Xen虚拟化及基于Domain U的Tiny Linux

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2022-08-10 00:47 21阅读 0赞

Xen基本原理 [http://my.oschina.net/davehe/blog/94039][http_my.oschina.net_davehe_blog_94039]  
**一、Xen概述**  
英国剑桥大学计算机实验室开发了Xen开源项目。除了剑桥大学的科学家以外，很多其它IT领域集团也都参与了Xen开源项目，其中包括IBM、AMD、 HP、Red Hat和Novell。 Xen支持x86、x86-64、安腾( Itanium)、Power PC和ARM多种处理器，因此Xen可以在大量的计算设备上运行，目前Xen支持Linux、NetBSD、FreeBSD、Solaris、Windows和其他常用的操作系统作为Guest OS在其管理程序上运行。Xen的创始人成立了他们自己的公司XenSource（后被Citrix收购），目的是为了基于Xen hypervisor而提供一个完善的虚拟化解决方案。同时与其它虚拟化产品（如VMware ESX）也有竞争。其它企业也在它们自己的产品中综合应用了Xen hypervisor。例如，Linux厂商Red Hat和Novell公司都在自己的操作系统中包含了各自版本的Xen。由于Xen的大多数部分都是开源的，所以这些解决方案都非常相似。  
**二、Xen基本组件**  
**Hypervisor：** 在硬件与虚拟机之间，是必须最先载入到硬件的第一层，只实现CPU，Memory，  
Inturrupt3种资源的虚拟。Hypervisor载入后，就可以部署虚拟机了。在Xen中，虚拟机叫做domain。  
**Domain 0：** 运行在Hypervisor之上，通常来说必须和Hypervisor同时部署，是具有直接访问硬件和管理控制其他虚拟机的特权Guest OS，并提供通用I/O设备的驱动  
**DomainU：** 运行在Hypervisor之上的普通Guest OS，不能直接访问硬件资源，可以独立并行的存在多个。Domain U中的Guest OS要想使用某个硬件设备，就必须把对硬件的请求发给Domain 0。  
![这里写图片描述][20151105220744337]  
**三、Xen的完全虚拟化**  
如果对Xen实现完全虚拟化，也就意味着必须要在Domain 0中创建基于软件模拟出来的硬件，这就要依赖于QEMU实现，而后由Domain U提供模拟出来的硬件的驱动程序  
![这里写图片描述][20151105220955969]  
**四、Xen的半虚拟化**  
不再需要QEMU模拟硬件，驱动程序分为两段，前半段在Domain U上成为Frontend，后半段在Domain 0上姑且称为BackEnd，Guest OS要想使用I/O设备，通过一种类似于半虚拟化中对hypercall的调用的机制，将请求发往Domain 0，由Domain 0转换后交给物理设备。通常在Domain 0中通过半虚拟化提供的硬件设备主要有网卡和硬盘这两类。  
![这里写图片描述][20151105221004986]  
**五、Xen管理工具介绍**  
Xen-4.1之前使用的管理工具是xend/xm，Xen安装完成后需要启动xend服务，然后使用xm即可实现对虚拟机的管理。4.1版本以后引入了一个新的轻量级管理工具xl，4.1同时提供了xl和xm，但xl和xm不兼容，使用xl时xend服务不可启动。XAPI是xen云平台上使用的管理工具，与xend类似都是将虚拟化的管理功能通过库的形式输出给用户，它们都通过libxenlight库与xen打交道。  
![这里写图片描述][20151105221019999]  
**六、安装Xen**  
自从RedHat在RHEL 6放弃 Xen 后，下载Xen源码编译安装似乎是在 RHEL/CentOS 6.x 上安装 Xen 的唯一办法。不过，开源世界永远不缺少热情的志愿者，Xen Made Easy 这个项目提供了可用的Xen第三方软件源，免去了自己编译源码的痛苦。现在，我们有了更好的官方选择——Xen4CentOS6，它是CentOS, Xen, Citrix, Godaddy, Rackspace 社区和相关团队合作开发的一个开源项目，旨在为 CentOS 6.x 维护一个稳定的Xen工具链（Xen hypervisor 和相关 Xen 工具），让 Xen运行在CentOS 6.x上变得更容易，更可靠。  
[http://www.vpsee.com/2014/01/install-xen-on-centos-6-5/][http_www.vpsee.com_2014_01_install-xen-on-centos-6-5]  
按照上面的链接中的方法我在VMware中已安装好的CentOS 6.4\_X86\_64的虚拟机上安装xen  
查看CPU信息：pae表示CPU支持半虚拟化，如果输出信息还有vmx/svm(vmx为Intel，svm为AMD)，那么CPU支持全虚拟化  
![这里写图片描述][20151106075441884]  
安装CentOS官方Xen源、Xen内核和相关依赖包

