Optimierung der Virtualisierung mit einem KVM-Hypervisor

KVM (Kernel-based Virtual Machine) ist eine leistungsstarke Open-Source-Virtualisierungstechnologie, die in den Linux-Kernel. Sie ermöglicht den Betrieb mehrerer virtueller Maschinen (VMs) auf einem einzigen physischen Host, was besonders hilfreich für die Ressourceneffizienz, die Serverkonsolidierung und die Schaffung isolierter Umgebungen für verschiedene Zwecke ist.

Dieser Artikel bietet einen detaillierten Einblick in den KVM-Hypervisor, erklärt, wie er die Virtualisierung optimiert, und bietet praktische Einblicke in die Einrichtung und Verwaltung einer KVM-Umgebung.

Was ist ein KVM-Hypervisor?

KVM ist ein Typ-1-Hypervisor, d. h. er läuft direkt auf der Host-Hardware, ohne dass das Host-Betriebssystem erforderlich ist. Er ermöglicht es Ihnen, ein Linux-basiertes System in einen Hypervisor zu verwandeln und mehrere virtuelle Maschinen (VMs) mit verschiedenen Betriebssystemen auf derselben Hardware auszuführen. KVMs bieten eine flexible und kostengünstige Methode zur Verwaltung virtueller Maschinen (VMs) in Rechenzentren und Unternehmensumgebungen. Sie sind in Linux-basierten Virtualisierungssystemen weit verbreitet und bieten eine außergewöhnliche Leistung.

Wie ein KVM-Hypervisor die Virtualisierung optimiert

Unterstützung von Hardware-Virtualisierung

Sie nutzen Hardware-Virtualisierungserweiterungen wie AMD-V und Intel VT-x, um eine bessere Leistung zu erzielen. Diese Erweiterungen ermöglichen eine direkte Interaktion zwischen den VMs und der CPU, dem Speicher und anderen Ressourcen des Hosts, wodurch der Overhead der Virtualisierung reduziert wird. Daher können virtuelle Maschinen (VMs), die auf KVMs betrieben werden, eine nahezu metallische Leistung mit geringem Overhead erzielen.  

Live-Migration

Virtuelle Maschinen (VMs) können nahtlos von einem physischen Host auf einen anderen verschoben werden, ohne Ausfallzeiten zu verursachen, dank der Unterstützung von KVM für Live-Migration. Diese Funktion ist besonders wertvoll für die Aufrechterhaltung der Hochverfügbarkeit und die Maximierung der Ressourcenauslastung von VMs. Sie stellt sicher, dass kritische Workloads auch in Szenarien von Wartungsfenstern oder Hardwareproblemen, die eine Migration von VMs auf andere Hosts erfordern, zugänglich sind.

Speicherverwaltung

Einer der Hauptvorteile eines KVM-Hypervisors ist die effiziente Speicherverwaltungstechnik, die für die Zuweisung und Verwaltung von Speicherressourcen für VMs verwendet wird. Es werden Techniken wie Ballooning und Speicher-Overcommit eingesetzt, um die Speichernutzung zu optimieren. Während Ballooning die dynamische Änderung der Speicherzuweisung einer VM ermöglicht, erlaubt Overcommitting die Zuweisung von mehr virtuellem Speicher als physisch verfügbar ist, wobei Methoden wie Memory Swapping und transparentes Page Sharing zum Einsatz kommen. Darüber hinaus verwendet KVM die Kernel SamePage Merging (KSM)-Technik, um die Speicherduplizierung zwischen VMs zu minimieren, die Speichernutzung zu optimieren und den Overhead zu reduzieren.

Kernel-Integration

KVM ist direkt in den Linux-Kernel integriert und damit ein Hypervisor des Typs 1 - oder Bare-Metal -. Im Gegensatz zu Hypervisoren des Typs 2 benötigt er kein zwischengeschaltetes Host-Betriebssystem. Durch den direkten Betrieb auf der Hardware wird der Overhead für die Ausführung eines vollwertigen Betriebssystems gesenkt und die Ressourcenverwaltung rationalisiert. Außerdem nutzt KVM die Funktionen des Linux-Kernels wie SicherheitGeräteverwaltung, Ressourcenverwaltung und Netzwerkbetrieb.

Einrichten einer KVM-Umgebung

Im Folgenden werden die Schritte zur Einrichtung einer KVM-Umgebung unter Linux beschrieben:

1. Hardware-Anforderungen

• Ein 64-Bit-Linux-System, das Hardware-Virtualisierung (VT-x/AMD-V) unterstützt.

• Erforderlicher Festplattenspeicher und RAM für die Hosts und VMs.

