KVM 虛擬機在 IBM System x 上應用

1、KVM 虛擬機在 IBM System x 上應用如何使用 SLES11 自帶的 KVM 虛擬軟件在 IBM Ssystem x 上創(chuàng)建虛擬機級別: 初級郭 晉兵 軟件工程師 , IBM 叢 彬彬 軟件工程師 , IBM 2009 年 7 月 30 日虛擬化技術已經(jīng)成功的被用于基于 POWER 構架的 IBM Power 服務器。如何在基于 x86 處理器 IBM System x 系列服務器應用虛擬化技術呢?最新的 Intel VT(Virtualization Technology和 AMD SVM(安全虛擬機 , Secure VirtualMachine ,也叫 AMD-V 從硬件上支

2、持了虛擬技術。 KVM 正是利用了 x86 硬件虛 擬化特性,實現(xiàn)了虛擬機性能的最優(yōu)化。本文詳細介紹了在 IBM System x3500 上使 用 SLES11 和 KVM 虛擬化技術,如何安裝配置了多臺虛擬機,并對虛擬機的性能做 了初步的優(yōu)化。IBM System x 系列服務器基于 Intel 和 AMD 的 x86 構架,支持 Windows 和 Linux 平臺。 SLES (Suse Linux Enterprise Linux是 Novell 公司開發(fā)的針對企 業(yè) 級應用的 操作 系 統(tǒng) 。 可以運 行 在 IBM x, p ,z 系列服務器上。 Novell 于 2009 年

3、4 月發(fā) 布 了 SUSE Linux Enterprise 11,基 于 Linux kernel 2.6.27,已經(jīng)支持了 KVM ,并 且還收錄 了 KVM 的用 戶管 理程 序 kvm-qemu 。什么是 KVM ?KVM 是 指 基于 Linux 內核 的虛擬機(Kernel-based Virtual Machine。 2006 年 10 月, 由以色 列的 Qumranet 組織 開發(fā)的 一種 新的 “ 虛擬機 ” 實現(xiàn) 方案 。 2007 年 2 月發(fā) 布 的 Linux 2.6.20 內 核第一次包含 了 KVM 。 增加 KVM 到 Linux 內核 是 Linux 發(fā) 展

4、 的 一個重要里 程 碑 , 這 也是 第一 個整合到 Linux 主線內核 的虛擬化技術。KVM 在 標準 的 Linux 內核中增加 了虛擬技術,從 而我們可以通過 優(yōu)化的 內核來 使用虛擬技術。在 KVM 模型中 , 每一個 虛擬機 都 是 一個由 Linux 調度 程 序管 理的 標準進 程, 你可以 在用 戶空間啟動 客戶 機 操作 系 統(tǒng) 。 一個普通 的 Linux 進 程 有兩種運行模式 :內核 和用 戶 。 KVM 增加 了 第三種模 式 :客戶模式 (有自己 的 內核 和用 戶模式 。 圖 1 展示 了 KVM 虛擬化的 原 理 圖 。圖 1. KVM 原理圖 一個典型 的

5、 KVM 安裝 包括以下部 件:l一個管 理虛擬硬件的 設備驅動 , 這個驅動通過一個字符設備 /dev/kvm 導出它 的功能。 通 過 /dev/kvm 每一個客戶 機 擁有其自身 的 地址空間 , 這個地址空間 與 內核 的 地址空間 相分離 或與任 何 一個 正 運行 著 的 客戶 機 相分離 。l一個模 擬硬件的用 戶空間部 件, 它 是 一個 稍微改 動過 的 QEMU 進 程。從 客戶 機 操作 系 統(tǒng) 執(zhí) 行 I/O 會 擁有 QEMU 。 QEMU 是 一個 平臺虛擬化 方案 , 它 允許 整個 PC 環(huán)境 (包括 磁 盤、顯 示 卡 (圖 形卡 、網(wǎng)絡 設備 的虛擬化。 任

