虚拟机体验之 Xen 篇 —— 令人脑洞大开的奇异架构
这一篇我要体验的虚拟机系统是 Xen。在虚拟机领域,Xen 具有非常高的知名度,其名字经常在各类文章中出现。同时 Xen 也具有非常高的难度,别说玩转,就算仅仅只是理解它,都不是那么容易。之所以如此,那是因为 Xen 采用了和我前面介绍的那几个虚拟机完全不同的架构。在这里,我称之为令人脑洞大开的奇异架构。
比如说在经典的虚拟机架构中,虚拟机软件运行于 Host System 之中,而 Guest System 运行于虚拟机软件之中。为了提高 Guest System 的运行速度,虚拟机软件一般会在 Host System 中使用内核模块开一个洞,将 Guest System 的运行指令直接映射到物理硬件上。但是在 Xen 中,则根本没有 Host System 的概念,传说它所有的虚拟机都直接运行于硬件之上,虚拟机运行的效率非常的高,虚拟机之间的隔离性非常的好。
当然,传说只是传说。我刚开始也是很纳闷,怎么可能让所有的虚拟机都直接运行于硬件之上。后来我终于知道,这只是一个噱头。虚拟机和硬件之间,还是有一个管理层的,那就是 Xen Hypervisor。当然 Xen Hypervisor 的功能毕竟是有限的,怎么样它也比不上一个操作系统,因此,在 Xen Hypervisor 上运行的虚拟机中,有一个虚拟机是具有特权的,它称之为 Domain 0,而其它的虚拟机都称之为 Domain U。
Xen的架构如下图:
从图中可以看出,Xen 虚拟机架构中没有 Host System,在硬件层之上是薄薄的一层 Xen Hypervisor,在这之上就是各个虚拟机了,没有 Host System,只有 Domain 0,而 Guest System 都是 Domain U,不管是 Domain 0 还是 Domain U,都是虚拟机,都是被虚拟机软件管理的对象。
既然 Domain 0 也是一个虚拟机,也是被管理的对象,所以可以给它分配很少的资源,然后将其余的资源公平地分配到其它的 Domain。但是很奇怪的是,所有的虚拟机管理软件其实都是运行在这个 Domain 0 中的。同时,如果要连接到其它 Guest System 的控制台,而又不是使用远程桌面(VNC)的话,这些控制台也是显示在 Domian 0 中的。所以说,这是一个奇异的架构,是一个让人很不容易理解的架构。
这种架构桌面用户不喜欢,因为 Host System 变成了 Domain 0,本来应该掌控所有资源的主操作系统变成了一个受管理的虚拟机,本来用来打游戏、编程、聊天的主战场受到限制了,可能不能完全发挥硬件的性能了,还有可能运行不稳定了,自然会心里不爽。(Domain 0确实不能安装专用显卡驱动,确实会运行不稳定,这个后面会讲。)但是企业级用户喜欢,因为所有的 Domain 都是虚拟机,所以可以更加公平地分配资源,而且由于 Domain U 不再是运行于 Domian 0 里面的软件,而是和 Domain 0 平级的系统,这样即使 Domain 0 崩溃了,也不会影响到正在运行的 Domain U。(真的不会有丝毫影响吗?我表示怀疑。)
下面开始在 Ubuntu 系统中体验 Xen。使用如下命令可以在 Ubuntu 的软件源中搜索和 Xen 相关的软件包以及安装 Xen Hypervisor:
sudo aptitude search xen
sudo aptitude install xen-hypervisor-4.4-amd64
传说在旧版本的 Xen Hypervisor 上只能运行经过修改过的 Linux 内核。但是在目前的版本中不存在该问题。我机器上的 Ubuntu 14.10 系统不经任何修改,就可以当成 Domain 0 中的系统运行。至于是否让该系统运行于 Xen Hypervisor 上,在启动时可以选择,如下图:
通过查看 Grub 的配置文件,可以看到通过 Xen 虚拟机启动 Ubuntu 系统时,Grub 先启动的是 /boot/xen-4.4-amd64.gz,然后才把 Linux 内核以及 initrd 文件作为模块载入内存。也就是说,Grub 启动 Xen Hypervisor,然后 Xen Hypervisor 运行 Domian 0。
