Wirtualizacja – KVM

Wirtualizacja stała się w ostatnich latach niezwykle popularną technologią w centrach danych na całym świecie. Pozwala ona na efektywne wykorzystanie zasobów fizycznych serwerów poprzez uruchamianie wielu maszyn wirtualnych na jednym serwerze. Jednym z najczęściej stosowanych rozwiązań do wirtualizacji w środowiskach Linux jest KVM.

Spis treści

• Jak działa wirtualizacja KVM
• Instalacja i konfiguracja KVM
• Tworzenie i zarządzanie maszynami wirtualnymi KVM
• Migracja maszyn wirtualnych KVM
• Wirtualizacja sieci w KVM
• Bezpieczeństwo i ograniczenia KVM
• Podsumowanie
• Pytania i odpowiedzi FAQ:
  • Co to jest KVM?
  • Jakie są zalety KVM?
  • Jak zainstalować KVM?
  • Jak utworzyć maszynę wirtualną KVM?
  • Jak przeprowadzić migrację maszyny wirtualnej KVM?
  • Jakie są ograniczenia KVM?
  • Podsumowanie

KVM (Kernel-based Virtual Machine) to rozwiązanie open source, które zapewnia pełną wirtualizację na poziomie jądra systemu Linux. Wykorzystuje ono moduły jądra do efektywnego zarządzania procesorami, pamięcią i innymi zasobami, które mogą być przydzielane maszynom wirtualnym. KVM pozwala na uruchamianie wielu izolowanych środowisk systemów operacyjnych na jednym fizycznym serwerze.

Wirtualizacja KVM zapewnia szereg korzyści, takich jak:

• Wysoka wydajność – minimalne narzutu wirtualizacji, zbliżona do natywnej wydajności systemu operacyjnego.
• Elastyczność – łatwe skalowanie zasobów przydzielanych maszynom wirtualnym.
• Oszczędność kosztów – efektywne wykorzystanie zasobów serwera.
• Prostota – KVM jest stosunkowo łatwy w instalacji i konfiguracji.
• Bezpieczeństwo – izolacja i separacja środowisk maszyn wirtualnych.
• Wsparcie – KVM jest częścią jądra Linux, stale rozwijany i wspierany przez społeczność.

Temat	Opis	Przykłady
Wprowadzenie	Podstawowe informacje o KVM	Definicja, korzyści
Działanie	Architektura i komponenty KVM	Moduły jądra, QEMU, libvirtd
Instalacja	Kroki instalacji KVM	Polecenia apt, yum
Tworzenie maszyn wirtualnych	Sposoby tworzenia VM	virt-install, Virt Manager
Zarządzanie	Operacje na maszynach wirtualnych	virsh, migracja
Sieć	Tryby sieci w KVM	NAT, bridge, vSwitch
Bezpieczeństwo	Zagadnienia bezpieczeństwa	Izolacja środowisk
Podsumowanie	Kluczowe informacje o KVM	Popularność, zalety

Jak działa wirtualizacja KVM

Aby zrozumieć działanie wirtualizacji KVM, należy najpierw wyjaśnić pojęcia związane z jej architekturą. KVM składa się z modułów jądra odpowiedzialnych za wirtualizację oraz demonów użytkownika QEMU, które zarządzają maszynami wirtualnymi.

Moduły jądra KVM umożliwiają dostęp do sprzętowych mechanizmów wirtualizacji procesorów x86 z technologią Intel VT lub AMD-V. Pozwalają one na stworzenie lekkich, izolowanych środowisk maszyn wirtualnych z natywną wydajnością. Moduły KVM konwertują wywołania hypervisora do struktur danych jądra.

QEMU natomiast emuluje urządzenia wejścia/wyjścia oraz dostarcza interfejsy do zarządzania maszynami wirtualnymi. QEMU wykonuje translację wywołań systemu operacyjnego gościa do instrukcji procesora hosta. Dzięki temu systemy operacyjne gości mogą być uruchamiane bez modyfikacji.

