آشنایی با مجازی‌سازی KVM؛ چرا KVM از سایر روش ها بهتر است؟
مجازی سازی KVM با افزودن قابلیت مجازی‌سازی به کرنل لینوکس، این امکان را فراهم می‌کند که یک سرور فیزیکی به‌صورت هم‌زمان میزبان چندین ماشین مجازی با سیستم‌عامل‌های مختلف باشد. اما این فرآیند دقیقا چگونه اتفاق می‌افتد؟
در این مقاله فالنیک ابتدا بررسی می‌کنیم که مجازی‌سازی KVM چیست، چه مولفه‌هایی دارد و چگونه کار می‌کند. سپس با بررسی ویژگی‌ها و مزایای KVM، این هایپروایزر Open Source را با دیگر هایپروایزرها مقایسه می‌کنیم پس در ادامه با ما همراه باشید.
چنانچه درباره راه‌اندازی یا کار با KVM سوالی دارید می‌توانید با شماره 0218363 تماس بگیرید یا روی کلمه خدمات مجازی سازی شبکه بزنید و درخواستتان را ثبت کنید.
فهرست محتوا
چرا مجازی‌سازی اهمیت دارد؟
به کمک فناوری مجازی‌سازی می‌توانید نسخه‌های مجازی از منابع فیزیکی مانند سرور، حافظه، ذخیره‌سازی یا شبکه بوجود آمده و امکان اجرای هم‌زمان چند سیستم‌عامل یا برنامه را روی یک سخت‌افزار فراهم کنید. این روش بهره‌وری، انعطاف‌پذیری و مقیاس‌پذیری زیرساخت‌های فناوری اطلاعات را افزایش می‌دهد.
مجازی‌سازی باعث افزایش بهره‌وری منابع، کاهش هزینه‌ها، ساده‌تر شدن مدیریت زیرساخت، استقرار سریع سرویس‌ها و ایزولاسیون محیط‌ها می‌شود و پایه‌ای کلیدی در زیرساخت‌های ابری و DevOps است. برای آشنایی بیشتر با این فناوری، مقاله «ماشین مجازی چیست؟» را مطالعه کنید.
مجازی سازی KVM چیست؟
KVM یا Kernel-based Virtual Machine یکی از محبوب‌ترین راهکارهای مجازی‌سازی متن‌باز در لینوکس است که لینوکس را به هایپروایزر لینوکسی تبدیل می‌کند. این قابلیت از سال 2007 وارد کرنل اصلی لینوکس شده و به یکی از ستون‌های زیرساختی بسیاری از پلتفرم‌های ابری و دیتاسنتری مدرن تبدیل شده است.
برخلاف برخی راهکارهای مجازی‌سازی که نیاز به نصب نرم‌افزار جداگانه دارند، KVM به‌صورت ماژول، درون کرنل لینوکس فعال می‌شود. سپس از طریق آن می‌توانید ماشین‌های مجازی با سیستم‌عامل‌های مختلف مانند لینوکس، ویندوز، BSD و غیره را اجرا کنید.
نکته کلیدی در عملکرد KVM، استفاده آن از قابلیت‌های مجازی‌سازی سخت‌افزاری پردازنده است؛ یعنی فناوری‌هایی مانند Intel VT-x و AMD-V. این موضوع باعث می‌شود ماشین‌های مجازی با کارایی بالا و سطح ایزولاسیون قابل‌قبولی اجرا شوند.
مجازی‌سازی KVM با بسیاری از ابزارهای مدیریت و ارکستراسیون مانند libvirt، QEMU، Virt-Manager، Proxmox، OpenStack و حتی راهکارهای تجاری مانند Red Hat Virtualization (RHV) به‌صورت یکپارچه کار می‌کند. همین ویژگی باعث شده که KVM به انتخاب اول بسیاری از تیم‌های DevOps و مهندسان زیرساخت در طراحی پلتفرم‌های مقیاس‌پذیر تبدیل شود.
مولفه‌های اصلی در مجازی‌سازی KVM چیست؟
تبدیل لینوکس به هایپروایزر
KVM یک ماژول کرنل است که مستقیم داخل هسته لینوکس بارگذاری می‌شود. این ماژول‌ها با استفاده از VT-x در پردازنده‌های اینتل یا AMD-V در پردازنده‌های AMD، مجازی‌سازی سخت‌افزاری را فعال می‌کنند که امکان اجرای مستقیم کد ماشین مهمان روی پردازنده میزبان را بدون نیاز به شبیه‌سازی نرم‌افزاری فراهم می‌کند.
