Xen έναντι KVM, σύγκριση των υπερ-εποπτών

Στην εποχή του cloud computing, οι υπερ-εποπτικές εφαρμογές όπως το KVM και το Xen έχουν γίνει πιο σημαντικές από ποτέ. Αλλά σε τι διαφέρουν αυτές οι δύο τεχνολογίες εικονικοποίησης; Με τη σύγκριση Xen vs. KVM, θα εξετάσουμε τις ομοιότητες και τις διαφορές μεταξύ των δύο.

Το Xen με μια ματιά

Το Xen είναι ένα λογισμικό εικονικοποίησης ανοιχτού κώδικα που επιτρέπει την ταυτόχρονη εκτέλεση πολλαπλών λειτουργικών συστημάτων επισκεπτών σε έναν μόνο κεντρικό υπολογιστή. Το Xen διαχειρίζεται την κατανομή των πόρων υλικού στον κεντρικό υπολογιστή.

Τι είδους υπερ-επιτηρητής είναι ο Xen;

Το Xen είναι ένας υπερ-επιτηρητής τύπου 1 (ή bare metal). Αυτός ο τύπος υπερ-επιτηρητή εγκαθίσταται απευθείας σε ένα φυσικό σύστημα και επικοινωνεί με το υλικό μέσω των δικών του προγραμμάτων οδήγησης. Τα λειτουργικά συστήματα του κεντρικού υπολογιστή και των επισκεπτών εγκαθίστανται πάνω από τον υπερ-επιτηρητή Xen. Για να διαφοροποιήσει τα διάφορα επίπεδα προνομίων, το Xen κατηγοριοποιεί τα λειτουργικά συστήματα που είναι εγκατεστημένα σε δύο διαφορετικούς τομείς: dom0 και domU. Το λειτουργικό σύστημα του κεντρικού υπολογιστή ανήκει στον τομέα dom0 και απολαμβάνει το υψηλότερο επίπεδο προνομίων, ενώ όλα τα λειτουργικά συστήματα των επισκεπτών ταξινομούνται ως συστήματα χωρίς προνόμια και ανήκουν στον τομέα domU.

Το λειτουργικό σύστημα του κεντρικού υπολογιστή δεν επικοινωνεί απευθείας με το υλικό μέσω των προγραμμάτων οδήγησης, αλλά μέσω του υπερ-εποπτικού προγράμματος χρησιμοποιώντας ένα εξειδικευμένο API Xen. Αυτή η βαθιά ενσωμάτωση εξασφαλίζει πιο αποτελεσματική χρήση του υλικού, λιγότερο φόρτο εργασίας και μειωμένη επιφάνεια επίθεσης.

Πώς το Xen χρησιμοποιεί την παραεικονικοποίηση για να αυξήσει την αποδοτικότητα

Το Xen χρησιμοποιεί την τεχνική εικονικοποίησης paravirtualisation για να αυξήσει την αποδοτικότητα. Με αυτή την τεχνική, ο υπερ-εποπτευτής δεν εξομοιώνει τα εξαρτήματα υλικού και τα συστήματα-επισκέπτες γνωρίζουν ότι λειτουργούν σε ένα εικονικοποιημένο περιβάλλον. Αυτό επιτρέπει πολύ ταχύτερη επικοινωνία μεταξύ των λειτουργικών συστημάτων-επισκεπτών και του Xen, με αποτέλεσμα την αύξηση της απόδοσης.

Ωστόσο, αυτή η προσέγγιση βασίζεται σε εξειδικευμένους οδηγούς και συγκεκριμένες ενσωματωμένες δυνατότητες στον πυρήνα του λειτουργικού συστήματος. Πολλοί ευρέως χρησιμοποιούμενοι πυρήνες λειτουργικών συστημάτων, όπως το Linux και το BSD, υποστηρίζουν την παραεικονικοποίηση εδώ και χρόνια.

