虚拟机配置

概述

使用 StratoVirt 时，可以通过命令行参数指定虚拟机配置，也支持对接 libvirt ，通过 XML 文件配置。本章介绍命令行方式的配置方式。

说明

本文中的 /path/to/socket 为用户自定义路径下的 socket 文件。

从 openEuler 22.03 LTS 版本开始，取消了对 json 文件的支持。

规格说明

StratoVirt 支持启动轻量级虚拟机和标准虚拟机。

  • 轻量级虚拟机使用轻量级 microVM 主板，以及 mmio 总线。
  • 标准虚拟机支持标准启动，在 x86 平台使用 Q35 主板，AArch64 架构下使用 virt 主板以及 PCI 总线。

轻量级虚拟机

  • 虚拟机 CPU 个数：[1, 254]
  • 虚拟机内存大小：[256 MiB, 512 GiB]
  • 虚拟机磁盘个数（包括热插的磁盘）：[0, 6]
  • 虚拟机网卡个数（包括热插的网卡）：[0, 2]
  • 虚拟机 console 设备仅支持单路连接
  • 主机 CPU 架构为 x86_64 时，最多可以配置 11 个 mmio 设备，但是除了磁盘和网卡，建议最多配置 2 个其他设备; AArch64 平台，最多可以配置 160 个 mmio 设备，但是除了磁盘和网卡，建议最多配置 12 个其他设备。

标准虚拟机

  • 虚拟机 CPU 个数：[1, 254]
  • 虚拟机内存大小：[256 MiB, 512 GiB]
  • 虚拟机 console 设备仅支持单路连接
  • 只支持 1 个 console 设备
  • 最多支持 32 个 PCI 设备
  • PCI 设备挂载的 PCI 总线 slot 取值范围： [0, 32)；function 取值范围 [0, 8)

最小配置

StratoVirt 能够运行的最小配置为：

  • PE 格式或 bzImage 格式（仅 x86_64）的 Linux 内核镜像
  • 将 rootfs 镜像设置成 virtio-blk 设备，并添加到内核参数中
  • 使用 api-channel 控制 StratoVirt
  • 如果要使用串口 登录，添加一个串口到内核启动命令行，AArch64平台标准机型为ttyAMA0，其他情况为ttyS0.

配置介绍

命令格式

使用 cmdline 配置的命令格式如下：

$ /path/to/stratovirt -[参数1] [参数选项] -[参数2] [参数选项] …

使用说明

  1. 首先，为确保可以创建 api-channel 需要的 socket，可以参考如下命令清理环境：

    $ rm [参数] [用户自定义socket文件路径]

  2. 然后，运行 cmdline 命令。

    $ /path/to/stratovirt -[参数1] [参数选项] -[参数2] [参数选项] ...

基本信息配置

基本配置信息如下表所示：

参数参数选项说明
-nameVMname配置虚拟机名称（字符长度：1-255字符）
-kernel/path/to/vmlinux.bin配置内核镜像
-appendconsole=ttyS0 root=/dev/vda reboot=k panic=1 rw配置内核命令行参数，轻量级虚拟机固定配置为console=ttyS0（与架构平台无关）。标准虚拟化X86_64平台默认使用console=ttyS0，AArch64平台默认使用console=ttyAMA0。在配置了virtio-console设备但是没有配置serial串口设备时，需要配置为console=hvc0（与架构平台无关）
-initrd/path/to/initrd.img配置initrd文件
-smp[cpus=]个数配置cpu个数，范围[1, 254]
-m内存大小MiB、内存大小GiB，默认单位MiB配置内存大小，范围[256MiB, 512GiB]
-qmpunix:/path/to/socket,server,nowait配置api-channel，运行前须保证socket文件不存在
-D/path/to/logfile配置日志文件
-pidfile/path/to/pidfile配置pid文件，必须和-daemonize一起使用。运行前须保证pid文件不存在
-disable-seccompNA关闭Seccomp，默认打开
-daemonizeNA开启进程daemon化

