Xen虚拟化基础篇第1/2页更新日期：2024/12/29

一.xen的简介

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；

更加详细的说明请参考博文：http://www.uml.org.cn/embeded/201303201.asp

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

# 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：

复制代码代码如下:
# uname -r
3.7.10-1.el6xen.x86_64

查看xen的xend服务开机启动项：

复制代码代码如下:
# chkconfig --list xend
xend 0:off 1:off 2:off 3:on 4:on 5:on 6:off

4.启动xend服务
复制代码代码如下:
# service xend start

可以查看一下现在运行的虚拟机：

复制代码代码如下:
# 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"htmlcode">

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”：

选择“Build options”选项：

以静态二进制创建busybox，不共享库文件：

配置完成后点击exit，退出后点击yes保存：

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：

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：


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