همکاری با QEMU برای شبیه‌سازی سخت‌افزار
KVM به تنهایی واسط کاربری یا مدیریت VM ندارد و برای ایجاد و راه‌اندازی VMها، اغلب همراه با QEMU استفاده می‌شود. QEMU وظیفه شبیه‌سازی سخت‌افزار مثل پردازنده، حافظه، دیسک، کارت شبکه و USB را برعهده دارد. در این ترکیب، KVM مسئول اجرای مستقیم کد ماشین مهمان روی CPU است در حالیکه QEMU بخش‌های I/O و شبیه‌سازی را هندل می‌کند.
Libvirt؛ لایه مدیریت و اتوماسیون
برای مدیریت ساده‌تر ماشین‌های مجازی، از ابزار libvirt استفاده می‌شود که امکاناتی برای ساخت، اجرا، تخصیص منابع، توقف، گرفتن اسنپ‌شات و مانیتورینگ وضعیت VMها را در اختیار ادمین‌ها می‌گذارد.
مدیریت منابع و یکپارچگی با ابزارهای لینوکسی
ماشین‌های مجازی در KVM به‌صورت پردازش‌های استاندارد در لینوکس اجرا می‌شوند. این یعنی می‌توان آنها را با ابزارهای مرسوم مانند top، ps، htop یا حتی systemd مانیتور و کنترل کرد. همچنین، می‌توان به راحتی پردازنده، رم، دیسک و کارت شبکه هر VM را محدود کرد یا افزایش داد. همین موضوع باعث می‌شود VMها به‌سادگی و بدون نیاز به لایه‌های اضافی یا ابزارهای اختصاصی در ساختار موجود سیستم‌عامل لینوکس ادغام شوند.
مجازی‌سازی KVM چگونه کار می کند؟
KVM از طریق تبدیل لینوکس به یک هایپروایزر نوع دوم، امکان اجرای چندین ماشین مجازی را روی یک سرور فیزیکی فراهم می‌کند.
- KVM کرنل را به یک هایپروایزر تبدیل می‌کند.
- QEMU سخت‌افزار مجازی را شبیه‌سازی می‌کند.
- Libvirt واسط مدیریتی را فراهم می‌کند.
VMها با کمک تکنولوژی سخت‌افزاری، کارایی نزدیک به سیستم واقعی دارند و به لطف این طراحی لایه‌مند، بسیار منعطف، قابل گسترش و مناسب برای سناریوهای متنوع از تست تا تولید و از لبه شبکه تا کلودهای بزرگ است.
در مقاله «آموزش نصب مجازی ساز kvm در ubuntu و centos»، نحوه نصب و راه‌اندازی مجازی سازی KVM به طور کامل توضیح داده شده است.
چگونه ماشین‌های مجازی را با KVM مدیریت کنیم؟
مدیریت ماشین‌های مجازی در KVM به لطف ابزارهای متنوع و ساختار ماژولار آن، هم انعطاف‌پذیر است و هم قابل‌اتکا. از خط فرمان گرفته تا رابط‌های گرافیکی و ابزارهای زیرساخت‌محور، گزینه‌های مختلفی برای کنترل و مدیریت VMها وجود دارد. ابزارها و روش‌های اصلی مدیریت ماشین‌های مجازی در KVM عبارتند از:
1. مدیریت خط فرمانی استاندارد: Libvirt و virsh
رایج‌ترین روش برای مدیریت KVM استفاده از Libvirt و ابزار CLI آن یعنی virsh است. libvirt به‌عنوان یک لایه انتزاعی بین کاربر و هایپروایزر، امکان کنترل کامل VMها را از طریق دستورات استاندارد فراهم می‌کند. virsh امکانات زیر را فراهم می‌کند:
- ایجاد، حذف، استارت و استاپ کردن VMها
- اتصال به کنسول VM – virtual serial console
- تعریف منابع مثل پردازنده، رم، شبکه، دیسک
- گرفتن snapshot و clone از VM
- و حتی اجرای Live Migration بین هاست‌های مختلف
2. رابط گرافیکی ساده و کاربردی: Virt-Manager
برای کسانی که ترجیح می‌دهند با محیط گرافیکی کار کنند، Virt-Manager گزینه بسیار محبوبی است که می‌توانید:
- VM بسازید یا ویرایش کنید.
- منابع سخت‌افزاری را تغییر دهید.
- وضعیت VM را به‌صورت زنده ببینید.
- گراف شبکه، دیسک، مصرف CPU/RAM را مشاهده کنید.
- VMها را روی هاست‌های مختلف از راه دور مدیریت کنید.
3. داشبورد تحت وب: Cockpit
Cockpit رابط مدیریتی تحت وب برای سرورهای لینوکسی است که از طریق افزونه KVM می‌تواند به ابزار قدرتمندی برای مدیریت ماشین‌های مجازی تبدیل شود. Cockpit انتخاب خوبی برای تیم‌هایی است که نیاز به مدیریت گرافیکی از راه دور و بدون نیاز به دسکتاپ GUI دارند. Cockpit ویژگی‌های زیر را دارد:
- ساخت و اجرای VM از مرورگر
- مانیتورینگ زنده منابع
- دسترسی به کنسول VM
- مدیریت شبکه و دیسک
4. سایر ابزارهای مدیریت گسترده
در محیط‌های بزرگ‌مقیاس یا مبتنی بر کلود، KVM معمولا در کنار پلتفرم‌های پیچیده‌تر زیر استفاده می‌شود:
- Proxmox VE پلتفرم جامع مجازی‌سازی مبتنی بر KVM و LXC با رابط تحت وب و قابلیت‌های خوشه‌بندی
- oVirt پلتفرم متن‌باز سازمانی برای مدیریت VMها با قابلیت‌های مشابه VMware vSphere
- OpenStack برای ساخت زیرساخت ابری، KVM اغلب به‌عنوان هایپروایزر پیش‌فرض در ترکیب با Nova استفاده می‌شود.
ویژگی‌ها و مزایای KVM
KVM مجموعه‌ای کامل از مزایا را در اختیار تیم‌های فنی قرار می‌دهد: از عملکرد بالا و امنیت تا انعطاف‌پذیری در پیاده‌سازی و اتوماسیون. همین ویژگی‌ها باعث شده که مجازی سازی KVM در بسیاری از زیرساخت‌های مدرن به عنوان انتخاب اول برای مجازی‌سازی لینوکس‌محور شناخته شود؛ چه در محیط‌های توسعه، چه در تولید، و چه در مقیاس ابری. مزایای kvm به صورت زیر است:
عملکرد نزدیک به Bare Metal
KVM با بهره‌گیری از فناوری‌های مجازی‌سازی سخت‌افزاری و اجرا شدن در سطح کرنل لینوکس، عملکردی بسیار نزدیک به سرورهای فیزیکی (Bare Metal) ارائه می‌دهد. این معماری کارآمد، سربار کمتری ایجاد کرده و به ماشین‌های مجازی امکان می‌دهد تقریبا با سرعت بومی سخت‌افزار کار کنند. بنابراین، KVM را برای بارهای کاری حساس به تاخیر مانند دیتابیس‌ها، اپلیکیشن‌های مالی و زیرساخت‌های ابری، گزینه‌ای ایده‌آل است.
یکپارچگی با کرنل لینوکس
KVM بخشی از کرنل اصلی لینوکس است، نه یک ماژول خارجی یا افزونه تجاری. مزایای این یکپارچگی عبارتند از:
- VMها به‌صورت Native توسط ابزارهای لینوکسی مدیریت شوند.
- بروزرسانی و پچ امنیتی مستقیم از طریق آپدیت کرنل انجام شود.
- سازگاری بالا با RHEL، اوبونتو، دبیان، SUSE و سایر توزیع‌های لینوکس
مقیاس‌پذیری بالا
KVM به راحتی در محیط‌های کوچک، متوسط و بزرگ قابل استفاده است. این راهکار در پلتفرم‌هایی مانند OpenStack، Google Cloud و AWS Nitro Hypervisor به‌کار رفته و توانایی میزبانی هزاران VM به‌صورت خوشه‌ای را دارد.
متن‌باز، رایگان و بدون وابستگی به لایسنس
KVM تحت لایسنس GNU GPL منتشر شده و برخلاف هایپروایزرهای تجاری مثل VMware ESXi، نیازی به پرداخت هزینه برای استفاده یا مقیاس‌پذیری ندارد. این مزیت باعث شده بسیاری از شرکت‌ها در زیرساخت‌های حیاتی خود به KVM مهاجرت کنند تا وابستگی به فروشندگان را کاهش دهند.
امنیت بالا با پشتیبانی از SELinux و sVirt
KVM برای کنترل دسترسی ماشین‌های مجازی از ابزارهای امنیتی لینوکس مانند SELinux و AppArmor استفاده می‌کند. همچنین فناوری sVirt امکان ایزوله‌سازی VMها با استفاده از لیبل‌های امنیتی را فراهم می‌کند. ایزوله‌سازی قوی‌تر ماشین‌های مجازی از یکدیگر و از سیستم میزبان، لایه امنیتی محکمی ایجاد می‌کند که حتی در صورت نفوذ به یک VM، سایر VMها یا میزبان در امان هستند.
پشتیبانی از Live Migration و Snapshot
KVM قابلیت انجام Live Migration یعنی جابجایی VM از یک هاست به هاست دیگر بدون دان‌تایم را فراهم می‌کند. همچنین امکان تهیه Snapshot از وضعیت VM و بازگردانی آن در لحظه وجود دارد؛ قابلیتی حیاتی برای پایداری سرویس و عملیات Dev/Test.
قابلیت اتوماسیون و DevOps-Friendly
KVM سازگاری بالایی با ابزارهای اتوماسیون محبوب مانند Ansible، Terraform، Packer و libvirt API دارد. این سازگاری، مدیریت و استقرار ماشین‌های مجازی را به صورت خودکار و مقیاس‌پذیر تسهیل می‌کند بنابراین DevOpsها می‌توانند فرآیند ایجاد، پیکربندی و دیپلوی VMها را کاملا خودکار کنند و آن را در چرخه CI/CD بگنجانند.
پشتیبانی گسترده در جامعه متن‌باز و شرکت‌های بزرگ
KVM توسط توزیع‌هایی مانند Red Hat، Canonical، SUSE و بسیاری از شرکت‌های بزرگ پشتیبانی می‌شود و توسعه آن به‌صورت فعال توسط جامعه متن‌باز دنبال می‌شود. این موضوع باعث تضمین پایداری، بروزرسانی‌های منظم و دسترسی به منابع آموزشی و پشتیبانی فنی است.
مقایسه KVM با دیگر هایپروایزرها
در دنیای مجازی‌سازی، انتخاب هایپروایزر مناسب، به نیازهای فنی، سیاست‌های سازمانی، بودجه و اکوسیستم نرم‌افزاری بستگی دارد.KVM به‌عنوان راهکاری متن‌باز و مبتنی بر کرنل لینوکس، در رقابت مستقیم با هایپروایزرهای مشهوری مانند VMware ESXi، Microsoft Hyper-V و Xen قرار دارد. در ادامه، نگاهی دقیق به مقایسه KVM با این هایپروایزرها خواهیم داشت:
KVM در برابر VMware ESXi
| ویژگی | KVM | VMware ESXi |
| نوع لایسنس | متن‌باز (GPL) | تجاری با لایسنس اختصاصی |
| هزینه | رایگان | هزینه‌بر؛ براساس CPU/Socket |
| عملکرد | بسیار نزدیک به ESXi در بسیاری از سناریوها | بهینه برای محیط‌های سازمانی خاص |
| قابلیت گسترش | بالا، با استفاده از OpenStack، oVirt، Proxmox | بالا، با vSphereو vCenter |
| مدیریت گرافیکی | Virt-Manager، Cockpit، Proxmox | vCenter (جامع و حرفه‌ای) |
| وابستگی به Vendor | بدون وابستگی | وابسته به VMware |
اگر به دنبال انعطاف‌پذیری و کاهش هزینه هستید، KVM گزینه بهتری است؛ اما VMware در محیط‌های سازمانی با نیازهای خاص مدیریتی هنوز محبوب است.
KVM در برابر Microsoft Hyper-V
KVM برای زیرساخت‌های لینوکسی یا مبتنی بر کلود مناسب‌تر است؛ درحالی‌که Hyper-V گزینه‌ای خوب برای سازمان‌های کاملا مایکروسافتی محسوب می‌شود.
| ویژگی | KVM | Hyper-V |
| پلتفرم پایه | لینوکس | ویندوز |
| ادغام با اکوسیستم | عالی با ابزارهای متن‌باز و لینوکسی | عالی با Windows Server و Active Directory |
| امنیت | بالا با SELinux/sVirt | بالا با Shielded VM و Secure Boot |
| انعطاف در اتوماسیون | عالی با Ansible، Terraform، libvirt | خوب با PowerShell و System Center |
KVM در برابر Xen / XenServer
KVM امروزه در بسیاری از پروژه‌های ابری، جایگزین Xen شده و از نظر جامعه توسعه‌دهندگان، پشتیبانی و ابزارهای مدیریتی در موقعیت بهتری قرار دارد.
| ویژگی | KVM | Xen |
| توسعه‌دهنده اصلی | جامعه لینوکس، Red Hat | ابتدا Xen Project، حال Citrix |
| معماری | هایپروایزر نوع دوم در کرنل | هایپروایزر نوع اول |
| انعطاف‌پذیری | بیشتر به دلیل پیاده‌سازی در کرنل و ابزارهای گسترده | خوب، اما با پیچیدگی بیشتر در پیکربندی |
| کارایی | بالا، با بهینه‌سازی QEMU + KVM | خوب، اما گاهی سربار بیشتر دارد |
| پشتیبانی فعلی | در حال رشد با توزیع‌های لینوکس | کم‌رنگ‌تر نسبت به گذشته |
در نهایت، اگر اولویت شما متن‌باز بودن، هزینه پایین، سازگاری با ابزارهای DevOps و اکوسیستم لینوکس است، KVM یکی از بهترین انتخاب‌ها محسوب می‌شود.اما در سناریوهایی که زیرساخت بر پایه VMware یا ویندوز ساخته شده، گزینه‌های دیگر نیز جایگاه خود را دارند. مقایسه KVM با دیگر هایپروایزرها در جدول زیر خلاصه شده است.
| معیار | KVM | ESXi | Hyper-V | Xen |
| متن‌باز بودن | کامل متن‌باز | بسته و تجاری | نیمه‌باز (نسخه Core) | کامل متن‌باز |
| رایگان بودن | رایگان | هزینه بر اساس CPU/Socket | رایگان در نسخه Core، تجاری در Datacenter | رایگان |
| پشتیبانی از لینوکس | عالی | خوب | متوسط | خوب |
| پشتیبانی از ویندوز مهمان | خوب | عالی | عالی | خوب |
| مناسب برای کلود و DevOps | بسیار مناسب | مناسب | مناسب | نسبتا محدود |
| سادگی در اتوماسیون و API | بسیار بالا | بالا | بالا | متوسط |
| سطح جامعه پشتیبان و منابع آموزشی | گسترده و فعال | گسترده و رسمی | متوسط | کاهش‌یافته |
سوالات متداول کاربران درباره مجازی‌سازی KVM
آیا مجازی سازی KVM رایگان است؟
بله، کاملا متن‌باز و بدون لایسنس تجاری
آیا مجازی سازی KVM برای کلود مناسب است؟
بله، پایه بسیاری از زیرساخت‌های ابری است.
آیا KVM امن است؟
بله، با SELinux و sVirt تقویت می‌شود.
آیا KVM از Live Migration پشتیبانی می‌کند؟
بله، بدون نیاز به خاموش کردن ماشین مجازی
KVM روی چه سخت‌افزاری اجرا می‌شود؟
روی پردازنده‌های دارای VT-x یا AMD-V
آنچه در مقاله KVM virtualization خواندیم
در یک جمله، KVM راهکاری ساده، قدرتمند و منعطف برای اجرای ماشین‌های مجازی در بستر لینوکس است؛ بدون هزینه لایسنس، با پشتوانه جامعه متن‌باز، و قابل استفاده در مقیاس‌های کوچک تا کلان.
ترکیب کرنل لینوکس، مجازی‌سازی سخت‌افزاری، QEMU و libvirt در KVM، پلتفرمی فوق‌العاده قدرتمند و منعطف ارائه می‌دهد. این مجموعه امکان استقرار KVM را در سناریوهای گوناگون، از محیط‌های توسعه کوچک گرفته تا دیتاسنترهای ابری در مقیاس وسیع، فراهم می‌کند. این معماری ماژولار، یکی از دلایل اصلی محبوبیت و گستردگی استفاده از KVM در زیرساخت‌های مدرن محسوب می‌شود.
مدیریت ماشین‌های مجازی در KVM از طریق ابزارهای متنوع CLI، GUI و API به‌راحتی قابل انجام است. KVM به دلیل قابلیت اتوماسیون، ادغام‌پذیری و کنترل بالا، یکی از محبوب‌ترین انتخاب‌ها در حوزه زیرساخت مجازی‌سازی محسوب می‌شود.
با مجازی‌سازی می‌توانید دسکتاپ‌های ویندوز یا لینوکس را به‌صورت مرکزی روی سرور اجرا کرده و از هر مکان به آنها دسترسی امن داشته باشید. برای اطلاعات بیشتر درباره راهکارهای VDI و پیاده‌سازی حرفه‌ای می‌توانید با شماره 0218363 تماس بگیرید یا روی لینک زیر بزنید.
