested virtualization: виртуалки внутри виртуалку. We need to go deeper!

  После того, как ты установишь ОС вручную, ты сразу задашься вопросом, как этот процесс можно автоматизировать. Для этого нам понадобится утилита под названием Kickstart , предназначенная для автоматической первичной настройки ОС. Это простой текстовый файлик, в котором можно указать конфигурацию ОС, вплоть до различных скриптов, выполняемых уже после установки.

  Но где взять такой файл? Не писать же его с нуля? Разумеется, нет: так как мы уже установили внутри нашей виртуалки Centos 7, то нам нужно просто подсоединиться к ней и найти файл /root/anaconda-ks.cfg - это Kickstart конфиг для того, чтобы создать копию уже созданной ОС. Нужно просто скопировать его и отредактировать содержимое.

  Но просто скопировать файл скучно, поэтому мы добавим в него ещё кое-что. Дело в том, что по умолчанию у нас не получится подсоединиться к консоли созданной виртуалки из командой строки host-машины. Чтобы сделать это, нужно отредактировать конфиг загрузчика GRUB. Поэтому в самый конец Kickstart файла добавим следующую секцию:

  %post --log = /root/grubby.log /sbin/grubby --update-kernel = ALL --args = "console=ttyS0" %end

  %post , как не сложно догадаться, выполнится после установки ОС. Команда grubby обновит конфиг GRUB, добавив возможность подключаться к консоли.

  Кстати, ещё можно указать возможность подключения через консоль прямо во время создания виртуалки. Для этого в команду virt-install нужно передать ещё один аргумент: --extra-args="console=ttyS0" . После этого можно устанавливать саму ОС в интерактивном текстовом режиме из терминала твоей host машины, подключившись к виртуалке через virsh console сразу после её создания. Это особенно удобно, когда создаёшь виртуалки на железном удалённом сервере.

  Теперь можно применить созданный конфиг! virt-install позволяет при создании виртуалки передавать дополнительные аргументы, в том числе путь к Kickstart файлу.

  sudo virt-install --name mkdev-vm-1 \ --location ~/Downloads/CentOS-7-x86_64-Minimal-1511.iso \ --initrd-inject /path/to/ks.cfg \ --extra-args ks = file:/ks.cfg \ --memory = 1024 --vcpus = 1 --disk size = 8

  После того, как вторая виртуалка будет создана (полностью автоматически), ты сможешь подключиться к ней из командой строки командой virsh console vm_id . vm_id можно узнать из списка всех виртуалок командой virsh list .

  Одно из преимуществ использования KVM/libvirt - потрясающая документация, в том числе создаваемая компанией Red Hat . Дорогому читателю предлагается с должной любознательностью изучить её.

  Конечно, создавать виртуальные машины вот так вот руками в консоли, а потом настраивать их только при помощи Kickstart - не самый удобный процесс. В будущих статьях мы ознакомимся с множеством классных инструментов, облегчающих и полностью автоматизирующих конфигурацию систем.

  Что дальше?

  Невозможно уместить в одну статью всё, что стоит знать о виртуализации. Мы рассмотрели несколько вариантов использования виртуализации и её преимущества, немного углубились в детали её работы и познакомились с лучшим, на наш взгляд, решением для этих задач (KVM), и даже создали и настроили виртуалку.

  Важно понять, что виртуальные машины - кирпичи в огромных зданиях современных облачных архитектур. Именно они позволяют приложениям автоматически разрастаться до безграничных размеров, максимально быстрым способом и с максимальной утилизацией всех ресурсов.

  Каким бы мощным и богатым на сервисы не был AWS, его основа - это виртуальные машины поверх Xen. Каждый раз, когда ты создаёшь новый дроплет на DigitalOcean , ты создаёшь виртуалку. Практически все сайты, которыми ты пользуешься, размещены на виртуальных машинах. Простота и гибкость виртуалок позволяет не только строить production-системы, но и в десятки раз облегчает локальную разработку и тестирование, особенно когда в системе задействовано множество компонентов.

  Мы научились создавать одну единственную машинку - неплохо для тестирования одного приложения. Но что, если нам нужно сразу несколько виртуальных машин? Как они будут общаться друг с другом? Как они будут находить друг друга? Для этого нам нужно будет разобраться, как вообще работают сети, как они работают в контексте виртуализации, и какие компоненты задействованы в этой работе и нуждаются в настройке - в следующей статье серии.

  Сегодня сложно представить мир без компьютеризированных устройств. Лет этак 20 назад почти все бытовые приборы были электро-механические, об использовании компьютерных схем повсеместно не было даже и речи. Самые первые компьютеры занимали значительные объемы пространства, и могли относительно не много. Компьютерно-вычислительные комплексы за последнее время прошли достаточно большой путь развития. Хотя, принципиально компьютеры ничем не изменились, но вычислительные мощности стремительно возросли. Наличие компьютера в простой семье теперь не является чем-то особенным.