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

![这里写图片描述][20151106075524802]  
安装完成后/usr/bin下会自动生成与xen相关的命令，其中有一个脚本grub-bootxen.sh，执行此脚本即可在grub.conf中自动添加一个引导Xen内核的条目  
![这里写图片描述][20151106075545216]

[root@virtual ~]# sh /usr/bin/grub-bootxen.sh 
    [root@virtual ~]# vim /boot/grub/grub.conf

从下图可以看到，Xen内核已经在grub.conf中了，default=0，重启系统就会默认启动3.18版本的内核  
![这里写图片描述][20151106075605468]  
\[root@virtual ~\]\#reboot  
陷入无限重启循环，观察信息，发现报错：CPU恐慌：没有足够的内存为DOM0预留  
![这里写图片描述][20151106075635798]  
于是编辑虚拟机设置，放大内存；也可以将上一步骤中的grub.conf里dom0\_mem调小  
![这里写图片描述][20151106075650789]  
重启后继续陷入无限重启循环，定位报错：无法初始化设备/dev/Mcelog  
mcelog 是 X86架构上(32bit and 64bit) 的 Linux 系统上用来检查硬件错误，特别是内存和CPU错误的工具  
内核恐慌：不同步：VFS：无法挂载根文件系统到未知块  
![这里写图片描述][20151106075845977]  
查阅网上资料解决思路有以下个方面：

*  /etc/fstab文件配置错误
 *  /boot/grub/grub.conf文件配置错误
 *  initrd没有启动
 *  内核编译的时候没有添加相应的硬件模块

