Xen使用详解

虚拟化 struggling 2393次浏览 0个评论
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1，虚拟化介绍

虚拟化是指计算机元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。虚拟化技术可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程。CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU并行，允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。

服务器虚拟化的实现有三个部分的实现，包括CPU虚拟化，内存虚拟化和IO虚拟化。

虚拟化的两种实现方式：

一，全虚拟化（native virtulization）

Type-I: 直接安装虚拟机管理器（基于硬件）

虚拟化软件代表：xen, vmware ESX/ESXi

特点：父分区（宿主机操作系统）的位置挪到了子分区（虚拟机操作系统）的旁边，宿主机操作系统和虚拟机操作系统是平级的，没有谁依附谁之上的关系。cpu和内存不做模拟，只需要对其分配和管理，要对I/O模拟。

I/O协议栈：虚拟机看到的所有设备不再都是虚拟出来的，有部分的硬件资源是真实的物理设备。

架构图：

全虚拟化

二，半虚拟化（para-virtualization）

Type-II: 二型需要安装系统（基于操作系统）

虚拟化软件代表：kvm, vmware workstation, virtualbox

特点：虚拟架构与底层架构完全要一致

I/O协议栈：Xen选择了可维护这条道路，它将所有的I/O操作放到了Linux guest里面，也就是所谓的domain-0里面。重用Linux来做I/O, Xen的维护者就不用重写整个I/O协议栈了。但不幸的是，这样就牺牲了性能：每一个中断都必需经过Xen的调度，才能切换到domain 0, 并且所有的东西都不得不经过一个附加层的映射。

架构图：

半虚拟化

三，Xen虚拟化方法

在Xen环境中，主要有两个组成部分。一个是虚拟机监控器（VMM），也叫hypervisor。Hypervisor层在硬件与虚拟机之间，是必须最先载入到硬件的第一层。Hypervisor载入后，就可以部署虚拟机了。在Xen中，虚拟机叫做“domain”。在这些虚拟机中，其中一个扮演着很重要的角色，就是domain0，具有很高的特权。通常，在任何虚拟机之前安装的操作系统才有这种特权。

Domain0要负责一些专门的工作。由于hypervisor中不包含任何与硬件对话的驱动，也没有与管理员对话的接口，这些驱动就由domain0来提供了。通过domain0，管理员可以利用一些Xen工具来创建其它虚拟机（Xen术语叫domainU）。这些domainU也叫无特权domain。这是因为在基于i386的CPU架构中，它们绝不会享有最高优先级，只有domain0才可以。

在domain0中，还会载入一个xend进程。这个进程会管理所有其它虚拟机，并提供这些虚拟机控制台的访问。在创建虚拟机时，管理员使用配置程序与domain0直接对话。（在本系列的第二部分，我们将探讨如何使用配置程序。）

从RHEL6版本开始，RedHat就不在原生支持Xen，改为投奔KVM的怀抱。尽管KVM号称支援HVM技术的全虚拟化，但KVM毕竟起步晚，远不如Xen技术成熟。所以在RHEL上安装Xen的方法只有两种，一种是自己下载源代码自行编译，但这种方法太耗费精力，所以忽略，另一中就是使用第三方软件源进行安装。本文使用Xen的官方源在CentOS6.6中进行安装。

Xen的工作模式有三种，最常用的就是半虚拟化：

pv: 半虚拟化（CPU，IO半虚拟化，性能非常好）；

fv: 依赖于CPU的HVM（完全虚拟化）；

pv on hvm: CPU完全虚拟化，但IO采用半虚拟化；

2，安装Xen

在安装Xen之前我们先检查一下CPU是否支持Xen虚拟化，如果看到输出中有pae，那么cpu就支持半虚拟化，如果输出中同时有pae和vmx/svm(注:vmx为intel,svm为amd)，那么cpu支持全虚拟化。需要说明的一点儿是，只有fully virtualized的才可以从iso文件、cd-ROM等为虚拟机安装操作系统，且可以安装windows系统，para virtualized只能从ftp/HTTP服务器安装，且不能安装windows系统（由于需需要修改内核参数）。以下使用CentOS6.6进行安装。