虚拟机类型

通过-machine参数来指定启动的虚拟机的类型。

参数说明

  • type：启动虚拟机的类型（轻量级虚拟化为“MicroVm”类型，标准虚拟化在x86_64平台为”q35“，在aarch64平台为”virt”）。
  • dump-guest-core：进程panic时，是否dump虚拟机内存（可选配置）。
  • mem-share：是否与其他进程共享内存（可选配置）。

磁盘配置

虚拟机磁盘配置包含以下配置项

  • drive_id： 磁盘的id。
  • path_on_host： 磁盘的路径。
  • serial_num： 磁盘的串号（可选配置）。
  • read_only： 是否只读（可选配置）。
  • direct： 是否以“O_DIRECT”模式打开（可选配置）。
  • iothread： 配置iothread属性（可选配置）。
  • throttling.iops-total： 配置磁盘QoS，以限制磁盘的io操作（可选配置）。
  • if：driver的类型，block设备为“none”（可选配置，默认值为“none”）
  • bus：设备要挂载的bus。
  • addr：设备要挂载的slot和function号。
  • multifunction：是否开启pci多功能。（可选配置）

磁盘配置方式

磁盘的配置分为两步：driver的配置和block设备的配置

轻量虚拟机配置格式为：

-drive id=drive_id,file=path_on_host[,readonly=off][,direct=off][,throttling.iops-total=200][,if=none]
-device virtio-blk-device,drive=drive_id,id=blkid[,iothread=iothread1][,serial=serial_num]

标准虚拟机配置格式为：

-drive id=drive_id,file=path_on_host[,readonly=off][,direct=off][,throttling.iops-total=200][,if=none]
-device virtio-blk-pci,drive=drive_id,bus=pcie.0,addr=0x3.0x0,id=blkid[,iothread=iothread1,][serial=serial_num][,multifunction=on]

下面对throttling.iops-total和iothread两个配置项进行详细说明：

磁盘QoS

简介

QoS（Quality of Service）是服务质量的意思。在云场景中，单主机内会启动多台虚拟机，当某台虚拟机对磁盘访问压力大时，由于同主机的磁盘访问总带宽有限，这会挤占其他虚拟机的访问带宽，从而造成对其他虚拟机IO影响。为了降低影响，可以为虚拟机配置QoS属性，限制它们对磁盘访问的速率，从而降低对彼此的影响。

注意事项
  • 当前QoS支持配置磁盘的iops。
  • iops的设定范围是[0, 1000000]，0为不限速；实际iops不会超过设定值，并且不会超过后端磁盘实际性能的上限。
  • 只能限制平均iops，无法限速瞬时的突发流量。
配置方式

用法：

命令行

-drive xxx,throttling.iops-total=200

参数：

  • throttling.iops-total：当配置了iops后，本磁盘在虚拟机内部的IO下发速度，不会超过此配置值。
  • xxx：表示磁盘的其他设置。

iothread

iothread配置细节见iothread配置

网卡配置

虚拟机网卡的配置包含以下配置项：

  • id：唯一的设备 id。
  • tap：指定 tap 设备。
  • ifname：host 上的 tap 设备名。
  • mac：设置虚拟机 mac 地址（可选配置）。
  • iothread：配置磁盘的 iothread 属性（可选配置）。网卡 iothread 配置详见 iothread配置 。

配置方式

说明

使用网络前请先使用如下命令配置好 host 网桥和 tap 设备。

$ yum install -y bridge-utils iproute net-tools
$ brctl addbr qbr0
$ ip tuntap add tap0 mode tap
$ brctl addif qbr0 tap0
$ ifconfig qbr0 up; ifconfig tap0 up
$ ifconfig qbr0 192.168.0.1
  1. 配置 virtio-net（本文中 [] 表示可选参数）

轻量级虚拟机：

-netdev tap,id=netdevid,ifname=host_dev_name[,vhostfd=2]
-device virtio-net-device,netdev=netdevid,id=netid[,iothread=iothread1,mac=12:34:56:78:9A:BC]