于是手动选择系统原装2.6.32版内核，系统正常启动，将问题定位在grub.conf，仔细查看发现Xen内核引导少了initrd这一项，initramfs可以理解为是从虚拟文件系统切换到真正根文件系统的桥梁，详细知识点与linux启动流程相关。编辑/boot/grub/grub.conf添加以下一行将initramfs作为模块装载  
![这里写图片描述][20151106080040474]  
![这里写图片描述][20151106080056383]  
重新启动后确保xen内核已经启动并支持xen功能  
![这里写图片描述][20151106080112517]  
启动服务，执行xm info 查看相关信息  
![这里写图片描述][20151106080126945]  
**七、Domain U实现**  
xm create命令能够基于预配置的根文件系统、能运行于Xen Domain U的内核、ramfs和Xen配置文件启动Domain U，当然，在其启动之前，所有需要用到的其它组件都需要准备就绪方才可以。这一切准备就绪后，使用xm create命令有点类似于按下主机的电源按钮对其进行启动。下面开始基于Domain 0(VMware中已安装好的CentOS 6.4\_X86\_64虚拟机)制作一个运行于Domain U的微型Linux系统。  
详细的Linux系统剪裁可参见  
[http://blog.csdn.net/celeste7777/article/details/47442913][http_blog.csdn.net_celeste7777_article_details_47442913]  
[http://blog.csdn.net/celeste7777/article/details/46850681][http_blog.csdn.net_celeste7777_article_details_46850681]  
1、制作根文件系统，创建空的虚拟磁盘映像，以之作为新建非特权域的虚拟磁盘映像文件，此映像文件并不真正占用为其指定的空间，而是随着存储的内容而变化，即创建一个虚拟稀疏磁盘镜像，其中文件的路径和其虚拟空间大小可根据需要进行指定。  
![这里写图片描述][20151106080223908]  
2、将此虚拟磁盘映像格式化为ext4文件系统；这里也可以使用其它文件系统，但要确保用于Domain U的内核支持此文件系统。此外，如果指定的文件系统是以内核模块的形式存在，那么还需要将对应的内核模块复制到后面制作的根文件系统上相应的路径下。对于这里的Domain 0来说，其内核将ext4文件系统直接编译进了内核，下面也将此内核用于后面要启动的Domain U。  
![这里写图片描述][20151106080239818]  
3、将格式化完毕的虚拟磁盘映像文件挂载至某目录下，如/mnt，并创建根文件系统目录结构。  
![这里写图片描述][20151106080253880]  
4、Linux系统的启动过程中，内核初始化完成后，会运行/sbin/init以启动PID号为1的init进程，并在其配置文件的辅助下启动完成挂载额外文件系统、启动服务、启动终端等后续任务。这里将/sbin/init的任务精简为仅启动bash进程并打印命令提示符于终端；执行脚本将二进制程序init，cat，ls，bash所依赖的库文件复制到虚拟磁盘映像文件挂载点/mnt中对应的路径下，复制完chroot到/mnt测试命令是否可执行。  
![这里写图片描述][20151106080313970]  
如果还想让目标系统能够执行其它命令，照此法进行即可。  
![这里写图片描述][20151106080330971]  
5、/sbin/init的运行还需要/etc/init目录以.conf结尾的配置文件。这里为其建立一个简单的配置文件/mnt/etc/init/rcS.conf，内容如下。  
![这里写图片描述][20151106080418701]  
6、上面的配置文件依赖于/etc/rc.d/rc.sysinit脚本来完成系统的初始化，因此编辑/mnt/etc/rc.d/rc.sysinit，添加如下内容，而后赋予其执行权限；完成后卸载此磁盘映像文件。  
![这里写图片描述][20151106080428473]  
7、至此根文件系统已经制作完毕，接着还需要能运行于DomU的内核，相应的ramfs和Xen配置文件。事实上，在xen上基于半虚拟化创建Domain U中Guest OS，Guest OS可以没有内核。因此，在配置文件中直接使用Domain 0的内核，Domain U只需提供rootfs即可，注意Domain U启动后在内存中是有内核的。  
![这里写图片描述][20151106080456925]  
接下来只需再为目标DomU提供一个配置文件，其就能启动了。于是我们去新配置文件/etc/xen/test，其内容如下。

[root@virtual ~]# man xm
    xm create /dev/null ramdisk=initrd.img \
                        kernel=/boot/vmlinuz-2.6.12.6-xenU \
                        name=ramdisk vif='' vcpus=1 \
                        memory=64 root=/dev/ram0

![这里写图片描述][20151106080538365]  
Xen配置文件一般由选项（options）、变量(variables)、CPU、网络、PCI、HVM、计时器(timers)、驱动(drivers)、磁盘设备(disk devices)、动作(behavior)，以及图形及声音(Graphics and audio)几个段组成，分别用于定义不同类别的域属性或设备属性。  
上面的配置文件中的各选项作用如下。

*  kernel：为当前域指定可用于DomU的内核文件；
 *  ramdisk：与kernel指定的内核文件匹配使用的ramdisk映像文件，根据需要指定，此为可选项；
 *  name：当前域的独有名称；每个域必须使用全局惟一的名称，否则将产生错误；
 *  memory：当前域的可用物理内存空间大小，单位为MB，默认为128；
 *  disk：当前域的所有可用磁盘设备列表，格式为disk = \[ “disk1”, “disk2”,…\]，每个disk都有三个参数进行定义，格式为“backend-dev，front-dev，mode”；  
    backend-dev主要有两种类型，物理设备或虚拟磁盘映像文件，它们的格式分别为“phy:device”和“file:/path/to/file”；  
    frontend-dev定义其在DomU中的设备类型；  
    mode则用于定义其访问权限，r为只读，w为读写；
 *  vcpus：配置给当前域使用的虚拟CPU的个数；默认为1；
 *  root：为当前域指定其根文件系统所在的设备，这个将作为内核参数在内核启动传递给内核；
 *  extra：传递给内核的额外参数，其中selinux=0表示禁用selinux，init则用于指定init程序的路径；多个参数之间使用空格隔开；
 *  on\_reboot：执行xm reboot命令或在当前域内部执行重启操作时由Xen执行的动作；其常用的值为destroy和restart；
 *  on\_crash：当前域由于各种原因崩溃时由Xen执行的动作；其常用的值为destroy、restart和preserve，preserve可以保存系统崩溃前的状态信息以用于调试；
 *  on\_reboot：执行xm shutdown命令或在当前域内部执行关机操作时由Xen执行的动作；

