Xen虛擬化基礎(chǔ)篇第1/2頁

更新時(shí)間：2016年10月05日 21:02:31 投稿：mdxy-dxy

Xen是一個(gè)開放源代碼虛擬機(jī)監(jiān)視器，由劍橋大學(xué)開發(fā)。它打算在單個(gè)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行多達(dá)128個(gè)有完全功能的操作系統(tǒng)

一.xen的簡介

Xen是一個(gè)開放源代碼虛擬機(jī)監(jiān)視器，由劍橋大學(xué)開發(fā)。它打算在單個(gè)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行多達(dá)128個(gè)有完全功能的操作系統(tǒng)。
在舊（無虛擬硬件）的處理器上執(zhí)行Xen，操作系統(tǒng)必須進(jìn)行顯式地修改（“移植”）以在Xen上運(yùn)行（但是提供對(duì)用戶應(yīng)用的兼容性）。這使得Xen無需特殊硬件支持，就能達(dá)到高性能的虛擬化。

Xen的架構(gòu)如圖：

Xen虛擬機(jī)的組成：

Xen Hypervisor：
虛擬化技術(shù)通過在現(xiàn)有平臺(tái)(機(jī)器)上添加一層薄的虛擬機(jī)監(jiān)控程序(Virtual Machine Monitor，簡稱 VMM)軟件而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的虛擬化，如虛擬處理器，虛擬內(nèi)存管理器(MMU)和虛擬 I/O 系統(tǒng)等。虛擬機(jī)監(jiān)控程序又被稱之為監(jiān)管程序(Hypervisor)。
Domain（Dom0，DomU）：
特權(quán)虛擬機(jī)：Dom0；特權(quán)域
為Xen提供控制工具的；直接驅(qū)動(dòng)IO硬件設(shè)備；

與DomU交互；

Linux-2.6.37內(nèi)核開始直接運(yùn)行在Dom0上；
其他普通虛擬機(jī)：DomU；非特權(quán)域
Linux-2.6.24+內(nèi)核開始支持

Xen的虛擬化實(shí)現(xiàn)方式：

Type-I型：二級(jí)虛擬化技術(shù)；直接在硬件上安裝hypervisor，直接接管硬件資源，運(yùn)行在其上的系統(tǒng)都是虛擬機(jī)；
管理方面給徹底；必須讓hypervisor驅(qū)動(dòng)硬件，
出現(xiàn)的問題是必須開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序？
解決方案：Xen只是驅(qū)動(dòng)CPU和內(nèi)存，不驅(qū)動(dòng)IO設(shè)備
當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，硬件設(shè)備加載后加載hypervisor，hypervisor擁有訪問硬件權(quán)限，hypervisor加載完成后啟動(dòng)一個(gè)虛擬機(jī)，虛擬機(jī)有自己的內(nèi)核和用戶空間，這個(gè)虛擬機(jī)是特權(quán)虛擬機(jī)，為底層hypervisor提供管理程序，能功能是為hypervisor提供IO設(shè)備硬件驅(qū)動(dòng) 程序的；
我們新建的虛擬機(jī)調(diào)用IO設(shè)備硬件時(shí)，是通過特權(quán)虛擬機(jī)驅(qū)動(dòng)程序連接硬件實(shí)現(xiàn)；

更加詳細(xì)的說明請(qǐng)參考博文：http://www.uml.org.cn/embeded/201303201.asp

xen虛擬化實(shí)現(xiàn)在CentOS 6.6上安裝所需要的條件：

1）.需要在物理機(jī)上安裝CentOS 6.6操作系統(tǒng)
2）.安裝Xen軟件包
3）.安裝3.7.10的內(nèi)核，可以使Xen運(yùn)行在Dom0上
4）.配置好grub，然后啟動(dòng)Xen
5）.在用戶空間上安裝虛擬機(jī)Guest OS即可；

注意：最新版本的xen在CentOS 6.6平臺(tái)上是只有DomU可以使用，Dom0是不能通過CentOS 6.6的原有內(nèi)核實(shí)現(xiàn)，我這里是安裝的xen-4.2.5版本的xen，還有將內(nèi)核版本更新到了3.7.10；
簡單介紹一些XEN和KVM：

