KVM چیست؟ چرا از مجازی سازی KVM استفاده می‌کنیم؟

Kernel-based Virtual Machine (KVM) چیست و چرا ما از آن در سیستم عامل لینوکس استفاده می‌کنیم.  KVM  بخشی از نحوه عملکرد است و برای اطمینان از اینکه سرورهای ما مطابق با بهترین استانداردها هستند ضروری است. ماشین‌های مجازی مانند KVM به دلایل زیادی به عملیات کرنل لینوکس افزوده می‌شوند، که در ادامه مطلب به آن‌ها می‌پردازیم تا دیدگاه خوبی در مورد اینکه چرا از KVM برای سرورهای خود استفاده می‌کنیم، به شما ارائه دهیم.

KVM چیست؟

 KVM امکان می‌دهد لینوکس یا سرور ویندوز را به یک هایپروایزر تبدیل کرده و به سیستم عامل اجازه می‌دهد چندین ماشین مجازی و محیط‌های مجازی ایزوله تولید نماید. این به کاربران تجربه ای ساده از یکپارچه سازی smooth را ارائه می دهد. اگرچه KVM تنها به فناوری‌های مجازی سازی محدود نمی‌شود، مزایای KVM شامل موارد زیر است:

• کارایی
• امنیت
• ذخیره سازی
• پشتیبانی سخت افزاری
• مدیریت حافظه
• مهاجرت زنده
• برنامه ریزی و کنترل منابع
• تأخیر کمتر و اولویت بندی بیشتر

در این مطلب همه ویژگی‌های KVM را بررسی می‌کنیم تا بهتر درک کنیم که چرا استفاده از ماشین مجازی مبتنی بر کرنل لینوکس را برای بهینه‌سازی همه سیستم‌های عامل استفاده نمائیم.

توابع لینوکس KVM چیست؟

برای درک عملکرد لینوکس KVM، ابتدا باید مجازی سازی و تفاوت بین انواع Hypervisor را درک کنید. مجازی سازی به زبان ساده به این معنی است که یک یا چند سیستم عامل مهمان کامل می توانند روی یک سرور میزبان کار کنند. مجازی‌سازی سخت‌افزاری که برای سیستم‌های مهمان ارائه می‌شود، می‌تواند توسط نرم‌افزار شبیه‌سازی شود یا توسط یک هایپروایزر اختصاص داده شده به منابع سخت‌افزار طبیعی کنترل شود.

سه نوع مجازی سازی چیست؟

بهتر است سه نوع مجازی سازی را خوب بشناسیم که عبارتند از:

• Full Virtualization 

مجازی سازی کامل زمانی است که سخت افزار به طور کامل روی نرم افزار شبیه سازی شود. نیازی به تعامل بیشتر با سخت افزار واقعی نیست.

• Para-Virtualization 

سیستم مهمان به درایورهای طراحی شده خاص نیاز دارد زیرا مستقیم با هایپروایزر تعامل دارد.

• Hardware-Assisted Para-Virtualization 

پشتیبانی سخت افزاری در حال حاضر در پردازنده یکپارچه شده است. اگرچه این امر سفارشی سازی را کاهش می دهد، اما کارایی سیستم‌های مهمان را افزایش می‌دهد. اکثر پردازنده‌های اینتل و AMD دارای این قابلیت هستند، اگرچه ممکن است لازم باشد آن را در BIOS/UEFI فعال کنید.

چه کسانی از KVM برای مجازی سازی استفاده می‌کنند؟

شرکت‌های فروش بزرگ مانند Red Hat Enterprise Linux و شرکت وابسته که KVM را اجرا می‌کند، برجسته‌ترین گروه‌هایی هستند که از این ویژگی استفاده می‌کنند. همین مورد در کنار ویژگی های KVM یکی از دلایلی است که ما از آن استفاده می‌کنیم. KVM تنها هایپروایزر برای تمامی محصولات مجازی سازی Red Hat است.

