オープンソースのKVMカーネル仮想化技術とその管理方法の詳細な説明

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Qemu-kvmは仮想マシンを作成および管理します

1. KVM の概要

KVM（英語のKernel-based Virtual Machineの略称、つまりカーネルベースの仮想マシンに由来する名前）は、Linuxカーネルで使用される仮想化インフラストラクチャであり、Linuxカーネルをハイパーバイザーに変換できます。 KVM は 2007 年 2 月に Linux 2.6.20 カーネルに導入され、ロード可能なカーネル モジュールとして FreeBSD と illumos に移植されました。

KVM は、Intel VT または AMD-V 機能を備えた x86 プラットフォーム上で実行されます。また、S/390、PowerPC、IA-64 プラットフォームにも移植されています。 Linux カーネル バージョン 3.9 では、ARM アーキテクチャのサポートが追加されました。

KVM について:

1）。 KVM はオープンソース ソフトウェアであり、正式名称はカーネルベースの仮想マシンです。

2）。これは、x86 アーキテクチャと仮想化テクノロジをサポートするハードウェア (Intel VT や AMD-V など) を備えた Linux 完全仮想化ソリューションです。

3）。プロセッサに低レベルの仮想化を提供するロード可能なコア モジュール kvm.ko (kvm-intel.ko または kvm-AMD.ko) が含まれています。

4）。 KVM では、仮想マシンの上位レベルの制御およびインターフェースとして、修正された QEMU ソフトウェア (qemu-kvm) も必要です。

5）。 KVM は、Linux または Windows イメージを変更せずに複数の仮想マシンを同時に実行し (つまり、複数の仮想マシンが同じイメージを使用します)、各仮想マシンにカスタマイズされたハードウェア環境 (ネットワーク カード、ディスク、グラフィック アダプターなど) を構成できます。

6）。カーネル 2.6.20 以降などの主流の Linux カーネルには、KVM コアがすでに含まれています。

KVM と vbox の違い: vbox は qemu から書き直されており、多くの qemu コードが含まれています。

1）。仮想化テクノロジーをサポートしていない CPU でも使用できます。

2）。言及する価値があるのは、vbox はグラフィックスの点で優れており、2D 3D アクセラレーションを実行できることです。ただし、CPU 制御は理想的ではありません (おそらくグラフィック サポートが原因)。操作用の独立したグラフィカルインターフェースを備えており、使いやすいです。

kvm は Linux カーネルに組み込まれており、上位レベルの管理 (コマンドライン) として qemu を使用します。

1）。 CPU は仮想化をサポートしている必要があります。

2）。パフォーマンス: サーバーとしては優れていますが、グラフィック機能は非常に貧弱です。動画を再生するときも、絵の具のように層ごとに画像が適用されます。

3）。 CPU 使用率は適切に制御されています。

4）。コントロールは比較的シンプルで、機能は比較的豊富です。たとえば、「無敵機能」を使用すると、すべての変更がメモリに送信され、画像は常にきれいな状態になります。 「マザーイメージ」機能を使用すると、n 個の独立したスナップショット ポイントを持つことができます。他にもたくさんのパラメータがあります。さらに、カーネルレベルの仮想マシンとして、KVM は開発の初期段階で多くの企業の注目を集めましたが、まだ商用アプリケーションのレベルには達していません。

一般的に、仮想化をサポートする場合、vbox と kvm のパフォーマンスは似ていますが、主な違いはオブジェクトの方向性です。kvm はサーバーに適しており、vbox はデスクトップ アプリケーションに適しています。

qemu は Quick Emulator の略です。仮想マシンを独立して実行できる独立した仮想化ソフトウェアです (kvm はまったく必要ありません)。 kqemu はこのソフトウェアの高速化ソフトウェアです。 KVM は仮想処理に QEMU を必要とせず、仮想マシンを制御するための上位管理インターフェイスのみを必要とします。仮想マシンは引き続き kvm によって駆動されます。したがって、概念を誤解して、盲目的に qemu と kqemu をインストールしないでください。 qemuはシミュレータを使用する