2. Erforderliche Pakete installieren

Führen Sie den folgenden Befehl aus, um KVM und zugehörige Pakete zu installieren (verwenden Sie den entsprechenden Paketmanager für Ihre Distribution, z.B. apt für Debian/Ubuntu oder dnf/yum für Red Hat):

$ sudo apt install qemu qemu-kvm libvirt-clients libvirt-daemon-system virtinst bridge-utils

3. Starten und aktivieren Sie den libvirt-Dienst:

Aktivieren und starten Sie den libvirt-Dienst mit den folgenden Befehlen:

$ sudo systemctl enable libvirtd

$ sudo systemctl start libvirtd

4. Konfigurieren von Netzwerken

Richten Sie Ihr Netzwerk so ein, dass es Konnektivität für VMs bietet. Dies kann die Konfiguration von Bridged- oder NAT-Netzwerken beinhalten, je nach Ihren Anforderungen.

5. Virtuelle Maschinen erstellen

Sie können VMs mit Tools wie virt-manager (GUI) oder virt-install (Befehlszeile) erstellen. Sie benötigen ISO-Dateien für Ihre Gastbetriebssysteme.

6. VMs verwalten

Zur Verwaltung Ihrer VMs können Sie virt-manager oder das Kommandozeilen-Tool "virsh" verwenden. Mit ihnen können Sie VMs nach Bedarf starten, stoppen, überwachen und konfigurieren.

Best Practices für die Verwaltung einer KVM-Umgebung

• Regelmäßige Aktualisierung des Hostsystems und der KVM-bezogenen Pakete. Dies trägt dazu bei, die Sicherheit und Leistung des Systems zu verbessern. 
• Erstellen von Point-in-Time-Backups von VMs mithilfe von Snapshots. Dadurch können Sie zu einem früheren bekannten Zustand zurückkehren, wenn etwas schief geht.
• Festlegung von Ressourcenlimits für VMs, um zu verhindern, dass diese alle verfügbaren Ressourcen verbrauchen und die Leistung anderer VMs beeinträchtigen.
• Verwendung von Befehlszeilentools wie virt-top, virsh und GUI-Tools wie virt-manager zur Überwachung Ihrer VMs und Ihres Hosts.
• Implementierung von Backup- und Disaster-Recovery-Strategien für Ihre VMs, einschließlich regelmäßiger Backups und externer Speicherung.
• Rationalisierung der Verwaltung von VMs in einer KVM-Umgebung mithilfe von Automatisierungs- und Orchestrierungstools wie Ansible, libvirt und Cloud-Management-Plattformen. 

Darüber hinaus ist es von entscheidender Bedeutung, Patches für Sicherheitslücken auf KVM-Hypervisoren anzuwenden, um die Sicherheit und Stabilität zu gewährleisten. Wenn ein KVM-Hypervisor gepatcht werden soll, ist in der Regel ein Neustart oder die Migration der virtuellen Maschine auf einen anderen Hypervisor erforderlich. Wenn Sie jedoch Patches verzögern, um eine Migration oder einen Neustart durchzuführen, kann Ihr System anfällig werden, was zu Serviceunterbrechungen führen kann, die Ihre Endbenutzer beeinträchtigen.

Stattdessen können Sie verwenden TuxCare's QEMUCare Live-Patching-Lösung von TuxCare verwenden, mit der Sie Patches für Ihre Virtualisierungssysteme automatisieren können, ohne dass ein Neustart erforderlich ist oder Unterbrechungen für die Endbenutzer auftreten.

Abschließende Überlegungen

Der KVM-Hypervisor ist eine leistungsstarke Virtualisierungslösung, mit der Sie mehrere VMs auf einem einzigen physischen Host ausführen können. Bei richtiger Konfiguration und Verwaltung bietet er hervorragende Leistung, Sicherheit und Ressourcenisolierung. Wenn Sie die oben genannten Verfahren befolgen und sich über die neuesten Entwicklungen auf dem Laufenden halten, können Sie eine stabile KVM-Umgebung erstellen und pflegen.

Sprechen Sie mit einem TuxCare-Experten und beginnen Sie mit QEMUCare für Ihre KVM-Virtualisierungssysteme.

Zusammenfassung

Artikel Name

Optimierung der Virtualisierung mit KVM Hypervisor

Beschreibung

Erfahren Sie, wie der KVM-Hypervisor die Virtualisierung verbessert und erhalten Sie praktische Einblicke in die Einrichtung und Verwaltung von KVM-Umgebungen.

Autor

Rohan Timalsina

Name des Herausgebers

TuxCare

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