[root@Linux ~]# cat /proc/cpuinfo | grep flags
flags		: fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic sep mtrr pge mca cmov pat clflush mmx fxsr sse sse2 ht syscall nx rdtscp lm constant_tsc up rep_good unfair_spinlock pni ssse3 cx16 sse4_1 sse4_2 popcnt aes hypervisor lahf_lm

1，首先添加镜像源（注：只在将源指向Centos或163的Xen4的源就可以安装了）

[root@localhost ~]# cat /etc/yum.repos.d/xen.repo 
[xen]
name=xenserver
baseurl=http://mirrors.163.com/centos/6.7/xen4/x86_64/
gpgcheck=0

或者使用以下方法将Xen4CentOS资料库连接到你的机器来轻松完成。

[root@localhost ~]# yum install centos-release-xen

2，安装xen

[root@localhost ~]# yum -y install xen

xen安装

安装后会在/boot/grub/grub.conf中看到一个支持xen的新内核已经配置好，修改 default 的值默认启动 Xen 内核（default=0表示从第一个内核启动）。

3,修改引导文件

安装完xen后，查看/boot/grub/grub.conf应该会有这样的条目

[root@localhost ~]# cat /etc/grub.conf 
# grub.conf generated by anaconda
#
# Note that you do not have to rerun grub after making changes to this file
# NOTICE:  You have a /boot partition.  This means that
#          all kernel and initrd paths are relative to /boot/, eg.
#          root (hd0,0)
#          kernel /vmlinuz-version ro root=/dev/sda2
#          initrd /initrd-[generic-]version.img
#boot=/dev/sda
default=0
timeout=5
splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz
hiddenmenu
title CentOS (3.18.21-17.el6.x86_64)
	root (hd0,0)
	kernel /xen.gz dom0_mem=1024M,max:1024M cpuinfo com1=115200,8n1 console=com1,tty loglvl=all guest_loglvl=all
	module /vmlinuz-3.18.21-17.el6.x86_64 ro root=UUID=4297c241-b06c-44d6-be69-c9c214140d55 rd_NO_LUKS rd_NO_LVM LANG=en_US.UTF-8 rd_NO_MD SYSFONT=latarcyrheb-sun16 crashkernel=auto  KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us rd_NO_DM rhgb quiet
title CentOS 6 (2.6.32-504.el6.x86_64)
	root (hd0,0)
	kernel /vmlinuz-2.6.32-504.el6.x86_64 ro root=UUID=4297c241-b06c-44d6-be69-c9c214140d55 rd_NO_LUKS rd_NO_LVM LANG=en_US.UTF-8 rd_NO_MD SYSFONT=latarcyrheb-sun16 crashkernel=auto  KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us rd_NO_DM rhgb quiet
	initrd /initramfs-2.6.32-504.el6.x86_64.img

将安装完的内核以模块方式加载;引导xen.gz，dom0的内存分配1G： 

[root@localhost boot]# cat  grub/grub.conf
# grub.conf generated by anaconda
#
# Note that you do not have to rerun grub after making changes to this file
# NOTICE:  You have a /boot partition.  This means that
#          all kernel and initrd paths are relative to /boot/, eg.
#          root (hd0,0)
#          kernel /vmlinuz-version ro root=/dev/sda2
#          initrd /initrd-[generic-]version.img
#boot=/dev/sda
default=0
timeout=5
splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz
hiddenmenu
title CentOS (3.18.21-17.el6.x86_64)
	root (hd0,0)
	kernel /xen.gz dom0_mem=1024M,max:1024M cpuinfo com1=115200,8n1 console=com1,tty loglvl=all guest_loglvl=all
	module /vmlinuz-3.18.21-17.el6.x86_64 ro root=UUID=4297c241-b06c-44d6-be69-c9c214140d55 rd_NO_LUKS rd_NO_LVM LANG=en_US.UTF-8 rd_NO_MD SYSFONT=latarcyrheb-sun16 crashkernel=auto  KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us rd_NO_DM rhgb quiet
	module /initramfs-3.18.21-17.el6.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=UUID=4297c241-b06c-44d6-be69-c9c214140d55 rd_NO_LUKS rd_NO_LVM LANG=en_US.UTF-8 rd_NO_MD SYSFONT=latarcyrheb-sun16 crashkernel=auto  KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us rd_NO_DM rhgb quiet
	initrd /initramfs-2.6.32-504.el6.x86_64.img

