Jak działa Proxmox: ASNetworking wyjaśnia maszyny wirtualne, kontenery, KVM i QEMU

Eva Wong

IceWhale author

Eva Wong jest Technicznym pisarzem i stałym majsterkowiczem w ZimaSpace. Całe życie geek z pasją do homelabów i oprogramowania open-source, specjalizuje się w tłumaczeniu skomplikowanych koncepcji technicznych na przystępne, praktyczne przewodniki. Eva wierzy, że samodzielne hostowanie powinno być zabawą, a nie czymś onieśmielającym. Poprzez swoje samouczki umożliwia społeczności rozwiewanie tajemnic konfiguracji sprzętu, od budowy pierwszego NAS po opanowanie kontenerów Docker.

How Proxmox Works: ASNetworking Explains VMs, Containers, KVM and QEMU

Dziękujemy ASNetworking za przejrzyste objaśnienia wizualne w tym hiszpańskojęzycznym kursie Proxmox. Rozdział drugi przedstawia model mentalny stojący za zwirtualizowanym hostem: co maszyna wirtualna pożycza od fizycznej maszyny, jak działa przydzielanie zasobów, czym różnią się kontenery i dlaczego QEMU oraz KVM występują razem. Obejrzyj oryginalny film, aby zapoznać się z pełnym omówieniem autora.

Obejrzyj przed lekturą: Ta 20-minutowa lekcja koncepcyjna będzie przydatna, jeśli rozważasz Proxmox VE do domowego laboratorium, ale chcesz zrozumieć jego warstwy przed rozpoczęciem instalacji. Diagramy przechodzą od fizycznego serwera i kilku systemów gościa do dysków z alokacją cienką, kontenerów, jądra Linuksa, QEMU i KVM. Niektóre grafiki przedstawiają duże maszyny klasy enterprise lub przykładowe pojemności; są to przykłady dydaktyczne, a nie specyfikacje sprzętowe kompaktowego serwera.

Kluczowe rozróżnienie dotyczy tego, co system gościa widzi, a jakie zasoby host faktycznie ma do dyspozycji. Maszyna wirtualna może widzieć własne rdzenie procesora, pamięć RAM, dysk i system operacyjny, podczas gdy zasoby te ostatecznie pochodzą z tego samego fizycznego hosta. Proxmox VE łączy zarządzanie maszynami wirtualnymi i kontenerami Linuksa w jednym interfejsie; ten rozdział wyjaśnia architekturę, a nie mierzy wydajności ani nie pokazuje ukończonej instalacji.

Jeden fizyczny host, kilka oddzielnych maszyn

Wirtualizacja pozwala jednemu serwerowi uruchamiać wiele systemów operacyjnych gościa jako odrębne maszyny wirtualne. Każdy gość widzi wirtualny sprzęt i może uruchamiać własne aplikacje, podczas gdy host planuje wykorzystanie procesora oraz zarządza fizyczną pamięcią, pamięcią masową i siecią. Dzięki temu testowa maszyna wirtualna z Linuksem i oddzielna maszyna wirtualna z usługą mogą działać jednocześnie bez konieczności używania osobnego fizycznego komputera do każdego zadania.

Ilustracja porównująca fizyczny serwer z hostem wirtualizacji obsługującym wiele oddzielnych maszyn wirtualnych — Wiele niezależnych systemów gościa może współdzielić jeden fizyczny serwer za pośrednictwem warstwy wirtualizacji.

Nadmierna alokacja wymaga rzeczywistego budżetu zasobów

ASNetworking przedstawia nadmierną alokację: przydzielanie gościom łącznie większej ilości zasobów wirtualnych, niż host mógłby zapewnić, gdyby każdy gość zażądał ich jednocześnie. Może to mieć sens, gdy obciążenia osiągają szczyt w różnych momentach. Nie oznacza to dodatkowego sprzętu. Duże jednoczesne zapotrzebowanie może prowadzić do rywalizacji o czas procesora, presji na pamięć lub wolniejszego działania pamięci masowej. W małym domowym laboratorium zacznij od rzeczywistej ilości pamięci RAM i pamięci masowej, zarezerwuj miejsce dla hosta i obserwuj wykorzystanie zasobów przed dodaniem kolejnego gościa.

Ilustracja z filmu przedstawiająca cztery maszyny wirtualne współdzielące zasoby procesora na jednym dużym fizycznym serwerze — Diagram z wieloma maszynami wirtualnymi ilustruje współdzieloną pojemność; przedstawiony serwer i liczba procesorów są przykładami.

Alokacja cienka zmienia moment zużycia miejsca na dysku

Dysk wirtualny może prezentować większą logiczną pojemność, niż fizyczne miejsce zajęte przez niego do tej pory. Grafika w filmie przedstawia pięć dysków wirtualnych o pojemności 1 TB na fizycznym dysku o pojemności 1 TB, z których każdy aktualnie wykorzystuje 100 GB. Działa to tylko tak długo, jak długo rzeczywiste zapisy mieszczą się na fizycznym dysku. Jeśli goście łącznie zapełnią swoje dyski wirtualne, host może wyczerpać wolne miejsce na długo przed tym, jak prezentowane pojemności zasugerują problem. Sprawdzaj ilość wolnego miejsca fizycznego, format pamięci masowej, migawki i kopie zapasowe, zamiast planować wyłącznie na podstawie deklarowanej pojemności wirtualnej.

