Xen vs. KVM, sammenligning av hypervisorer

I en tid preget av cloud computing har hypervisorer som KVM og Xen blitt viktigere enn noensinne. Men hvordan skiller disse to virtualiseringsteknologiene seg fra hverandre? I vår sammenligning av Xen og KVM ser vi på likhetene og forskjellene mellom de to.

Xen i korthet

Xen er en åpen kildekode- virtualiseringsprogramvare som gjør det mulig å kjøre flere gjestoperativsystemer samtidig på en enkelt vertsmaskin. Xen administrerer tildelingen av maskinvareressursene på vertsmaskinen.

Hva slags hypervisor er Xen?

Xen er en Type 1 (eller bare metal) hypervisor. Denne typen hypervisor installeres direkte på et fysisk system og kommuniserer med maskinvaren gjennom egne drivere. Verts- og gjestoperativsystemer installeres over Xen-hypervisoren. For å skille mellom ulike privilegienivåer, kategoriserer Xen operativsystemene som er installert i to forskjellige domener: dom0 og domU. Vertsoperativsystemet tilhører dom0-domenet og har det høyeste privilegienivået, mens alle gjestoperativsystemer klassifiseres som uprivilegerte systemer og tilhører domU-domenet.

Vertsoperativsystemet kommuniserer ikke direkte med maskinvaren gjennom driverne, men gjennom hypervisoren ved hjelp av et spesialisert Xen API. Denne dype integrasjonen sikrer mer effektiv bruk av maskinvaren, mindre overhead og redusert angrepsflate.

Hvordan Xen bruker paravirtualisering for å øke effektiviteten

Xen bruker virtualiseringsteknikken paravirtualisering for å øke effektiviteten. Med denne teknikken emulerer ikke hypervisoren maskinvarekomponenter, og gjestesystemene er klar over at de opererer i et virtualisert miljø. Dette muliggjør mye raskere kommunikasjon mellom gjestesystemene og Xen, noe som fører til økt ytelse.

Denne tilnærmingen er imidlertid avhengig av spesialiserte drivere og spesifikke innebygde funksjoner i operativsystemkjernen. Mange mye brukte operativsystemkjerner, som Linux og BSD, har støttet paravirtualisering i mange år.

Hvis du bruker et operativsystem der paravirtualisering ikke er mulig eller ønskelig, støtter Xen også full virtualisering (der maskinvarekomponenter emuleres virtuelt). Selv om dette reduserer virtualiseringens hastighet, gir det høy kompatibilitet, slik at operativsystemer som ikke støtter paravirtualisering, kan kjøre under Xen.

Hva er KVM-ens viktigste funksjoner?

I likhet med Xen er også KVM (Kernel-based Virtual Machine) en åpen kildekode-hypervisor som lar brukerne kjøre flere gjestoperativsystemer på én fysisk maskin. Selv om begge hypervisorene har samme grunnleggende formål, er deres arkitektoniske utforming forskjellig, og hver hypervisor er egnet for forskjellige bruksområder.

Hva slags hypervisor er KVM?

Tidligere ble KVM ofte referert til som en Type 2-hypervisor, fordi den kun kunne kommunisere med maskinvaren gjennom driverne til vertsoperativsystemet. KVM måtte emulere alle maskinvarekomponenter for gjestesystemene, noe som gjorde paravirtualisering umulig.

KVM har siden blitt utvidet til å omfatte paravirtualisering. Måten det fungerer på er imidlertid forskjellig fra Xen. I motsetning til Xen installeres ikke KVM under vertsoperativsystemet, men integreres direkte i Linux-kjernen. KVM bruker programvarekomponentene i Linux-systemet til å administrere virtualiserte systemer og deres prosesser.

Under KVM har hvert gjestoperativsystem sitt eget virtualiserte sett med maskinvare, inkludert nettverksgrensesnitt, disklagring og andre typer maskinvarekomponenter. For å akselerere full virtualisering benytter KVM maskinvareassistert virtualisering, som allerede finnes i de fleste moderne prosessorer.

Ikke alle komponenter gjennomgår full virtualisering i KVM. For å forbedre ytelsen til kjørende systemer og applikasjoner, tilbyr KVM paravirtualiserte grensesnitt som kan kommunisere direkte med hypervisoren gjennom Virtio API. KVM bruker hovedsakelig paravirtualisering for inngangs- og utgangsenheter som nettverksgrensesnittet. Derfor beskriver folk ofte KVM som en delvis paravirtualisering når de snakker om det.

KVM vs. Xen, hvordan ytelsen deres sammenlignes

Hovedforskjellen mellom de to hypervisorene ligger i hvor de opererer innenfor programvarestakken. KVM er integrert i Linux-kjernen og bruker maskinvareassistert virtualisering for å virtualisere en rekke maskinvarekomponenter uten å oppleve betydelige ytelsesulemper. De primære IO-grensesnittene er paravirtualiserte, noe som for de fleste serverapplikasjoner sannsynligvis er det viktigste aspektet.

Xen, på den annen side, installeres tradisjonelt under operativsystemet som en Type 1-hypervisor. Dette betyr at hypervisoren selv administrerer fordelingen av maskinvareressurser. Teoretisk sett gjør dette at Xen kan tilby mer effektiv og ytelsessterk kommunikasjon med maskinvaren. Imidlertid gjør KVM-drivere og maskinvareassistert virtualisering at ytelsesnivået til KVM er på nivå med Xen.

CPU-pinning

Til tross for at de to hypervisorene har lignende ytelsesnivåer, fungerer de ikke like godt i alle scenarier. Når det gjelder CPU-pinning, gir KVM brukerne mer kraft. Med CPU-pinning kan KVM tildele en fysisk prosessor (eller en prosessorkjerne) til en virtualisert prosessor, slik at det virtuelle systemet får eksklusiv bruk av den. Av de to hypervisorene er det bare KVM som tilbyr denne funksjonen, som er spesielt nyttig for CPU-intensive applikasjoner.

Nettverksytelse

Når det gjelder nettverksytelse, ligger Xen i tet. Selv om begge hypervisorene tilbyr paravirtualiserte nettverksgrensesnitt, har hvert system som er virtualisert under KVM sitt eget nettverksenhet. Med Xen deler alle gjestesystemer ett enkelt virtuelt nettverksgrensesnitt, noe som fører til økt effektivitet.

Sammendrag

Hvilken hypervisor som er best, avhenger av dine behov. Markedslederen KVM er integrert i Linux-kjernen og tilbyr muligheten for full virtualisering. Disse aspektene gjør den grunnleggende enklere å bruke.

Xens fullstendige paravirtualiseringsfunksjoner betyr imidlertid at den teoretisk sett kan gi bedre ytelse. De avgjørende faktorene du bør vurdere når du velger en hypervisor, er applikasjonene du ønsker å virtualisere og hvor mye erfaring du har.