Instalacja i konfiguracja KVM

Aby zainstalować wirtualizację KVM na serwerze z systemem Linux, należy uważnie sprawdzić czy procesor obsługuje sprzętową wirtualizację. Następnie trzeba zainstalować pakiety KVM i QEMU dostępne w repozytoriach dystrybucji Linux.

Na przykład w dystrybucjach Debian/Ubuntu można zainstalować te pakiety poleceniami:

sudo apt install qemu-kvm libvirt-clients libvirt-daemon-system bridge-utils virt-manager

W RHEL/CentOS odpowiednie polecenie to:

sudo yum install @virtualization kvm qemu-kvm libvirt libvirt-python libguestfs-tools virt-install virt-manager

Następnie należy uruchomić i włączyć usługę libvirtd odpowiedzialną za zarządzanie wirtualizacją.

Konfiguracja KVM obejmuje stworzenie puli zasobów dla maszyn wirtualnych, sieci mostów i innych elementów środowiska. Można to zrobić ręcznie edytując pliki konfiguracyjne lub używając narzędzi z graficznym interfejsem jak Virt Manager.

Tworzenie i zarządzanie maszynami wirtualnymi KVM

Aby utworzyć maszynę wirtualną KVM, można skorzystać z narzędzia virt-install. Pozwala ono określić parametry maszyny wirtualnej z poziomu wiersza poleceń:

virt-install \
  --name VM1 \
  --ram 2048 \
  --disk path=/var/lib/libvirt/images/VM1.qcow2,size=8 \
  --vcpus 2 \
  --os-type linux \
  --network bridge=br0 \
  --graphics none \
  --console pty,target_type=serial \
  --location /root/ISO/centos7.iso

To polecenie utworzy maszynę wirtualną o nazwie VM1 z 2 GB RAM, 8 GB dyskiem, 2 vCPU i zamontuje ISO z systemem CentOS 7.

Innym sposobem jest użycie graficznego narzędzia Virt Manager, które ułatwia tworzenie i zarządzanie maszynami wirtualnymi w środowisku KVM.

Po utworzeniu maszyn wirtualnych można nimi zarządzać za pomocą poleceń virsh, wykonując operacje takie jak uruchamianie, zatrzymywanie, migracja na żywo czy zmiana konfiguracji.

Migracja maszyn wirtualnych KVM

Jedną z najważniejszych zalet wirtualizacji KVM jest możliwość migracji maszyn wirtualnych pomiędzy fizycznymi serwerami bez przerywania ich działania. Mechanizm ten nosi nazwę live migration i pozwala na:

• Przenoszenie maszyn wirtualnych w celu lepszego wykorzystania zasobów.
• Przeprowadzanie konserwacji serwerów bez przestojów.
• Szybkie przełączanie maszyn wirtualnych w przypadku awarii sprzętu.

Aby przeprowadzić live migration maszyny wirtualnej, należy wykonać następujące kroki:

1. Upewnić się, że maszyny wirtualne i serwery mają zgodne konfiguracje sieciowe.
2. Sprawdzić dostępność wolnych zasobów na docelowym serwerze.
3. Za pomocą virsh lub Virt Manager zainicjować migrację na żywo.
4. Poczekać, aż stan maszyny wirtualnej zmieni się na „running” na nowym serwerze.

Prawidłowo skonfigurowana migracja na żywo KVM jest całkowicie przezroczysta dla działających w maszynach wirtualnych systemów i aplikacji.

Wirtualizacja sieci w KVM

Sieć w wirtualizacji KVM może być realizowana na kilka sposobów w zależności od wymagań środowiska. Podstawowym trybem jest NAT, gdzie ruch z maszyn wirtualnych jest tłumaczony przez adres IP hosta.

Bardziej zaawansowane opcje obejmują tryb bridge, który pozwala maszynom wirtualnym uzyskać bezpośredni dostęp do fizycznej sieci LAN. Możliwe jest też stosowanie wirtualnych switchy vSwitch lub Open vSwitch do tworzenia izolowanych sieci wewnętrznych i zapewnienia komunikacji między maszynami wirtualnymi.

