Iniciacion a la virtualizacion Linux KVM

Primero una breve introducción a la virtualización:

Virtualización se refiere a la abstracción de los recursos de una computadora, llamada Hypervisor o VMM (Virtual Machine Monitor) que crea una capa de abstracción entre el hardware de la máquina física (host) y el sistema operativo de la máquina virtual (virtual machine, guest), siendo un medio para crear una versión virtual de un dispositivo o recurso, como un servidor, un dispositivo de almacenamiento, una red o incluso un sistema operativo, donde se divide el recurso en uno o más entornos de ejecución.

Básicamente podemos considerar 3 tipos de virtualización: emulación, virtualización completa (Full Virtualization) y paravirtualización:

• Emulación:
  
  La emulación se basa en crear máquinas virtuales que emulan el hardware de una o varias plataformas hardware distintas. Este tipo de virtualización es la más costosa y la menos eficiente, ya que obliga a simular completamente el comportamiento de la plataforma hardware a emular e implica también que cada instrucción que se ejecute en estas plataformas sea traducida al hardware real.
  Sin embargo la emulación tiene características interesantes, como poder ejecutar un sistema operativo diseñado para una plataforma concreta sobre otra plataforma, sin tener que modificarlo, o en el desarrollo de firmware para dispositivos hardware, donde se pueden comenzar estos desarrollos sin tener que esperar a tener disponible el hardware real.
  Uno de los ejemplos más destacados de la actualidad es QEMU. QEMU, entre otras cosas, permite emular diferentes plataformas Hardware como x86, x86-64, PowerPC, SPARC o MIPS. Así pues, podríamos tener dentro de un servidor linux varios equipos x86 o PowerPC, corriendo diferentes versiones de Linux.
• Virtualización completa:
  
  Con este término se denominan aquellas soluciones que permiten ejecutar sistemas operativos huesped (Guest), sin tener que modificarlos, sobre un sistema anfitrión (Host), utilizando en medio un Hypervisor o Virtual Machine Monitor que permite compartir el hardware real. Esta capa intermedia es la encargada de monitorizar los sistemas huesped con el fin de capturar determinadas instrucciones protegidas de acceso al hardware, que no pueden realizar de forma nativa al no tener acceso directo a él.
  Su principal ventaja es que los sistemas operativos pueden ejecutarse sin ninguna modificación sobre la plataforma, aunque como inconveniente frente a la emulación, el sistema operativo debe estar soportado en la arquitectura virtualizada.
  En lo que respecta al rendimiento, éste es significativamente mayor que en la emulación, pero menor que en una plataforma nativa, debido a la monitorización y la mediación del hypervisor. Sin embargo, recientes incorporaciones técnicas en las plataformas x86 hechas por Intel y AMD, como son Intel VT y AMD-V, han permitido que soluciones basadas en la virtualización completa se acerquen prácticamente al rendimiento nativo.
  Un par de ejemplos significativos son VMware y KVM.
  
  Hay que tener en cuenta también que la virtualización completa no se refiere a todo el conjunto de hardware disponible en un equipo, sino a sus componentes principales, básicamente el procesador y memoria. De esta forma, otros periféricos como tarjetas gráficas, de red o de sonido, no se virtualizan. Las máquinas huesped no disponen de los mismos dispositivos que el anfitrión, sino de otros virtuales genéricos. Por ejemplo, si se dispone de una tarjeta nVidia GeForce en el anfitrión, los equipos huesped no verán esta tarjeta sino una genérica Cirrus.
• Paravirtualización:
  La paravirtualización surgió como una forma de mejorar la eficiencia de las máquinas virtuales y acercarlo al rendimiento nativo. Para ello se basa en que los sistemas virtualizados (huesped) deben estar basados en sistemas operativos especialmente modificados para ejecutarse sobre un Hypervisor. De esta forma no es necesario que éste monitorice todas las instrucciones, sino que los sistemas operativos huesped y anfitrión colaboran en la tarea. Uno de los componentes más destacados de esta familia es XEN, el cual fue mi principal candidato durante bastante tiempo. Permite paravirtualización utilizando sistemas operativos modificados, y virtualización completa sobre procesadores con tecnología Intel-VT o AMD-V. Para la gestión de las máquinas virtuales existen aplicaciones propietarias e incluso alguna open-source como ConVirt, que permite gestionar también desde un único sitio las máquinas virtuales de diferentes servidores, realizar tareas sobre ellas, o modificar sus configuraciones.
  Cabría destacar otro tipo de productos para virtualizar que son aplicaciones de escritorio para virtualizar (OS level Virtualization), como Vmware-player y VirtualBox. Estos tipos de virtualización están muy bien para virtualizar Sistemas Operativos en nuestro escritorio y hacer pruebas puntuales pero no para estar siempre ejecutándose. Ya que son programas que requieren tener las X (Desktop), comparten los recursos del Host y no están indicados para ser ejecutados con un servicio o demonio del sistema en un servidor y su rendimiento es menor.