Xen：CentOS4-CentOS5是支持的；后續(xù)就是xen了，但是在內(nèi)核版本Linux 2.6.37將xen收錄進(jìn)內(nèi)核，CentOS7收錄進(jìn)內(nèi)核；可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)核直接運(yùn)行在Dom0上；
KVM：2006才出現(xiàn)；CentOS5.8開始支持；但是不穩(wěn)定，紅帽的收購造成了KVM的發(fā)展；
CentOS6.6的內(nèi)核為2.6.32，不直接支持內(nèi)核運(yùn)行Xen的Dom0特權(quán)域；

可以支持直接運(yùn)行在DomU
紅帽為了支持KVM這個(gè)親兒子的發(fā)展，將xen給趕出家門了。 -_-！
后來意識(shí)到XEN的使用率還是很高，所以又在后來收錄進(jìn)內(nèi)核。

二.xen的安裝及Dom0的配置

1.配置xen的yum源

# vim /etc/yum.repos.d/xen4.repo
[xen4]
name=Xen4 For CentOS6
baseurl=ftp://172.16.0.1/pub/Sources/6.x86_64/xen4centos/x86_64/
gpgcheck=0
進(jìn)行清理yum緩存操作
# yum clean all

2.安裝xen-4.2.5版本的軟件，更新內(nèi)核版本到3.7.10

# yum install -y xen-4.2.5 xen-libs-4.2.5 xen-runtime-4.2.5 kernel-xen

3.配置grub.conf配置文件
將xen設(shè)置為內(nèi)核啟動(dòng)，而將CentOS的內(nèi)核設(shè)置為Xen虛擬化平臺(tái)的一個(gè)模塊；

# vim /etc/grub.conf 
default=0
timeout=5
splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz
hiddenmenu
title CentOS (3.7.10-1.el6xen.x86_64)
  root (hd0,0)
  kernel /xen.gz dom0_mem=1024M,max:1024M dom0_max_vcpus=1 dom0_vcpus_pin
cpufreq=xen
  module /vmlinuz-3.7.10-1.el6xen.x86_64 ro root=/dev/mapper/vg0-root rd_NO_LUKS rd_NO_DM LANG=en_US.UTF-8 rd_LVM_LV=vg0/swap rd_NO_MD SYSFONT=latarcyrheb-sun16 crashkernel=auto rd_LVM_LV=vg0/root KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us rhgb crashkernel=auto quiet rhgb quiet
  module /initramfs-3.7.10-1.el6xen.x86_64.img
title CentOS 6 (2.6.32-504.el6.x86_64)
  root (hd0,0)
  kernel /vmlinuz-2.6.32-504.el6.x86_64 ro root=/dev/mapper/vg0-root rd_NO_LUKS rd_NO_DM LANG=en_US.UTF-8 rd_LVM_LV=vg0/swap rd_NO_MD SYSFONT=latarcyrheb-sun16 crashkernel=auto rd_LVM_LV=vg0/root KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us rhgb crashkernel=auto quiet rhgb quiet
  initrd /initramfs-2.6.32-504.el6.x86_64.img

配置完成后重新啟動(dòng)Linux系統(tǒng)，啟動(dòng)完成后自動(dòng)進(jìn)入了Xen的Dom0環(huán)境：
查看內(nèi)核版本，已經(jīng)升級(jí)到3.7.10：

復(fù)制代碼代碼如下:

# uname -r

3.7.10-1.el6xen.x86_64

查看xen的xend服務(wù)開機(jī)啟動(dòng)項(xiàng)：

復(fù)制代碼代碼如下:

# chkconfig --list xend

xend            0:off   1:off   2:off   3:on    4:on    5:on    6:off

4.啟動(dòng)xend服務(wù)

復(fù)制代碼代碼如下:

# service xend start

可以查看一下現(xiàn)在運(yùn)行的虛擬機(jī)：

復(fù)制代碼代碼如下:

# xm list

Name                                        ID   Mem VCPUs      State   Time(s)

Domain-0                                     0  1024     1     r-----     21.9

三.xen虛擬機(jī)的安裝和配置

上面安裝好Dom0D虛擬機(jī)后，下面我們就可以在其之上配置安裝DomU虛擬機(jī)了。

DomU虛擬機(jī)的安裝問題思考：

1）.DomU虛擬機(jī)的內(nèi)核文件存放位置。

我們是在Dom0上構(gòu)建DomU虛擬機(jī)，所以我們的內(nèi)核文件存放在Dom0上；
第二種方式就是我們將內(nèi)核文件存放在DomU虛擬機(jī)的虛擬磁盤中；

2）.DomU虛擬機(jī)的創(chuàng)建：

內(nèi)核kernel，ramdisk都由Dom0提供，而DomU只提供用戶空間；
由于Dom0虛擬機(jī)有完整的用戶空間，我們可以將其復(fù)制進(jìn)DomU虛擬機(jī)上使用；

1.簡單DomU虛擬機(jī)構(gòu)建
內(nèi)核kernel和ramdisk都由Dom0提供，使用busybox為DomU虛擬機(jī)提供簡單的用戶空間；
1）.模擬創(chuàng)建虛擬機(jī)磁盤設(shè)備，構(gòu)建本地環(huán)回文件：

創(chuàng)建虛擬磁盤存放目錄：
# mkdir /xen/images -pv
進(jìn)入目錄后創(chuàng)建虛擬機(jī)磁盤設(shè)備：
# cd /xen/images/
# dd if=/dev/zero of=./busybox.img bs=1M oflag=direct seek=2047 count=1
查看設(shè)備大小，可以發(fā)現(xiàn)實(shí)際大小才1MB：
# ll -h
total 1.0M
-rw-r--r-- 1 root root 2.0G Feb 6 20:15 busybox.img

2）.格式化虛擬磁盤設(shè)備

# mke2fs -t ext4 /xen/images/busybox.img 
mke2fs 1.41.12 (17-May-2010)
/xen/images/busybox.img is not a block special device.
Proceed anyway? (y,n) y #選擇y
信息略...
掛載磁盤設(shè)備，等待后續(xù)操作：
# mount -o loop /xen/images/busybox.img /mnt

3）.編譯安裝busybox為DomU虛擬機(jī)提供用戶空間

編譯環(huán)境需要開發(fā)包組支持：
# yum groupinstall -y Development tools 
# yum install -y ncurses-devel glibc-static

獲取busybox軟件：
busybox-1.22.1.tar.bz2
編譯安裝busybox：
# tar xf busybox-1.22.1.tar.bz2 
# cd busybox-1.22.1
# make menuconfig

配置如下圖所示：
選擇“Busybox settings”：

選擇“Build options”選項(xiàng)：

以靜態(tài)二進(jìn)制創(chuàng)建busybox，不共享庫文件：

配置完成后點(diǎn)擊exit，退出后點(diǎn)擊yes保存：

設(shè)置完成后進(jìn)行編譯和安裝：

# make && make install

編譯安裝busybox完成后在這個(gè)目錄會(huì)生成安裝好的文件_install目錄，我們將_install目錄拷貝到掛載的虛擬磁盤中：

# cp -a _install/* /mnt
# cd /mnt
# ls
bin linuxrc lost+found sbin usr
# rm -rf linuxrc 
# mkdir dev proc sys lib/modules etc/rc.d boot mnt media opt misc -pv

至此，虛擬磁盤就構(gòu)建完成了。

4）.構(gòu)建DomU虛擬機(jī)

創(chuàng)建虛擬機(jī)配置文件：
# cd /etc/xen
# vim busybox
kernel = "/boot/vmlinuz-2.6.32-504.el6.x86_64"
ramdisk = "/boot/initramfs-2.6.32-504.el6.x86_64.img"
name = "busybox"
memory = "512"
vcpus = 1
disk = ['file:/xen/images/busybox.img,xvda,w',]
root = "/dev/xvda ro"
extra = "selinux=0 init=/bin/sh"