4，重启系统并查看内核

[root@localhost boot]# uname -r
3.18.21-17.el6.x86_64

5，配置网卡为桥接模式

我们使用 Xen 虚拟机的时候一般都是用桥接（bridging）的方式把虚拟机（domU）直接暴露在网络上，就像网络上单独的一台服务器一样，这种方式简单好用，不用在 dom0 做任何的端口转发也不用任何 iptable 规则。不过除了 bridging 以外，Xen 还支持 routing 和 NAT 的方式配置虚拟机网络。

注：创建网桥之前必须关闭NetworkManager

    [root@localhost ~]# service NetworkManager stop
    [root@localhost ~]# brctl addbr br1   #添加一个桥
    [root@localhost ~]# brctl stp br1 on    #STP生成树协议，避免出现环路
    [root@localhost ~]# ifconfig eth1 0 up    #先卸掉eth0的地址
    [root@localhost ~]# brctl addif br1 eth1    #在br0上添加eth0
    [root@localhost ~]# ifconfig br1 192.168.1.107/16 up    #给br0配置地址
    [root@localhost ~]# route add default gw 192.168.1.1    #添加网关

以上方法只是进行临时配置，要永久保存需要修改配置文件：

[root@localhost network-scripts]# cp ifcfg-eth1 ifcfg-br1
[root@localhost network-scripts]# cat ifcfg-br1    #修改br1文件中type为Bridge，删掉MAc地址
DEVICE=br1
BOOTPROTO=dhcp
IPV6INIT="yes"
NM_CONTROLLED="yes"
ONBOOT="yes"
TYPE=Bridge
[root@localhost network-scripts]# cat ifcfg-eth1   #在eth1中添加BRIDGE=br1
DEVICE=eth1
BOOTPROTO=dhcp
IPV6INIT="yes"
NM_CONTROLLED="yes"
ONBOOT="yes"
TYPE="Ethernet"
BRIDGE=br1
[root@localhost network-scripts]# service network restart  #重启网络服务

配置完成如下所示：

网卡

6，xen管理工具介绍

xen的工具栈有：xm/xend, xl, xapi/xe，xm需要依赖xend服务，属于比较老的一种工具。XL在Xen 4.1中作为默认的管理工具，凡是使用xen的版本等于或高于4.1，强烈推荐使用XL这个工具。xl具有和xm几乎完全一致的使用方法，完全兼容。xl主要基于libxl这个库来实现的。XAPI即Xen管理API(The Xen management API)，它是Citrix XenServer和XCP默认使用的工具栈。目前，其移植向libxenlight的工作正进行中。XAPI是目前功能最通用且功能最完备的Xen工具栈，CloudStack、OpenNebula和OpenStack等云计算解决方案都基于此API管理Xen虚拟机。

还可以使用libvirt来进行管理，libvirt是一个通用工具栈，能直接管理xen，kvm和quem，安装libvirt，安装后会自动创建一个virbr0桥，相当于vmware的hostonly，所以不会与外部主机通信是一个仅主机接口，libvirt既能使用图形化来管理虚拟主机，也能使用命令行进行虚拟主机的配置。