标准虚拟机：

-netdev tap,id=netdevid,ifname=host_dev_name[,vhostfd=2]
-device virtio-net-pci,netdev=netdevid,id=netid,bus=pcie.0,addr=0x2.0x0[,multifunction=on,iothread=iothread1,mac=12:34:56:78:9A:BC]
  1. 配置 vhost-net

轻量级虚拟机：

-netdev tap,id=netdevid,ifname=host_dev_name,vhost=on[,vhostfd=2]
-device virtio-net-device,netdev=netdevid,id=netid[,iothread=iothread1,mac=12:34:56:78:9A:BC]

标准虚拟机：

-netdev tap,id=netdevid,ifname=host_dev_name,vhost=on[,vhostfd=2]
-device virtio-net-pci,netdev=netdevid,id=netid,bus=pcie.0,addr=0x2.0x0[,multifunction=on,iothread=iothread1,mac=12:34:56:78:9A:BC]

chardev 配置

将来自 Guest 的 I/O 重定向到宿主机的 chardev。chardev 后端的类型可以是：stdio、pty、socket 和 file。其中 file 仅支持输出时设置。配置项：

  • id：唯一的设备 id。
  • backend：重定向的类型。
  • path：设备重定向文件路径。仅 socket 和 file 类型的设备需要此参数。
  • server：将 chardev 作为服务器运行。仅 socket 类型的设备需要此参数。
  • nowait：预期状态为断开连接。仅 socket 类型的设备需要此参数。

使用 chardev 时，会创建并使用 console 文件，所以启动 stratovirt 之前，请确保 console 文件不存在。

配置方式

-chardev backend,id=chardev_id[,path=path,server,nowait]

串口配置

串口是虚拟机的设备，用于主机和虚拟机之间传送数据。使用串口时，kernel 命令行中配置 console=ttyS0 ，在 AArch64 平台上标准启动时，配置 console=ttyAMA0 。配置项：

  • chardev：重定向的 chardev 设备
  • backend、path、server、nowait：这些参数的含义与 chardev 中的相同。

配置方式

-serial chardev:chardev_id

或者：

-chardev backend[,path=path,server,nowait]

console 设备配置

virtio-console 是通用的串口设备，用于主机和虚拟机之间传送数据。当只配 console 并通过 console 进行 I/O 操作时，kernel 启动参数中配置 console=hvc0。console 设备有如下配置项：

  • id： 设备的 id。
  • path：virtio console 文件路径。
  • socket：以 socket 的方式重定向。
  • chardev：重定向的 chardev 设备。

配置方式

console 配置分为三步：首先指定 virtio-serial，然后创建字符设备，最后创建 virtconsole 设备。

轻量级虚拟机：

-device virtio-serial-device[,id=virtio-serial0]
-chardev socket,path=socket_path,id=virtioconsole1,server,nowait
-device virtconsole,chardev=virtioconsole1,id=console_id

标准虚拟机：

-device virtio-serial-pci,bus=pcie.0,addr=0x1.0x0[,multifunction=on,id=virtio-serial0]
-chardev socket,path=socket_path,id=virtioconsole1,server,nowait
-device virtconsole,chardev=virtioconsole1,id=console_id

vsock 设备配置

vsock 也是主机和虚拟机之间通信的设备，类似于 console，但具有更好的性能。配置项：

  • id： 唯一的设备 id。
  • guest_cid： 唯一的 context id 。

配置方式：

轻量级虚拟机：

-device vhost-vsock-device,id=vsock_id,guest-cid=3

标准虚拟机：

-device vhost-vsock-pci,id=vsock_id,guest-cid=3,bus=pcie.0,addr=0x1.0x0[,multifunction=on]

内存大页配置

概述

StratoVirt 支持为虚拟机配置内存大页，相比传统的 4KiB 内存分页模式，大页内存可以有效减少 TLB Miss 次数和缺页中断次数，能够显著提升内存密集型业务性能。

注意事项

  • 指定的大页挂载的目录，必须是绝对路径。
  • 仅支持在启动时配置。
  • 仅支持静态大页。
  • 使用大页前， 在Host上需要配置好大页。
  • 使用大页特性， 指定虚拟机内存规格必须是大页页面大小的整数倍。

