مجازی ساز KVM چیست؟ چگونه کار می کند و چه مزایایی دارد؟

مجازی ساز KVM یک فناوری مجازی سازی منبع باز است که در Linux ساخته شده است. به طور خاص، KVM به شما امکان می دهد لینوکس را به یک هایپروایزر تبدیل کنید که به یک ماشین میزبان اجازه می دهد چندین محیط مجازی مجزا به نام ماشین مجازی (VM) را اجرا کند. در این مقاله قصد داریم در مورد مجازی ساز KVM، نحوه کار و مزایای آن صحبت کنیم.

مجازی ساز KVM چیست؟

مجازی سازی KVM (Kernel-based Virtual Machine) یک فناوری مجازی‌سازی است که بر روی سیستم‌ عامل لینوکس اجرا می‌شود و به کاربران اجازه می‌دهد بر روی یک سرور فیزیکی چندین ماشین مجازی را ایجاد و مدیریت کنند. KVM در واقع یک ماژول کرنل (kernel module) است که به صورت پیش‌فرض در هسته لینوکس وجود دارد و فعال‌سازی آن، امکان اجرای ماشین‌های مجازی را در تمام توزیع های لینوکس فراهم می‌کند.

KVM بخشی از لینوکس است. اگر لینوکس 2.6.20 یا جدیدتر دارید، KVM را نیز دارید. KVM اولین بار در سال 2006 معرفی شد و یک سال بعد در نسخه اصلی لینوکس کرنل ادغام شد. از آنجایی که KVM بخشی از کد لینوکس موجود است، از تمامی ویژگی جدید لینوکس، نیز به صورت خودکار بهره می برد. با استفاده از KVM، می‌توانید یک سرور فیزیکی را به چندین سرور و ماشین مجازی تقسیم کنید.

مجازی ساز KVM چگونه کار می‌کند؟

KVM لینوکس را به یک هایپرووایزر نوع 1 (بدون سیستم عامل) تبدیل می‌کند. همهٔ هایپرووایزرها نیاز به برخی از اجزای سیستم عامل دارند، از جمله مدیر حافظه، زمان‌بند فرآیند، ورودی/خروجی (I/O)، درایورهای دستگاه، مدیر امنیت، پشتهٔ شبکه و سایر اجزا، تا بتوانند ماشین‌های مجازی را اجرا کنند.

KVM تمام این اجزا را دارد زیرا جزئی از هستهٔ لینوکس است. هر ماشین مجازی به عنوان یک فرآیند معمولی لینوکسی پیاده‌سازی می‌شود، توسط زمان‌بند استاندارد لینوکس زمان‌بندی می‌شود و دارای سخت‌افزار مجازی اختصاصی مانند کارت شبکه، آداپتور گرافیک، پردازنده، حافظه و دیسک است.

پیاده‌سازی KVM

به طور کلی، شما برای استفاده از این مجازی ساز باید هم نسخه ای از لینوکس را اجرا کنید که پس از سال 2007 منتشر شده باشد و هم آن را بر روی سخت‌افزار x86 که قابلیت مجازی‌سازی را پشتیبانی می‌کند نصب کنید. در صورتی که هر دوی این موارد را رعایت کنید، تنها کاری که باید انجام دهید، بارگذاری دو ماژول موجود (یک ماژول هسته میزبان و یک ماژول ویژهٔ پردازنده) است، یک شبیه‌ساز و هر درایوری که به شما در اجرای ماشین مجازی های اضافی کمک کند.

پیاده‌سازی KVM بر روی یک توزیع لینوکس که از آن پشتیبانی کند، قابلیت‌های KVM را گسترش می‌دهد که به شما امکان می‌دهد منابع را بین کاربران تغییر دهید، کتابخانه‌ها را به اشتراک بگذارید، عملکرد سیستم را بهینه‌سازی کنید و موارد دیگر زیادی را نیز انجام دهید.

به طور کلی ایجاد یک زیرساخت مجازی شخص ثالث بر روی پلتفرمی که از آن استفاده می کنید ممکن است دسترسی شما به کد منبع را محدود کند. جایگزین کردن یک پلتفرم مجازی سازی مبتنی بر KVM به این معنی است که می توانید کد منبع پشت هایپروایزر خود را بازرسی و اصلاح کنید و حتی آن را ارتقا دهید.

ویژگی های مجازی ساز KVM

مجازی ساز KVM بخشی از لینوکس است و لینوکس بخشی از KVM است. هر آنچه لینوکس دارد، KVM نیز دارد. اما ویژگی های خاصی وجود دارد که KVM را به یک هایپروایزر ترجیحی در هر سازمان تبدیل می کند. در این بخش این ویژگی های خاص را بررسی می کنیم.

