Общие принципы работы QEMU-KVM
KVM (Kernel-based Virtual Machine) – гипервизор (VMM – Virtual Machine Manager), работающий в виде модуля на ОС Linux. Гипервизор нужен для того, чтобы запускать некий софт в несуществующей (виртуальной) среде и при этом, скрывать от этого софта реальное физическое железо, на котором этот софт работает. Гипервизор работает в роли «прокладки» между физическим железом (хостом) и виртуальной ОС (гостем).
Поскольку KVM является стандартным модулем ядра Linux, он получает от ядра все положенные ништяки (работа с памятью, планировщик и пр.). А соответственно, в конечном итоге, все эти преимущества достаются и гостям (т.к. гости работают на гипервизоре, которые работает на/в ядре ОС Linux).
KVM очень быстрый, но его самого по себе недостаточно для запуска виртуальной ОС, т.к. для этого нужна эмуляция I/O. Для I/O (процессор, диски, сеть, видео, PCI, USB, серийные порты и т.д.) KVM использует QEMU.
2) QEMU
QEMU (Quick Emulator) – эмулятор различных устройств, который позволяет запускать операционные системы, предназначенные под одну архитектуру, на другой (например, ARM –> x86). Кроме процессора, QEMU эмулирует различные периферийные устройства: сетевые карты, HDD, видео карты, PCI, USB и пр.
Работает это так:
Инструкции/бинарный код (например, ARM) конвертируются в промежуточный платформонезависимый код при помощи конвертера TCG (Tiny Code Generator) и затем этот платформонезависимый бинарный код конвертируется уже в целевые инструкции/код (например, x86).
ARM –> промежуточный_код –> x86
По сути, вы можете запускать виртуальные машины на QEMU на любом хосте, даже со старыми моделями процессоров, не поддерживающими Intel VT-x (Intel Virtualization Technology) / AMD SVM (AMD Secure Virtual Machine). Однако в таком случае, это будет работать весьма медленно, в связи с тем, что исполняемый бинарный код нужно перекомпилировать на лету два раза, при помощи TCG (TCG – это Just-in-Time compiler).
Т.е. сам по себе QEMU мега крутой, но работает очень медленно.
3) Protection rings
Бинарный программный код на процессорах работает не просто так, а располагается на разных уровнях (кольцах / Protection rings) с разными уровнями доступа к данным, от самого привилегированного (Ring 0), до самого ограниченного, зарегулированного и «с закрученными гайками» (Ring 3).
Операционная система (ядро ОС) работает на Ring 0 (kernel mode) и может делать с любыми данными и устройствами все, что угодно. Пользовательские приложения работают на уровне Ring 3 (user mode) и не в праве делать все, что захотят, а вместо этого каждый раз должны запрашивать доступ на проведение той или иной операции (таким образом, пользовательские приложения имеют доступ только к собственным данным и не могут «влезть» в «чужую песочницу»). Ring 1 и 2 предназначены для использования драйверами.
До изобретения Intel VT-x / AMD SVM, гипервизоры работали на Ring 0, а гости работали на Ring 1. Поскольку у Ring 1 недостаточно прав для нормального функционирования ОС, то при каждом привилегированном вызове от гостевой системы, гипервизору приходилось на лету модифицировать этот вызов и выполнять его на Ring 0 (примерно так, как это делает QEMU). Т.е. гостевой бинарный код НЕ выполнялся напрямую на процессоре, а каждый раз на лету проходил несколько промежуточных модификаций.
Накладные расходы были существенными и это было большой проблемой и тогда производители процессоров, независимо друг от друга, выпустили расширенный набор инструкций (Intel VT-x / AMD SVM), позволяющих выполнять код гостевых ОС НАПРЯМУЮ на процессоре хоста (минуя всякие затратные промежуточные этапы, как это было раньше).
С появлением Intel VT-x / AMD SVM, был создан специальный новый уровень Ring -1 (минус один). И теперь на нем работает гипервизор, а гости работают на Ring 0 и получают привилегированный доступ к CPU.
- хост работает на Ring 0
- гости работают на Ring 0
- гипервизор работает на Ring -1
4) QEMU-KVM
KVM предоставляет доступ гостям к Ring 0 и использует QEMU для эмуляции I/O (процессор, диски, сеть, видео, PCI, USB, серийные порты и т.д., которые «видят» и с которыми работают гости).