前面提到 Host System 一下子变成了 Domain 0 中的操作系统是让桌面用户比较不爽的事,这里详细论述。虽然说目前的 Xen 同时支持全虚拟化和半虚拟化,支持操作系统不经任何修改就运行于 Xen 虚拟机上(全虚拟),但是系统是否稳定还是和内核有很大关系的。比如说我在 Ubuntu 14.04 刚推出的那段时间,在 Ubuntu 14.04 中使用 Xen 是没有什么问题的,但是经过几次系统升级后,Xen 就出问题了,没办法成功进入 Domain 0 中的 Ubuntu 14.04。现在我用的是 Ubuntu 14.10,已经升过好几次级了,目前使用Xen还是很稳定的。其次就是显卡驱动的问题,我的 Ubuntu 当主系统用时,使用的是 NVIDIA 的显卡驱动,但是当 Ubuntu 运行于 Domain 0 中时,就不能使用 NVIDIA 的显卡驱动了,否则无法进入图形界面。
下面来测试一下 Xen 虚拟机的运行效果。通过前文的探讨,可以看出一个虚拟机的运行需要两个要素:一是一套虚拟的硬件系统,二是一个包含了操作系统的磁盘镜像。QEMU 虚拟机关于硬件的配置全由命令行指定,VirtualBox 虚拟机的硬件配置存在于配置文件中,而 Xen 呢,它也存在于配置文件中,这个配置文件要我们自己写。至于磁盘镜像,还是复用我之前创建的那个 WinXP.img 吧,记住,它是 qcow2 格式的。
先进入我主目录的 virtual-os 目录,ls 看一下,里面有我之前创建的 WinXP.img。然后,我们创建一个 WinXP_Xen.hvm 配置文件,其内容如下:
builder = "hvm"
name = "WinXP_Xen.hvm"
memory =
vcpus =
disk = [ '/home/youxia/virtual-os/WinXP.img, qcow2, hda, rw' ]
sdl =
这段配置文件很简单,也很容易懂。 hvm 代表这是一个全虚拟化的虚拟机,和全虚拟化相对的是半虚拟化,半虚拟化只能运行经过修改的内核,但是可以获得更高的性能。为该虚拟机分配 2 个 CPU 和 2G 内存,并指定硬盘镜像文件。最后一个 sdl=1 表示使用 SDL 图形库显示虚拟操作系统的界面,如果不想用 SDL,也可以写成 vnc=1,这样需要使用 vncviewer 才能连接到虚拟机操作系统的桌面。
至于 Xen 的配置文件怎么写,管理命令怎么用,这个必须得有学习资料。通过 man xl 和 man xl.cfg 查看手册页是可以的,但是最全面的资料还是在Xen的官网 http://www.xenproject.org 上。
使用 sudo xl list 命令可以看到系统中只有一个Domain 0在运行,然后使用 sudo xl create -c WinXP_Xen.hvm 即可运行一个 Domian U 虚拟机,该虚拟机使用 WinXP_Xen.hvm 配置文件。 xl 命令的 -c 选项表示把 Domain U 的控制台显示在 Domain 0 中,如果不用 -c 选项而使用 -V 选项,则创建虚拟机后使用 vncviewer 进行连接。新建的虚拟机运行起来后,再次使用 sudo xl list 命令,可以看到除了Domain 0,还多了一个名称为“WinXP_Xen.hvm”的虚拟机。运行效果如下图:
关于 Xen 更多更高级的功能,比如动态迁移什么的,我这里就不试了。至于说到 Xen 虚拟机的隔离性,如果一个 Domain U 崩溃了,肯定是不会影响到 Domain 0和其它 Domain U 的,但是如果 Domain 0 崩溃了,Domain U 真的不会受到任何影响吗?Domain 0 崩溃了怎么重启它呢?这都是我没想明白的问题。在折腾 Xen 的过程中,我曾多次重启过机器,重启后一看,WinXP_Xen.hvm 还在继续运行,似乎是没有受到 Domain 0 的影响,但是我就想,我机器都重启了,电源都断了,Domain U 它真的能丝毫不受影响吗?
总结:
1.Xen 虚拟机不应该是桌面用户的首选,因为它架构比较奇异不容易理解,可能因内核升级而出现不稳定,不能充分发挥桌面硬件的性能,比如显卡;桌面用户还是应该首选 VirtualBox。
2.企业及客户可以考虑 Xen,因为它可以提供较好的性能和隔离性,企业级用户不需要桌面用户那么多的功能,所以可以把 Domain 0 做到很薄,可以完全不要图形界面,也不用经常升级内核,甚至可以选择一个经过修改优化的内核,这样就可以在一套硬件上运行尽可能多的虚拟机。
关于 Linux 下虚拟机相关的内容,就写到这里吧。欢迎大家批评指正。
(京山游侠于2015-03-08发布于博客园,转载请注明出处。)
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