Vergelijking van Xen en OpenVZ. Project aangeboden door: Bart Dresselaers Alexander Vandeneede Davy Dullaert

Transcriptie

1 Vergelijking van Xen en OpenVZ Project aangeboden door: Bart Dresselaers Alexander Vandeneede Davy Dullaert In opdracht van: Hogeschool West Vlaanderen, Departement PIH Multimedia & Communicatie Technologie, optie Netwerken Academiejaar

2 Voorwoord Vier weken hard werken rond de vergelijking van OpenVZ met Xen bezorgde ons dit prachtig resultaat. Een document waar wij onze ervaringen in hebben samen gebundeld. Samen hebben wij (Bart, Davy en Alexander) ons teruggetrokken op kot waar wij onze test server opzette, om de technologieën te vergelijken. Deze opdracht heeft zeker en vast ons inzicht vergroot en geeft ons als MCT'er zeker een meerwaarde. Graag zouden wij de Hogeschool West Vlaanderen willen bedanken voor het materiaal dat zij ons ter beschikking stelde. Ook onze docenten Tom Decaevele, Steven Verborgh en Geert Hofman waar wij met vragen steeds langs konden komen. Ook buiten de uren was mailen mogelijk waarvoor hartelijk dank. 2008, Bart Dresselaers, Davy Dullaert en Alexander Vandeneede De auteurs geven de toelating deze tekst en afbeeldingen op papier en digitaal voor educatieve doeleinden beschikbaar te stellen en delen ervan te kopiëren voor eigen gebruik mits bronvermelding. Elk ander gebruik valt onder de strikte beperkingen van het auteursrecht. In het bijzonder wordt gewezen op de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van tekstdelen. 2

3 Inhoud Voorwoord... 2 Inhoud Virtualisatie Virtualisatie toepassingen Architectuur OpenVZ Concepten van OpenVZ Templates Template metadata Template cache VPS ID Werking van OpenVZ Xen Xen Hypervisor Domain Domain U DomU Paravirtualisatie DomU Full virtualisatie Domain management en controle Installatie OpenVZ Xen Conclusie Figuren Bronnen

4 1. Virtualisatie Voor we dieper ingaan op de verschillen tussen OpvenVZ en Xen, even een kort woordje over wat virtualisatie juist is en waar het gebruikt kan worden. Normaliter heb je per computer één operating system. Virtualisatie maakt het mogelijk meerdere systemen op die ene PC simultaan te draaien waardoor je de resources van je computer volledig kan benutten. Op deze manier kunnen bedrijven een grote kost uitsparen en zijn ze niet gedwongen om verschillende servers aan te schaffen voor elke dienst die ze willen (bv: fileserver, firewall, printserver, AD, DNS, DHCP, ftp, e mail, webserver,...) Al deze voorbeelden kunnen dan gecombineerd worden op één fysieke server met verschillende virtuele systemen die elk hun eigen taak, IP adres, resources, etc toegewezen krijgen. Er bestaan verschillende software programma s die het mogelijk maken om twee of meerdere operating systems naast elkaar te starten. Bij virtualisatie worden de fysieke computerbronnen verborgen van het besturingssysteem door middel van een abstractielaag. Bij een heel aantal virtualisatie programma's wordt er hardware geëmuleerd die dan ter beschikking komt van het gast OS. Nadien worden de instructies naar de geëmuleerde hardware vertaald naar instructies voor de echte hardware. Er bestaan verschillende soorten virtualisaties, in dit document worden er slechts drie mogelijkheden besproken. Namelijk deze die gebruikt worden bij Xen (Paravirtualisatie en Full virtualisatie) en deze die gebruikt wordt bij OpenVZ (OS virtualisatie). Figuur 1: Virtualisatie 1.1 Virtualisatie toepassingen Virtualisatie verstrekt een uitvoerbare oplossing voor hostingbedrijven dat hun toestaat om : Honderden klanten een individuele volledig uitgeruste VPS aan te bieden die gedeeld is over 1 enkele fysische server. Elke klant een Quality of Service aan te bieden. Klanten en hun server omgeving op een eenvoudige wijze te verplaatsen zonder enige manuele herconfiguratie. 4

5 Als je in een bedrijf verschillende Linux servers beheert, elk met hun eigen specifieke service, kan je virtualisatie gebruiken om elke server af te zonderen in 1 enkele fysische server zonder informatie of performantie te verliezen. Ook in de onderwijssector kan virtualisering worden gebruikt. Elke student kan hierdoor bijvoorbeeld een virtuele machine worden toegewezen die dan van op afstand kan worden beheerd. In alle voorgaande gevallen worden kosten bespaard door dat meerdere machines kunnen draaien op één fysieke machine. Het feit dat virtuele machines gescheiden zijn van de fysieke hardware brengt ook een veiligheidsvoordeel met zich mee. Aangezien de virtuele machines van elkaar gescheiden zijn beïnvloeden ze elkaar niet wanneer bijvoorbeeld een machine zou geïnfecteerd raken met een virus. 5

6 2. Architectuur 2.1 OpenVZ Concepten van OpenVZ Het concept van OpenVZ is verschillend van andere virtuele machines in de zin dat VPSen altijd dezelfde OS kernel draaien op het host systeem( Linux kernel ). Deze implementatie technologie zorgt ervoor dat je verschillende virtuele machines kan gebruiken met bijna geen overhead. OpenVZ VPSen bieden een efficiëntere en beter beheerbare implementatie van virtualisatie dan andere traditionele virtualisatiemethodes Templates Een OS template in OpenVZ is een set van pakketten van een bepaalde linuxdistributie waar 1 of meerdere VPSen kunnen worden op gebaseerd, Met OpenVZ kunnen verschillende distributies worden geïnstalleerd op 1 fysische machine. Voor elke distributie bestaat er een aparte template. Een template bestaat uit systeemprogramma s, bibliotheken en scripts die nodig zijn om een VPS op te starten. Er zijn ook enkele basisprogramma s in gegoten maar dit is vrij beperkt. Programma s zoals een compiler een SQL server zijn niet inbegrepen in een OS template. Een Template is de bouwsteen om een VPS te maken. Templates worden gecreëerd aan de hand van je hardware. Het enige wat je nodig hebt zijn template tools(vzpkg) en template metadata Template metadata Templatemetadate is informatie over een bepaalde OS template. Het bevat: Een lijst van pakketten die in de template zitten. Locatie van pakkettenrepositories. Distributiespecifieke scripts die dienen uitgevoerd worden bij het maken van een template. Public GPG keys die nodig zijn om handtekeningen van pakketten te controleren Template cache Template metadata bevat genoeg informatie om een OS template te maken. Tijdens het OS template proces worden de benodigde pakketten van het internet gedownload en in de voorlopige VPS geïnstalleerd die dan in een gzipped tarball bestand word ingepakt en gecomprimeerd. Dit noemt men de template cache. 6

7 Deze template cache is bedoeld om snel aan de slag te gaan, het is in principe een voorgeconfigureerde VPS, het enige wat je nog hoeft te doen is de tar uit te pakken. De template cache bestanden worden standaard opgeslagen in de /vz/template/cache map. Figuur 2: OpenVZ Templates VPS ID Elke Virtual Private Server heeft een numeriek ID, ook een VPS ID genoemd. Dit ID is een 32 bit integer nummer dat begint met een 0 en dat uniek is voor elke hardwarenode. Wanneer je een VPS ID wilt toewijzen aan een bepaalde virtuele machine moet je wel met enkele dingen rekening te houden: ID 0 is het ID dat gebruikt wordt door de hardwarenode zelf. Je kunt geen VPS maken met ID 0. OpenVZ reserveert de ID s 0 tot 100. Althans gebruikt OpenVZ enkel ID 0 kunnen verschillende versies andere VPS ID s voor internet gebruik gebruiken Werking van OpenVZ In principe heb je enkel 1 toegewezen server nodig om effectief OpenVZ te gebruiken in een netwerk. Als je meerdere OpenVZ gebaseerde fysische servers hebt geïnstalleerd zal elk van hen een simultane architectuur hebben. In OpenVZ termen noemt men zo een dergelijk server een Hardware node. Elke fysische server bestaat uit 1 of meer VPSen. Elk met hun eigen geïsoleerde root, IP adres, processen,bestanden, Elke VPS is gebaseerd op een bepaalde template. De netwerklaag zorgt voor communicatie tussen de verschillende nodes en zorgt er alsook voor dat elke VPS zijn eigen IP adres heeft en dat de firewallregels worden toegepast. Ze is gemaakt om de VPSen van elkaar en van het fysisch netwerk te kunnen scheiden. De OpenVZ laag zorgt ervoor dat elke VPS van de andere gescheiden is. Deze laag communiceert dan met het host operating system die op zijn beurt een system call zal doen naar de hardware. 7

8 Figuur 3: OpenVZ Overzicht De hoofdeigenschappen: Elke VPS heeft zijn eigen IP adres, verschillende IP adressen per VPS zijn toegelaten. Netwerkverkeer is gesplitst van de andere VPSen. Er kan een firewall worden toegepast binnen een VPS.( De gebruiker kan firewall regels creëren om toegang tot bepaalde services te accepteren of weigeren). Routeringtabellen kunnen worden gemanipuleerd zodat geavanceerde routeringopties kunnen worden gebruikt. Bijvoorbeeld instellen hoeveel units MTU s maximum mogen worden doorgestuurd naar verschillende bestemmingen. Figuur 4: OpenVZ Netwerklaag 8

9 2.2 Xen Xen is een open source virtualisatie software dat ontwikkeld werd aan de University of Cambridge(UK) onder leiding van Ian Pratt. Deze werkte later het product verder uit in zijn eigen bedrijfje genaamd XenSource. In de volgende paragrafen kom je meer te weten over de werking van dit stuk virtualisatie software. De architectuur bestaat uit de volgende sleutel componenten: De Xen Hypervisor Domain 0 Domain management Domain U (Paravirtualisatie of Full virtualisatie) Figuur 5: Xen Overzicht Xen Hypervisor De Xen hypervisor is een aangepaste Linux kernel die zich net boven de fysieke hardware situeert en komt nog voor één van de operating systems, dit maakt dat bij de het opstarten van je computer je in het grub menu de Xen kernel moet kiezen. Xen zal hierna de kernel van het operating system in laden in Dom0. De Hypervisor dient als een abstractielaag tussen de hardware en de verschillende domains. Zorgt voor de toewijzing van CPU kracht en geheugen ruimte aan de virtuele machines en verzorgt de communicatie tussen de verschillende domains en tussen de domains en de hardware. Waarvoor hij nauw samenwerkt met Domain 0 waarover je in de volgende paragraaf meer kan lezen. Deze laag bevat een Event Channel dat gebruikt voor de communicatie tussen de verschillende domains. De hypervisor zorgt ook voor de uitvoering van de verschillende virtuele machines Domain 0 Domain 0 is een unieke virtuele machine met speciale rechten die op de hypervisor draait. Het is een speciaal aangepaste Linux kernel die het mogelijk maakt om met de andere virtuele machines te communiceren, hij alleen heeft toegang tot I/O apparaten. Deze virtuele machine is van essentieel belang in de werking van Xen, zonder een Dom0 kan je geen virtuele machines aanmaken of starten. Het bevat ook 2 Back end drivers, één voor de netwerkkaart en een om de lokale harde schijven aan te spreken, het is de enige virtuele machine die deze hardware direct kan aanspreken en er de 9

10 toepasselijke drivers voor bezit. Andere virtuele machines (bij paravirtualisatie) gebruiken dit domain dan ook om deze interfaces aan te spreken Domain U Elke virtuele machine die niet Domain 0 is wordt met Domain U benoemd. Men kan hierin nog een onderscheid maken tussen paravirtualisatie: Domain U PV (ParaVirtualisation), en full virtualisatie: Domain U HVM (Hardware Virtual Machine) DomU Paravirtualisatie Dit domein kan alleen operating systems draaien die weten dat ze geparavirtualiseerd worden, daarvoor is een speciaal aangepaste Linux kernel nodig. Met de komst van Windows Server 2008 zal dit ook mogelijk zijn onder het besturingssysteem van Microsoft, eerdere Windows versies kunnen dit echter niet. DomU PV heeft ook drivers voor de netwerk interface en de harde schijven, dit zijn niet noodzakelijk de drivers van de bijhorende hardware (native drivers) maar eerder generieke drivers. Deze drivers staan in een point to point verbinding met de back end drivers van domain 0 en worden gebruikt om verzoeken voor het gebruik van de netwerkkaart of de harde schijf van de virtuele machine naar Dom0 te sturen, die op zijn beurt de effectieve hardware aanspreekt. Figuur 6: Xen Paravirtualisatie DomU Full virtualisatie Bij Full virtualisatie ligt het aanspreken van de hardware iets anders, voor elke virtuele machine moet een daemon opgestart worden in Dom0: Qemu DM deze zorgt er dan voor dat het guest operating 10

11 system de fysieke hardware kan bereiken. Hier wordt alle hardware gevirtualiseerd en de virtuele machine ziet niet de effectieve hardware maar de virtuele apparaten. Dit creëert echter wel overhead, wat wil zeggen dat je meer resources verbruikt dan bij paravirtualisatie. Omdat bij full virtualisatie het besturingssysteem niet weet dat hij gevirtualiseerd wordt, draait er eerst een Xen virtual firmware. Zo wordt er een bios gesimuleerd die het OS verwacht bij het opstarten. Dit maakt het trouwens ook mogelijk om versies van Windows te virtualiseren met Xen. Hiervoor is er echter wel speciale hardware nodig, namelijk een AMD V of Intel VT processor. Figuur 7: Xen Hardware Virtualisatie Domain management en controle Bij de installatie van Xen worden er ook een paar daemons geïnstalleerd in Dom0 die je helpen bij het beheren van je virtuele machines waar je in de volgende paragraaf iets meer over te weten zult komen. Om te beginnen is er Xend, dat wordt beschouwd als de systeem manager. Figuur 8: Xen Domain management Xend maakt gebruik van Libxenctrl om requests naar de hypervisor te sturen. De requests komen toe bij de daemon privcmd die ze ontvangt en op zijn beurt doorstuurt naar de hypervisor. Met behulp van de command line tool xm kan je commando s zoals xm create 101 voor het maken en opstarten van een virtuele machine doorsturen naar de Xend daemon. 11

12 3. Installatie 3.1 OpenVZ Voor de installatie van OpenVZ maken we gebruik van een fedora core 8 installatie. Eerst gaan we de kernel installeren. Dit doen we aan de hand van een *.rpm package dat we konden downloaden van de OpenVZ site Hierbij installeerden we ook enkele tools zoals vzquota, vzpkg,... (zie site openvz.org). Vervolgens moeten we ervoor zorgen dat we de kernel ook goed kunnen gebruiken. Om hiervoor te zorgen moeten we de bootloader aanpassen die we kunnen wijzigen met volgend commando: vim /boot/grub/grub.conf In het bestand zorg je ervoor dat je OpenVZ erbij zet, een voorbeeld hiervan zie je hieronder: title OpenVZ root (hd0,0) kernel /boot/vmlinuz el5.028stab053.6 ro root=label=/ initrd /boot/initrd el5.028stab053.6.img Er moeten geen extra instructies/parameters meegegeven worden aan de kernel. Deze kan je zien in de grub config. Alles wat na root=... komt is voor de kernel. Deze opties zijn hier niet nodig en mogen hier dus weggelaten worden kernel /vmlinuz stab029.1 ro root=/dev/sda5 quiet rhgb De rode tekst stond er origineel wel maar moet dus weg. Vervolgens moeten we de instellingen goedzetten. Dit doen we door gebruik te maken van volgend commando: vim /etc/sysctl.conf Dit configuratie bestand wordt gebruikt voor de configuratie (parameters) van de kernel at runtime. Zorg dat onderstaande parameters correct staan net.ipv4.ip_forward = 1 net.ipv4.conf.default.proxy_arp = 0 net.ipv4.conf.all.rp_filter = 1 kernel.sysrq = 1 net.ipv4.conf.default.send_redirects = 1 net.ipv4.conf.all.send_redirects = 0 Om ervoor te zorgen dat de wijzigingen ook in de kernel toegepast worden gebruiken we het commando sysctl p init 6 12