其它常用参数：

**vif：**定义当前域的可用虚拟网络接口列表，每个虚拟网络接口都可以使用“name=value”的格式定义其属性；也可在定义某接口时不指定任何属性，其所有属性将均由系统默认配置；例如：vif = \[‘ip = “192.168.1.19”, bridge=xenbr0’\]

*  type：接口设备的类型，默认为netfront；
 *  mac：MAC地址，默认为随机；
 *  bridge：桥接到的物理设备，默认为Dom0中的第一个桥接设备；
 *  ip：ip地址；
 *  script：配置此接口的脚本文件，省略时将使用默认的配置脚本；
 *  vifname：后端设备的设备名称，默认为vifD.N，其中D为当前域的ID，N为此网络接口的ID；

**vfb：**为当前域定义虚拟帧缓冲，其有许多可用属性，可以使用“name=value”的格式进行定义；

*  vnc或sdl：定义vnc的类型，vnc=1表示启动一个可由外部设备连接的vnc服务器，sdl=1则表示启用一个自有的vncviewer；两者可以同时使用；
 *  vncdisplay：vnc显示号，默认为当前域的ID，当前域的VNC服务器将监听5900+此显示号的端口；
 *  vnclisten：VNC服务器监听的地址，默认为127.0.0.1；
 *  vncunused：如果此属性的值为非零值，则表示vncserver监听大于5900的第一个没被占用的端口；
 *  vncpasswd：指定VNC服务器的认证密码；
 *  display：用于域的自有vncviewer显示，默认为DISPLAY环境变量的值；

**cpu：**指定当前域应该在哪个物理CPU上启动，0表示第一颗CPU，1表示第二颗，依次类推；默认为-1，表示Xen可自行决定启动当前域的CPU；  
**cpus：**指定当前域的VCPU可以在哪些物理CPU上运行，如cpus = ”3,5-8,^6”表示当前域的VCPU可以在3，5，7，8号CPU上运行；  
**bootloader：** bootloader程序的路径；基于此bootloader，PV DomU的内核也可直接位于其文件系统上而非Dom0的文件系统；

更多的选项请参见xmdomain.cfg的手册页，或参考Xen官方wiki链接[http://wiki.xen.org/wiki/XenConfigurationFileOptions][http_wiki.xen.org_wiki_XenConfigurationFileOptions]中的详细解释。

8、启动名为vm1的Domain U ，可使用xm create命令或xl create命令，但要使用xm命令，需要事先启动Xend服务；然而，要使用xl命令，则不能启动Xend服务。在Domain 0的终端上执行xm list命令即可查看vm1的运行状态。  
![这里写图片描述][20151106081248001]  
使用xm console打开控制台管理虚拟机，也可以在create后加上-c选项表示启动后直接连接至虚拟机的终端，整个启动过程就在当前屏幕上显示，如下所示成功启动Domain U后的最后几行。  
![这里写图片描述][20151106081304889]

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[http_wiki.xen.org_wiki_XenConfigurationFileOptions]: http://wiki.xen.org/wiki/XenConfigurationFileOptions
[20151106081248001]: /images/20220731/b927fca40f934801934052a65aee5b44.png
[20151106081304889]: /images/20220731/25345e0955e245abb3328f520a140574.png