[root@localhost vm1]# yum install libvirt -y   #安装libvirt
[root@localhost vm1]# service libvirtd  start 
[root@localhost vm1]# virt-manager &  #以此使用图形化工具来创建
[root@localhost vm1]# virt-install -n "centos6.5" -r 512 --vcpus=2 -l http://222.24.51.147/cobbler/centos6.4 --disk path=/xen/vm1/centos.6.5.qcow --network bridge=br0 --force   #使用命令行进行配置   
        
virt-install 的选项：
# -n ：虚拟机名称，配置文件位于/etc/xen下
# -r ：分配的内存大小，至少需要256才能夠執行，单位为M
# --vcpus ： 分配多少个cpu
# -f ：后面接磁盘文件
# --nographics ：不使用图形化安装；
# --vnc ：使用VNC安装(需先安装virt-viewer)
# -p : 半虚拟化
# -s : 虚拟机的硬盘空间，单位为G
# -l ：安装源
# -x ：其它选项

xen pv模式（半虚拟化）创建过程：

硬件 –> 安装Linux –> 安装xen –> 修改grub，配置其内核为xen，而不再使用原Linux的内核（Linux的内核和initramfs文件被当作xen的模块）–> 重新编译Linux内核，使得其能够运行于Dom0 （（即能运行在半虚拟化下的内核））–> 重启系统；

创建DomU: 在Dom0使用工具创建虚拟机（xm/xl）–>启动虚拟机–>安装操作系统；

[root@localhost ~]# xl list
Name                                        ID   Mem VCPUs      State   Time(s)
Domain-0                                     0  1024     1     r-----     46.5


#name:每一个域的独有名称
#ID:每一个域的身份标识
#Mem:分配的内存空间大小
#Vcpus:虚拟CPU的颗数
#State:Xen虚拟机的状态
#Time:占用CPU真正运行的时长

[root@localhost ~]# xl info  #显示主机当前信息

xl常用子命令介绍：
xl list - 列出所有虚拟机
xl console - 连接到指定域的控制台，按 ctrl + ] 键切换出来
xl create -c /path/to/config - 根据配置文件创建虚拟机实例（默认的配置文件在/etc/xen下）, -c 表示启动一个虚拟机，启动后会默认进入此虚拟机的控制台
xl shutdown - 属于正常关闭一个实例
xl destroy - 关闭一个实例 
xl migrate - 将某一域迁移到其它机器上
xl reboot - 重启某一个domain
xl restore - 还原某一个己建立的快照 
xl save - 为某一个域建立一个快照 
xl start - 启动一个xend管理的实例 
xl top - 实时监控虚拟机的运行状态 
xl help - 帮助

7，创建一个最小化的虚拟机

（1）创建磁盘

[root@localhost xen]# qemu-img create -f qcow2 -o size=12G,preallocation=metadata /images/xen/busybox1.qcow2
[root@localhost xen]# ls -lh   #创建的磁盘映像文件
total 2.1M
-rw-r--r--. 1 root root 13G Jan 19 12:09 busybox1.qcow2

[root@localhost xen]# qemu-img info  /images/xen/busybox1.qcow2 
image: /images/xen/busybox1.qcow2 
file format: qcow2
virtual size: 12G (12884901888 bytes)
disk size: 2.0M
cluster_size: 65536

（2）格式化

[root@xen xen]# mke2fs -t ext4 busybox1.qcow2

（3）挂载

[root@xen xen]# mount -o loop /images/xen/busybox1.qcow2 /mnt/

（4）安装busybox

[root@localhost ~]# wget -c https://busybox.net/downloads/busybox-1.23.2.tar.bz2    #下载busybox
[root@localhost ~]# tar xf busybox-1.23.2.tar.bz2 
[root@localhost ~]# cd busybox-1.23.2
[root@localhost busybox-1.23.2]# yum -y groupinstall "Development Tools" "Server Platform Development"
[root@localhost busybox-1.23.2]# yum -y install glibc-static  #安装glibc-static 将busybox编译成静态文件
[root@localhost busybox-1.23.2]# make menuconfig  
1)选择busybox settings
2）选择build options
3）勾选第一项，保存退出
[root@localhost busybox-1.23.2]# make -j    #编译
[root@localhost busybox-1.23.2]#make install
[root@localhost busybox-1.23.2]# cp -a _install/* /mnt/   #复制install到mnt目录，并创建linux必须的一些目录
[root@localhost busybox-1.23.2]# cd /mnt/
[root@xen mnt]# mkdir proc sys dev etc var boot home