Отсюда QEMU-KVM (или KVM-QEMU) 🙂
P.S. Текст этой статьи изначально был опубликован в Telegram канале @RU_Voip в качестве ответа на вопрос одного из участников канала.
Напишите в комментариях, в каких местах я не правильно понимаю тему или если есть, что дополнить.
Как пользоваться QEMU в Windows
Эмулятор QEMU является кроссплатформенным приложением, доступным в том числе для 32- и 64-битной версии Windows.
-
Откройте официальную страницу разработчика и выберите приложение нужной вам разрядности.
Команды QEMU
QEMU является консольным приложением, то есть для работы с ним вам придется использовать «Командную строку» и вводимые вручную текстовые команды. Команд и параметров много, но для начала достаточно выучить самые главные.
Основные
- qemu-system-архитектура — определяет архитектуру эмулируемого устройства. Одноименные исполняемые файлы располагаются в папке установки эмулятора.
- qemu-img create — команда создает файл в формате IMG, являющийся виртуальным диском, на который производится установка системы. В качестве аргумента передается произвольное имя IMG-контейнера.
- -hda и -hdb — параметр подключает созданный виртуальный жесткий диск, название которого передается в качестве аргумента.
- -m — задает объем оперативной памяти, выделяемый эмулируемому устройству.
- -boot — задает ресурс, с которого выполняется загрузка операционной системы. Имя ресурса должно соответствовать названию виртуального жесткого диска (без указания расширения).
- cdrom — эмулирует дисковод, используется для установки операционных систем и запуска LiveCD, то есть портативных ОС. В качестве аргумента передается путь к образу ISO.
Дополнительные
- -usb — активирует поддержку USB.
- -smp — эмулирует мультипроцессорную архитектуру.
- -full-screen — запускает виртуальную машину в полноэкранном режиме.
- cpu — задает тип процессора.
- -k — задает раскладку клавиатуры по умолчанию.
- -soundhw — подключает аудиокарту.
- usbdevice — подключает устройства USB.
Установка операционной системы в QEMU
Предположим, вы хотите эмулировать компьютер с интеловским процессором и операционной системой Windows XP.
-
Запустите классическую «Командную строку» и перейдите в расположение установки QEMU, для чего выполните команду cd C:\Program Files\qemu . Если эмулятор устанавливался в другую папку, после cd укажите путь к ней.
Если виртуальная система станет вам не нужна, удалите IMG-диск, на который она была установлена. По умолчанию файл диска IMG располагается в папке установки QEMU.
Запуск в QEMU образов LiveCD
Процедура запуска портативных операционных систем в QEMU намного проще, чтобы запустить в эмуляторе LiveCD, сформируйте и выполните команду следующего вида, заблаговременно перейдя в «Командной строке» в папку инсталляции эмулятора:
qemu-system-архитектура.exe -m 1024 -cdrom «путь к образу LiveCD»
Поскольку портативная ОС может загружаться в оперативную память, в предварительном создании виртуального диска нет необходимости.
Qemu Manager
Если вы не имеете навыков работы со штатной программой «Командная строка», можете попробовать воспользоваться приложением Qemu Manager — графическую оболочкой для эмулятора Qemu. Ниже прилагается краткая инструкция по использованию приложения.
-
Скачайте, установите и запустите Qemu Manager. В открывшемся окне настроек по умолчанию нажмите «Save & Finish».
Несмотря на отсутствие поддержки русского языка, Qemu Manager существенно упрощает работу с платформой Qemu. К сожалению, в настоящее время разработка данной программы прекращена, официальный сайт разработчика недоступен, но приложение по-прежнему доступно для скачивания из свободных источников.
Мы рады, что смогли помочь Вам в решении проблемы.
Опишите, что у вас не получилось. Наши специалисты постараются ответить максимально быстро.
Виртуализация операционных систем с помощью QEMU. Основы работы с эмулятором
Виртуализация — наиболее доступный способ запустить на одном ПК вторую операционную систему, не устанавливая ее непосредственно на жесткий диск. Вместо этого вторая ОС устанавливается на диск виртуальный, представленный специальным файлом-контейнером, созданным в гипервизоре — программе, позволяющей эмулировать работу гостевой системы в системе хостовой. Наибольшей популярностью среди домашних юзеров пользуются гипервизоры VirtualBox и VMware с мощным функционалом и наглядным GUI .
Но есть и другие, в чём-то даже более гибкие и продуктивные решения хотя и куда менее удобные в использовании. Например, QEMU — бесплатная программа с открытым исходным кодом, предназначенная для эмуляции программного обеспечения и операционных систем. Инструмент использует аппаратную виртуализацию, поддерживая два режима работы:
• Полная эмуляция — данный режим применяется для запуска операционных систем, в его рамках QEMU эмулирует физическое устройство со всеми его компонентами, встроенными и периферийными.
• Эмуляция пользовательского режима — дает возможность запускать программы, созданные для конкретной архитектуры на другой архитектуре, например, приложения ARM в x86 . Режим доступен только в хостовой системе Linux.
QEMU поддерживается эмуляция архитектуры x86 , ARM , MIPS , PowerPC , m68k , Alpha , SPARC , SH-4 , CRISv2 , MicroBlaze и это более солидный список, чем у того же Виртуалбокс.
Как установить QEMU в Windows
Скачать установочный файл эмулятора можно с официального сайта www.qemu.org/download/#windows,
есть редакции 32-битные и 64-битные, версию выбираем последнюю.
Устанавливается QEMU как обычная программа в папку Program Files\qemu , но можно выбрать и другое расположение.
Установку выполняем с параметрами по умолчанию, ничего менять не нужно, просто жмем в окне мастера «Next».
Виртуализация операционных систем в QEMU
В отличие от VirtualBox и подобных гипервизоров, QEMU не имеет графического интерфейса, работа с ней ведется через командную строку. Команд и параметров для создания и управления виртуальными машинами много, но для начала вам нужно знать хотя бы эти шесть.
• qemu-system — задает архитектуру виртуальной машины.
• qemu-img create — создает файл виртуального IMG -диска, на который будет устанавливаться операционная система.
• -m — выделяет виртуальной ОС указанный объем оперативной памяти.
• -hda — подключает созданный виртуальный диск.
• -boot IMG — указывает, что загрузка должна производиться с виртуального диска, вместо IMG следует указать имя IMG -файла.
• cdrom — содержит путь к установочному образу ISO , эмулирует дисковод.
Чтобы вам стало всё немного понятнее, установим и запустим с помощью QEMU какую-нибудь операционную систему. Для примера мы выбрали Windows XP, так как она легкая и занимает на диске мало места. QEMU у нас уже установлен, открываем командную строку, переходим в каталог установки и создаем виртуальный жесткий диск следующей командой:
qemu-img.exe create -f raw c.img 5000M
Файл qemu-img.exe в эмуляторе отвечает за создание IMG -образов, с — это название образа, 5000 — размер виртуального диска в мегабайтах. По умолчанию образ будет создан в папке QEMU .
Теперь сформируем следующую команду:
qemu-system-i386w.exe -boot c -m 350 -hda c.img -cdrom «E:\WinXP_SP3.iso»
Исполняемый файл в начале команды отвечает за создание виртуальной машины с архитектурой х86 , -boot с ключом -с сообщает, что грузиться она будет с диска, в значение параметра -hda подставляем созданный образ, а в качестве значения параметра –cdrom указываем путь к дистрибутиву Windows.
После выполнения команды появляется окошко QEMU с загрузочным меню, в котором мы выбираем установку на диск.
Далее проходим все этапы установки операционной системы вплоть до локальных настроек и загрузки рабочего стола.
Чтобы запустить закрытую виртуальную машину, выполните команду qemu-system-i386w.exe -hda name.img , где name — название вашего виртуального диска, чтобы удалить ставшую ненужной VM, просто удалите из каталога установки QEMU созданный IMG -образ.
Управлять QEMU можно с помощью клавиатуры и мыши, для переключения между эмулятором и хостовой машиной используйте комбинацию Ctrl + Alt + G . Запущенная с минимальными настройками ОС не будет иметь доступа к аудио- и сетевой карте, не будет также возможности обмена файлами между виртуальной и хостовой системами.
Нельзя сказать, что QEMU лучше или хуже VirtualBox либо VMware, это альтернативное средство виртуализации, имеющие как свои плюсы, так и минусы. QEMU менее удобен, требует знания документации и демонстрирует весьма небольшую производительность. Для ускорения работы в Windows требуется установка и настройка Диспетчера аппаратного ускорения HAXM, в Linux – подключение загружаемого модуля ядра KVM . С другой стороны, инструмент позволяет эмулировать работу устройств на базе разных архитектур, не поддерживаемые популярными гипервизорами.