Перестаем бояться виртуализации при помощи KVM

31 марта 2016

Мне лично проще всего думать о KVM (Kernel-based Virtual Machine), как о таком уровне абстракции над технологиями хардверной виртуализации Intel VT-x и AMD-V. Берем машину с процессором, поддерживающим одну из этих технологий, ставим на эту машину Linux, в Linux’е устанавливаем KVM, в результате получаем возможность создавать виртуалки. Так примерно и работают облачные хостинги, например, Amazon Web Services. Наряду с KVM иногда также используется и Xen, но обсуждение этой технологии уже выходит за рамки данного поста. В отличие от технологий контейнерной виртуализации, например, того же Docker, KVM позволяет запускать в качестве гостевой системы любую ОС, но при этом имеет и большие накладные расходы на виртуализацию.

Примечание: Описанные ниже действия были проверены мной на Ubuntu Linux 14.04, но по идее будут во многом справедливы как для других версий Ubuntu, так и других дистрибутивов Linux. Все должно работать как на десктопе, так и на сервере, доступ к которому осуществляется по SSH.

Установка KVM

Проверяем, поддерживается ли Intel VT-x или AMD-V нашим процессором:

grep -E '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo

Если что-то нагреполось, значит поддерживается, и можно действовать дальше.

Устанавливаем KVM:

sudo apt-get update
sudo apt-get install qemu-kvm libvirt-bin virtinst bridge-utils

Что где принято хранить:

  • /var/lib/libvirt/boot/ — ISO-образы для установки гостевых систем;
  • /var/lib/libvirt/images/ — образы жестких дисков гостевых систем;
  • /var/log/libvirt/ — тут следует искать все логи;
  • /etc/libvirt/ — каталог с файлами конфигурации;

Теперь, когда KVM установлен, создадим нашу первую виртуалку.

Создание первой виртуалки

В качестве гостевой системы я выбрал FreeBSD. Качаем ISO-образ системы:

cd /var/lib/libvirt/boot/
sudo wget http://ftp.freebsd.org/path/to/some-freebsd-disk.iso

Управление виртуальными машинами в большинстве случаев производится при помощи утилиты virsh:

sudo virsh --help

Перед запуском виртуалки нам понадобится собрать кое-какие дополнительные сведения.

Смотрим список доступных сетей:

sudo virsh net-list

Просмотр информации о конкретной сети (с именем default):

sudo virsh net-info default

Смотрим список доступных оптимизаций для гостевых ОС:

sudo virt-install --os-variant list

Итак, теперь создаем виртуальную машину с 1 CPU, 1 Гб RAM и 32 Гб места на диске, подключенную к сети default:

sudo virt-install \
  --virt-type=kvm \
  --name freebsd10 \
  --ram 1024 \
  --vcpus=1 \
  --os-variant=freebsd8 \
  --hvm \
  --cdrom=/var/lib/libvirt/boot/FreeBSD-10.2-RELEASE-amd64-disc1.iso \
  --network network=default,model=virtio \
  --graphics vnc \
  --disk path=/var/lib/libvirt/images/freebsd10.img,size=32,bus=virtio

Вы можете увидеть:

WARNING Unable to connect to graphical console: virt-viewer not
installed. Please install the 'virt-viewer' package.

Domain installation still in progress. You can reconnect to the console
to complete the installation process.

Это нормально, так и должно быть.

Затем смотрим свойства виртуалки в формате XML:

sudo virsh dumpxml freebsd10

Тут приводится наиболее полная информация. В том числе есть, к примеру, и MAC-адрес, который понадобятся нам далее. Пока что находим информацию о VNC. В моем случае:

<graphics type='vnc' port='5900' autoport='yes' listen='127.0.0.1'>

С помощью любимого клиента (я лично пользуюсь Rammina) заходим по VNC, при необходимости используя SSH port forwarding. Попадаем прямо в инстялятор FreeBSD. Дальше все как обычно — Next, Next, Next, получаем установленную систему.

Основные команды

Давайте теперь рассмотрим основные команды для работы с KVM.