13 Het installeren van extra packages is mogelijk maar dan moeten we eerst wel de repo's toevoegen. cd /etc/yum.repos.d wget Nu kunnen we met yum extra's installeren yum install vzctl rpm --import vzquota vzrpm43-python vzrpm44-python Om OpenVZ manueel te starten en stoppen kan je gebruik maken van volgend commando. Bij het starten zorgt het commando er ook voor dat zijn machines gestart worden. /etc/init.d/vz [start stop] Om een VM te installeren via een template download je eerst een template van die je vervolgens in de map /vz/template/cache plaatst (of waar jouw template map staat) Wij gebruikten fedora core 5 i386 minimal.tar.gz en ubuntu 6.06 i386 minimal.tar.gz. Een virtuelee machine aanmaken nadien via command line is kinderspel en vereist slechts enkele eenvoudige commando's. vzctl create ostemplate debian-3.1-amd64-minimal //merk op dat we de extensie.tar.gz niet typen vzctl set hostname ubuntu1-vz save vzctl set ipadd save figuur8: OpenVZ commando s 13

14 3.2 Xen Wij starten van een reeds geïnstalleerde fedora core 8 waar wij de Xen kernel op installeren. yum install xen kernel-xen Nadien installeerdenn we een grafische schil voor het beheren van virtuele machines. (VNC) yum install virt-manager Wanneer we deze willen gebruiken om virtuele machines te maken, moeten we er rekenen mee houden dat hier root rechten voor nodig zijn. Dit kan je doen door het programma op te starten vanuit command linde als root gebruiker sudo virt-manager Figuur 9: Xen virt manager Deze bleek toch nog een heel aantal bugs te bevatten. Een opmerking hierbij is dat je de virt in het menu. Het aan maken van een nieuw virtueel systeem verliep niet zonder slag of stoot. De grafische virt manager moet openen met root rechten en niet door deze gewoon aan te klikken manager crashte regelmatig, ook moest apache geïnstalleerd worden om de installatie van een cd te kunnen uitvoeren (dmv. een symbolic link ln -s /media/ubuntu.../var/www/html/ubuntu...) Installatie apache2 dat nodig is om een lokaal medium te installeren. yum install httpd service httpd start Nog een opmerking bij het installeren van een cd rom of ander locaal medium. U moet het installatiemedium invoeren, dat moet beginnen met dus installeren via je eigen apache server. Als je er naartoe surft door bv: //localhost/virtual zal dit niet werken. Local host zal 14