6、 何 客戶 機 操作 系 統(tǒng) 所 發(fā) 出 的 I/O 請求 都被攔截 ,并被 路 由到 用 戶模式 用 以 被 QEMU 過 程 模 擬 仿真 。KVM 在 IBM System x 上的安裝運行 KVM , 你 需 要一 臺 運行 2.6.20 以上 Linux 內核 的 Intel 處 理器(含 VT 虛擬化技術 或 AMD 處理器(含 SVM 安全虛擬 機技術的 AMD 處理器。 下 面將 詳細介紹如何在裝 有 SLES11(kernel-2.6.27.19的 IBMSystem x3550 上安裝和配置基于 KVM 的虛擬機。硬件環(huán)境本文的實 例 中 ,硬件 選 用了 IBM Syst

7、em x3500,處理器是 Intel 至 強 4 核 X5160,最 高 主 頻3.00GHz , 內 存 16GB , 存儲為 8 塊 73GB 高速 硬 盤 , 集 成 雙千兆 以 太網(wǎng)卡 。虛擬化 可以 使 這 些資源得 到 充分 的利用。清單 1. 硬件配置軟件環(huán)境Novell 于 2009 年 4 月發(fā) 布 了 SUSE Linux Enterprise 11, 它可運行 于 各 種 領先 的硬件平臺, 包 括 x86-32、 x86-64、 IBM POWER 和 IBM System z 。 SUSE Linux Enterprise 11 基于 Linux kernel 2.

8、6.27,已經(jīng)支持了 KVM ,并 且還收錄 了 KVM 的用 戶管 理程 序 kvm-qemu 。如何確認處理器含有 Intel VT 或 AMD-V 技術基于 Intel 處理器的系 統(tǒng) , 運行 grep vmx /proc/cpuinfo 查 找 CPU flags 是 否 包括 vmx 關鍵詞基于 AMD 處理器的系 統(tǒng) , 運行 grep svm /proc/cpuinfo 查找 CPU flags 是 否 包括 svm 關鍵詞注 : 一 些廠商禁止 了機器 BIOS 中 的 VT 選項 , 這 種方式下 VT 不 能被 重 新 打 開。 /proc/cpuinfo 僅 從 Lin

9、ux 2.6.15(Intel 和 Linux 2.6.16(AMD 開 始顯 示 虛擬化 方 面 的 信息 . 請 使用 uname -r 命 令查詢您 的 內核 版 本。如 有 疑問 , 請聯(lián) 系硬件 廠商 。linux-gwsa: # grep vmx /proc/cpuinfoflags : fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic sep mtrr pge mca cmov pat pse36 clflush dts acpi mmxfxsr sse sse2 ss ht tm pbe syscall nx lm constant_tsc arc

10、h_perfmon pebs bts rep_good pni monitor ds_cpl vmx est tm2 ssse3 cx16 xtpr lahf_lm idaflags : fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic sep mtrr pge mca cmov pat pse36 clflush dts acpi mmxfxsr sse sse2 ss ht tm pbe syscall nx lm constant_tsc arch_perfmon pebs bts rep_good pni monitor ds_cpl vmx est tm

11、2 ssse3 cx16 xtpr lahf_lm idalinux-gwsa: # grep svm /proc/cpuinfomachine type: 7977-99B4314Memory: 16GBHard disk: 73GB x8 Network: eth0 (dhcp 配置客戶機的參數(shù)設置使用 qemu-kvm 安裝 客戶 機 之前 , 需 要 配置 客戶 機的虛擬硬件 參數(shù) : 把 上 面 的 參數(shù)串 在 一 起就 是安裝 KVM 虛擬機的 命令 , 見 清單 2 。清單 3. 安裝客戶機的命令使用文件作為客戶機存儲,從光盤啟動,使用默認的網(wǎng)絡配置:linux-gwsa: #