KVM obsługuje też zaawansowane mechanizmy wirtualizacji sieci jak SR-IOV, który zapewnia dedykowany i zizolowany dostęp do interfejsów sieciowych z poziomu maszyn wirtualnych. Pozwala to na bardzo wysoką wydajność i niskie opóźnienia.

Bezpieczeństwo i ograniczenia KVM

Wirtualizacja KVM zapewnia wysoki poziom bezpieczeństwa dzięki izolacji środowisk maszyn wirtualnych realizowanej sprzętowo przez procesor. Uniemożliwia to wyciek informacji pomiędzy maszynami wirtualnymi.

Jednak KVM jako rozwiązanie open source wymaga dbałości o aktualizacje i łatanie potencjalnych luk w oprogramowaniu. Należy też prawidłowo skonfigurować środowisko pod kątem bezpieczeństwa.

Ograniczeniem KVM może być brak wsparcia dla funkcji jak snapshoty, klonowanie czy live migration w przypadku starszych wersji jądra Linux. Niektóre dystrybucje mogą też wymagać dodatkowych kroków aby aktywować te możliwości.

Podsumowanie

Podsumowując, KVM jest obecnie jednym z najpopularniejszych i najbardziej perspektywicznych rozwiązań do wirtualizacji w środowiskach Linux. Dzięki oparciu na mechanizmach jądra zapewnia wysoką wydajność, elastyczność i szeroki wachlarz możliwości.

Pytania i odpowiedzi FAQ:

Co to jest KVM?

KVM (Kernel-based Virtual Machine) to rozwiązanie open source do wirtualizacji w środowiskach Linux. Wykorzystuje moduły jądra systemu Linux do zarządzania wirtualizacją. Pozwala na uruchamianie wielu maszyn wirtualnych na jednym serwerze fizycznym.

Jakie są zalety KVM?

Główne zalety KVM to:

• Wysoka wydajność – zbliżona do natywnej wydajności systemu operacyjnego
• Elastyczność – łatwe skalowanie zasobów maszyn wirtualnych
• Oszczędność kosztów – efektywne wykorzystanie zasobów serwera
• Prostota – łatwa instalacja i konfiguracja
• Bezpieczeństwo – izolacja środowisk maszyn wirtualnych

Jak zainstalować KVM?

Aby zainstalować KVM na serwerze Linux należy:

• Sprawdzić czy procesor obsługuje wirtualizację sprzętową
• Zainstalować pakiety qemu-kvm i libvirt dostępne w repozytoriach dystrybucji
• Uruchomić i włączyć usługę libvirtd odpowiedzialną za zarządzanie wirtualizacją

Jak utworzyć maszynę wirtualną KVM?

Maszyny wirtualne KVM można tworzyć na dwa sposoby:

• Z poziomu wiersza poleceń przy pomocy narzędzia virt-install
• Korzystając z graficznego interfejsu Virt Manager

W obu przypadkach określamy parametry maszyny wirtualnej – ilość RAM, CPU, dysków, sieć itp.

Jak przeprowadzić migrację maszyny wirtualnej KVM?

Aby przeprowadzić migrację na żywo maszyny wirtualnej KVM należy:

• Upewnić się, że maszyny wirtualne i serwery mają zgodne konfiguracje sieciowe
• Sprawdzić dostępność zasobów na serwerze docelowym
• Zainicjować migrację poleceniem virsh lub w Virt Manager
• Poczekać, aż maszyna wirtualna uruchomi się na nowym serwerze

Jakie są ograniczenia KVM?

Ograniczeniami KVM mogą być:

• Brak wsparcia dla zaawansowanych funkcji w starszych wersjach jądra Linux
• Konieczność ręcznej aktualizacji i poprawek w przypadku oprogramowania open source
• Odpowiednia konfiguracja środowiska pod kątem bezpieczeństwa

Podsumowanie

KVM to obecnie jedno z najpopularniejszych rozwiązań do wirtualizacji w środowiskach Linux. Zapewnia wysoką wydajność, elastyczność i szeroki wachlarz możliwości. Jest stale rozwijane i ma szerokie wsparcie społeczności open source.