15 nadien verwijzen naar de virtuelee machine waar natuurlijk nog geen apache opstaat, laat staan zijn eigen installatiefiles. Vreemd bij het installeren is dat we 4GB genomen hadden voor de virtuele fedora core 8 systeem (identiek aan de ruimte en OS van het host systeem) Toch bleek dat nog voor de helft van de installatie geen ruimte meer vrij hadden voor de installatie. 7GB bleek dan wel voldoende te zijn voor deze installatie te kunnen voltooien. Eenmaal de image waar de virtual pc in zal draaien is aangemaakt kan de grootte niet meer aangepast worden. Specifiek wanneer je de installatie meerdere malen moet doorlopen en de eerste keer maak je de image 4GB dan moet je eerst de image definitief verwijderen vooraleer je deze kan vergroten. Het aanmaken van een nieuwe machine in de command line gebeurd door het commando xm createe <naam van de machine> waarbij <naam van de machine> de naam van een configuratie bestand is dat staat in /etc/xen. In dezee map zijn er ook een paar voorbeelden te vindenn van configuratiebestanden die je kunt aanpassen aan je eigen noden en wensen. Figuur 10: Xen Werking 15

16 4. Conclusie Wat? Xen OpenVZ Installatie Xen / OpenVZ Host OS Fedora (core) 8 Fedora (core) 8 Installatie specifieke yum install xen kernel xen ovzkernel kernel (+ instellingen in el5.028stab053.6.i686.rp /boot/grub/gbrub.conf) m Wijzigen config / /etc/sysctl.conf bestanden Extra installaties yum install httpd (indien eigen installatie cd) yum install vzctl vzquota vzrpm43 python vzrpm44 python vzpkg Aanmaken van gast os GUI virt manager(command line EasyVZ (command line mogelijk) mogelijk) Configuratie gast os Grootte virtuele HDD partitie of image file (vaste groote) Instelling in config file /etc/sysconfig/vz scripts/<id> Aantal CPU's Tot 32 VCPU's, onafhankelijk van Tot 64 de logische CPU's Vritueel geheugen Niet meer dan op host systeem Tot 64 GB (max 64 GB) IP Via GUI (command line mogelijk) vzctl set 101 ipadd save Hostname GUI of als argument in command line vzctl set <vps id> hostname ubuntu1 vz save Starten van VM Via GUI (command line mogelijk) vzctl start <vps id> Instellen hardware (vb toetsenbord) Instellen in config file van Xen /etc/xen/xend config.sxp Mogelijkheden Ja indien geen paravirtualisatie Installeren windows Neen mogelijk Grafische omgeving yum install virt manager EasyVZ Virtualisatiemogelijkhe Volledige virtualisatie, Para os level virtualisatie den virtualisatie Gebruik eigen Ja dmv xen create image Ja dmv vzpkg templates Host OS Xen / OpenVZ Processor verbruik + 3 % bij paravirtualisatie 1 3 % Geheugen verbruik In rust ongeveer 168 MB In rust ongeveer 144 MB Uitvoeren script vanaf Nee Ja host OS Architectuur Xen / OpenVZ Gebruik kernel Aanspreken hardware (cd rom, scherm, floppy,...) Aanspreken resources (CPU, geheugen,...) Gepatchte linuxkernel, gast os moet weten dat hij geparavirtualiseerd is Via Dom0, een virtuele machine die rechtstreeks met de hardware kan communiceren Via Dom0, een virtuele machine die rechtstreeks met de resources kan communiceren OpenVZ kernel met aangepaste parameters Host os Host os 16

17 Beheer virtuele machines Programeertaal van virtualisatie programma Xen hyperviser die boven de hardware laag draait Specifiek Python scriptjes en C librarys OpenVZ laag dat op het host os draait C 17

18 Figuren Figuur 1: Virtualisatie... 4 Figuur 2: OpenVZ Templates... 7 Figuur 3: OpenVZ Overzicht... 8 Figuur 4: OpenVZ Netwerklaag... 8 Figuur 5: Xen Overzicht... 9 Figuur 6: Xen Paravirtualisatie Figuur 7: Xen Hardware Virtualisatie Figuur 8: Xen Domain management Figuur 9: Xen virt manager Figuur 10: Xen Werking Bronnen Eindwerk Xen Paravirtualisatie door Stijn Verslycken Xen Including Xenenterprise Xenexpress/dp/ openvz installation.html Abels.pdf cture_q pdf xensosp.pdf xen ols.pdf 18