12、qemu-kvm -m 4096 -smp 4 -hda /home/kvm.img n-cdrom /mnt/SLES10SP2.iso -boot d使用硬盤分區(qū)作為客戶機存儲,從光盤啟動,設置 TAP 網(wǎng)絡,通過 VNC 遠程安裝:linux-gwsa: # qemu-kvm -m 4096 -smp 4 -hda /dev/sdb1 -net nic, model=e1000, nmacaddr=00:16:3e:51:fb:ce -net tap -cdrom /mnt/SLES10SP2.iso -boot d -vnc 9.123.99.34:3 安裝第一臺客戶機在 xWindo

13、w 中 輸入清單 3 中 的 命令 , 或 者 通過 VNC 遠 程 連接 , 顯 示圖 2 中 的 客戶 機安裝 界 面 :圖 2. 客戶機啟動界面 選 擇 3 從 光 盤 啟動 , 進 入大家熟悉 的 Linux 安裝步 驟 。本 例 中 添 加 了 網(wǎng)絡 安裝的 參數(shù) , 這 樣 將 從 網(wǎng)絡 安裝 客戶 機。圖 3. 引導安裝 Linux 系統(tǒng) 圖 4. 網(wǎng)絡下載安裝文件 從 網(wǎng)絡 下 載 了安裝程 序 后 進 入 YAST 安裝 界 面 , 余 下 的步 驟 和在 物 理機上安裝 SLES 一 樣 。 第 二 臺 客戶 機的安裝 以第一 臺 稍 有 不 同 , 主要 是 網(wǎng)絡 上的

14、設 置和 資源 的 分 配。 下 節(jié) 中 將詳細介紹客戶 機的 網(wǎng)絡 設 置。啟動 KVM 虛擬機客戶 機安裝 完 成 后 , 需 要 為 其設 置 網(wǎng)絡 接口 , 以 便 和 主 機 網(wǎng)絡 , 客戶 機 之 間 的 網(wǎng)絡 通 信 。 事 實 上,如 果 要 在安裝 時 使用 網(wǎng)絡 通 信 , 需 要 提 前 設 置 客戶 機的 網(wǎng)絡 連接 。 KVM 客戶 機 網(wǎng)絡 連接 有兩種方式 :l 用 戶 網(wǎng)絡 (User Networking:讓 虛擬機 訪 問 主 機 、 互 聯(lián)網(wǎng)或 本 地 網(wǎng)絡 上的 資源 的 簡單 方 法 , 但 是 不 能從 網(wǎng)絡或 其 他 的 客戶 機 訪 問 客戶 機

15、,性能上也 需 要 大 的 調整 。l虛擬 網(wǎng) 橋 (Virtual Bridge:這種方式要 比 用 戶 網(wǎng)絡 復雜 一 些 , 但 是 設 置 好后 客戶 機 與 互 聯(lián) 網(wǎng) , 客戶 機 與 主 機 之 間 的 通 信 都 很容易 。本文 選 用了虛擬 網(wǎng) 橋 的 網(wǎng)絡 連接 方式 ,是 客戶 機和 子 網(wǎng) 里 面 的機器能 夠互 相 通 信 。本例中的客戶機網(wǎng)絡設置本 例 中 IBM System x3500 有兩 塊千兆 以 太網(wǎng)卡 , 一 塊網(wǎng)卡 連接外 網(wǎng) 的 9.123.99.x 網(wǎng) 段 , 一 塊網(wǎng) 卡 連接 內 網(wǎng) 192.168.0.x 網(wǎng) 段 。本 例 采 用虛擬 網(wǎng)

16、橋 的 連接 方式 使 客戶 機能 夠同時 自由 訪 問 兩個 網(wǎng) 段 。圖 5. IBM System x3500 的網(wǎng)絡結構 清單 4. 配置 eth0 設備清單 5. 配置網(wǎng)橋 br0網(wǎng) 橋 br0 應 該獲 得 IP 地址 (靜態(tài) 或 DHCP , 同時物 理的 eth0 必須 不 配置 IP 地址 。 重 新 啟動 網(wǎng)絡 后 , 主 機的 網(wǎng)絡 設備 列 表 如 清單 6 所 示 :編輯 /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0 文件 注釋 BOOTPROTO 增加 BRIDGE=switch創(chuàng)建 /etc/sysconfig/network