互斥特性

  • 内存大页和 ballon 特性互斥，同时配置时，balloon 特性无效。

配置方式

配置Host上大页
挂载

将大页文件系统挂载到指定目录上，其中 /path/to/hugepages为用户自定义的空目录。

$ mount -t hugetlbfs hugetlbfs /path/to/hugepages
设置大页数目

  • 设置静态大页数目, num为指定的大页数目

    $ sysctl vm.nr_hugepages=num

  • 查询大页统计信息

    $ cat /proc/meminfo | grep Hugepages

    如果需要查看其它页面大小的大页统计信息， 可以查看 /sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-*/目录下相关信息。

说明

请根据大页使用情况，配置StratoVirt内存规格和大页。如果大页资源不足，虚拟机会启动失败。

启动StratoVirt时添加大页配置

  • 命令行

    -mem-path /page/to/hugepages

    其中 /page/to/hugepages为大页文件系统挂载的目录，仅支持绝对路径。


说明

**典型配置：**指定StratoVirt命令行中的mem-path项为：大页文件系统挂载的目录。 推荐使用典型配置使用StratoVirt大页特性。

配置iothread

简介

当StratoVirt启动了带iothread配置的虚拟机后，会在主机上启动独立于主线程的单独线程，这些单独线程可以用来处理设备的IO请求，一方面提升设备的IO性能，另一方面降低对管理面消息处理的影响。

注意事项

  • 支持配置最多8个iothread线程
  • 支持磁盘和网卡配置iothread属性
  • iothread线程会占用主机CPU资源，在虚拟机内部大IO压力情况下，单个iothread占用的CPU资源取决于磁盘的访问速度，例如普通的SATA盘会占用20%以内CPU资源。

创建iothread线程

命令行：

-object iothread,id=iothread1 -object iothread,id=iothread2

参数：

  • id：用于标识此iothread线程，该id可以被设置到磁盘或网卡的iothread属性。当启动参数配置了iothread线程信息，虚拟机启动后会在主机上启动相应id名的线程。

配置磁盘或网卡的iothread属性

命令行配置

轻量虚拟机：

磁盘

-device virtio-blk-device xxx,iothread=iothread1

网卡

-device virtio-net-device xxx,iothread=iothread2

标准虚拟机：

磁盘

-device virtio-blk-pci xxx,iothread=iothread1

网卡

-device virtio-net-pci xxx,iothread=iothread2

参数：
  1. iothread：设置成 iothread 线程的 id，指明处理本设备 I/O 的线程。
  2. xxx: 表示磁盘或者网卡的其他配置

配置balloon设备

简介

在虚拟机运行过程中,由虚拟机里的balloon驱动来动态占用或释放内存,从而动态改变这台虚拟机当前可用内存，达到内存弹性的效果。

注意事项

  • 启用balloon前须确保guest和host的页面大小相同。
  • guest内核须开启balloon特性支持。
  • 开启内存弹性时，有可能造成虚拟机内部轻微卡顿、内存性能下降。

互斥特性

  • 大页内存互斥。
  • 在x86下，由于中断数量有限，所以balloon设备和其他virtio的数量（默认使用6个block设备，2个net设备和1个串口设备）总和不得超过11个。

规格

  • 每个VM只能配置1个balloon设备。

配置方式

轻量级虚拟机：

-device virtio-balloon-device,deflate-on-oom=true

标准虚拟机：

-device virtio-balloon-pci,bus=pcie.0,addr=0x4.0x0,deflate-on-oom=true[,multifunction=on]

说明

  1. deflate-on-oom的取值为bool类型，表示是否开启auto deflate特性。开启时，如果balloon已经回收部分内存，当guest需要内存时，balloon设备会自动放气，归还内存给guest。不开启则不会自动归还。
  2. 使用qmp命令回收虚拟机内存时，应确保回收后虚拟机仍然有足够的内存来保持最基本的运行。否则可能会出现一些操作超时，以及导致虚拟机内部无法申请到空闲内存等现象。
  3. 如果虚拟机内部开启内存大页，balloon不能回收大页占用内存。

deflate-on-oom=false时，当Guest中内存不足时，balloon不会自动放气并归还内存，可能会引起Guest内部OOM，进程被Kill，甚至虚拟机无法正常运行。

