Nếu bạn đã đọc phần Ảo hóa của tôi, bạn sẽ biết rằng cho đến nay, tôi chủ yếu tập trung vào VMware và VirtualBox, với một chút nội dung đám mây và chỉnh sửa hình ảnh. Vâng, thời gian để chi nhánh ra. Hôm nay, tôi muốn chính thức bắt đầu một kỷ nguyên hướng dẫn hoàn toàn mới với KVM. Sau này sẽ có Xen và những con thú kỳ lạ khác, nhưng hiện tại, chủ đề của chúng tôi là KVM.
Bắt đầu với hướng dẫn này, chúng ta sẽ tìm hiểu về công nghệ KVM (Máy ảo dựa trên hạt nhân), do RedHat phát triển, có sẵn dưới dạng giải pháp thay thế nguồn mở, miễn phí cho các giải pháp thương mại khác. Chúng ta sẽ tìm hiểu cách tải xuống, cài đặt và thiết lập KVM, những công cụ nào chúng ta có thể sử dụng để quản lý máy ảo, những tùy chọn khả dụng, cách sử dụng dòng lệnh và tập lệnh, v.v. Chúng ta cũng sẽ xem xét các cấu hình mạng và lưu trữ nâng cao, cũng như nhiều thứ hay ho khác. Vì vậy, hãy bắt đầu.
KVM - Thuật ngữ
Hãy bắt đầu với một tổng quan rất ngắn gọn về cách thức hoạt động của KVM. Không có gì quan trọng, chỉ là một phần giới thiệu nhỏ để bạn biết các thuật ngữ cơ bản. Đừng lo lắng, tất cả sẽ sớm trở nên rất đơn giản.
KVM hoạt động bằng cách sử dụng các phần mở rộng công nghệ ảo hóa CPU trên bộ xử lý Intel và AMD hiện đại, được gọi là Intel-VT và AMD-V. Sử dụng mô-đun hạt nhân được tải vào bộ nhớ, KVM sử dụng bộ xử lý và thông qua trình điều khiển chế độ người dùng dựa trên QEMU đã sửa đổi, nó mô phỏng một lớp phần cứng mà trên đó các máy ảo có thể được tạo và chạy. KVM cũng có thể được thực thi mà không cần phần mở rộng CPU, nhưng sau đó, nó sẽ chạy ở chế độ mô phỏng thuần túy bằng QEMU, dẫn đến một hình phạt hiệu suất đáng kể.
KVM có thể được quản lý thông qua một công cụ quản lý đồ họa, tương tự như các sản phẩm VMware hoặc VirtualBox hoặc thông qua dòng lệnh bằng một số phương pháp.
GUI phổ biến nhất được gọi là Virtual Machine Manager (VMM), được phát triển bởi RedHat. Công cụ này còn được biết đến với tên gói chung là virt-manager. Nó đi kèm với một số công cụ hỗ trợ, bao gồm virt-install, virt-clone, virt-image và virt-viewer, được sử dụng để cung cấp, sao chép, cài đặt và xem các máy ảo tương ứng. VMM cũng hỗ trợ các máy Xen.
Giao diện lệnh KVM chung được cung cấp bởi virsh. Cụ thể, bạn có thể sử dụng các công cụ hỗ trợ như virt-install để tạo các máy ảo của mình. Trên Ubuntu, có một công cụ ubuntu-vm-builder đặc biệt có thể được sử dụng để cung cấp các bản dựng Ubuntu, được phát triển bởi Canonical.
Vô số tên có thể gây nhầm lẫn, nhưng hãy bình tĩnh và bạn sẽ hiểu. Tuy nhiên, để làm cho nó khó hiểu hơn một chút, KVM cũng có cú pháp riêng, tương tự như QEMU. Nó không phải là một cách được đề xuất để quản lý các máy ảo.
Để biết thêm thông tin, vui lòng tham khảo các trang sau:
Kernel Virtual Machine - Tài liệu Ubuntu cộng đồng
Hướng dẫn KVM trên howtoforge.com
KVM/Virsh - Tài liệu Ubuntu cộng đồng
Được rồi, đó là bước 1.
KVM - Ưu và nhược điểm
Bạn có nên sử dụng KVM? Vâng, điều đó phụ thuộc vào những gì bạn muốn đạt được.