Características de KVM
Como he explicado en uno de los puntos anteriores, KVM es uno de los productos que en estos momentos ofrece virtualización completa, permitiendo a priori ejecutar, como huesped, cualquier sistema operativo para plataformas x86 sin tener que haberlo modificado previamente. Para ello se basa en las nuevas instrucciones Intel-VT y AMD-V, por lo que será necesario disponer de un equipo con un procesador que las soporte para poder utilizarlo.
Sin embargo, esto es algo que también permite XEN, entonces, ¿qué ventaje tiene KVM?. Pues la principal ventaja es que viene incluido como un módulo del kernel desde la versión 2.6.20 de Linux, por lo que no es necesario instalar ningún software específico. Si se dispone de una máquina con el procesador adecuado y se instala un linux basado en este kernel, se dispondrán automáticamente de los servicios de virtualización. Es de esperar por tanto, que esta tecnología evolucione bastante rápido y que aparezcan herramientas que permitan sacarle más provecho.
El funcionamiento de KVM se basa en que el módulo introduce un nuevo modo de ejecución aparte de los habituales kernel y user mode, con el nombre “guest mode”. Este modo se utiliza para ejecutar todo el código de los huesped que no sea de entrada/salida (I/O), mientras que el modo “user mode” se utiliza para la I/O de los huesped.
Como nota final, KVM utiliza también QEMU para realizar la virtualización, pero no como emulación, sino únicamente como herramienta para realizar la carga de las máquinas virtuales.

Gracias a Gonzalo Marcote

Virtualización con Ubuntu y KVM

Para un desarrollador o administrador de sistemas, la virtualización puede ser muy útil:

• puedes desarrollar aplicaciones o probar aplicaciones en hardware que realmente no existe
• puedes aislar aplicaciones para estudiarlas con detenimiento
• facilitar el proceso de actualizaciones
• facilitar la implementación de recuperación de desastres o continuidad de negocio
• aislar a los usuarios para que no anden jugando con el sistema
• asignación de más hardware o nuevo hardware a un sistema operativo
• ejecución de aplicaciones antiguas

En los entornos Linux encontramos virtualización de software cerrado como puede ser Parallels o VMWare así como alternativas de software libre como openVZ, Xen, UML, qemu.

KVM realmente es un acelerador de qemu y no un software de virtualización, tal y como dicen en su web:

KVM ha sido desarrollado por una empresa de Israel llamada Qumranet. KVM presenta una serie de ventajas (creo yo) frente a Xen (que tanto de moda está ahora):

• es un módulo del kernel, luego no tienes que arrancar kernels especiales ni aplicar parches
• está aceptado en el kernel desde la versión 6.20
• no es necesario modificar el kernel del sistema operativo que vas a ejecutar dentro de la máquina virtual
• soporta tecnología NUMA por lo que la escalabilidad es casi “infinita“
• tiene muy pocas líneas de código
• utiliza el scheduler y gestor de memoria propio del kernel

Claro está, tiene sus inconvenientes

• necesitas tener un procesador con soporte para virtualización por hardware, como son los procesadores con tecnología AMD-V e Intel-VT
• no tiene el soport ni el número de seguidores que tiene Xen
• no tiene el apoyo económico que tiene Xen: Red Hat, Novell, Citrix
• no tiene el apoyo tecnológico que tiene Xen: Red Hat, Novell, Citrix
• no tiene interfaces gráficas bonitas y sencillas de usar para configurar y administrarlo

He puesto esta última línea en inconvenientes ya que hoy en día se considera que algo sin interfaz gráfica es difícil de instalar y gestionar. Yo creo que no es así ya que para instalar kvm necesitas los siguientes paquetes (openSUSE 10.3):

• qemu
• kvm
• kvm-kmp- (puedes tener un kernel “default”, “SMP”, …, en mi caso es kvm-kmp-default)

Como se puede ver, son muy pocos. Existe una interfaz gráfica que se llama qtemu, pero es una inerfaz gráfica para Qemu, no para KVM.

Pasos preliminares
Primero para comprobar que nuestra máquina soporta virtualización ejecutamos el siguiente comando:

# kvm-ok
INFO: Your CPU supports KVM extensions
INFO: /dev/kvm exists
KVM acceleration can be used

Si no soporta virtualización saldría:
INFO: Your CPU does not support KVM extensions
KVM acceleration can NOT be used
También lo podemos comprobar ejecutando:

# egrep '(vmx|svm)' --color=always /proc/cpuinfo

Hay que usar un Host 64 bits siempre que sea posible, ya que en uno de 32 bits estaremos limitados a poner un máximo de 2Gb de RAM por máquina virtual (limite en 64 bits?) y un host 64 bits puede albergar guests 64 y 32 bits, mientras que un un host 32 bits, solo puede albergar máquinas virtuales de 32 bits.
Para comprobar que tenemos un procesador 64 bits, ejecutamos:

# grep ' lm ' /proc/cpuinfo

Si no sale nada es que no tenemos un host 64 bits.
También hemos de comprobar que tenemos una distribución de 64 bits. Para ello ejecutamos:
dmesg | grep kvm
# uname -m

y nos ha de salir ‘x86_64′.
Si ves que te sale 386, i486, i586 o i686, es que estas ejecutando una distro con un kernel 32 bits.

