Linux入门学习教程:虚拟机体验之Xen篇

  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:

Xen

  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:

Xen

  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。

Xen

  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 = 2048

vcpus = 2

disk = [ ‘/home/youxia/virtual-os/WinXP.img, qcow2, hda, rw’ ]

sdl = 1

  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:

Xen

  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。

Debian系统安装Xen并创建Win2003虚拟机  http://www.linuxidc.com/Linux/2014-11/109072.htm

XenServer VM物理CPU使用策略  http://www.linuxidc.com/Linux/2013-08/88698.htm

CloudStack编译环境XenServer启动系统虚拟机失败 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-08/88694.htm

禁止CloudStack删除XenServer原有虚拟机 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-08/88693.htm

XenServer中设置Linux VM从光驱引导 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-07/87699.htm

开启并配置Citrix XenServer的SNMP服务 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-01/78487.htm

重置XenServer本地磁盘LVM为EXT3格式 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-11/92282.htm

在 Debian 上安装和配置 Xen  http://www.linuxidc.com/Linux/2010-04/25351.

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