KVM メモリ管理 KVM は、仮想使用に割り当てられたメモリをスワップ領域にスワップしたり、大きなメモリ ページを使用してパフォーマンスを向上させたり、NUMA をサポートして仮想マシンが効率的に大きなメモリ領域にアクセスできるようにしたりするなど、Linux システム メモリ管理の多くの機能を継承します。 KVM は、Intel の EPT (Extended Page Table) または AMD の RVI (Rapid Virtualization Indexing) テクノロジに基づく新しいメモリ仮想化機能をサポートできるため、CPU の占有率を削減し、スループットを向上させることができます。さらに、KVM はメモリ ページ共有を実現するためにカーネル機能 KSM (Kernel Same-page Merging) も使用します。 KSM は各仮想マシンのメモリをスキャンして仮想マシン間で同じメモリ ページを見つけ、これらのメモリ ページを関連するすべての仮想マシンで共有される単一のページにマージします。仮想マシンがこのページのデータを変更しようとすると、KSM はページの新しいコピーを提供します。実際には、同じ物理ホスト上で同じゲスト OS が実行されている仮想マシン間で同じメモリ ページが出現する可能性は非常に高くなります。たとえば、共有ライブラリ、カーネル、またはその他のメモリ オブジェクトが同じメモリ ページとして表示される場合があります。したがって、KSM テクノロジーはメモリ使用量を削減し、全体的なパフォーマンスを向上させることができます。

関連リンク:

KVM の公式アドレス: http://www.linux-kvm.org/page/Main_Page

KVM ハウツードキュメント: http://www.linux-kvm.org/page/HOWTO

Kqemu ソースコード アドレス: http://sourceforge.net/projects/kqemu/

Qemu ダウンロード アドレス: http://wiki.qemu.org/Main_Page

2. KVM仮想化プラットフォームの構築

1. インストールの準備 ハードウェアが仮想化をサポートしているかどうかを確認します。注文：

 #egrep '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo 

pngファイル

注: vmx または svm のロゴが必要です。一般的に、AMD は仮想化に関してより優れた仕事をします。

2. KVM をインストールします。KVM はすでに Linux カーネルに含まれているため、システムのインストール時に追加されています。コマンドラインモードでKVMを有効にするだけです: KVMモジュールを有効にする

モッドプローブKVM

Intel と AMD を区別する機能:

 modpobe kvm-intel
 lsmod |grep kvm
 kvm_intel 55496 0
 kvm 337772 1 kvm_intel

3. KVM 仮想マシンの作成と管理に依存するコンポーネントの紹介 KVM 仮想マシンの作成は qemu-kvm に依存します。kvm テクノロジは非常に成熟しており、多くのものを分離できますが、いくつかの面ではまだ実際のマシンを仮想化することはできません。たとえば、ネットワーク カードの仮想化には、それを補完する他のテクノロジが必要であり、qemu-kvm はそのようなテクノロジです。これは、kvm テクノロジの欠点を補い、パフォーマンスの面で kvm を最適化します。

仮想マシンを管理するには、virt-manager、virt-viewer を使用することもできます。

KVM 仮想マシンを作成および管理するときには、重要なコンポーネントである libvirt も必要です。

これは、マシン上の仮想マシンを管理するための他の技術的な呼び出しのために提供される一連のライブラリ関数です。 kvm、xen、lxc などのさまざまな仮想マシン テクノロジが含まれており、libvirt によって提供される API を呼び出して仮想マシンを管理できます。これほど多くの仮想マシン テクノロジがあるのに、なぜこれほど多くの管理機能を提供できるのでしょうか?設計コンセプト上、ドライバー指向のアーキテクチャ設計となっています。あらゆる仮想マシン テクノロジに対して、そのテクノロジに対応するドライバーが開発および設計されます。このように、異なる仮想マシン テクノロジは、互いに直接影響を与えることなく異なるドライバーを使用できるため、拡張が容易になります。さらに、libvirt は複数の言語でプログラミング インターフェイスを提供しており、プログラミングを通じて libvirt が提供する外部インターフェイスを直接呼び出して仮想マシンを操作することができます。今日の一般的なクラウド コンピューティングにおける IaaS は、このライブラリと密接に関連しています。その建築設計コンセプトは下図からご覧いただけます。

画像

図からわかるように、libvirtapi の上には多くのドライバーがあります。各仮想マシン テクノロジには、仮想マシン テクノロジと libvirt 間のパッケージ化インターフェイスとして機能するドライバーがあります。この設計により、libvirt がさまざまな仮想マシン テクノロジ向けにさまざまなインターフェイスを設計する必要がなくなります。主に基盤となる実装に焦点を当て、外部インターフェース呼び出しを提供します。さまざまな仮想マシン テクノロジは、libvirt によって提供されるインターフェイスを呼び出すことによって、必要な機能を実行します。

4. KVMの必要なコンポーネントをインストールする

yum ソースは直接インストールを提供します:

 yum インストール -y qemu-kvm libvirt virt-manager

インストールが完了したら、libvirtd サービスを開始します。

 [root@luckyall network-scripts]# サービス libvirtd 開始
libvirtd デーモンを起動しています: libvirtd: 再配置エラー: libvirtd: シンボル dm_task_get_info_with_deferred_remove、バージョン Base がリンク時参照のファイル libdevmapper.so.1.02に定義されていません
[失敗した]
 [root@luckyall network-scripts]# libvirtd デーモンを起動しています: libvirtd: 再配置エラー: libvirtd: シンボル dm_task_get_info_with_deferred_remove、バージョン Base がリンク時参照のファイル libdevmapper.so.1.02に定義されていません

エラーがあるので。 Baiduは次のコンポーネントをアップグレードする必要があることを発見しました

[root@luckyall network-scripts]# yum -y アップグレード device-mapper-libs

その後、libvirtdを再起動して正常であることを確認します

設定ファイル

ブリッジ管理コマンドを使用して以下を表示します。

 [root@luckyall ~]# brctl 表示
ブリッジ名ブリッジID STP対応インターフェース
virbr0 8000.5254008a9355 はい virbr0-nic

VMware Workstation と同様に、物理ブリッジ デバイスを作成する必要があります。 virsh を使用してブリッジ デバイスを作成し、ネットワーク カードをブリッジ デバイスに関連付けることができます。NetworkManager サービスをオフにして、起動時にオフにする必要があります。

 chkconfig NetworkManagerをオフにする
サービスNetworkManager停止

次に、ブリッジ デバイスを作成し、ネットワーク カードをブリッジ デバイスに関連付けます。

 virsh iface ブリッジ eth0 br0 

br0.png

ブリッジデバイスを表示します。

brctrshow.png

この時点で、仮想化プラットフォームが構築されました。ここで、KVM 仮想化プラットフォーム上で仮想マシンの作成と管理を開始します。まず、qemu-kvm を使用して仮想マシンを作成および管理します。

3. qemu-kvmを使用してKVM仮想マシンを管理する

1.Qemu-kvmの紹介

Qemu は、広く使用されているオープンソースのコンピュータ エミュレーターおよび仮想マシンです。エミュレーターとして使用すると、あるアーキテクチャ (PC など) のオペレーティング システムとプログラムを別のアーキテクチャ (ARM など) で実行できます。動的変換により、非常に高い動作効率を実現できます。仮想マシンとして使用する場合、qemu は実マシンのシステムリソースを直接使用できるため、仮想システムは物理マシンに近いパフォーマンスを実現できます。 qemu は xen または kvm モードでの仮想化をサポートします。 kvm を使用すると、qemu は x86、サーバー、組み込み powerpc、および s390 システムを仮想化できます。

QEMU は、ホスト アーキテクチャと同じターゲット アーキテクチャ上で実行されている場合、KVM を使用できます。たとえば、x86 互換プロセッサで qemu-system-x86 を実行すると、KVM アクセラレーションを活用でき、ホストとゲストの両方でパフォーマンスが向上します。