Получение списка всех виртуалок:

sudo virsh list --all

Получение информации о конкретной виртуалке:

sudo virsh dominfo freebsd10

Запустить виртуалку:

sudo virsh start freebsd10

Остановить виртуалку:

sudo virsh shutdown freebsd10

Жестко прибить виртуалку (несмотря на название, это не удаление):

sudo virsh destroy freebsd10

Ребутнуть виртуалку:

sudo virsh reboot freebsd10

Склонировать виртуалку:

sudo virt-clone -o freebsd10 -n freebsd10-clone \
  --file /var/lib/libvirt/images/freebsd10-clone.img

Включить/выключить автозапуск:

sudo virsh autostart freebsd10
sudo virsh autostart --disable freebsd10

Запуск virsh в диалоговом режиме (все команды в диалоговом режиме — как описано выше):

sudo virsh

Редактирование свойств виртуалки в XML, в том числе здесь можно изменить ограничение на количество памяти и тд:

sudo virsh edit freebsd10

Важно! Комментарии из отредактированного XML, к сожалению, удаляются.

Когда виртуалка остановлена, диск тоже можно ресайзить:

sudo qemu-img resize /var/lib/libvirt/images/freebsd10.img -2G
sudo qemu-img info /var/lib/libvirt/images/freebsd10.img

Важно! Вашей гостевой ОС, скорее всего, не понравится, что диск внезапно стал больше или меньше. В лучшем случае, она загрузится в аварийном режиме с предложением переразбить диск. Скорее всего, вы не должны хотеть так делать. Куда проще может оказаться завести новую виртуалку и смигрировать на нее все данные.

Резервное копирование и восстановление производятся довольно просто. Достаточно сохранить куда-то вывод dumpxml, а также образ диска, а потом восстановить их. На YouTube удалось найти видео с демонстрацией этого процесса, все и вправду несложно.

Настройки сети

Интересный вопрос — как определить, какой IP-адрес получила виртуалка после загрузки? В KVM это делается хитро. Я в итоге написал такой скрипт на Python:

#!/usr/bin/env python3

# virt-ip.py script
# (c) 2016 Aleksander Alekseev
# http://eax.me/

import sys
import re
import os
import subprocess
from xml.etree import ElementTree

def eprint(str):
    print(str, file=sys.stderr)

if len(sys.argv) < 2:
    eprint("USAGE: " + sys.argv[0] + " <domain>")
    eprint("Example: " + sys.argv[0] + " freebsd10")
    sys.exit(1)

if os.geteuid() != 0:
    eprint("ERROR: you shold be root")
    eprint("Hint: run `sudo " + sys.argv[0] + " ...`");
    sys.exit(1)

if subprocess.call("which arping 2>&1 >/dev/null", shell = True) != 0:
    eprint("ERROR: arping not found")
    eprint("Hint: run `sudo apt-get install arping`")
    sys.exit(1)

domain = sys.argv[1]

if not re.match("^[a-zA-Z0-9_-]*$", domain):
    eprint("ERROR: invalid characters in domain name")
    sys.exit(1)

domout = subprocess.check_output("virsh dumpxml "+domain+" || true",
                                 shell = True)
domout = domout.decode('utf-8').strip()

if domout == "":
    # error message already printed by dumpxml
    sys.exit(1)

doc = ElementTree.fromstring(domout)

# 1. list all network interfaces
# 2. run `arping` on every interface in parallel
# 3. grep replies
cmd = "(ifconfig | cut -d ' ' -f 1 | grep -E '.' | " + \
      "xargs -P0 -I IFACE arping -i IFACE -c 1 {} 2>&1 | " + \
      "grep 'bytes from') || true"

for child in doc.iter():
     if child.tag == "mac":
         macaddr = child.attrib["address"]
         macout = subprocess.check_output(cmd.format(macaddr),
                                          shell = True)
         print(macout.decode("utf-8"))

Скрипт работает как с default сетью, так и с bridged сетью, настройку которой мы рассмотрим далее. Однако на практике куда удобнее настроить KVM так, чтобы он всегда назначал гостевым системам одни и те же IP-адреса. Для этого правим настройки сети:

sudo virsh net-edit default

… примерно таким образом:

<dhcp>
  <range start='192.168.122.2' end='192.168.122.254'/>
  <!-- добавляем вот эту строчку: -->
  <host mac='52:54:00:59:96:00' name='freebsd10' ip='192.168.122.184'/>
</dhcp>

После внесения этих правок необходимо выполнить команды:

sudo virsh net-destroy default
sudo virsh net-start default
sudo service libvirt-bin restart

Теперь перезагружаем несколько раз гостевую систему и убеждаемся, что она всегда получает адрес 192.168.122.184.