17、-scripts/ifcfg-br0 文件,內容如下: linux-gwsa: # cat /etc/sysconfig/network/ifcfg-br0 DEVICE=br0 TYPE=Bridge BOOTPROTO=dhcp ONBOOT=yes重新啟動網(wǎng)絡,激活網(wǎng)橋:清單 6. 主機的網(wǎng)絡設備列表linux-gwsa: # ifconfigbr0 Link encap:Ethernet HWaddr 00:1A:64:48:87:B6inet6 addr: fe80:21a:64ff:fe48:87b6/64 Scope:LinkUP BROADCAST RUNNING MULTIC

18、AST MTU:1500 Metric:1RX packets:669843 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0TX packets:344910 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0collisions:0 txqueuelen:0RX bytes:113618306 (108.3 Mb TX bytes:495318687 (472.3 Mbeth0 Link encap:Ethernet HWaddr 00:1A:64:48:87:B6inet6 addr: fe80:21a:64ff:fe48:87b6/

19、64 Scope:LinkUP BROADCAST RUNNING PROMISC MULTICAST MTU:1500 Metric:1RX packets:11681269 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0TX packets:5505473 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0collisions:0 txqueuelen:1000Interrupt:16eth1 Link encap:Ethernet HWaddr 00:1A:64:48:87:B7inet6 addr: fe80:21a:64ff:f

20、e48:87b7/64 Scope:LinkUP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1RX packets:5481826 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0TX packets:5453113 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0collisions:0 txqueuelen:1000RX bytes:5100133488 (4863.8 Mb TX bytes:4753271194 (4533.0 MbInterrupt:17lo Link encap:L

21、ocal Loopbackinet6 addr: :1/128 Scope:HostUP LOOPBACK RUNNING MTU:16436 Metric:1RX packets:187412 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0TX packets:187412 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0collisions:0 txqueuelen:0RX bytes:801868898 (764.7 Mb TX bytes:801868898 (764.7 Mblinux-gwsa: # brctl showbr

22、idge name bridge id STP enabled interfacesbr0 8000.001a644887b6 no eth0此外 , 需 要一個包含 如 下內 容 的 qemu-ifup 腳 本, 作 為 客戶 機的 網(wǎng)絡 配置 腳 本。 /etc/qemu-ifup是 默認 的 客戶 機 網(wǎng)絡 配置文件,如 果 使用 其 他名 字 或 拷貝 到其 他位 置, 請 用 script=file參數(shù) 指 定 。 主 機上如 果 有 多臺 客戶 機使用 網(wǎng)絡 , 每個客戶 機 必須 有 不 同 的 MAC 地址 , 所 以 需 要 在 網(wǎng)絡參數(shù) 中 為 每個客戶 機 指 定 不 同

23、 的 MAC 地址 。 以下 腳 本 可以自動 生 成 MAC 地址 (執(zhí) 行 python 腳 本 需 要 系 統(tǒng) 安裝了 python 解釋 器。清單 8. 生成 MAC 地址的代碼#!/usr/bin/python# macgen.py script to generate a MAC address for Red Hat Virtualization guests#import random#def randomMAC(:mac = 0x00, 0x16, 0x3e,random.randint(0x00, 0x7f,random.randint(0x00, 0xff,random.