配置RNG设备

简介

Virtio RNG是半虚拟化的随机数生成器设备，用于为guest提供硬件随机数生成能力。

配置方式

Virtio RNG可配置为Virtio mmio设备或者virtio PCI设备，Virtio RNG配置为Virtio mmio设备时，命令行参数如下：

-object rng-random,id=objrng0,filename=/path/to/random_file
-device virtio-rng-device,rng=objrng0,max-bytes=1234,period=1000

Virtio RNG配置为Virtio PCI设备时，命令行参数如下：

-object rng-random,id=objrng0,filename=/path/to/random_file
-device virtio-rng-pci,rng=objrng0,max-bytes=1234,period=1000,bus=pcie.0,addr=0x1.0x0,id=rng-id[,multifunction=on]

参数：

  • filename：在host上用于生成随机数的字符设备路径，例如/dev/random；
  • period：限制随机数字符速率的定时周期，单位为毫秒；
  • max-bytes：在period时间内字符设备生成随机数的最大字节数；
  • bus：Virtio RNG设备挂载的总线名称；
  • addr：Virtio RNG设备地址，参数格式为addr=[slot].[function]，分别表示设备的slot号和function号，均使用十六进制表示，其中Virtio RNG设备的function号为0x0。

注意事项

  • 如不配置period和max-bytes，则不对随机数字符读取速率进行限制；
  • 如配置限速，则max-bytes/period*1000的设定范围为[64, 1000000000]，建议不应设置过小，以防获取随机数字符速率过慢；
  • 只能限制平均随机数字符数，无法限制瞬间的突发流量；
  • guest如需使用Virtio RNG设备，guest内核需要使能配置：CONFIG_HW_RANDOM=y，CONFIG_HW_RANDOM_VIA=y，CONFIG_HW_RANDOM_VIRTIO=y；
  • 用户在配置Virtio RNG设备时，请检查熵池是否足够，以免引起虚拟机卡顿问题，例如配置字符设备路径为/dev/random，当前熵池大小可通过/proc/sys/kernel/random/entropy_avail查看，熵池满时的大小为4096，通常应该大于1000。

配置示例

轻量级虚拟机

此处给出创建一个轻量级虚拟机的最小配置示例。

  1. 登录主机，删除 socket 文件，确保可以创建 QMP。

    $ rm -f /tmp/stratovirt.socket

  2. 运行 StratoVirt 。

    $ /path/to/stratovirt \
    -kernel /path/to/vmlinux.bin \
    -append console=ttyS0 root=/dev/vda rw reboot=k panic=1 \
    -drive file=/home/rootfs.ext4,id=rootfs,readonly=false \
    -device virtio-blk-device,drive=rootfs \
    -qmp unix:/tmp/stratovirt.socket,server,nowait \
    -serial stdio

    运行成功后，将根据指定的配置参数创建并启动虚拟机。

标准虚拟机

此处给出在 ARM 平台创建一个标准虚拟机的最小配置示例。

  1. 删除 socket 文件，确保可以创建 QMP 。

    $ rm -f /tmp/stratovirt.socket

  2. 运行 StratoVirt 。

    $ /path/to/stratovirt \
    -kernel /path/to/vmlinux.bin \
    -append console=ttyAMA0 root=/dev/vda rw reboot=k panic=1 \
    -drive file=/path/to/code_storage_file,if=pflash,unit=0[,readonly=true] \
    -drive file=/path/to/data_storage_file,if=pfalsh,unit=1, \
    -drive file=/home/rootfs.ext4,id=rootfs,readonly=false \
    -device virtio-blk-device,drive=rootfs,bus=pcie.0,addr=0x1 \
    -qmp unix:/tmp/stratovirt.socket,server,nowait \
    -serial stdio

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