Qemu は次の部分で構成されています。

プロセッサ シミュレータ (x86、PowerPC、Sparc)シミュレートされたデバイス（グラフィック カード、ネットワーク カード、ハード ディスク、マウスなど）。シミュレートされたデバイスをホストデバイス（実際のデバイス）に接続するための汎用デバイス。シミュレータの説明。デバッガ;シミュレータと対話するためのユーザー インターフェイス。

virt-manager や virt-install などの Libvirt ベースのツールは、非常に便利な仮想マシン管理インターフェイスを提供しますが、実際には二次開発後に qemu-kvm ツールにカプセル化されます。したがって、前のタスクは qemu-kvm コマンドを使用して直接完了できます。

2.Qemu-kvm の使い方ヘルプ

RHEL6/CentOS6 では、qemu-kvm は /usr/libexec ディレクトリにあります。このディレクトリは PATH 環境変数に属していないため、直接使用することはできません。そのため、qemu を直接使用して仮想マシンを作成および管理することもできません。 qemu 仮想マシンを使用する場合は、/usr/libexec/qemu-kvm を /usr/bin/qemu にリンクすることで使用できます。

 ln -sv /usr/libexec/qemu-kvm /usr/bin/qemu-kvm

qemu-kvm コマンドの形式は「qemu-kvm [options] [disk_image]」です。多くのオプションがありますが、大まかに以下のカテゴリに分類できます。

標準オプション; USB オプション;表示オプション。 i386 プラットフォーム固有のオプション。ネットワーク オプション。キャラクターデバイスオプション。 Bluetooth関連のオプション。 Linux システムのブート固有のオプション。デバッグ/エキスパート モード オプション。 PowerPC 固有のオプション。 Sparc32 固有のオプション。

qemu-kvm の標準オプション qemu-kvm の標準オプションでは、主にホスト タイプ、CPU モード、NUMA、フロッピー ドライブ デバイス、光学ドライブ デバイス、およびハードウェア デバイスを指定します。

1. -name name: 仮想マシン名を設定します。
2. -M マシン: 標準 PC、ISA 専用 PC、Intel-Mac など、シミュレートするホスト タイプを指定します。 「qemu-kvm -M ?」を使用できます。サポートされているすべてのタイプを取得します。
3. -m megs: 仮想マシンの RAM サイズを設定します。
4. -cpu model: coreduo、qemu64 などの CPU モデルを設定します。"qemu-kvm -cpu ?" を使用できます。サポートされているすべてのモデルを取得します。
5. -smp n[,cores=コア数][,threads=スレッド数][,sockets=ソケット数][,maxcpus=maxcpus]: シミュレートされたSMPアーキテクチャのCPU数、各CPUのコア数、CPUのソケット数などを設定します。最大 255 個の CPU を PC 上でシミュレートできます。 maxcpus は、ホットプラグされる CPU の数の上限を指定するために使用されます。
6. -numa opts: 複数のノードをシミュレートするための NUMA デバイスを指定します。
7. -fda ファイル
8. -fdb ファイル: 指定されたファイルをフロッピー ディスク イメージとして使用します。ファイルが /dev/fd0 の場合、物理フロッピードライブを使用していることを意味します。
9. -hda ファイル
10. -hdbファイル
11. -hdc ファイル
12. -hdd ファイル: 指定されたファイルをハードディスクイメージとして使用します。
13. -cdrom ファイル: 指定されたファイルを CD-ROM イメージとして使用します。 -cdrom と -hdc は同時に使用できないことに注意してください。ファイルを /dev/cdrom として指定すると、物理 CD-ROM ドライブを直接使用できます。
14. -drive option[,option[,option[,...]]]: ハードディスクデバイスを定義します。利用可能なサブオプションは多数あります。
15. file=/path/to/somefile: ハードウェア イメージ ファイル パス;
16. if=interface: ハードディスクデバイスが接続されているインターフェースタイプ、つまり ide、scsi、sd、mtd、floppy、pflash、virtio などのコントローラータイプを指定します。
17. index=index: 同じコントローラータイプ内の異なるデバイスのインデックス番号、つまり識別番号を設定します。
18. media=media: メディアの種類をハードディスク (disk) または CD-ROM (cdrom) として定義します。
19. snapshot=snapshot: 現在のハードディスクデバイスがスナップショット機能をサポートしているかどうかを指定します: オンまたはオフ。
20. cache=cache: 物理マシン キャッシュを使用してブロック データにアクセスする方法を定義します。使用可能な値は、none、writeback、unsafe、writethrough です。
21. format=format: 画像ファイルの形式を指定します。具体的な形式については、qemu-img コマンドを参照してください。
22. -boot [order=drives][,once=drives][,menu=on|off]: 起動デバイスの起動順序を定義します。各デバイスは文字で表されます。異なるアーキテクチャでは、異なるデバイスとその特性がサポートされます。 x86 PC アーキテクチャでは、a と b はフロッピー ドライブを表し、c は最初のハード ディスクを表し、d は最初の光学ドライブ デバイスを表し、np はネットワーク アダプタを表します。デフォルトはハードディスクデバイスです。
23. -ブート順序=dc、1回=d