Εάν χρησιμοποιείτε ένα λειτουργικό σύστημα στο οποίο η παραεικονικοποίηση δεν είναι δυνατή ή δεν είναι επιθυμητή, το Xen υποστηρίζει επίσης την πλήρη εικονικοποίηση (όπου τα εξαρτήματα υλικού εξομοιώνονται εικονικά). Αν και αυτό επιβραδύνει την εικονικοποίηση, παρέχει υψηλή συμβατότητα, επιτρέποντας σε λειτουργικά συστήματα που δεν υποστηρίζουν παραεικονικοποίηση να λειτουργούν στο Xen.

Ποια είναι τα βασικά χαρακτηριστικά του KVM;

Όπως και το Xen, το KVM (Kernel-based Virtual Machine) είναι επίσης ένας υπερ-εποπτευτής ανοιχτού κώδικα που επιτρέπει στους χρήστες να εκτελούν πολλαπλά λειτουργικά συστήματα επισκεπτών σε ένα μόνο φυσικό μηχάνημα. Ενώ και οι δύο υπερ-εποπτευτές εξυπηρετούν τον ίδιο βασικό σκοπό, ο αρχιτεκτονικός τους σχεδιασμός είναι διαφορετικός, με κάθε υπερ-εποπτευτή να είναι κατάλληλος για διαφορετικές περιπτώσεις χρήσης.

Τι είδους υπερ-επιτηρητής είναι ο KVM;

Στο παρελθόν, το KVM αναφερόταν συχνά ως υπερ-επιτηρητής τύπου 2, επειδή μπορούσε να επικοινωνεί με το υλικό μόνο μέσω των προγραμμάτων οδήγησης του λειτουργικού συστήματος του κεντρικού υπολογιστή. Το KVM έπρεπε να εξομοιώσει όλα τα στοιχεία υλικού για τα συστήματα-επισκέπτες, καθιστώντας αδύνατη την παρα-εικονικοποίηση.

Το KVM έχει επεκταθεί ώστε να περιλαμβάνει και την παραεικονικοποίηση. Ο τρόπος λειτουργίας του όμως διαφέρει από αυτόν του Xen. Σε αντίθεση με το Xen, το KVM δεν εγκαθίσταται στο λειτουργικό σύστημα του κεντρικού υπολογιστή, αλλά ενσωματώνεται απευθείας στον πυρήνα του Linux. Το KVM χρησιμοποιεί τα στοιχεία λογισμικού του συστήματος Linux για τη διαχείριση των εικονικοποιημένων συστημάτων και των διαδικασιών τους.

Στο KVM, κάθε λειτουργικό σύστημα επισκέπτη διαθέτει το δικό του εικονικοποιημένο σύνολο υλικού, συμπεριλαμβανομένων των διεπαφών δικτύου, της αποθήκευσης σε δίσκο και άλλων τύπων εξαρτημάτων υλικού. Για την επιτάχυνση της πλήρους εικονικοποίησης, το KVM χρησιμοποιεί εικονικοποίηση με υποστήριξη υλικού, η οποία είναι ήδη διαθέσιμη στους περισσότερους σύγχρονους επεξεργαστές.

Δεν υποβάλλονται όλα τα στοιχεία σε πλήρη εικονικοποίηση στο KVM. Για να βελτιώσει την απόδοση των συστημάτων και των εφαρμογών που εκτελούνται, το KVM παρέχει παραεικονικοποιημένες διεπαφές που μπορούν να επικοινωνούν απευθείας με τον υπερ-εποπτικό μέσω του Virtio API. Το KVM χρησιμοποιεί κυρίως παραεικονικοποίηση για συσκευές εισόδου και εξόδου, όπως η διεπαφή δικτύου. Γι’ αυτό, όταν συζητούν για το KVM, οι άνθρωποι συχνά το περιγράφουν ως σύστημα που χρησιμοποιεί μερική παραεικονικοποίηση.

