Xen虚拟化基础篇

Xen是一个开放源代码虚拟机监视器，由剑桥大学开发。它打算在单个计算机上运行多达128个有完全功能的操作系统。

在旧（无虚拟硬件）的处理器上执行Xen，操作系统必须进行显式地修改（“移植”）以在Xen上运行（但是提供对用户应用的兼容性）。这使得Xen无需特殊硬件支持，就能达到高性能的虚拟化。

Xen的架构如图：

Xen虚拟化基础篇

Xen虚拟机的组成：

Xen Hypervisor：

虚拟化技术通过在现有平台(机器)上添加一层薄的虚拟机监控程序(Virtual Machine Monitor，简称 VMM)软件而实现对系统的虚拟化，如虚拟处理器，虚拟内存管理器(MMU)和虚拟 I/O 系统等。虚拟机监控程序又被称之为监管程序(Hypervisor)。

Domain（Dom0，DomU）：

特权虚拟机：Dom0；特权域

为Xen提供控制工具的；直接驱动IO硬件设备；

与DomU交互；

Linux-2.6.37内核开始直接运行在Dom0上；

其他普通虚拟机：DomU；非特权域

Linux-2.6.24+内核开始支持

Xen的虚拟化实现方式：

Type-I型：二级虚拟化技术；直接在硬件上安装hypervisor，直接接管硬件资源，运行在其上的系统都是虚拟机；

管理方面给彻底；必须让hypervisor驱动硬件，

出现的问题是必须开发驱动程序？

解决方案：Xen只是驱动CPU和内存，不驱动IO设备

当系统启动时，硬件设备加载后加载hypervisor，hypervisor拥有访问硬件权限，hypervisor加载完成后启动一个虚拟机，虚拟机有自己的内核和用户空间，这个虚拟机是特权虚拟机，为底层hypervisor提供管理程序，能功能是为hypervisor提供IO设备硬件驱动程序的；

我们新建的虚拟机调用IO设备硬件时，是通过特权虚拟机驱动程序连接硬件实现；

xen虚拟化实现在CentOS 6.6上安装所需要的条件：

1）.需要在物理机上安装CentOS 6.6操作系统

2）.安装Xen软件包

3）.安装3.7.10的内核，可以使Xen运行在Dom0上

4）.配置好grub，然后启动Xen

5）.在用户空间上安装虚拟机Guest OS即可；

注意：最新版本的xen在CentOS 6.6平台上是只有DomU可以使用，Dom0是不能通过CentOS 6.6的原有内核实现，我这里是安装的xen-4.2.5版本的xen，还有将内核版本更新到了3.7.10；

简单介绍一些XEN和KVM：

Xen：CentOS4-CentOS5是支持的；后续就是xen了，但是在内核版本Linux 2.6.37将xen收录进内核，CentOS7收录进内核；可以实现内核直接运行在Dom0上；

KVM：2006才出现；CentOS5.8开始支持；但是不稳定，红帽的收购造成了KVM的发展；

CentOS6.6的内核为2.6.32，不直接支持内核运行Xen的Dom0特权域；

可以支持直接运行在DomU

红帽为了支持KVM这个亲儿子的发展，将xen给赶出家门了。 -_-！

后来意识到XEN的使用率还是很高，所以又在后来收录进内核。

二.xen的安装及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

进行清理yum缓存操作

# yum clean all

2.安装xen-4.2.5版本的软件，更新内核版本到3.7.10

1	# 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

将xen设置为内核启动，而将CentOS的内核设置为Xen虚拟化平台的一个模块；

# 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

配置完成后重新启动Linux系统，启动完成后自动进入了Xen的Dom0环境：

查看内核版本，已经升级到3.7.10：

1 2	# uname -r 3.7.10-1.el6xen.x86_64

查看xen的xend服务开机启动项：

1 2	# chkconfig --list xend xend 0:off 1:off 2:off 3:on 4:on 5:on 6:off

4.启动xend服务

1	# service xend start

可以查看一下现在运行的虚拟机：

# xm list

Name ID Mem VCPUs State Time(s)