Instalación
Para instalar KVM en Ubuntu lo podemos hacer seleccionándolo durante la instalación (Virt Host o algo así) o si ya tenemos instalado un servidor pelado instalamos este meta-paquete:

 
sudo apt-get install virt-manager virt-viewer

Que instala entre otros los paquetes ‘kvm libvirt-bin ubuntu-vm-builder bridge-utils’.
- kvm – es la solución de virtualización que se compone de una serie de módulos para el núcleo linux.Usa QEMU
- libvirt-bin – son unas herramientas para administrar kvm y libvirt.
- bridge-utils – sirve usar la red local con la red virtual
Podemos comprobar que todo ha ido bien ejecutando:

# virsh -c qemu:///system list

Y nos debe salir:

Id Name State
----------------------------------

NOTA:
Nos aseguramos que el usuario que va a crear y gestionar las VM’s sea incluido en el grupo libvirtd.
En Lucid por defecto lo hace si no, lo haríamos a mano:

# adduser $USER libvirtd

Configurar la red
Hay varias maneras de permitir acceder al interfaz de red físico del host desde las diferentes VM’s.
La forma predefinida es en modo ‘usermode’, el cual usa el protocolo SLIRP para acceder por NAT al la red (de esta forma las VM’s no pueden tener el mismo rango de red que el host).
La mejor forma es hacer un bridge. De esta forma la red de las diferentes VM’s pueden estar en el mismo rango de red que el Host.
Para ello instalamos las bridge-utils:

aptitude install bridge-utils

Y configuramos la red:

sudo gedit /etc/network/interfaces

# The loopback network interface
auto lo
iface lo inet loopback
auto br0
iface br0 inet static
address 192.168.1.3 # pon los datos que tengas tu
network 192.168.1.0
netmask 255.255.255.0
broadcast 192.168.1.255
gateway 192.168.1.1
bridge_ports eth0
bridge_fd 9
bridge_hello 2
bridge_maxage 12
bridge_stp off

Finalmente reiniciamos la red con un:

# /etc/init.d/networking restart

Y ya deberíamos ver un interfaz de red br0

Vayamos con un ejemplo y veremos que con 5 simples pasos (que incluso se puden copiar y pegar) nos funcionará a las mil y una maravillas ;)

1. Cargar módulo del kernel (dependiendo del procesador, cargaremos uno u otro módulo. En mi caso cargo el módulo kvm-amd y aque tengo un AMD). Este paso lo hacemos como root:
modprobe kvm-amd // modprobe kvm-intel
2. Como root, cambiamos el valor de /proc/sys/dev/rtc/max-user-freq para conseguir un mejor rendimiento:
echo 1024 > /proc/sys/dev/rtc/max-user-freq
3. Ahora, como usuario creamos la imagen o disco virtual que usaremos como destino de instalación de nuestra máquina virtual. Es aconsejable que el usuario pertenezca al grupo kvm.
qemu-img create hdd_drive.img -f qcow2 6G
4. Ahora empezamos la instalación del sistema operativo que se ejecutará en nuestra máquina virtual. Podemos usar una imagen iso o bien un CD/DVD. Pongo un ejemplo de cada uno por si queréis experimentar:
qemu-kvm -m 1024 -hda hdd_drive.img -cdrom /ruta/imagen.iso -boot d 

qemu-kvm -m 1024 -hda hdd_drive.img -cdrom /dev/cdrom -boot d

          kvm -boot d -cdrom /dev/cdrom   arranca la instalacion desde el CD

 
1. Una vez instalada la nueva máquina virtual, arrancamos el sistema recientemente instalado :)
qemu-kvm -no-acpi -m 1024 -hda hdd_drive.img

Qemu-KVM tiene actualmente una interfaz gráfica brillante: Virtual Machine Manager
(http://virt-manager.org/)

Para las distros basadas en Debian, #apt-get install virt-manager

Nota importante: instalar kvm bloquea VirtualBox con el siguiente mensaje:
Fallo al iniciar la máquina virtual VM01.
VirtualBox can’t operate in VMX root mode. Please disable the KVM kernel extension, recompile your kernel and reboot (VERR_VMX_IN_VMX_ROOT_MODE).
Si quieres correr VirtualBox en un sistema con KVM instalado, deberás ejecutar antes
# modprobe -r kvm-intel
# modprobe -r kvm-amd


Ya está, 5 simples pasos para tener una nueva máquina virtual corriendo en nuestro sistema.

Gracias a thrash