  В данный момент, зачастую большое количество компьютерной техники в помещениях может доставлять значительно неудобств. По этой причине стали появляться централизованные системы. Но централизованные системы зачастую не могут решить тех проблем, которые решает сеть из компьютеров. По этой причине и была предложена концепция виртуализации, когда один центральный компьютер выполняет роль сети компьютеров.

  По своей сути, все ОС это в общем-то и так некоторая виртуальная среда, которая предоставляется разработчику ПО, как средство реализации конечных задач. Уже давно прошло то время, когда программы писались конкретно под аппаратную часть компьютера по средствам аппаратных кодов и запросов. Сегодня же, любое приложение – это в первую очередь приложение, написанное на некотором API, который находится под управлением ОС. Задачи же ОС – предоставить данным API непосредственно доступ к аппаратным ресурсам.

  Собственно видов виртуализации существует несколько:

  • Программная виртуализация;
  • Аппаратная виртуализация;
  • Виртуализация уровня операционной системы.

  Виртуализация в свою очередь бывает полной и частичной .

  Программная виртуализация – вид виртуализации, который задействует различные библиотеки ОС, транслируя вызовы виртуальной машины в вызовы ОС. (DOSBox, Virtualbox, VirtualPC)

  Аппаратная виртуализация – такой вид, который предусматривает специализированную инструкцию аппаратной части, а конкретно инструкций процессора. Позволяет исполнять запросы в обход гостевой ОС, и исполнять прямо на аппаратном обеспечении. (виртуализация KVM,виртуализация XEN, Parallels, VMware, Virtualbox)

  Виртуализация уровня операционной системы – виртуализация только части платформы, без полной виртуализации аппаратной части. Подразумевает работы нескольких экземпляров среды ОС. (Docker, LXC)

  Данная статья будет рассматривать Аппаратную виртуализацию, а конкретно виртуализацию KVM.

  

  Схема 1. – Взаимодействие компонентов виртуальной машины с аппаратной частью

  Особенности виртуализации для ядра Linux

  Для исполнения прямых аппаратных запросов в ОС должна иметься библиотека, которая направляла бы эти запросы аппаратной части напрямую. На платформах базы Linux долгое время никакой встроенной системы виртуализации (встроенного гипервизора), просто не существовало. Каждый производитель ПО для виртуализации, который поддерживало технологию аппаратной виртуализации, вынуждены были создавать собственные модули для ядра Linux (vboxdrv в Virtualbox, vmware-service в VMWare и пр.) Естественно, это не могло продолжаться вечно, и компания Qumranet, Inc, выкупленая затем Radhat создала ассоциацию Open Virtualization Alliance, которая была признана решить проблему отсутствия базового гипервизора для ядра Linux. Так и был создан гипервизор KVM или Kernel-based Virtual Machine.

  Реализация

  Гипервизор KVM представляет из себя загружаемый модуль ядра Linux, который предназначен для обеспечения виртуализации на платформе Linux x86. Сам модуль содержит компонент собственно виртуализации(kvm.ko), и процессорно-специфический загружаемый модуль kvm-amd.ko либо kvm-intel.ko.

  Необходимым условием для использования KVM является поддержка инструкций виртуализации - Intel VT либо AMD , и ядро Linux версии 2.6.20 и выше. Существует также порт KVM под Free-BSD. Для вызова KVM традиционно используется QEMU, но также ведутся попытки добавить поддержку KVM в Virtualbox.

  Сам по себе KVM не выполняет эмуляции. Вместо этого программа, работающая в пространстве пользователя, использует интерфейс /dev/kvm для настройки адресного пространства гостя виртуальной машины, через него же эмулирует устройства ввода-вывода и видеоадаптер.

  KVM позволяет виртуальным машинам использовать немодифицированные образы дисков QEMU, VMware и других, содержащие операционные системы. Каждая виртуальная машина имеет своё собственное виртуальное аппаратное обеспечение: сетевые карты, диск, видеокарту и другие устройства.

  Использование

  Для использования данного гипервизора существует множество реализаций. Некоторые представляют из себя целые специализированные библиотеки, другие имеют вид простых графических приложений.

  Для наглядности рассматривается виртуализация KVM на базе библиотеку virt-manager.

  Данная библиотека позволяет упростить вызов различных гипервизоров, предоставляя удобный интерфейс для автоматизации процесса виртуализации. Кроме того, библиотека имеет возможность работы с сетевой инфраструктурой, что иногда важно, при построении клиент-серверных рабочих мест.

  

  Схема 2. – Взаимодействие компонентов libvirt

  QEMU позволяет создать фрейм для вызова гипервизора на клиентской системе. Данная программа настраивается аргументами вызова командной строки, является достаточно легкой и простой.

  Существуют кроме того несколько графических оболочек, таких как Gnome-Boxes .

  Вывод

  Виртуализация – неотъемлемая часть современных корпоративных систем, она позволяет сэкономить колоссальные денежные и энергетические ресурсы. Развитие технологий виртуализации является приоритетным направлением многих организаций. Развиваются такие технологии как как VGAPassthrough (технология "проброса" видеокарты хост-устройства в виртуальную машину) и PCIPassthrough ("проброс" PCI устройства).