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

三.xen虚拟机的安装和配置

上面安装好Dom0D虚拟机后，下面我们就可以在其之上配置安装DomU虚拟机了。

DomU虚拟机的安装问题思考：

1）.DomU虚拟机的内核文件存放位置。

我们是在Dom0上构建DomU虚拟机，所以我们的内核文件存放在Dom0上；

第二种方式就是我们将内核文件存放在DomU虚拟机的虚拟磁盘中；

2）.DomU虚拟机的创建：

内核kernel，ramdisk都由Dom0提供，而DomU只提供用户空间；

由于Dom0虚拟机有完整的用户空间，我们可以将其复制进DomU虚拟机上使用；

1.简单DomU虚拟机构建

内核kernel和ramdisk都由Dom0提供，使用busybox为DomU虚拟机提供简单的用户空间；

1）.模拟创建虚拟机磁盘设备，构建本地环回文件：

创建虚拟磁盘存放目录：

# mkdir /xen/images -pv

进入目录后创建虚拟机磁盘设备：

# cd /xen/images/

# dd if=/dev/zero of=./busybox.img bs=1M oflag=direct seek=2047 count=1

查看设备大小，可以发现实际大小才1MB：

# ll -h

total 1.0M

-rw-r--r-- 1 root root 2.0G Feb 6 20:15 busybox.img

2）.格式化虚拟磁盘设备

# 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 #选择y

信息略...

挂载磁盘设备，等待后续操作：

# mount -o loop /xen/images/busybox.img /mnt

3）.编译安装busybox为DomU虚拟机提供用户空间

编译环境需要开发包组支持：

# yum groupinstall -y Development tools

# yum install -y ncurses-devel glibc-static

获取busybox软件：

busybox-1.22.1.tar.bz2

编译安装busybox：

# tar xf busybox-1.22.1.tar.bz2

# cd busybox-1.22.1

# make menuconfig

配置如下图所示：

选择“Busybox settings”：

Xen虚拟化基础篇

选择“Build options”选项：

Xen虚拟化基础篇

以静态二进制创建busybox，不共享库文件：

Xen虚拟化基础篇

配置完成后点击exit，退出后点击yes保存：

Xen虚拟化基础篇

设置完成后进行编译和安装：

# make && make install

编译安装busybox完成后在这个目录会生成安装好的文件_install目录，我们将_install目录拷贝到挂载的虚拟磁盘中：

# 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，虚拟磁盘就构建完成了。

4）.构建DomU虚拟机

创建虚拟机配置文件：

# 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"

下面进行初始化创建虚拟机：

# 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）.切换虚拟终端查看虚拟机状态

# 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号会在关机启动后自动增长，我们来测试一下：

关闭虚拟机：

# xm destroy busybox

启动虚拟机：

# xm create -c busybox

然后查看虚拟机列表的信息，可以发现ID号自动增长：

# 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状态信息中的选项详解：

r：running，虚拟机处于运行态

b：blocked，被阻塞，当前虚拟机等待任务完成；

p：pause，暂停态，当前虚拟机暂停在内存中；

恢复使用unpause：如#xm unpause linux

s：shutdown，正处于关闭过程中，正在关机状态

c：crashed，正处于崩溃过程/崩溃后重启过程中；

d：dying，正处于关机过程中；

Time（s）：表示域累计占用的CPU的时长

6）.虚拟机加入网卡设备

需要先给Dom0设置桥设备，方便DomU桥接到Dom0上；

添加网卡桥设备文件：

# cd /etc/sysconfig/network-scripts/

# cp ifcfg-eth0 ifcfg-xenbr0

配置桥接设备：

# 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

配置网卡设备：

# 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"

配置桥接模式需要将NetworkManager服务关闭：

#chkconfig NetworkManager off

#service NetworkManager stop

配置完成后重启网络服务：

#service network restart

如图所示：

Xen虚拟化基础篇

登录终端查看桥接状态：

# 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）.将busybox虚拟机关联到这个桥接设备上

需要配置虚拟机配置文件没加入桥设备名称：

# 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这个用户空间能够设置网卡，我们还需要加载xen-netfront.ko进入虚拟机磁盘的指定目录：

# 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

我们将Dom0中的xen-netfront.ko模块复制进虚拟机磁盘的lib/modules/目录中：

# cd /lib/modules/2.6.32-504.el6.x86_64/kernel/drivers/net/

需要查看模块依赖关系：

# 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

可以发现无依赖关系，我们可以直接使用：

# cp xen-netfront.ko /mnt/lib/modules/

复制完成后卸载虚拟机磁盘：

# umount /mnt

启动busybox这个虚拟机：

# 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)

#发现只存在lo环回设备，我们还未加载xen-netfront模块，我们加入网卡模块；

/ # insmod /lib/modules/xen-netfront.ko

Initialising Xen virtual ethernet driver.