qemu-kvm の表示オプションは、仮想マシンの起動後の表示インターフェイスのタイプとプロパティを定義するために使用されます。

1. -nographic: デフォルトでは、qemu は SDL を使用して VGA 出力を表示します。このオプションはグラフィカル インターフェイスを無効にするために使用されます。この時点で、qemu は単純なコマンドライン プログラムのようなもので、シミュレートされたシリアル ポート デバイスはコンソールにリダイレクトされます。
2. -curses: グラフィカル インターフェイスを無効にし、curses/ncurses を対話型インターフェイスとして使用します。
3. -alt-grab: Ctrl+Alt+Shift キーの組み合わせを使用してマウスを放します。
4. -ctrl-grab: 右 Ctrl キーを使用してマウスを放します。
5. -sdl: SDL を有効にします。
6. -spice option[,option[,...]]: spiceリモートデスクトッププロトコルを有効にします。多くのサブオプションがあります。詳細については、qemu-kvm のマニュアルを参照してください。
7. -vga type: シミュレートする VGA インターフェイスのタイプを指定します。一般的なタイプは次のとおりです。
8. cirrus: Cirrus Logic GD5446 グラフィックス カード。
9. std: Bochs VBI 拡張機能を備えた標準 VGA ディスプレイ カード。
10. vmware:VMWare SVGA-II 互換ディスプレイ アダプタ。
11. qxl: QXL 準仮想化グラフィック カード。 VGAと互換性あり。ゲストに qxl ドライバーをインストールすると正常に動作し、spice プロトコルを使用する場合はこのタイプが推奨されます。
12. none: VGA カードを無効にします。
13. -vnc display[,option[,option[,...]]]: デフォルトでは、qemu は SDL を使用して VGA 出力を表示します。 -vnc オプションを使用すると、qemu は VNC を監視し、VGA 出力を VNC セッションにリダイレクトできます。このオプションを使用する場合は、-k オプションを使用してキーボード レイアウト タイプを指定する必要があります。多くのサブオプションがあります。詳細については、qemu-kvm のマニュアルを参照してください。

i386 プラットフォーム固有のオプション

1. -no-acpi: ACPI 機能を無効にします。ゲストOS に ACPI との互換性の問題がある場合にこのオプションを使用します。
2. -balloon none: バルーンデバイスを無効にします。
3. -balloon virtio[,addr=addr]: virtioバルーンデバイスを有効にします。

ネットワーク属性関連オプション ネットワーク属性関連オプションは、ネットワーク デバイス インターフェイス タイプとその関連属性およびその他の情報を定義するために使用されます。ここでは、nic、tap、user の 3 種類のネットワーク インターフェイスのプロパティのみを紹介します。その他のタイプについては、qemu-kvm のマニュアルを参照してください。