Nếu bạn là người dùng gia đình bình thường, người có sở thích ảo hóa hoặc người đam mê ở mức trung bình, KVM có thể hơi khó bắt đầu. Nó chủ yếu là một công cụ dòng lệnh, không trực quan hay thân thiện như các sản phẩm của VMware và Virtualbox. KVM cảm thấy chậm hơn nhiều năm so với đối thủ, về mặt quản lý GUI, mặc dù nó cũng mạnh mẽ như vậy khi phân phối. Trên thực tế, vì nó được thiết kế để sử dụng như một công cụ dòng lệnh nên về lâu dài bạn sẽ có được năng suất tốt hơn và nhiều quyền kiểm soát hơn. Như vậy, KVM có ý nghĩa nhất trong môi trường kinh doanh.
Hơn nữa, nếu CPU của bạn không hỗ trợ ảo hóa, KVM sẽ rất lãng phí thời gian đối với bạn, vì bạn sẽ chạy ở chế độ mô phỏng cực kỳ chậm và không hiệu quả. KVM cũng được biết là xung đột với Virtualbox, nhưng sẽ nói thêm về điều đó trong một hướng dẫn riêng.
Do đó, KVM dành cho những người quan tâm đến ảo hóa, rất có thể là quản trị viên và chuyên gia. Nó không phải là món đồ chơi đáng yêu nhất trong nhà của bạn và có thể sẽ không còn trong nhiều năm tới. Nhưng nếu bạn sẵn sàng đào sâu, bạn sẽ thành thạo một ngôn ngữ hoàn toàn mới, ngôn ngữ này sau này sẽ phục vụ bạn như một hệ số nhân lực với các công nghệ khác. Trong khi VMware hoặc Virtualbox muốn bạn sử dụng các công cụ GUI của họ, thì KVM hướng đến hiệu quả thô của tập lệnh dòng lệnh.
Tóm lại, KVM phù hợp với bạn nếu bạn đang tìm kiếm một giải pháp ảo hóa hiện đại miễn phí với chế độ sử dụng không giới hạn và không tính phí cấp phép bổ sung hoặc phân tầng tính năng, giao diện dòng lệnh mạnh mẽ và bạn không ngại làm bẩn tay mình. KVM không tốt cho bạn nếu CPU của bạn không có phần mở rộng ảo hóa, bạn ngại viết tập lệnh, không muốn vọc mã và thích các giải pháp quản trị đơn giản hơn như VMware Server, ESXi hoặc Virtualbox.
Được rồi, đi nào.
Nền tảng thử nghiệm
You can use KVM in pretty much any Linux distro. In general, RedHat flavors favor KVM. RHEL ships with KVM enabled in the operating system, so you can also find it in RedHat-based distros like CentOS, Scientific Linux, or Fedora.
Since I'm running mostly Ubuntu at home, I decided to test in Ubuntu, installed on my rather brand-newish HP laptop, which has a revvy i5 processor that supports virtualization. Later this year, I'm planning on deploying either the newest release of CentOS or Scientific Linux on my Linux-dedicated multi-boot machine, so you'll see additional tutorials for those distros, too. We'll get to Xen there, too.
This tutorial shows how to setup KVM on a 64-bit Ubuntu Lucid, the Long Term Release. Sequel guides and howtos will cover many other topics related to KVM, including using it alongside other virtualization technologies and resolving conflicts, advanced management functions, scripting, and more.
Now, finally, let's begin in earnest.
Prerequisites
You need a CPU that supports virtualization. This can be checked thusly:
egrep -c '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo
If you get a non-zero value, you're good. BUT ... you will also need to check that virtualization technology is enabled in BIOS. Indeed, after enabling the feature, you will have to cold power-cycle the machine for the change to take effect.
Once this is done, boot into your operating system and get KVM installed.
To check, please run kvm-ok:
Download &install KVM
To get KVM install, please get these packages (true for apt commands):
apt-get install qemu-kvm libvirt-bin
Optionally, you can install these - most recommended:
apt-get install bridge-utils virt-manager python-virtinst
Tái bút The package names will vary between distributions. For instance, virt-install may come branded as python-virt-install or python-virtinst or even virt-install. The dependencies for virt-clone, virt-image and virt-viewer should be automatically resolved.
Contrary to what most tutorials mention, you do NOT need bridge utilities. You only need them if you want to bridge your virtual adapters with your physical cards. I've shown you a detailed example of this in my Virtualbox networking tutorial. The principle is the same.
