Xen vs. KVM, porovnanie hypervízorov

V ére cloud computingu sa hypervizory ako KVM a Xen stali dôležitejšími ako kedykoľvek predtým. Ale v čom sa tieto dve virtualizačné technológie líšia? V našom porovnaní Xen vs. KVM sa pozrieme na podobnosti a rozdiely medzi nimi.

Xen v skratke

Xen je open-source virtualizačný softvér, ktorý umožňuje súčasné spúšťanie viacerých hosťovských operačných systémov na jednom hostiteľskom počítači. Xen spravuje prideľovanie hardvérových zdrojov na hostiteľskom počítači.

Aký typ hypervizora je Xen?

Xen je hypervízor typu 1 (alebo bare metal). Tento typ hypervízora sa inštaluje priamo do fyzického systému a komunikuje s hardvérom prostredníctvom vlastných ovládačov. Hostiteľský a hosťovský operačný systém sú nainštalované nad hypervízorom Xen. Na rozlíšenie rôznych úrovní oprávnení Xen kategorizuje nainštalované operačné systémy do dvoch rôznych domén: dom0 a domU. Hostiteľský operačný systém patrí do domény dom0 a má najvyššiu úroveň oprávnení, zatiaľ čo všetky hosťovské operačné systémy sú klasifikované ako systémy bez oprávnení a patria do domény domU.

Hostiteľský operačný systém nekomunikuje s hardvérom priamo prostredníctvom svojich ovládačov, ale prostredníctvom hypervizora pomocou špecializovaného rozhrania Xen API. Táto hlboká integrácia zabezpečuje efektívnejšie využitie hardvéru, menšie režijné náklady a zníženú plochu útoku.

Ako Xen využíva paravirtualizáciu na zvýšenie efektívnosti

Xen využíva techniku virtualizácie paravirtualizáciu na zvýšenie efektívnosti. Pri tejto technike hypervízor neemuluje hardvérové komponenty a hosťované systémy si uvedomujú, že pracujú vo virtualizovanom prostredí. To umožňuje oveľa rýchlejšiu komunikáciu medzi hosťovanými operačnými systémami a Xenom, čo vedie k zvýšenému výkonu.

Tento prístup však závisí od špecializovaných ovládačov a špecifických integrovaných funkcií v jadre operačného systému. Mnohé široko používané jadrá operačných systémov, ako napríklad Linux a BSD, už roky podporujú paravirtualizáciu.

Ak používate operačný systém, v ktorom nie je možná alebo žiaduca paravirtualizácia, Xen podporuje aj úplnú virtualizáciu (kedy sú hardvérové komponenty virtuálne emulované). Hoci to spomaľuje virtualizáciu, poskytuje vysokú kompatibilitu, čo umožňuje prevádzku operačných systémov, ktoré nepodporujú paravirtualizáciu, pod Xenom.

Aké sú kľúčové vlastnosti KVM?

Podobne ako Xen, aj KVM (Kernel-based Virtual Machine) je open-source hypervízor, ktorý používateľom umožňuje spúšťať viacero hosťovaných operačných systémov na jednom fyzickom počítači. Hoci oba hypervízory slúžia na rovnaký základný účel, ich architektonická konštrukcia je odlišná, pričom každý hypervízor je vhodný pre iné použitie.

Aký typ hypervizora je KVM?

V minulosti sa KVM často označoval ako hypervízor typu 2, pretože mohol komunikovať s hardvérom iba prostredníctvom ovládačov hostiteľského operačného systému. KVM musel emulovať všetky hardvérové komponenty pre hosťovské systémy, čo znemožňovalo paravirtualizáciu.

KVM bol od tej doby rozšírený o paravirtualizáciu. Spôsob jeho fungovania sa však líši od Xen. Na rozdiel od Xen nie je KVM inštalovaný pod hostiteľským operačným systémom, ale je priamo integrovaný do jadra Linux. KVM používa softvérové komponenty systému Linux na správu virtualizovaných systémov a ich procesov.

V rámci KVM má každý hosťovaný operačný systém vlastnú virtualizovanú sadu hardvéru, vrátane sieťových rozhraní, diskového úložiska a iných typov hardvérových komponentov. Na urýchlenie úplnej virtualizácie KVM využíva hardvérovo podporovanú virtualizáciu, ktorá je už prítomná vo väčšine moderných procesorov.

Nie každá zložka prechádza v KVM úplnou virtualizáciou. Na zvýšenie výkonu bežiacich systémov a aplikácií poskytuje KVM paravirtualizované rozhrania, ktoré môžu priamo komunikovať s hypervízorom prostredníctvom rozhrania Virtio API. KVM používa paravirtualizáciu prevažne pre vstupné a výstupné zariadenia, ako je sieťové rozhranie. Preto sa KVM často opisuje ako systém využívajúci čiastočnú paravirtualizáciu.

KVM vs. Xen, porovnanie ich výkonu

Hlavný rozdiel medzi týmito dvoma hypervizormi spočíva v tom, kde v softvérovej štruktúre fungujú. KVM je integrovaný do jadra Linuxu a využíva hardvérovo podporovanú virtualizáciu na virtualizáciu mnohých hardvérových komponentov bez výrazného zníženia výkonu. Primárne rozhrania IO sú paravirtualizované, čo je pre väčšinu serverových aplikácií pravdepodobne najdôležitejší aspekt.

Xen je naopak tradične inštalovaný pod operačným systémom ako hypervízor typu 1. To znamená , že hypervízor sám spravuje distribúciu hardvérových zdrojov. Teoreticky to umožňuje Xenu poskytovať efektívnejšiu a výkonnejšiu komunikáciu s hardvérom. Ovládače Virtio a hardvérovo podporovaná virtualizácia KVM však vyrovnávajú jeho úroveň výkonu s Xenom.

Pripevnenie CPU

Napriek podobnostiam v úrovni výkonu, tieto dva hypervizory nemajú rovnaký výkon vo všetkých scenároch. Pokiaľ ide o pripájanie CPU, KVM ponúka svojim používateľom väčší výkon. Vďaka pripájaniu CPU môže KVM priradiť fyzický procesor (alebo jadro procesora) k virtualizovanému procesoru, čím zabezpečí výhradné používanie pre daný virtuálny systém. Z týchto dvoch hypervizorov túto funkciu ponúka iba KVM, čo je obzvlášť výhodné pre aplikácie s vysokými nárokmi na CPU.

Výkon siete

Pokiaľ ide o výkon siete, Xen je na čele. Hoci oba hypervizory poskytujú paravirtualizované sieťové rozhrania, každý systém virtualizovaný pod KVM má svoje vlastné sieťové zariadenie. V prípade Xenu všetky hosťovské systémy zdieľajú jedno virtuálne sieťové rozhranie, čo vedie k zvýšenej efektivite.

Zhrnutie

Otázka, ktorý hypervisor je lepší, závisí od vašich požiadaviek. Líder na trhu KVM je integrovaný do jadra Linuxu a ponúka možnosť úplnej virtualizácie. Tieto aspekty podstatne uľahčujú jeho používanie.

Avšak, vďaka svojim plným paravirtualizačným schopnostiam môže Xen teoreticky poskytovať lepší výkon. Kľúčovými faktormi, ktoré by ste mali zohľadniť pri výbere hypervizora, sú aplikácie, ktoré chcete virtualizovať, a úroveň vašich skúseností.