• -net nic[,vlan=n][,macaddr=mac][,model=type][,name=name][,addr=addr][,vectors=v]: 新しいネットワーク カード デバイスを作成し、それを VLAN n に接続します。 PC アーキテクチャ上のデフォルトの NIC は e1000 で、macaddr は MAC アドレスを指定するために使用され、name は監視中に表示されるネットワーク デバイス名を指定するために使用されます。 emu は、virtio、i82551、i82557b、i82559er、ne2k_isa、pcnet、rtl8139、e1000、smc91c111、lance、mcf_fec など、複数の種類のネットワーク カード デバイスをシミュレートできます。ただし、異なるプラットフォーム アーキテクチャでは、サポートされるタイプに前述のリストの一部のみが含まれる場合があります。その場合は、「qemu-kvm -net nic,model=?」を使用できます。現在のプラットフォームでサポートされている型を取得します。
• -net tap[,vlan=n][,name=name][,fd=h][,ifname=name][,script=file][,downscript=dfile]: 物理マシンのTAPネットワークインターフェースを介してVLAN nに接続し、script=fileで指定されたスクリプト(デフォルトは/etc/qemu-ifup)を使用して現在のネットワークインターフェースを構成し、downscript=fileで指定されたスクリプト(デフォルトは/etc/qemu-ifdown)を使用してインターフェース構成を元に戻します。スクリプトの実行を禁止するには、それぞれ script=no と downscript=no を使用します。
• -net user[,option][,option][,...]: 管理者権限に依存しないユーザーモードでネットワークスタックを構成します。有効なオプションは次のとおりです。
• vlan=n: VLAN n に接続します。デフォルトは n=0 です。
• name=name: 監視モードでよく使用されるインターフェースの表示名を指定します。
• net=addr[/mask]: ゲストOSに表示されるIPネットワークを設定します。マスクはオプションで、デフォルトは10.0.2.0/8です。
• host=addr: ゲストOS に表示される物理マシンの IP アドレスを指定します。デフォルトは、指定されたネットワーク内の 2 番目のもの、つまり xxx2 です。
• dhcpstart=addr: DHCP サービス アドレス プール内の 16 個のアドレスの開始 IP を指定します。デフォルトは 16 番目から 31 番目、つまり xxx16-xxx31 です。
• dns=addr: ゲストOSに表示されるDNSサーバーのアドレスを指定します。デフォルトは、GuestOS ネットワークの 3 番目のアドレス (xxx3) です。

3. qemu-kvmを使用して仮想マシンのゲストOSをインストールする

Windows 2003 のインストールをテストする 1) システム イメージ ファイルをダウンロードします。ここに Windows 2003 システムがあるので、インストールしてみます。仮想マシンのディスク ファイルを保存するためのディレクトリを作成します。

 [root@luckyall ~]# mkdir /kvm/images -pv
 mkdir: ディレクトリ `/kvm' を作成しました
mkdir: ディレクトリ `/kvm/images' を作成しました

仮想ディスク ファイルを作成します。

 [root@luckyall イメージ]# qemu-img create -o preallocation=metadata -f qcow2 /kvm/images/win2003.qcow2 10G
 '/kvm/images/win2003.qcow2'をフォーマットしています。fmt=qcow2サイズ=10737418240 暗号化 =オフクラスターサイズ =65536 事前割り当て = 'metadata'
 [root@luckyall イメージ]# ll -h /kvm/images/
合計 180万
-rw-r --r--。 1 ルート ルート 11G 12月19日 23:46 win2003.qcow2

2) kvmプラットフォームにvnc-serverとtigervnc vncviewerをインストールする

ここでは紹介しませんので、私のブログを参照してください: http://blog.sina.com.cn/s/blog_6e470cb00102wazp.html

 [root@luckyall ~]# qemu-kvm -cpu ホスト -smp 1 - name win2003 -m 512 -drive file=/kvm/images/win2003.qcow2,if=ide,format=qcow2 -drive file=/root/Downloads/win2003.iso,media=cdrom -boot dc -usbdevice tablet
 `::1:5900'で実行されている VNC サーバー

グラフィカルインターフェースに接続します: #vncviewer :5900

qemu-kvm.png

インストールが完了するまで続行します。

virt-manager を使用して仮想マシンを作成および管理することもできます。これはグラフィカルな管理ツールなので、ここでは詳しく説明しません。