امنیت بالای مجازی ساز KVM

مجازی ساز KVM از SELinux و sVirt برای افزایش امنیت VM و ایزوله‌سازی استفاده می‌کند. SELinux مرزهای امنیتی محکمی را در VM ها ایجاد می کند. sVirt قابلیت های SELinux را گسترش می دهد و اجازه می دهد تا امنیت کنترل دسترسی به صورت الزامی روی ماشین های مجازی اعمال شود و از خطاهای برچسب گذاری دستی جلوگیری می کند.

ذخیره سازی

مجازی ساز KVM می‌تواند از هر فضای ذخیره‌سازی پشتیبانی شده توسط لینوکس، از جمله برخی از Local Disk و فضای ذخیره‌سازی متصل به شبکه (NAS) استفاده کند. همچنین ویژگی Multipath I/O ممکن است برای بهبود فضای ذخیره سازی و ایجاد redundancy استفاده شود. KVM همچنین از سیستم های اشتراک گذاری فایل پشتیبانی می کند، بنابراین برخی منابع VM ممکن است توسط چندین میزبان به اشتراک گذاشته شود.

پشتیبانی سخت افزاری مجازی ساز KVM

مجازی ساز KVM همچنین می تواند از طیف گسترده ای از پلتفرم های سخت افزاری تایید شده توسط لینوکس استفاده کند. از آنجایی که فروشندگان سخت افزار به طور منظم در حال توسعه محصولات خود هستند، جدیدترین ویژگی های سخت افزاری نیز اغلب به سرعت در هسته لینوکس به کار گرفته می شوند.

مدیریت حافظه

مجازی ساز KVM ویژگی های مدیریت حافظه لینوکس، از جمله دسترسی غیریکنواخت به حافظه و ادغام هسته در همان صفحه را مانند خود لینوکس، دارد. با این ویژگی، حافظه یک VM را می توان تعویض کرد، برای عملکرد بهتر حجم آن را بیشتر کرد و آن را به اشتراک گذاشت یا پشتیبانی کرد.

عملکرد و مقیاس پذیری مجازی ساز KVM

مجازی ساز KVM تقریباً تمامی عملکرد های لینوکس را به ارث می برد و در صورت افزایش تعداد ماشین های مجازی و درخواست ها، به طور خودکار مقیاس بندی را برای مطابقت با بار تقاضا انجام می دهد. KVM اجازه می‌دهد تا حجم‌ عظیم کاری برنامه‌ها، مجازی‌سازی شوند و اساس کار بسیاری از تنظیمات مجازی‌سازی سازمانی، مانند پایگاه داده و سرویس های ابری خصوصی است. همچنین برای استفاده در VPS و VDS نیز بسیار مفید است. اگر با این موارد آشنایی ندارید، توصیه می کنیم مقاله تفاوت VPS و VDS را بررسی کنید.

برنامه ریزی و کنترل منابع

در KVM، ماشین های مجازی توسط کرنل لینوکس برنامه ریزی و مدیریت می شود. زمانبندی لینوکس به KMV اجازه می دهد تا کنترل دقیق منابع تخصیص یافته به یک ماشین مجازی لینوکس را داشته باشد. در KVM، این موارد شامل زمان‌بندی کاملاً منصفانه، گروه‌های کنترل، فضاهای نام شبکه و برنامه‌های افزودنی بلادرنگ است.

تأخیر کمتر و اولویت بندی بیشتر

کرنل لینوکس دارای برنامه‌های افزودنی بلادرنگی است که به برنامه‌های مبتنی بر VM اجازه می‌دهد با تأخیر کمتر با اولویت‌بندی بهتر اجرا شوند. این کرنل همچنین فرآیندهایی را که نیاز به زمان محاسباتی طولانی تری دارند به اجزای کوچکتر تقسیم می کند که سپس بر اساس آن برنامه ریزی و پردازش می شوند.

مزایای مجازی ساز KVM

همانطور که گفته شد، مجازی ساز KVM یک سیستم مجازی‌سازی قدرتمند است که برای ایجاد ماشین‌های مجازی بر روی سیستم عامل لینوکس استفاده می‌شود. این فناوری به کاربران امکان می‌دهد تا چندین سیستم عامل مجزا را به طور همزمان بر روی یک سرور فیزیکی اجرا کنند. در این بخش توضیحاتی در مورد مزایای استفاده از KVM را مشاهده می کنید.