Most tutorials also mention the fact that most Wireless network interfaces do not support bridging. This may be the case, but in all my testing, I was able to successfully bridge my Wireless adapters, so keep your hopes high.
VMM (virt-manager) is highly recommended. Likewise, you want all the helper tools, including virt-viewer, virt-install, virt-image, and virt-clone.
Lastly, you can also opt for ubuntu-vm-builder:
apt-get install ubuntu-vm-builder
You will also get a whole bunch of dependencies auto-resolved, so your downloads can take a while. Tái bút On RedHat, use yum install. On SUSE, use zypper install.
Conflict with Virtualbox
Again, contrary to what most tutorials say:you can have both KVM and Virtualbox installed on the same host. You may not get them running both at the same time. In other words, one or the other kernel module needs to be unloaded from memory. But there's no reason to rush ahead. Try, see if it works for you, and if not, only then take corrective actions.
But this can be done in-vivo, so no worries there. You won't need to reboot or anything as drastic as that. I'll show you a separate tutorial that handles this case. In fact, I have both installed and running on the test host.
Using KVM
Now, the really fun part. We will start with the VMM, as it is a GUI tool and this is what most people will and should start with. For all practical purposes, it's very similar to other tools you know, like the VMware console or perhaps Virtualbox.
Virtual Machine Manager (VMM)
Chúng ta hãy tham quan.
The first time you launch the program, it will show two categories, both not connected. These refer to your localhost KVM modules, still not in use. To use, right-click and choose connect.
To add new connections, click File> Add Connection. This will open a window that lets you specify the Hypervisor type and the connection type. VMM can use both local and remote connections, including QEMU/KVM and Xen. You can connect using all kinds of authentications methods.
You can also autoconnect, which means that the next time you fire up VMM, these connections will be ready for you. This is similar to what VMware Server asks you when you start the program. Just for reference:
Kernel versus Usermode
You may be asking what the difference between normal/default and Usermode is? Well, Usermode allows you to run without administrative privileges, but your network capability will be limited. All right, let's move on.
VMM overview, continued
Let's see other functions, before we create a virtual machine.
Network functionality can be reviewed or changed under Host Details. We will have a separate tutorial that teaches how to work with KVM network. And we'll setup bridge utilities, too, so don't worry.
Likewise, you can change the storage settings. There'll be a dedicated guide, I promise:
Change preferences
The VMM has a handful of options you can tweak to make it look and behave smarter. You can enable the system tray icon, set a statistics polling interval, enable polling for disk and network metrics, which are deselected by default, configure console keyboard grabbing, console scaling, audio options, and set confirmation windows for machine activities.
Later on, all of these will allow us to view our virtual machine metrics in more detail and with better control. For instance, showing an Ubuntu guest CPU, Disk I/O and Network I/O:
Here's the system tray icon:
Finally, we're ready to create a new virtual machine.
Create virtual machine
We can do this using VMM or the command line. We will begin with the GUI. The first step is quite intuitive. Enter the name and the install media location. You can use local storage in the form of ISO images or CD/DVDs, HTTP or FTP servers, NFS area, or PXE.
We will use local install media. Next, choose either a physical device or an image. In our case, we will use an ISO. Then, choose the OS type and the version. This does not have to be precise, but an educated guess is good. It allows additional virtual machine optimization.
Allocate RAM and CPUs.
The fourth step is quite interesting - storage. You can create a new image or use an existing one. You can set the size and preallocate all space, which is good for performance, plus it reduces fragmentation.
We will focus soon quite a bit more on the storage. For now, let's either assume we have a disk ready - or that we will create one in the default storage pool. Please note that if you're running in Usermode, you won't be able to write to /var, which is the default storage pool location. You will need to create a new storage pool that is accessible by non-admin users, but more about that in a separate article.
Step 5 is a summary, with some advanced options. You can change your network type, set a fixed Mac address, choose the virtualization type, and the target architecture. If you're running in Usermode, your network options will be limited. If you're not using bridge utilities, you won't be able to bridge your interfaces. Lastly, if you have no CPU virtualization extensions, the Virt Type:field will read QEMU and not KVM. We will see an example of this later on, when we discuss the major drawbacks of running in the emulation mode. For now, here's what a typical Ubuntu virtual machine setup looks like:
Our machine is ready to use. We will soon power it up and use it.
Virtual machine options
Like VMM itself, the VM console has a few interesting options. You can send signals to your guest, you can switch virtual consoles, force reboot and power off, clone, migrate, save, take screenshots, and more. Again, very similar to the competition.