По умолчанию виртуальные машины могут ходить в интернет, а также к ним можно приконнектится из хост-системы. В общем и целом все выглядит так, словно гостевые системы находятся за NAT. На практике же часто бывает куда удобнее иметь bridged сеть. Как она настраивается на хост-системе ранее мы уже рассматривали в заметках Туториал по контейнеризации при помощи LXC и Контейнерная виртуализация при помощи OpenVZ.

После окончания настройки правим конфиг гостевой системы. Находим в нем что-то вроде:

<interface type='network'>
   <source network='default'/>
   <!-- остальное не важно -->
</interface>

… и заменяем на что-то вроде:

<interface type='bridge'>
  <source bridge='br0'/>
  <!-- прочее оставляем как есть -->
</interface>

Перезагружаем гостевую систему и проверяем, что она получила IP по DHCP от роутера. Если же вы хотите, чтобы гостевая система имела статический IP-адрес, это настраивается как обычно внутри самой гостевой системы.

Программа virt-manager

Вас также может заинтересовать программа virt-manager:

sudo apt-get install virt-manager
sudo usermod -a -G libvirtd USERNAME

Так выглядит ее главное окно:

Работа с KVM при помощи virt-manager

Как видите, virt-manager представляет собой не только GUI для виртуалок, запущенных локально. С его помощью можно управлять виртуальными машинами, работающими и на других хостах, а также смотреть на красивые графички в реальном времени. Я лично нахожу особенно удобным в virt-manager то, что не нужно искать по конфигам, на каком порту крутится VNC конкретной гостевой системы. Просто находишь виртуалку в списке, делаешь двойной клик, и получаешь доступ к монитору.

Еще при помощи virt-manager очень удобно делать вещи, которые иначе потребовали бы трудоемкого редактирования XML-файлов и в некоторых случаях выполнения дополнительных команд. Например, переименование виртуальных машин, настройку CPU affinity и подобные вещи. Кстати, использование CPU affinity существенно снижает эффект шумных соседей и влияние виртуальных машин на хост-систему. По возможности используйте его всегда.

Если вы решите использовать KVM в качестве замены VirtualBox, примите во внимание, что хардверную виртуализацию они между собой поделить не смогут. Чтобы KVM заработал у вас на десктопе, вам не только придется остановить все виртуалки в VirtualBox и Vagrant, но и перезагрузить систему. Я лично нахожу KVM намного удобнее VirtualBox, как минимум, потому что он не требует выполнять команду sudo /sbin/rcvboxdrv setup после каждого обновления ядра, адекватно работает c Unity, и вообще позволяет спрятать все окошки.

Заключение

По традиции, немного ссылок по теме:

В целом, KVM произвел на меня исключительно положительное впечатление. Теперь я не понимаю, зачем все это время я мучился с Vagrant и VirtualBox, когда все уже есть в KVM и сделано куда лучше. Ну, почти. Кое-какие косяки все же имеются. Так, например, в htop гостевой системы вы можете видеть, что утилизируете CPU на 30%, хотя на хост-системе вы утилизируете все 100%. Однако мой опыт работы с виртуальными машинами свидетельствует о том, что такого рода проблемы и прочие шумные соседи возникают всегда, и еще один минорный баг в общем-то не делает в этом плане все сильно хуже.

А используете ли вы KVM и если да, то для чего?

Дополнение: Мой первый опыт использования Proxmox VE

Метки: , , .

Подпишись через RSS, E-Mail, Google+, Facebook, Vk или Twitter!

Понравился пост? Поделись с другими: