KVM为何是主推的Hypervisor虚拟化引擎

前篇Hypervisor概述介绍,了解Hypervisor的功能。OpenStack社区是集大成者,nova支持多后端Hypervisor驱动,具体选用哪种Hypervisor呢?

用户可以根据自己的服务器物理架构和Nova功能分类及Hypervisor支持矩阵来选择。但是不同虚拟化引擎Hypervisor对Nova的功能支持程度各不相同,而Nova的功能集针对不同虚拟化引擎的成熟度也不一样。因此,用户在选用虚拟化引擎时,一定要充分了解自己需要使用到哪些Nova功能集,此功能集是否被自己选用的虚拟化引擎支持,如果被支持,此功能集针对选用的虚拟化引擎具有什么样的成熟度。

全虚拟化技术KVM

KVM(Kernel Virtual Machine)是基于Linux内核的虚拟机,最初由以色列Qumranet公司开发,并于2006年10月问世。KVM是一种全虚拟化(Full Virtualization)技术,运行在KVM上的Guest OS无须进行任何修改。在全虚拟化技术下,由于Guest OS的硬件资源访问指令需要经过复杂的Hypervisor进行二进制转换,因此虚拟化性能非常低下。

从Linux内核层面而言,KVM是Linux Kernel中的一个模块,用户可以使用modprobe命令加载KVM模块,只有加载了KVM模块之后,才可以在Linux系统中进行虚拟机相关的操作。由于KVM模块位于Linux内核,同时KVM只负责对虚拟机的虚拟CPU和内存进行管理调度,而正常运行的虚拟机还需要很多I/O接口等外部设备,为了解决这一问题,KVM社区采用了较为成熟的虚拟化项目QEMU来实现KVM与虚拟外设的交互,同时使用经过修改的QEMU分支QEMU-KVM来作为用户空间程序,实现用户与内核KVM模块的交互。

在实际使用中,KVM只负责虚拟机调度和内存管理等工作,而外设相关的任务则由其他Linux内核和QEMU完成,同时用户可以通过QEMU-KVM客户端程序与KVM虚拟机进行交互。归结而言,由于KVM是一款基于Linux内核开发的虚拟化程序,而非一个全新从底层开发的Hypervisor,因而是一款轻量级的Hypervisor,并得到了众多Linux发行版本的支持。

其他Hypervisor

Xen是2003年由剑桥大学开发的一款开源Hypervisor,是一种准虚拟化技术(半虚拟化),可以让Guest OS直接访问硬件资源进而极大提高虚拟化性能,因而在很多虚拟化环境中都采用Xen虚拟化引擎。然而Xen的一大弊端在于不够灵活,使用不便,为了让Guest OS直接使用硬件资源,不得不对Guest OS进行大量内核修改,这通常也意味着像Windows这样的系统是无法运行在Xen虚拟机上的。

Hyper-V是微软公司开发的基于Windows系统的Hypervisor。在运行Windows2012 Server并安装有Hyper-v的服务器上部署OpenStack的Nova代码,即可通过OpenStack的API部署和管理基于Hyper-V的虚拟机。如果用户宿主物理服务器部署的是Windows系统,则Hyper-v是用户的首选虚拟化引擎。

PowerVM是一种针对IBM Power小型机和AIX操作系统的虚拟化技术,因此很多基于X86架构的服务器是不能使用PowerVM虚拟化技术的。OpenStack社区Nova项目对PowerVM虚拟化引擎的支持,主要还是基于IBM庞大的企业级Power小型机用户群考虑,而PowerVM与OpenStack相关的集成工作和代码贡献也主要由IBM负责。

LXC是Linux容器(Linux Container)的简称。LXC并不依赖于具体的某种Hypervi-sor,而是操作系统级别的虚拟化。LXC的主要功能就是在操作系统上为进程提供虚拟的执行环境(一个虚拟机的进程执行环境便成为一个Container, Container可以绑定特定的CPU、内存和IO设备等以满足进程运行所需的各种资源)。OpenStack的Nova项目支出LXC虚拟机,Nova对LXC的操作控制主要通过OpenStack的Nova项目支出LXC虚拟机,Nova对LXC的操作控制主要通过Libvirt实现。

Bare Metal裸机表示没有安装任何操作系统和Hypervisor的物理服务器(或者虚拟机)。裸机通常采用PXE方式进行系统部署,并使用类似于智能平台管理接口(Intelligent  Platform Management Interface, IPMI)的硬件管理软件进行管理。目前OpenStack社区已经将Nova的裸机管理功能独立成为Ironic项目。

KVM为何如此受到青睐

在多数情况下,为了便于统一管理,推荐在整个OpenStack集群中使用单一的Hypervisor虚拟化引擎。

从Nova支持功能最多的虚拟化引擎来看,当属基于X86架构的KVM虚拟化引擎,这也是OpenStack默认和官方推荐的虚拟化引擎。在部署高可用OpenStack集群,使得虚拟机在宿主机故障时自动迁移(Evacuate功能),则必须选用KVM虚拟化引擎。

在Linux开源社区,从Linux 2.6.20内核之后KVM被集成在各个Linux主要发行版本中,就Redhat的RHEL系列Linux系统而言,从RHEL6开始KVM便被集成到了内核中,从而取代了RHEL5内核中Xen的虚拟化地位。

笔记整理来自山金孝的《OpenStack高可用集群(上册):原理与架构》8.4章节,如有侵权请通知删除。

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