KVM

KVM (Kernel-based Virtual Machine) は Linux カーネルに搭載されているハイパーバイザです。意図しているところは Xen と似ていますがもっとシンプルに動作します。エミュレーションを使うネイティブの QEMU と違って、KVM は仮想化のための CPU 拡張命令 (HVM) をカーネルモジュールを介して利用する QEMU の特殊なオペレーティングモードです。

KVM を使用することで、修正を加えずに GNU/Linux や Windows などのオペレーティングシステムが動作する仮想マシンを複数動かすことができます (詳しくは Guest Support Status を見て下さい)。それぞれの仮想マシンには専用の仮想化されたハードウェアが使われます: ネットワークカード、ディスク、グラフィックカードなど。

KVM と Xen, VMware, QEMU の違いについては KVM FAQ で説明されています。

この記事では KVM をバックエンドに使うエミュレータに共通の機能は扱いません。そのような情報は各々の該当する記事を見て下さい。

KVM サポートの確認

ハードウェアのサポート

KVM を使うには仮想マシンのホストのプロセッサが仮想化をサポートしている必要があります (Intel のプロセッサでは VT-x、AMD のプロセッサでは AMD-V という名前が付けられています)。あなたの使っているプロセッサがハードウェア仮想化をサポートしているかは次のコマンドで確認できます:

$ lscpu

プロセッサが仮想化をサポートしていれば、それを示す行があるはずです。

次を実行することでも確認できます:

$ grep -E "(vmx|svm|0xc0f)" --color=always /proc/cpuinfo

このコマンドを実行しても何も表示されない場合、あなたのプロセッサはハードウェア仮想化をサポートしていないため、KVM を使用することはできません。

ノート: BIOS の方で仮想化サポートを有効にする必要があるときもあります。

カーネルのサポート

Arch Linux のカーネルは KVM と VIRTIO をサポートする適切なカーネルモジュールを提供しています。

KVM モジュール

あなたの使っているカーネルで必要なカーネルモジュール (kvm と、kvm_amd か kvm_intel のどちらか) が使えるようになっているかは次のコマンドで確認できます (カーネルが CONFIG_IKCONFIG_PROC を有効にしてビルドされたことが前提です):

$ zgrep CONFIG_KVM /proc/config.gz

モジュールが y か m に設定されていない場合、そのモジュールは利用できないことを意味します。

準仮想化デバイス

ゲストがホストマシンのデバイスを使えるように、準仮想化は高速で効率的な通信手段を提供します。KVM はハイパーバイザーとゲスト間のレイヤーとして Virtio API を使って仮想マシンに準仮想化デバイスを提供します。

virtio デバイスは全て2つに分けることができます: ホストのデバイスとゲストのドライバーです。

VIRTIO モジュール

Virtio はネットワークやディスクデバイスドライバーの仮想化規格です。これによってゲストはネットワークやディスク操作の高いパフォーマンスを得ることが可能になり、準仮想化で役に立ちます。次のコマンドで必要なモジュールが使用可能か確認します:

$ zgrep CONFIG_VIRTIO /proc/config.gz

カーネルモジュールのロード

まず、カーネルモジュールが自動でロードされているか確認してください。最新の udev ではそうなっているはずです。

$ lsmod | grep kvm
$ lsmod | grep virtio

上記のコマンドが何もメッセージを返さない場合、カーネルモジュールをロードする必要があります。

ヒント: If modprobing kvm_intel or kvm_amd fails but modprobing kvm succeeds, (and lscpu claims that hardware acceleration is supported), check your BIOS settings. Some vendors (especially laptop vendors) disable these processor extensions by default. To determine whether there's no hardware support or there is but the extensions are disabled in BIOS, the output from dmesg after having failed to modprobe will tell.