1. کارایی بالا: مجازی ساز KVM از تکنولوژی مجازی‌سازی مبتنی بر سخت‌افزار (Hardware-assisted) بهره می‌برد که باعث افزایش کارایی و عملکرد سیستم‌های مجازی می‌شود. این فناوری از طریق بهره‌گیری از امکانات سخت‌افزاری مانند پردازنده، مدیریت حافظه و ورودی/خروجی را بهینه می‌کند. به علاوه از‌آن‌جاکه KVM هایپروایزر نوع اول محسوب می‌شود، از همه هایپروایزرهای نوع دوم بهتر عمل می‌کند. بنابراین با استفاده از هایپروایزر KVM، ماشین‌های مجازی سریع تر بوت می‌شوند.
2. ایزولاسیون: هر ماشین مجازی در KVM به صورت کاملا مجزا در سیستم عامل میزبان اجرا می‌شود. این به معنای ایجاد یک محیط کاملاً مجزا برای هر ماشین مجازی است که امکان ایزوله شدن منابع سیستمی، شبکه و حافظه را فراهم می‌کند. این ایزولاسیون باعث می‌شود تا در صورت بروز مشکل در یک ماشین مجازی، سایر ماشین‌های مجازی و سیستم عامل میزبان تحت تأثیر قرار نگیرند.
3. مقیاس‌پذیری: مجازی ساز KVM به شما امکان این را می دهد که تعداد ماشین‌های مجازی را بر اساس نیازهای خود افزایش یا کاهش دهید و همچنین می‌توانید منابع سیستمی مانند پردازنده و حافظه را به طور پویا تخصیص دهید. به علاوه KVM امکان خوشه‌بندی برای هزاران نود را نیز فراهم و پایه‌های پیاده‌سازی زیرساخت ابری را نیز مهیا می‌کند.
4. سازگاری: KVM قابلیت سازگاری با بسیاری از توزیع‌های لینوکس را دارد. این به شما امکان می‌دهد تا با استفاده از توزیع مورد علاقه خود، محیط مجازی‌سازی KVM را پیاده‌سازی کنید.
5. پشتیبانی از انواع سیستم‌عامل‌ها: با استفاده از KVM می‌توانید انواع سیستم‌ عامل‌ها را بر روی ماشین‌های مجازی خود اجرا کنید، از جمله نسخه‌های مختلف لینوکس، ویندوز و حتی سیستم‌عامل های مبتنی بر UNIX.
6. امنیت: با استفاده از مجازی ساز KVM، شما می‌توانید برای هر ماشین مجازی سیاست‌های امنیتی مستقل تعریف کنید. همچنین، KVM از قابلیت‌های امنیتی مانند محدودیت دسترسی و کنترل دسترسی به منابع سیستم، بهره می‌برد.
7. پشتیبانی از تکنولوژی‌های پیشرفته: مجازی ساز KVM قابلیت پشتیبانی از تکنولوژی‌های مهم مجازی‌سازی را دارد، از جمله Snapshot که امکان ذخیره و بازیابی وضعیت یک ماشین مجازی را فراهم می‌کند و Live Migration که به شما امکان می‌دهد ماشین مجازی را بدون توقف سرویس‌ها بین سرورهای فیزیکی مختلف منتقل کنید.
8. جامعیت بازار: مجازی ساز KVM یک فناوری و پروژه متن‌ باز است که توسط جامعهٔ لینوکس پشتیبانی می‌شود. این به شما امکان می‌دهد تا از جامعهٔ گستردهٔ توسعه‌دهندگان و کاربران برای دریافت پشتیبانی، به‌روزرسانی‌ها و آپدیت ها بهره‌برده و از امکانات و نوآوری‌های جدید استفاده کنید.

به طور خلاصه، استفاده از مجازی ساز KVM امکان استفاده بهینه از منابع سخت‌افزاری، ایجاد محیط‌های مجازی ایمن و ایزوله، انعطاف‌پذیری در مقیاس‌پذیری، و سازگاری با توزیع‌های لینوکس و سیستم‌عامل‌های مختلف را فراهم می‌کند.

معایب مجازی ساز KVM

هر ماشین مجازی در کنار ویژگی هایی که ارائه می دهد و مزایایی که برای شما دارد معایبی نیز دارد که این مجازی ساز یز از این قاعده مستثنا نیست. بنابراین می توان موارد زیر زیر را از معایب این مجازی ساز دانست:

• پیچیدگی فرآیند پیکربندی به نسبت سایر سیستم های مجازی ساز
• تخصیص منابع باعث ایجاد محدودیت در تعداد VMها با توجه به سخت افزار مورد استفاده خواهد شد.

نتیجه

به طور کلی، مجازی ساز KVM یک فناوری قدرتمند و انعطاف‌پذیر است که توانایی ایجاد و مدیریت ماشین‌های مجازی را بر روی سیستم‌های لینوکس فراهم می‌کند. با استفاده از KVM، می‌توانید منابع سخت‌افزاری را بهینه کنید، ایزولاسیون و امنیت سیستم‌های مجازی را بهبود بخشید و از امکانات متن‌باز و پشتیبانی جامعهٔ لینوکس بهره‌برداری کنید. امیدواریم این مطلب برای شما مفید بوده باشد.