24、randint(0x00, 0xff return ':'.join(map(lambda x: "%02x" % x, mac#print randomMAC(生成 MAC 地址的示例:00:16:3e:51:fb:ce清單 9. 啟動客戶機的命令linux-gwsa: # qemu-kvm -m 8192 -smp 4 -hda /dev/sdb1 -net nnic,model=e1000,macaddr=00:16:3e:51:fb:ce -net tap參數(shù)說明-net nic,model=e1000,macaddr=00:16:3e:51:fb:

25、ce 設置虛擬網(wǎng)卡類型為 e1000,設置 MAC 地址。-net tap 使用 tap 網(wǎng)絡模式,默認的配置腳本是 /etc/etc/qemu-ifup ( 見 qemu-kvm 的 manpage 。 在 xWindow 中運行啟動客戶 機的 命令 后 , 選 擇 從硬 盤 啟動 。 看 到 如 圖 6 的 grub 選項 。圖 6. 啟動已安裝的客戶機登陸 客戶 機的 xWindow , 測試 網(wǎng)絡 連接狀況 。從 圖 7 看 出 , 客戶 機 獲 得 了 IP 地址192.168.0.158, 識 別了 qemu-kvm 虛擬的 千兆網(wǎng)卡 Intel e1000 網(wǎng)絡 模 塊 。 為

26、了 測試 網(wǎng)絡速 度 , 從 外 網(wǎng) 的 一 臺機器上用 scp 下 載 文件, 下 載 速 度 平 均 為 5.1 MB/s 。圖 7. 客戶機的網(wǎng)絡狀態(tài)啟動一 臺 客戶 機 后 , 主 機上多 出 了 一個 tap0 虛擬 網(wǎng)絡 設備 , 這 就 是 qemu-kvm 為 客戶 機虛擬的 TAP 網(wǎng)絡 設備 。 查 看 網(wǎng) 橋 可以 看 出 tap0 加 入 了 網(wǎng) 橋 br0 。 客戶 機 就 是 通過 網(wǎng) 橋訪 問 的 外 網(wǎng) 。 頁碼 , 8/12KVM 虛擬機在 IBM System x 上應用 第二臺客戶機的安裝和使用有 了 第一 臺 客戶 機的安裝經(jīng) 驗 , 我們 很容易 安裝

27、 更 多的 客戶 機在 同 一主 機上, 當然 要 在硬件 資源 足 夠 的 情 況 下 。安裝多臺 客戶 機 時 , 需 要 注 意 以下 幾點 :l使用 不 同 的 存儲 鏡像 。 就 是 為 -hda 的 設 定 不 同 的文件 或分 區(qū) 。 l 使用 不 同 的 MAC 地址 。 為 了 避免 網(wǎng)絡 沖突 , 客戶 機的 MAC 地址要 唯 一 。實例:在第二臺客戶機上安裝 SLES11由 于 我們 在安裝 第一 臺 客戶 機 時 ,使用了虛擬 網(wǎng) 橋 , 而且 在 客戶 機的 網(wǎng)絡 配置 腳 本 /etc/qemu-ifup 具 有可 擴 展 性, 所 以 安裝 第 二 臺 客戶 機

28、 時 不 用 改 動 任 何 腳 本, 只 需 要 配置 不 同 的 存儲 鏡像 和 MAC 地址 。清單 11. 安裝 SLES11安裝 完 成并 啟動第 二 臺 客戶 機, 我們可以 查 看 它 的 網(wǎng)絡 狀況 ,如 圖 8 。圖 8. 安裝了 virto 網(wǎng)絡模塊客戶機使用硬盤分區(qū)作為客戶機存儲,從光盤啟動,設置 TAP 網(wǎng)絡,通過 VNC 遠程安裝:linux-gwsa: # qemu-kvm -m 4096 -smp 4 -hda /dev/sdc1 -net nic,model=virtio, nmacaddr=00:16:3e:55:83:c3 -net tap -cdrom /mnt/SLES11.iso -boot d -vnc 9.123.99.34:5啟動第 二臺 客戶機linux-gwsa: # qemu-kvm -m 8192 -smp 4 -hda /dev/sdc1 -net nic,model=virtio, n macaddr=00:16:3e:55:83:c3 -net tap -vnc 9.123.99.34:5頁碼 , 9/12KVM 虛擬機在 IBM System x 上應用可