Was ist KVM?

KVM (Kernel-based Virtual Machine) ist eine vollständige Virtualisierungslösung für den Linux-Kernel. Sie wandelt den Linux-Kernel in einen Hypervisor um und ermöglicht es, dass mehrere Betriebssysteme (Gastbetriebssysteme) gleichzeitig auf derselben physischen Hardware laufen. KVM verwendet Hardware-Virtualisierungserweiterungen wie Intel VT oder AMD-V. Dadurch zeigen die Gastbetriebssysteme eine Leistung, als würden sie direkt auf der Hardware laufen.

Wichtige Punkte:

KVM ist in den Linux-Kernel integriert.
Erfordert Hardware-Virtualisierungserweiterungen (Intel VT oder AMD-V).
Gastbetriebssysteme teilen sich die Ressourcen des Host-Betriebssystems.
Unterstützt eine Vielzahl von Betriebssystemen (Windows, Linux, BSD usw.).

Welche Vorteile bietet KVM?

KVM bietet viele Vorteile:

Hohe Leistung: Dank Hardware-Virtualisierung zeigen KVM-Gastbetriebssysteme nahezu Host-Leistung.
Sicherheit: KVM isoliert Gastbetriebssysteme voneinander und vom Host mithilfe von Sicherheitsfunktionen wie SELinux oder sVirt.
Flexibilität: KVM unterstützt eine Vielzahl von Betriebssystemen und Hardwarekonfigurationen.
Open Source: KVM ist eine Open-Source-Lösung, was Kosteneinsparungen und Anpassungsmöglichkeiten ermöglicht.
Hardware-Kompatibilität: Unterstützt eine breite Palette von Hardware.
Live-Migration: Bietet die Möglichkeit, virtuelle Maschinen während des Betriebs auf einen anderen physischen Server zu verschieben. Dies minimiert die Ausfallzeit.
Skalierbarkeit: KVM kann in großen Virtualisierungsumgebungen eingesetzt werden.

Beispiel aus dem echten Leben: Ein Webhosting-Unternehmen stellt mithilfe von KVM mehreren Kunden virtuelle Server zur Verfügung. Jeder Kunde betreibt sein eigenes Betriebssystem und seine Anwendungen auf seinem eigenen virtuellen Server. KVM garantiert, dass die Ressourcen jedes Kunden isoliert und sicher sind. Dank der Live-Migration-Funktion von KVM kann das Unternehmen die Websites der Kunden während Wartungsarbeiten ohne Unterbrechung auf einen anderen Server verschieben.

Wie wird KVM installiert? Schritt-für-Schritt-Anleitung

Die KVM-Installation kann je nach verwendeter Linux-Distribution variieren. Im Folgenden finden Sie eine allgemeine Anleitung für die KVM-Installation unter Ubuntu:

Hardware-Virtualisierungsunterstützung prüfen:
Öffnen Sie das Terminal und führen Sie den folgenden Befehl aus:
```
egrep -c '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo
```
Wenn das Ergebnis größer als 0 ist, ist Hardware-Virtualisierungsunterstützung vorhanden.
KVM und erforderliche Pakete installieren:
Installieren Sie die KVM-, QEMU- und libvirt-Pakete mit den folgenden Befehlen:
```
sudo apt update
sudo apt install qemu-kvm libvirt-daemon-system libvirt-clients bridge-utils virt-manager
```
Benutzer zur Libvirt-Gruppe hinzufügen:
Das Hinzufügen Ihres Benutzers zur libvirt-Gruppe ermöglicht den Zugriff auf virtuelle Maschinen:
```
sudo adduser $USER libvirt
newgrp libvirt
```

Libvirt-Dienst starten und aktivieren:

sudo systemctl start libvirtd
sudo systemctl enable libvirtd

Virt-Manager starten:
Starten Sie die Virt-Manager-Oberfläche, indem Sie den Befehl virt-manager ausführen. Diese Oberfläche ermöglicht es Ihnen, virtuelle Maschinen zu erstellen und zu verwalten.

Wichtiger Hinweis: Überprüfen Sie Ihre Firewall-Einstellungen und stellen Sie sicher, dass die erforderlichen Ports für den Zugriff auf Ihre virtuellen Maschinen geöffnet sind.

Was ist QEMU und wie ist es mit KVM verbunden?

QEMU (Quick Emulator) ist ein Maschinenemulator. Es kann verschiedene Prozessorarchitekturen und Hardware emulieren. In Verbindung mit KVM bietet QEMU Hardware-Emulation für virtuelle Maschinen. KVM bietet Virtualisierungsunterstützung auf Kernel-Ebene, während QEMU die Hardware der virtuellen Maschine (CPU, Speicher, Festplatte, Netzwerkkarte usw.) emuliert.

Die Beziehung zwischen KVM und QEMU lässt sich wie folgt zusammenfassen:

KVM nutzt die Virtualisierungsfähigkeiten des Linux-Kernels.
QEMU bietet Hardware-Emulation für virtuelle Maschinen.
KVM und QEMU arbeiten zusammen, um eine vollständige Virtualisierungslösung zu erstellen.

Schematische Darstellung (Textbeschreibung):

Das folgende Schema zeigt, wie KVM und QEMU zusammenarbeiten:

+---------------------+
|   Gastbetriebssystem   |
+---------------------+
|       QEMU (Hardware-Emulation)      |
+---------------------+
|         KVM (Kernel-Virtualisierung)        |
+---------------------+
|       Linux-Kernel       |
+---------------------+
|       Hardware       |
+---------------------+

Welche Unterschiede gibt es zwischen KVM und anderen Virtualisierungstechnologien?

KVM ist eine herausragende Technologie im Bereich der Virtualisierung, weist jedoch im Vergleich zu anderen Virtualisierungslösungen einzigartige Merkmale und Unterschiede auf. Hier ist ein Vergleich von KVM mit den anderen gängigen Virtualisierungstechnologien VMware und Xen:

KVM vs. VMware:

Architektur: KVM ist ein Hypervisor, der in den Linux-Kernel integriert ist (auch als Typ-1- oder Bare-Metal-Hypervisor bezeichnet, aber da KVM auf dem Linux-Kernel läuft, ist er nicht ganz Typ 1). VMware ESXi hingegen ist ein Typ-1-Hypervisor, der auf seinem eigenen Kernel aufbaut.
Leistung: Beide Technologien bieten hohe Leistung, aber die Integration von KVM in den Linux-Kernel kann in einigen Fällen einen besseren Hardwarezugriff und Optimierung ermöglichen.
Kosten: Da KVM eine Open-Source-Lösung ist, fallen keine Lizenzkosten an. VMware ESXi hingegen ist kostenpflichtig lizenziert.
Verwaltung: VMware bietet umfassende Verwaltungstools wie vSphere. Für KVM können verschiedene Verwaltungstools wie Virt-Manager, oVirt oder OpenStack verwendet werden.
Sicherheit: Beide Technologien verfügen über Sicherheitsfunktionen, aber KVM kann Linux-Sicherheitsmechanismen wie SELinux oder sVirt verwenden.

KVM vs. Xen:

Architektur: Xen ist ein Typ-1-Hypervisor und läuft direkt auf der Hardware. KVM hingegen läuft auf dem Linux-Kernel.
Leistung: Beide Technologien bieten hohe Leistung, aber die Architektur von Xen kann in einigen Fällen eine bessere Isolation und Sicherheit bieten.
Unterstützte Betriebssysteme: KVM unterstützt eine breitere Palette von Betriebssystemen. Xen hingegen ist speziell für Linux-basierte Betriebssysteme optimiert.
Verwaltung: Für Xen stehen Verwaltungstools wie XenCenter zur Verfügung. Für KVM können verschiedene Verwaltungstools wie Virt-Manager, oVirt oder OpenStack verwendet werden.

Vergleichstabelle:

Merkmal	KVM	VMware ESXi	Xen
Architektur	Auf dem Linux-Kernel	Auf dem eigenen Kernel	Direkt auf der Hardware
Lizenz	Open Source	Kostenpflichtig	Open Source
Leistung	Hoch	Hoch	Hoch
Verwaltungstools	Virt-Manager, oVirt, OpenStack	vSphere	XenCenter
Sicherheit	SELinux, sVirt	Verschiedene Sicherheitsfunktionen	Gute Isolation

Wie man eine virtuelle Maschine (VM) mit KVM erstellt?

Um eine virtuelle Maschine mit KVM zu erstellen, können Sie die Virt-Manager (Virtual Machine Manager) Oberfläche verwenden. Hier sind die Schritt-für-Schritt-Anleitungen:

Virt-Manager starten:
Starten Sie die Virt-Manager-Oberfläche, indem Sie den Befehl virt-manager ausführen.
Neue virtuelle Maschine erstellen:
Klicken Sie im Virt-Manager-Fenster auf die Schaltfläche "Neue virtuelle Maschine erstellen".
Installationsmedium auswählen:
Wählen Sie eine Installationsquelle für die virtuelle Maschine aus. Dies kann eine ISO-Datei, ein Netzwerkspeicherort (HTTP, FTP, NFS) oder eine physische CD/DVD sein.
Betriebssystem auswählen:
Wählen Sie das Betriebssystem aus, das Sie installieren möchten. Virt-Manager bietet vordefinierte Einstellungen für gängige Betriebssysteme.
Speicher- und CPU-Einstellungen vornehmen:
Legen Sie den Speicher (RAM) und die Anzahl der CPUs fest, die der virtuellen Maschine zugewiesen werden sollen. Wählen Sie geeignete Werte unter Berücksichtigung der Ressourcen Ihres Host-Systems.
Speicherplatz erstellen:
Erstellen Sie eine virtuelle Festplatte für die virtuelle Maschine. Sie können eine vorhandene virtuelle Festplatte verwenden oder eine neue erstellen. Legen Sie die Größe und den Speicherort der virtuellen Festplatte fest.
Netzwerkeinstellungen vornehmen:
Konfigurieren Sie eine Netzwerkverbindung für die virtuelle Maschine. In der Regel werden die Optionen "NAT" (Network Address Translation) oder "Brückenverbindung" verwendet. NAT ermöglicht der virtuellen Maschine den Zugriff auf das Internet über den Host-Rechner. Die Brückenverbindung weist der virtuellen Maschine eine separate IP-Adresse in Ihrem Netzwerk zu.
Installation abschließen:
Überprüfen Sie die Einstellungen der virtuellen Maschine und klicken Sie auf die Schaltfläche "Installation starten". Die virtuelle Maschine wird gestartet und der Installationsprozess des Betriebssystems beginnt.

Codebeispiel (Erstellen einer virtuellen Maschine mit dem virsh-Befehl):

Anstatt die Virt-Manager-Oberfläche zu verwenden, können Sie auch das Befehlszeilentool virsh verwenden, um eine virtuelle Maschine zu erstellen. Nachfolgend finden Sie ein Beispiel für einen virsh-Befehl:

virsh create /pfad/zu/ihrer/vm.xml

Dieser Befehl erstellt eine virtuelle Maschine gemäß den Definitionen in der angegebenen XML-Datei. Die XML-Datei enthält die Hardwareeinstellungen, die Netzwerkkonfiguration und andere Eigenschaften der virtuellen Maschine.

Tipps zur Leistungssteigerung in KVM

Sie können die folgenden Tipps anwenden, um die Leistung von KVM-basierten virtuellen Maschinen zu verbessern:

Hardware-Virtualisierungsunterstützung aktivieren:
Stellen Sie sicher, dass Sie die Hardware-Virtualisierungsunterstützung (Intel VT oder AMD-V) in Ihren BIOS- oder UEFI-Einstellungen aktivieren.
Korrekte Treiber verwenden:
Stellen Sie sicher, dass Sie die richtigen Treiber in Ihren virtuellen Maschinen verwenden. VirtIO-Treiber sind für KVM optimiert und bieten eine bessere Leistung.
Speicher- und CPU-Einstellungen optimieren:
Weisen Sie den virtuellen Maschinen ausreichend Speicher und CPU-Ressourcen zu, vermeiden Sie jedoch eine Überlastung Ihres Hostsystems. Sie können die Speicher- und CPU-Einstellungen dynamisch an die Bedürfnisse Ihrer virtuellen Maschinen anpassen.
Festplatten-I/O-Leistung verbessern:
Bewahren Sie Ihre virtuellen Festplatten auf einem schnellen Speichergerät (SSD) auf. Sie können die Festplatten-I/O-Leistung auch verbessern, indem Sie die Festplatten-Cache-Einstellungen optimieren.
Netzwerkleistung verbessern:
Verwenden Sie die richtigen Netzwerktreiber für Ihre virtuellen Maschinen und optimieren Sie Ihre Netzwerkeinstellungen. Eine Brückenverbindung kann eine bessere Netzwerkleistung als NAT bieten.
Regelmäßige Wartung durchführen:
Führen Sie regelmäßig Wartungsarbeiten an Ihren virtuellen Maschinen und Ihrem Hostsystem durch. Bereinigen Sie unnötige Dateien, defragmentieren Sie die Festplatte und installieren Sie Systemaktualisierungen.

Fallstudie: Ein E-Commerce-Unternehmen hat seine Webserver mithilfe von KVM virtualisiert. Anfangs war die Leistung der virtuellen Server langsam. Durch die Anwendung der oben genannten Tipps (insbesondere durch die Verwendung von VirtIO-Treibern und die Optimierung der Festplatten-I/O-Leistung) konnte das Unternehmen die Leistung der virtuellen Server erheblich verbessern. Infolgedessen hat sich die Reaktionszeit der Website verkürzt und die Kundenzufriedenheit ist gestiegen.

Wie wird Networking in KVM konfiguriert?

Die Netzwerkkonfiguration in KVM ermöglicht es Ihren virtuellen Maschinen, auf das Netzwerk zuzugreifen und mit anderen Maschinen zu kommunizieren. Die am häufigsten verwendeten Netzwerkkonfigurationsmethoden in KVM sind:

NAT (Network Address Translation):
NAT ermöglicht es virtuellen Maschinen, über den Host auf das Internet zuzugreifen. Virtuelle Maschinen verbinden sich mit dem Netzwerk, indem sie die IP-Adresse des Hosts verwenden. NAT ist eine einfache Netzwerkkonfigurationsmethode und wird häufig in Heim- oder kleinen Büroumgebungen verwendet.
Brückenverbindung (Bridged Networking):
Die Brückenverbindung weist virtuellen Maschinen eine separate IP-Adresse in Ihrem Netzwerk zu. Virtuelle Maschinen können direkt mit anderen Maschinen in Ihrem Netzwerk kommunizieren. Die Brückenverbindung bietet eine bessere Netzwerkleistung und wird häufig in Serverumgebungen verwendet.
Isoliertes Netzwerk (Isolated Network):
Das isolierte Netzwerk ermöglicht es virtuellen Maschinen, nur untereinander zu kommunizieren. Virtuelle Maschinen können nicht auf das externe Netzwerk zugreifen. Das isolierte Netzwerk wird für Testumgebungen oder sicherheitskritische Anwendungen verwendet.

Schritt-für-Schritt-Anleitung (Gebrückte Verbindung):

Brücken-Schnittstelle erstellen:
Öffnen Sie das Terminal und erstellen Sie eine Brücken-Schnittstelle mit den folgenden Befehlen:
```
sudo brctl addbr br0
sudo ip addr flush dev eth0
sudo ip addr add 192.168.1.10/24 dev br0
sudo brctl addif br0 eth0
sudo ip link set dev br0 up
sudo ip link set dev eth0 up
sudo systemctl restart networking
```
Diese Befehle erstellen eine Brücken-Schnittstelle namens br0, fügen die Netzwerkschnittstelle eth0 zur Brücke hinzu und weisen der Brücken-Schnittstelle eine IP-Adresse zu. Ersetzen Sie eth0 durch Ihre eigene Netzwerkschnittstelle und 192.168.1.10 durch eine für Ihr Netzwerk geeignete IP-Adresse.
Gebrückte Verbindung in Virt-Manager auswählen:
Wählen Sie in Virt-Manager beim Erstellen oder Bearbeiten einer virtuellen Maschine in den Netzwerkeinstellungen die Option "Gebrückte Verbindung" und geben Sie die von Ihnen erstellte Brücken-Schnittstelle (br0) an.

Wichtiger Hinweis: Stellen Sie bei der Konfiguration Ihres Netzwerks sicher, dass Sie den IP-Adressbereich und die DNS-Server Ihres Netzwerks korrekt konfigurieren.