準仮想化デバイスの一覧

ネットワークデバイス (virtio-net)
ブロックデバイス (virtio-blk)
コントローラデバイス (virtio-scsi)
シリアルデバイス (virtio-serial)
バルーンデバイス (virtio-balloon)

KVM の使い方

次の記事を参照してください: QEMU。

Tips and tricks

ノート: 一般的な小技やヒントは QEMU#Tips and tricks や QEMU#トラブルシューティングを見て下さい。

仮想化のネスト

Nested Virtualization を使うことで、元の仮想マシンやネットワークに修正を加えることなく、既存の仮想マシンを別のハイパーバイザーや他のクラウド上で動作させることができるようになります。

ホスト側で、kvm_intel の nested 機能を有効にしてください:

# modprobe -r kvm_intel
# modprobe kvm_intel nested=1

永続化させるには (カーネルモジュール#モジュールオプションを設定するを参照):

/etc/modprobe.d/modprobe.conf

options kvm_intel nested=1

機能が有効になっているか確認:

$ systool -m kvm_intel -v | grep nested

    nested              = "Y"

次のコマンドでゲスト VM を実行してください:

$ qemu-system-x86_64 -enable-kvm -cpu host

VM を起動したら vmx フラグが存在するか確認:

$ grep -E "(vmx|svm)" /proc/cpuinfo

手軽なネットワーク

ブリッジネットワークの設定は少し厄介です。実験目的で VM を使いたいのであれば、SSH トンネリングを使ってホストとゲストを接続するという方法があります。

基本的な手順は以下の通りです:

ホスト OS で SSH サーバーをセットアップ
(任意) トンネリング用のユーザーを作成 (例: tunneluser)
VM に SSH をインストール
セットアップ認証

SSH のセットアップについては SSH の記事、特に SSH#他のポートのフォワーディングを参照してください。

When using the default user network stack, the host is reachable at address 10.0.2.2.

If everything works and you can SSH into the host, simply add something like the following to your /etc/rc.local

# Local SSH Server
echo "Starting SSH tunnel"
sudo -u vmuser ssh tunneluser@10.0.2.2 -N -R 2213:127.0.0.1:22 -f
# Random remote port (e.g. from another VM)
echo "Starting random tunnel"
sudo -u vmuser ssh tunneluser@10.0.2.2 -N -L 2345:127.0.0.1:2345 -f

In this example a tunnel is created to the SSH server of the VM and an arbitrary port of the host is pulled into the VM.

This is a quite basic strategy to do networking with VMs. However, it is very robust and should be quite sufficient most of the time.

ヒュージページの有効化

ヒュージページを有効にすることで仮想マシンのパフォーマンスを向上させることができます。最新の Arch Linux と KVM ならおそらく必要条件はすべて満たされているはずです。/dev/hugepages ディレクトリが存在しているかどうかチェックしてください。ディレクトリが存在しなかったら、作成してください。そしてこのディレクトリに適切なパーミッションを設定します。

/etc/fstab に以下を追加:

hugetlbfs       /dev/hugepages  hugetlbfs       mode=1770,gid=78        0 0

Of course the gid must match that of the kvm group. The mode of 1770 allows anyone in the group to create files but not unlink or rename each other's files. Make sure /dev/hugepages is mounted properly:

# umount /dev/hugepages
# mount /dev/hugepages
$ mount | grep huge

hugetlbfs on /dev/hugepages type hugetlbfs (rw,relatime,mode=1770,gid=78)

Now you can calculate how many hugepages you need. Check how large your hugepages are:

$ grep Hugepagesize /proc/meminfo

Normally that should be 2048 kB ≙ 2 MB. Let's say you want to run your virtual machine with 1024 MB. 1024 / 2 = 512. Add a few extra so we can round this up to 550. Now tell your machine how many hugepages you want:

# echo 550 > /proc/sys/vm/nr_hugepages

十分な空きメモリがあれば以下のように表示されるはずです:

$ grep HugePages_Total /proc/meminfo

HugesPages_Total:  550

If the number is smaller, close some applications or start your virtual machine with less memory (number_of_pages x 2):

$ qemu-system-x86_64 -enable-kvm -m 1024 -mem-path /dev/hugepages -hda <disk_image> [...]

Note the -mem-path parameter. This will make use of the hugepages.

Now you can check, while your virtual machine is running, how many pages are used:

$ grep HugePages /proc/meminfo

HugePages_Total:     550
HugePages_Free:       48
HugePages_Rsvd:        6
HugePages_Surp:        0

Now that everything seems to work you can enable hugepages by default if you like. Add to your /etc/sysctl.d/40-hugepage.conf:

vm.nr_hugepages = 550

参照:

参照

KVM

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