KVM έναντι Xen, σύγκριση της απόδοσής τους

Η κύρια διαφορά μεταξύ των δύο υπερ-εποπτών έγκειται στο σημείο όπου λειτουργούν εντός της στοίβας λογισμικού. Το KVM είναι ενσωματωμένο στον πυρήνα Linux και χρησιμοποιεί εικονικοποίηση με τη βοήθεια υλικού για να εικονικοποιήσει πολλά εξαρτήματα υλικού χωρίς να παρουσιάζει σημαντικά μειονεκτήματα απόδοσης. Οι κύριες διεπαφές IO είναι παραεικονικοποιημένες, κάτι που, για τις περισσότερες εφαρμογές διακομιστών, είναι πιθανώς το πιο κρίσιμο στοιχείο.

Το Xen, από την άλλη πλευρά, εγκαθίσταται παραδοσιακά κάτω από το λειτουργικό σύστημα ως υπερ-εποπτικό πρόγραμμα τύπου 1. Αυτό σημαίνει ότι το υπερ-εποπτικό πρόγραμμα διαχειρίζεται το ίδιο τη διανομή των πόρων υλικού. Θεωρητικά, αυτό επιτρέπει στο Xen να παρέχει πιο αποτελεσματική και αποδοτική επικοινωνία με το υλικό. Ωστόσο, τα προγράμματα οδήγησης Virtio του KVM και η εικονικοποίηση με τη βοήθεια υλικού θέτουν το επίπεδο απόδοσής του στο ίδιο επίπεδο με το Xen.

Στερέωση CPU

Παρά τις ομοιότητες στα επίπεδα απόδοσης, οι δύο υπερ-επιτηρητές δεν έχουν την ίδια απόδοση σε όλα τα σενάρια. Όσον αφορά την πρόσδεση CPU, το KVM προσφέρει περισσότερη ισχύ στους χρήστες του. Με την πρόσδεση CPU, το KVM μπορεί να εκχωρήσει έναν φυσικό επεξεργαστή (ή έναν πυρήνα επεξεργαστή) σε έναν εικονικοποιημένο επεξεργαστή, εξασφαλίζοντας αποκλειστική χρήση για το συγκεκριμένο εικονικό σύστημα. Από τους δύο υπερ-επιτηρητές, μόνο το KVM παρέχει αυτή τη δυνατότητα, η οποία είναι ιδιαίτερα επωφελής για εφαρμογές που απαιτούν εντατική χρήση της CPU.

Απόδοση δικτύου

Όσον αφορά την απόδοση του δικτύου, το Xen έχει το προβάδισμα. Παρόλο που και οι δύο υπερ-επιτηρητές παρέχουν παρα-εικονικοποιημένες διεπαφές δικτύου, κάθε σύστημα που εικονικοποιείται υπό KVM έχει τη δική του συσκευή δικτύου. Με το Xen, όλα τα συστήματα-επισκέπτες μοιράζονται μια ενιαία εικονική διεπαφή δικτύου, γεγονός που οδηγεί σε αυξημένη αποδοτικότητα.

Περίληψη

Το ποιος υπερ-επιτηρητής είναι καλύτερος εξαρτάται από τις απαιτήσεις σας. Ο ηγέτης της αγοράς KVM είναι ενσωματωμένος στον πυρήνα του Linux και προσφέρει τη δυνατότητα πλήρους εικονικοποίησης. Αυτά τα χαρακτηριστικά τον καθιστούν ουσιαστικά πιο εύκολο στη χρήση.

Ωστόσο, οι πλήρεις δυνατότητες παραεικονικοποίησης του Xen σημαίνουν ότι μπορεί θεωρητικά να προσφέρει καλύτερη απόδοση. Οι κρίσιμοι παράγοντες που πρέπει να λάβετε υπόψη κατά την επιλογή ενός υπερ-εποπτικού προγράμματος είναι οι εφαρμογές που θέλετε να εικονικοποιήσετε και το επίπεδο εμπειρίας που έχετε.