Linux折腾记（二十二）：虚拟机体验之Xen篇——令人脑洞大开的奇异架构

Shun

这篇文章主要介绍了Linux折腾记（二十二）：虚拟机体验之Xen篇——令人脑洞大开的奇异架构,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,需要的朋友可以参考下
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：

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：
代码如下:

sudo aptitude search xensudo 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：

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。

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：
代码如下:

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：

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。