（5）测试是否可以访问目标系统

[root@xen /]# chroot /mnt/ /bin/sh
/ # ls
bin         dev         home        lost+found  sbin        usr
boot        etc         linuxrc     proc        sys         var
/ #

（6）设置xen启动配置文件

[root@localhost ~]# cp /boot/vmlinuz-2.6.32-504.el6.x86_64 /tmp/vmlinuz     #创建内核文件
[root@localhost ~]# cp  /boot/initramfs-2.6.32-504.el6.x86_64.img /tmp/initramfs
[root@localhost ~]# cd /etc/xen/
[root@localhost xen]# cat busybox | grep -v '#'| tr -d ''   #编辑配置文件如下所示

name = "busybox1"


kernel = "/tmp/vmlinuz"

ramdisk = "/tmp/initramfs"

extra = "selinux=0 init=/bin/sh"

memory = 512


vcpus = 2


disk = [ 'file:/images/xen/busybox1.qcow2,xvda,w' ]

root = "/dev/xvda ro"

注：xl的配置文件
	kernel：内核    ----定义DomU的内核通常放在Dom0上
	ramdisk: initramfs或initrd
	name: 域名称
	memory: 内存大小
	disk: 磁盘设备文件列表，格式disk=["disk1", "disk2",], 每个disk都由三个参数进行定义：“backend-dev”，“frontend-dev”，“mode”
		backend-dev: 有两种类型，物理设备，虚拟磁盘映像文件，格式为分别为phy:device和file:/path/to/image_file; 
		front-dev: 定义其在DomU中设备类型；虚拟磁盘映像文件对应的设备文件名称通常为xvd[a-z]
		mode: 访问权限模型，r, w
	vcpus: 虚拟CPU的个数；
	root: 根文件系统所在的设备；
	extra: 传递给内核的额外参数；selinux=0
	on_reboot: 执行xm reboot命令时的操作，有destroy和restart; 
	on_crash: 有destroy, restart, preserve(保存崩溃时的信息以用于调试)
	vif ：vif = ['ip="172.16.100.11", bridge=br0']
		type: 设备类型，默认为netfront
		mac: 指定mac地址；
		bridge: 指定桥接到的物理设备
		ip: ip地址；
		script: 配置此接口的脚本文件
		vifname: 后端设备名称
	bootloader: 引导器文件的路径，一般指的PyGrub的路径；

（7）创建虚拟机

[root@localhost xen]# xl create -c  busybox

<a href="http://www.tianfeiyu.com/wp-content/uploads/2016/01/busybox1.jpg"><img src="http://www.tianfeiyu.com/wp-content/uploads/2016/01/busybox1.jpg" alt="busybox" width="1125" height="942" class="alignnone size-full wp-image-1527" /></a>

使用control+‘]’ 退出


[root@localhost xen]# xl list
Name                                        ID   Mem VCPUs	State	Time(s)
Domain-0                                     0  1023     1     r-----     167.4
busybox1                                    15   512     2     -b----       3.4

xen虚拟状态：
	r: 运行状态
	b: 阻塞
	p: 暂停
	s: 停止
	c: 崩溃  正在崩溃中，或崩溃重启中
	d: dying, 正在关闭的过程中

[root@localhost net]# xl destroy busybox1  #关闭虚拟机

（8）添加网卡

[root@localhost ~]# vim  /etc/xen/busybox  
vif=['bridge=br1']    #添加此行

[root@localhost ~]# mkdir /mnt/lib/modules
[root@localhost ~]# cd  /lib/modules/2.6.32-504.el6.x86_64/kernel/drivers/net/   #添加网卡驱动
[root@xen net]# cp xen-netfront.ko 8139too.ko mii.ko /mnt/lib/modules/

[root@localhost xen]# xl create -c  busybox 
。。。。。。。
    / # insmod /lib/modules/xen-netfront.ko    #载入模块
    Initialising Xen virtual ethernet driver.
    / # ifconfig -a
    eth0      Link encap:Ethernet  HWaddr 00:16:3E:56:DA:00  
              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:18 

    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)

此示例只是便于演示的，实际中并不是安装这样一个小的Linux，而是安装一个完整的系统，后面会进一步进行说明！

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