Here's a pair of screenshots teasers for the clone and migrate options. Down the road, we will have detailed tutorials, focusing both on the GUI and CLI functionality.
Virtual machines running
The fun part. Here's a handful of nice screenshots ...
Let's begin with Ubuntu 10.10 Maverick, 32-bit version, boot menu:
Puppy Linux, shown against a lovely desktop:
Ubuntu running, NAT-ed, no worries. Notice the CPU utilization is very low. Important, pay attention for later on when we discuss the emulation only mode. I'm nagging you, but please bear with my ultra-turbo education.
You can also scale the console window to fit guest; this is another option available in the viewer menu. Then, you can also use the preferences to autoscale the consoles. Here are Puppy and Ubuntu, side by side:
Here's the system usage; minimal. With this kind of smart consumption, you can generously overcommit and enjoy more virtual machines than your physical hardware would normally permit, with a single machine bound to a core.
Eventually, you can also delete a machine and its associated files:
Now that we're comfortable with basic usage, let's do some command line.
Command line
Now, let's see the infamous command line. For example, using virsh to list all available virtual machines.
virsh 'list --all'
Here's the sequence of commands to get a virtual machine created and running using virt-install. Please note that I'm not a KVM guru. You have template code in the man pages, and you can find a billion examples online.
The actual command is:
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
So what do we have here?
--connect qemu:///system defines the type of hypervisor used. system is used when running on bare metal kernel as root. session is used for non-root users. You can recall the differences in VMM, with Usermode, right-click connect, you get the idea. This also works for xen.
-n puppy is a unique virtual machine name. You can use virsh to rename or delete the guest if you're not satisfied with your choice.
-r 512 specifies the RAM.
-f specifies a disk file. In this case, I'm using a puppy.img disk image I created using a dd command. To conserve space, I created the image as a sparse file. You can learn more about how to create sparse files in my second cool Linux hacks article.
-c specifies the CD-ROM, either a physical device or an ISO image.
--vnc setups a guest console and exports it as a VNC server. --noautoconnect will not automatically open the console when the virtual machine is powered on.
--os-type specifies the operating system for the guest.
--accelerate allows KVM to use optimization functions that accelerate the performance of the guest system, if possible.
--network defines the network type. We're using the default connection.
We could have used many other functions, like setting up the number of cores or bounding the machine to a CPU core, setup a fixed MAC address for NIC, use no storage, change the keyboard map, and more.
All of these are listed in the man pages. Not really intuitive, but becomes easier with use. In fact, the learning curve is not that high, despite the initial impression. Once you get the hang of virt-install, you can fiddle with other commands, start and stop machines with virsh, and Bob's your uncle.
Những thứ khác
A few more details worth mentioning.
Running in pure emulation mode (don't)
I told you this is completely inefficient. Now, a proof. For instance, take a look at Host Details Overview. In the Performance graph, CPU usage is max. at 100% of the available resources for the virtual machine, in this case one core, which translates to 25% utilization. Almost like DOS. This means that four virtual machines, no matter how tiny or hungry, will cripple a four-core host.
Additionally, the performance will be horrible. If an Ubuntu guest takes approx. one minute to boot with the image loaded on the internal 7,200rpm disk when running with Intel-VT extensions enabled, it takes about 20 minutes to do that in the emulation mode. I think this is a downside of QEMU/KVM compared to other solutions, which still offer fairly decent performance even without CPU extensions.
More good reading
I highly recommend the KVM series on howtoforge.com, linked above.
Then, you should also read these:
Discover the Linux Kernel Virtual Machine
KVM management tools
Kết luận
I sincerely hope you've liked this tutorial. It's fairly long and detailed, even though it documents only the first steps to get started with KVM. But it does offer an insight into a lot of things, including initial setup and prerequisites, command-line and GUI tools, management options, how to create and run multiple virtual machines, and more.
There are going to be a ton of sequels, which will cover advanced storage and networking configurations, including bridged networking, how to clone and migrate virtual machines, how to resolve conflicts with other virtualization software and more. Not strictly related, there are also going to be a whole bunch of articles on Xen and ESXi, too.
As you can see, KVM is quite powerful, even though it may appear a bit daunting to new users. Its management options are definitely less newb-friendly than some of its rival, but luckily, some of the fear and confusion have been spirited away today.
Well, I guess that would be all. Vui thích!
Chúc mừng.