#再次查看所有网卡设备，可以发现网卡设备；

/ # 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)

#设置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

#我们来进行ping测试；

/ # 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，一个简单的虚拟机的创建就完成了。

四.实现Xen部署CentOS 6.6系统

1.先关闭我们先前创建的busybox虚拟机

# xm destroy busybox

我们部署安装CentOS 6.6系统，其内核kernel和ramdisk文件由光盘文件提供，选择光盘中isolinux目录下的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.创建虚拟机配置文件

# 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.创建虚拟机系统的磁盘IO设备文件

# 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.由于我是在虚拟机上构建Xen虚拟化，需要提供一个能够能够安装CentOS系统的环境，我选择的是http服务提供系统ISO存放，在安装系统时通过URL安装；

挂载CentOS6.6系统的光盘：

# mkdir /var/www/html/centos

# mount -t iso9660 /dev/sr0 /var/www/html/centos

启动默认的httpd服务：

# service httpd start

访问测试如图：

Xen虚拟化基础篇

5.启动虚拟机进入安装过程

#xm create –c busybox

选择语言：

Xen虚拟化基础篇

我们通过URL安装：

Xen虚拟化基础篇

配置静态的IP地址：

Xen虚拟化基础篇

设置的IP地址如下：

Xen虚拟化基础篇

配置我们设置的网络镜像路径：

Xen虚拟化基础篇

开始准备：

Xen虚拟化基础篇

显示欢迎界面：

Xen虚拟化基础篇

出现了我们设置的磁盘文件，我们需要进行初始化：

Xen虚拟化基础篇

选择时区：

Xen虚拟化基础篇

设置root用户的密码：

Xen虚拟化基础篇

使用全部磁盘空间：

Xen虚拟化基础篇

进入安装过程：

Xen虚拟化基础篇

安装完成后重启：

Xen虚拟化基础篇

重启后会自动退出安装，而重启在后台已经执行了，我们需要将虚拟机destroy掉：

Xen虚拟化基础篇

6.虚拟机启动配置

我们需要在其他虚拟终端上关闭虚拟机；

# xm list

Name ID Mem VCPUs State Time(s)

CentOS6 6 512 1 -b---- 11.6

Domain-0 0 1024 1 r----- 287.9

# xm destroy CentOS6

然后修改虚拟机配置文件，使用bootloader调用pygrub来启动我们安装的虚拟机，需要注释掉我们使用的kernel和ramdisk防止其再次进行系统安装，还需要加入我们重启和崩溃后的虚拟机自动的操作：

# vim /etc/xen/centos6

#kernel = "/tmp/vmlinuz"

#ramdisk = "/tmp/initrd.img"

bootloader = "/usr/bin/pygrub"

name = "CentOS6"

memory = "512"

vcpus = 1

disk = ['file:xen/images/centos6.img,xvda,w',]

vif = ['bridge=xenbr0',]

on_reboot = "restart"

on_crash = "destroy"

配置完成后我们就可以启动虚拟机了：

# xm create -c /etc/xen/centos6

Xen虚拟化基础篇

启动完成后如图：

Xen虚拟化基础篇

查看完成后关闭虚拟机

至此，我们就实现了Xen部署CentOS 6.6系统。

五.通过VNC Server连接进入busybox这个虚拟机

1.安装和配置VNC Server

# yum install vnc-server

安装完成后设置vncpasswd，输入密码即可；

#vncpasswd

启动vncserver服务器：

#vncserver &

2.配置busybox虚拟机的配置文件：

# vim /etc/xen/busybox

#略...,在下面添加如下内容：

vfb = [ 'sdl=1' ]

3.通过windows客户端的vncviewer连接到Dom0服务器：

Xen虚拟化基础篇

输入密码访问：

Xen虚拟化基础篇

登录Xen的Dom0服务器：

Xen虚拟化基础篇

然后通过图形化终端启动busybox这个简单的虚拟机：

Xen虚拟化基础篇

这是通过sdl软件连接虚拟机的操作；

4.下面我们通过vnc来连接虚拟机：

#配置busybox的虚拟机配置文件：

# vim /etc/xen/busybox

#略...,在下面添加如下内容，将原有的sdl更改为vnc：

vfb = [ 'vnc=1,vncpasswd=oracle' ]

5.我们在vncserver上安装vncviewer

# yum install -y tigervnc

6.通过windows的vncviewer连接到服务器的图形界面操作

#先启动busybox

#xm create -c busybox

Xen虚拟化基础篇

#查看监听端口5900是否打开

Xen虚拟化基础篇

#通过vncviewer连接到busybox

#vncviewer 127.0.0.1:5900

Xen虚拟化基础篇

输入密码即可进入busybox的虚拟机：

Xen虚拟化基础篇

注意：上述两种图形化界面服务都是由宿主机的qemu-dm提供；

至此，通过图形化界面连接到虚拟机的操作就实验完毕。

Xen虚拟化基础篇

一.xen的简介