علاوه بر Red Hat، شرکت هایی مانند IBM، Canonical و Google برای بسیاری از محصولات مجازی سازی به فناوری مبتنی بر KVM متکی هستند. برای این منظور، KVM اصلی ترین ماشین مجازی است که مدیران فناوری اطلاعات را قادر می‌سازد چندین سیستم عامل را بر روی یک سخت افزار یکسان اجرا کنند.
 

مقایسه هایپروایزر نوع اول (Type 1) با  نوع دوم (Type 1) 

Hypervisor یک لایه مدیریت یا ترجمه بین منابع سخت افزاری طبیعی و مجازی است. بسته به نوع راه حل مجازی سازی، لازم است تمام الزامات سخت افزار طبیعی ترجمه شود.

دو نوع هایپروایزر عبارتند از:

1. Type-1 (Bare Metal Hypervisor) 

 مستقیم روی سخت افزار بدون اینکه در سیستم عامل گنجانده شود اجرا می شود.

2. Type-1 (Bare Metal Hypervisor)

این نوع در سیستم عامل تعبیه شده است؛ به یاد داشته باشید، Linux KVM یک هایپروایزر نوع 1 است و از hardware-Assisted Para-Virtualization استفاده می‌کند، اگرچه به طور منحصر به فرد در ماژول کرنل یکپارچه شده است.

ویژگی های استفاده از KVM Hypervisor 

استفاده از KVM Hypervisor با لینوکس می‌تواند شامل ویژگی‌های بسیاری از جمله امنیت و عملکرد بالا در زیرساخت مجازی سازی باشد. در ادامه  ویژگی‌ها و چرایی بهتر بودن آنها از راه حل‌های مجازی سازی سنتی را بررسی می‌کنیم.

1. کارایی

با عملکرد موروثی لینوکس، KVM مقیاس بندی را انجام می‌دهد تا با بار تقاضای سیستم عامل‌های مهمان و درخواست‌ها با افزایش آنها مطابقت داشته باشد. در نتیجه، KVM اساس بسیاری از تنظیمات مجازی سازی سازمانی است، که اجازه می‌دهد تا بیشترین حجم کاری اپلیکیشن را مجازی سازی کند.

از آنجایی که KVM یک Hypervisor نوع یک است، از اکثر فناوری‌های مجازی سازی سنتی که معمولا Hypervisor نوع دو هستند، بهتر عمل می‌کند. این کار عملکرد near-metal را تضمین و به Hypervisor KVM اجازه می‌دهد VM سریع راه اندازی شود و به نتایج عملکرد مطلوب دست یابد.

2. امنیت

KVM دو سیستم امنیتی را با ترکیبی از SELinux (Security-Enhanced Linux) و sVirt (Secure Virtualization) اجرا می‌کند تا بالاترین امنیت و ایزوله را برای VM‌ها تضمین کند. در حالی که SELinux به ایجاد امنیت در اطراف ماشین‌های مجازی کمک می‌کند، sVirt توانایی‌های SELinux را گسترش می‌دهد. گسترش حفاظت SELinux اجازه می‌دهد تا امنیت MAC (Mandatory Access Control) در ماشین‌های مجازی مهمان اعمال شده و از خطاهای برچسب گذاری دستی (manual labeling) جلوگیری کند.

3. ذخیره سازی

KVM می‌تواند از هر فضای ذخیره سازی پشتیبانی شده توسطلینوکس استفاده کند. فضای ذخیره‌سازی مانند دیسک‌های لوکال یا NAS (ذخیره‌سازی متصل به شبکه) معمولا بیشترین پشتیبانی توسط لینوکس برای استفاده از KVM است. به طور کلی فضای ذخیره سازی بهبود یافته‌ای را برای حداکثر استفاده فراهم می‌کند. KVM همچنین ایمیج فایل‌های به اشتراک گذاشته شده را ارائه می‌دهد و در نهایت ایمیج VM مشترک را به چندین میزبان می‌‎دهد. 