下面進(jìn)行初始化創(chuàng)建虛擬機(jī)：

# xm create -c /etc/xen/busybox 
Using config file "/etc/xen/busybox".
Started domain busybox (id=2)
        Initializing cgroup subsys cpuset
Initializing cgroup subsys cpu
Linux version 2.6.32-504.el6.x86_64 (mockbuild@c6b9.bsys.dev.centos.org) (gcc version 4.4.7 20120313 (Red Hat 4.4.7-11) (GCC) ) #1 SMP Wed Oct 15 04:27:16 UTC 2014
Command line: root=/dev/xvda ro selinux=0 init=/bin/sh
信息略......
device-mapper: ioctl: 4.27.0-ioctl (2013-10-30) initialised: dm-devel@redhat.com
udev: starting version 147
dracut: Starting plymouth daemon
xlblk_init: register_blkdev major: 202 
blkfront: xvda: barriers disabled
 xvda: unknown partition table
EXT4-fs (xvda): mounted filesystem with ordered data mode. Opts: 
dracut: Mounted root filesystem /dev/xvda
dracut: Switching root
/bin/sh: can't access tty; job control turned off
/ # ls
bin   dev   lib   media  mnt   proc  sys
boot  etc   lost+found misc  opt   sbin  usr

5）.切換虛擬終端查看虛擬機(jī)狀態(tài)

# xm list
Name          ID Mem VCPUs  State Time(s)
Domain-0          0 1024  1  r----- 197.9
busybox          2 512  1  -b----  1.4

其ID號(hào)會(huì)在關(guān)機(jī)啟動(dòng)后自動(dòng)增長，我們來測試一下：

關(guān)閉虛擬機(jī)：
# xm destroy busybox
啟動(dòng)虛擬機(jī)：
# xm create -c busybox 
然后查看虛擬機(jī)列表的信息，可以發(fā)現(xiàn)ID號(hào)自動(dòng)增長：
# xm list
Name          ID Mem VCPUs  State Time(s)
Domain-0          0 1024  1  r----- 201.4
busybox          3 512  1  -b----  1.2

其中State狀態(tài)信息中的選項(xiàng)詳解：

r：running，虛擬機(jī)處于運(yùn)行態(tài)
b：blocked，被阻塞，當(dāng)前虛擬機(jī)等待任務(wù)完成；
p：pause，暫停態(tài)，當(dāng)前虛擬機(jī)暫停在內(nèi)存中；
恢復(fù)使用unpause：如#xm unpause linux
s：shutdown，正處于關(guān)閉過程中，正在關(guān)機(jī)狀態(tài)
c：crashed，正處于崩潰過程/崩潰后重啟過程中；
d：dying，正處于關(guān)機(jī)過程中；

Time（s）：表示域累計(jì)占用的CPU的時(shí)長

6）.虛擬機(jī)加入網(wǎng)卡設(shè)備
需要先給Dom0設(shè)置橋設(shè)備，方便DomU橋接到Dom0上；

添加網(wǎng)卡橋設(shè)備文件：
# cd /etc/sysconfig/network-scripts/
# cp ifcfg-eth0 ifcfg-xenbr0
配置橋接設(shè)備：
# vim ifcfg-xenbr0 
DEVICE="xenbr0"
BOOTPROTO="static"
NM_CONTROLLED="no"
ONBOOT="yes"
TYPE="Bridge"
IPADDR=172.16.31.1
NETMASK=255.255.0.0
GATEWAY=172.16.0.1
配置網(wǎng)卡設(shè)備：
# vim ifcfg-eth0 
DEVICE="eth0"
BOOTPROTO="static"
HWADDR="08:00:27:16:D9:AA"
NM_CONTROLLED="no"
ONBOOT="yes"
BRIDGE="xenbr0"
TYPE="Ethernet"
USERCTL="no"
配置橋接模式需要將NetworkManager服務(wù)關(guān)閉：
#chkconfig NetworkManager off
#service NetworkManager stop
配置完成后重啟網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：
#service network restart

如圖所示：

登錄終端查看橋接狀態(tài)：

# ifconfig
eth0  Link encap:Ethernet HWaddr 08:00:27:16:D9:AA 
   inet6 addr: fe80::a00:27ff:fe16:d9aa/64 Scope:Link
   UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1
   RX packets:37217 errors:0 dropped:7 overruns:0 frame:0
   TX packets:4541 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
   collisions:0 txqueuelen:1000 
   RX bytes:7641467 (7.2 MiB) TX bytes:773075 (754.9 KiB)
lo  Link encap:Local Loopback 
   inet addr:127.0.0.1 Mask:255.0.0.0
   inet6 addr: ::1/128 Scope:Host
   UP LOOPBACK RUNNING MTU:65536 Metric:1
   RX packets:12 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
   TX packets:12 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
   collisions:0 txqueuelen:0 
   RX bytes:1032 (1.0 KiB) TX bytes:1032 (1.0 KiB)
xenbr0 Link encap:Ethernet HWaddr 08:00:27:16:D9:AA 
   inet addr:172.16.31.1 Bcast:172.16.255.255 Mask:255.255.0.0
   inet6 addr: fe80::a00:27ff:fe16:d9aa/64 Scope:Link
   UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1
   RX packets:1211 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
   TX packets:90 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
   collisions:0 txqueuelen:0 
   RX bytes:116868 (114.1 KiB) TX bytes:15418 (15.0 KiB)

7）.將busybox虛擬機(jī)關(guān)聯(lián)到這個(gè)橋接設(shè)備上

需要配置虛擬機(jī)配置文件沒加入橋設(shè)備名稱：
# vim /etc/xen/busybox 
kernel = "/boot/vmlinuz-2.6.32-504.el6.x86_64"
ramdisk = "/boot/initramfs-2.6.32-504.el6.x86_64.img"
name = "busybox"
memory = "512"
vcpus = 1
disk = ['file:/xen/images/busybox.img,xvda,w',]
root = "/dev/xvda ro"
extra = "selinux=0 init=/bin/sh"
vif = ['bridge=xenbr0',]

如果希望busybox這個(gè)用戶空間能夠設(shè)置網(wǎng)卡，我們還需要加載xen-netfront.ko進(jìn)入虛擬機(jī)磁盤的指定目錄：

# xm destroy busybox
# mount -o loop /xen/images/busybox.img /mnt
# ls /mnt
bin dev lib   media mnt proc sys
boot etc lost+found misc opt sbin usr
我們將Dom0中的xen-netfront.ko模塊復(fù)制進(jìn)虛擬機(jī)磁盤的lib/modules/目錄中：
# cd /lib/modules/2.6.32-504.el6.x86_64/kernel/drivers/net/
需要查看模塊依賴關(guān)系：
# modinfo xen-netfront.ko 
filename:  xen-netfront.ko
alias:   xennet
alias:   xen:vif
license:  GPL
description: Xen virtual network device frontend
srcversion:  5C6FC78BC365D9AF8135201
depends:  
vermagic:  2.6.32-504.el6.x86_64 SMP mod_unload modversions 
可以發(fā)現(xiàn)無依賴關(guān)系，我們可以直接使用：
# cp xen-netfront.ko /mnt/lib/modules/

復(fù)制完成后卸載虛擬機(jī)磁盤：
# umount /mnt

啟動(dòng)busybox這個(gè)虛擬機(jī)：

# xm create -c busybox
信息略......
/ # ifconfig -a
lo  Link encap:Local Loopback 
   LOOPBACK MTU:65536 Metric:1
   RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
   TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
   collisions:0 txqueuelen:0 
   RX bytes:0 (0.0 B) TX bytes:0 (0.0 B)
#發(fā)現(xiàn)只存在lo環(huán)回設(shè)備，我們還未加載xen-netfront模塊，我們加入網(wǎng)卡模塊；
/ # insmod /lib/modules/xen-netfront.ko
Initialising Xen virtual ethernet driver.
#再次查看所有網(wǎng)卡設(shè)備，可以發(fā)現(xiàn)網(wǎng)卡設(shè)備；
/ # ifconfig -a
eth0  Link encap:Ethernet HWaddr 00:16:3E:72:18:9B 
   BROADCAST MULTICAST MTU:1500 Metric:1
   RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
   TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
   collisions:0 txqueuelen:1000 
   RX bytes:0 (0.0 B) TX bytes:0 (0.0 B)
   Interrupt:247 
lo  Link encap:Local Loopback 
   LOOPBACK MTU:65536 Metric:1
   RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
   TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
   collisions:0 txqueuelen:0 
   RX bytes:0 (0.0 B) TX bytes:0 (0.0 B)
#設(shè)置IP地址；
/ # ifconfig eth0 172.16.31.100 up
/ # ifconfig
eth0  Link encap:Ethernet HWaddr 00:16:3E:72:18:9B 
   inet addr:172.16.31.100 Bcast:172.16.255.255 Mask:255.255.0.0
   UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1
   RX packets:137 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
   TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
   collisions:0 txqueuelen:1000 
   RX bytes:10127 (9.8 KiB) TX bytes:0 (0.0 B)
   Interrupt:247 
#我們來進(jìn)行ping測試；
/ # ping 172.16.31.1 -c 2
PING 172.16.31.1 (172.16.31.1): 56 data bytes
64 bytes from 172.16.31.1: seq=0 ttl=64 time=2.955 ms
64 bytes from 172.16.31.1: seq=1 ttl=64 time=0.605 ms
--- 172.16.31.1 ping statistics ---
2 packets transmitted, 2 packets received, 0% packet loss
round-trip min/avg/max = 0.605/1.780/2.955 ms

至此，一個(gè)簡單的虛擬機(jī)的創(chuàng)建就完成了。

四.實(shí)現(xiàn)Xen部署CentOS 6.6系統(tǒng)

1.先關(guān)閉我們先前創(chuàng)建的busybox虛擬機(jī)
# xm destroy busybox

我們部署安裝CentOS 6.6系統(tǒng)，其內(nèi)核kernel和ramdisk文件由光盤文件提供，選擇光盤中isolinux目錄下的vmlinuz和initrd.img文件即可；

# ll -h
total 38M
-rw-r--r-- 1 root root 34M Oct 24 22:12 initrd.img
-rw-r--r-- 1 root root 4.0M Oct 24 22:12 vmlinuz

2.創(chuàng)建虛擬機(jī)配置文件

# cd /etc/xen/
# cp busybox centos6
# vim centos6 
kernel = "/tmp/vmlinuz"
ramdisk = "/tmp/initrd.img"
name = "CentOS6"
memory = "512"
vcpus = 1
disk = ['file:/xen/images/centos6.img,xvda,w',]
root = "/dev/xvda ro"
vif = ['bridge=xenbr0',]

3.創(chuàng)建虛擬機(jī)系統(tǒng)的磁盤IO設(shè)備文件

# cd /xen/images/
# qemu-img-xen create -f qcow2 -o preallocation=metadata centos6.img 120G
Formatting 'centos6.img', fmt=qcow2 size=128849018880 encryption=off cluster_size=65536 preallocation='metadata' 
# ll -h
total 119M
-rw-r--r-- 1 root root 2.0G Feb 6 16:01 busybox.img
-rw-r--r-- 1 root root 121G Feb 6 16:34 centos6.img

4.由于我是在虛擬機(jī)上構(gòu)建Xen虛擬化，需要提供一個(gè)能夠能夠安裝CentOS系統(tǒng)的環(huán)境，我選擇的是http服務(wù)提供系統(tǒng)ISO存放，在安裝系統(tǒng)時(shí)通過URL安裝；

掛載CentOS6.6系統(tǒng)的光盤：
# mkdir /var/www/html/centos
# mount -t iso9660 /dev/sr0 /var/www/html/centos
啟動(dòng)默認(rèn)的httpd服務(wù)：
# service httpd start

訪問測試如圖：