4. پشتیبانی سخت افزاری

از آنجایی که فروشندگان سخت‌افزار به طور مداوم در توسعه سخت‌افزار و مجازی‌سازی سخت‌افزار برای توسعه کرنل مشارکت می‌کنند، KVM می‌تواند از پلت‌فرم‌های سخت‌افزاری مختلف مورد تایید لینوکس و پشتیبانی شده از ویندوز استفاده کند. آخرین ویژگی‌ها همیشه به سرعت در کرنل لینوکس استفاده می‌شوند.

5. مدیریت حافظه

از آنجایی که لینوکس ویژگی‌های مدیریت حافظه را هم ارائه می‌کند، KVM این ویژگی‌ها، از جمله دسترسی غیریکنواخت به حافظه را به ارث برده است. حافظه ماشین‌های مجازی پتانسیل تعویض را دارد، زیرا با حجم زیادی پشتیبانی می‌شود که عملکرد کلی بالاتری را ایجاد می‌کند. این نیز توسط یک فایل دیسک به اشتراک گذاشته پشتیبانی می شود.

6. مهاجرت زنده

KVM از مهاجرت زنده پشتیبانی می‌کند و به یک ماشین مجازی در حال اجرا اجازه می‌دهد بین میزبان‌های فیزیکی بدون وقفه در سرویس جابجا شود. با آنلاین بودن ماشین مجازی و فعال بودن اتصال شبکه، برنامه‌ها تا زمانی که ماشین مجازی در حال جابجایی است به کار خود ادامه می‌دهند. مزیت دیگری که KVM فراهم می‌کند، توانایی ذخیره وضعیت ماشین مجازی و از resume/store اطلاعات برای بعد در صورت نیاز است.

7. برنامه ریزی و کنترل منابع

ماشین‌های مجازی یک فرآیند لینوکس هستند که توسط کرنل لینوکس در مدل KVM برنامه ریزی و مدیریت می‌شوند. این زمان‌بندی(scheduler) اجازه می‌دهد تا منابع تخصیص‌یافته در فرآیند لینوکس به خوبی سازمان‌دهی شده و دقیق کنترل کند و کیفیت را در فرآیند خاص تضمین نماید. KVM شامل یک زمان‌بندی منصفانه(fair scheduler)، گروه کنترل(control group)، فضاهای نام شبکه (namespaces) و برنامه‌های افزودنی real-time است.

8. تاخیر کمتر و اولویت بندی بیشتر

کرنل لینوکس، همانطور که قبلا ذکر شد، extensionهای real-time را ارائه می‌دهد که به برنامه‌های مبتنی بر VM اجازه می‌دهد با تاخیر کمتر و اولویت بندی بالاتر اجرا شوند. علاوه بر این، ماژول کرنل همچنین فرآیندهای تقسیم شده‌ای را ارائه می‌دهد که به زمان‌های محاسباتی طولانی در اجزای کوچکتر نیاز دارند.

گزینه های مدیریت KVM

چند گزینه محبوب مدیریت KVM برای مدیریت و تسهیل VMها و ارائه یک رابط کاربری گرافیکی ضروری وجود دارد. نرم افزار مدیریت برای KVM ها می‌تواند مفید باشد، و در زیر برخی از بهترین پلتفرم‌های مدیریتی را برای تجربه نهایی شما ارائه خواهیم داد.

بهترین گزینه‌های مدیریت KVM عبارتند از:

• Virtual Machine Manager یک رابط دسکتاپ برای مدیریت مستقیم ماشین‌های مجازی KVM.
• Multipass این پلتفرم که بیشتر توسط توسعه دهندگان استفاده می‌شود، توصیه شده ترین پلتفرم برای استفاده از ماشین‌های مجازی اوبونتو است. Multipass روی لینوکس، ویندوز و MacOS نصب می‌شود.
• OpenStack محبوبترین رایانش ابری که مدیریت محاسبات توزیع شده، شبکه و منابع ذخیره سازی را امکان پذیر می‌کند.

نه تنها پلتفرم‌های مدیریتی به کارایی بیشتر در KVM ها کمک می‌کنند، بلکه ما این خدمات را ارائه می‌دهیم تا کسب و کار شما بتواند با موفقیت به خوبی اجرا شده و عملیات را ساده کند.