Diagram alokacji cienkiej z pięcioma dyskami wirtualnymi o pojemności 1 TB, z których każdy wykorzystuje 100 GB na fizycznym dysku o pojemności 1 TB — Przydzielona pojemność wirtualna przekracza fizyczny rozmiar dysku, podczas gdy obecnie zapisane dane zajmują łącznie 500 GB.

Odcinek porusza również temat warstwowania pamięci. RAM i wolniejsza pamięć masowa pełnią różne funkcje: przeniesienie rzadko używanych danych do wolniejszej warstwy może pomóc ograniczyć presję na pamięć, ale nie sprawi, że pamięć masowa będzie działać jak RAM. Każdą funkcję oszczędzającą zasoby traktuj jako kompromis, który należy zweryfikować względem obciążenia, szczególnie na hoście z ograniczoną ilością pamięci.

Czym zarządza hipernadzorca

Hipernadzorca znajduje się między zasobami fizycznymi a maszynami wirtualnymi. Diagram w tym momencie filmu podkreśla, że każda maszyna wirtualna ma własne obciążenie, ale nadal zależy od procesora, pamięci RAM, dysku i sieci jednego hosta. Proxmox VE dodaje narzędzia do zarządzania tymi gośćmi, w tym interfejs internetowy oraz usługi konfiguracji i administracji. Jego architektura obejmuje maszyny wirtualne KVM i kontenery LXC.

Diagram architektury Proxmox VE przedstawiający narzędzia użytkownika, usługi, maszyny wirtualne, QEMU, kontenery i jądro Linuksa — Stos Proxmox obejmuje narzędzia i usługi zarządzania znajdujące się nad warstwami maszyn wirtualnych i kontenerów.

Przegląd wirtualizacji serwera przedstawiający hipernadzorcę między fizycznym procesorem, pamięcią RAM, pamięcią masową i siecią a trzema maszynami wirtualnymi gościa — Hipernadzorca prezentuje oddzielnych gości, podczas gdy zasoby fizyczne pozostają współdzielone.

Maszyny wirtualne i kontenery zapewniają różne granice izolacji

Maszyna wirtualna zawiera system operacyjny gościa i wirtualny sprzęt. Kontener Linuksa izoluje aplikacje i ich przestrzeń użytkownika, współdzieląc jądro Linuksa hosta. Dzięki temu kontener jest zazwyczaj lżejszy niż pełna maszyna wirtualna, ale reprezentuje inny model izolacji i systemu operacyjnego. Gość z systemem Windows lub obciążenie, które korzysta z oddzielnego jądra, powinny działać w maszynie wirtualnej. Odpowiednia usługa linuksowa może działać w kontenerze LXC. Dokumentacja Proxmox LXC szczegółowo wyjaśnia model kontenerów.

Sześć maszyn wirtualnych Proxmox przedstawionych z oddzielnymi aplikacjami, zależnościami i systemami operacyjnymi gościa nad jednym fizycznym węzłem — W modelu maszyn wirtualnych każdy gość zawiera własną warstwę systemu operacyjnego.

Kontenery i maszyny wirtualne można również łączyć: środowisko uruchomieniowe kontenerów może działać wewnątrz maszyny wirtualnej, gdy taka granica izolacji pasuje do wdrożenia. Tabela porównawcza w filmie obejmuje układy bare metal, zwirtualizowane, skonteneryzowane oraz połączone. Wybierz granicę odpowiednią dla usługi oraz jej wymagań dotyczących bezpieczeństwa, zgodności i utrzymania; kontener nie jest po prostu mniejszą maszyną wirtualną.

Tabela porównująca bare metal, maszyny wirtualne, kontenery i kontenery uruchomione wewnątrz maszyn wirtualnych — Porównanie pokazuje kilka prawidłowych warstw, w tym kontenery działające wewnątrz maszyny wirtualnej.

Gdzie pasują Linux, QEMU i KVM

Proxmox VE to platforma oparta na Linuksie z interfejsem zarządzania; aby zrozumieć rolę jej komponentów, nie musisz zapamiętywać wszystkich poleceń. Autor krótko pokazuje stronę pobierania Proxmox, a następnie wyjaśnia warstwy techniczne znajdujące się pod maszyną wirtualną. Ekran pobierania z sieci przedstawia rodzinę produktów, natomiast model wirtualizacji jest wyjaśniony bardziej bezpośrednio na kolejnym diagramie QEMU/KVM.

Oficjalna strona pobierania Proxmox na ekranie, zawierająca Proxmox VE i inne produkty Proxmox — ASNetworking pokazuje stronę pobierania Proxmox podczas wprowadzania do platformy; szczegóły wydań przedstawione w filmie mogą się zmieniać.

KVM to funkcja wirtualizacji w jądrze Linuksa, wykorzystująca obsługiwane rozszerzenia wirtualizacji procesora. QEMU zapewnia proces maszyny wirtualnej oraz emulowane lub parawirtualizowane urządzenia; razem QEMU i KVM uruchamiają maszyny wirtualne ze sprzętowym przyspieszeniem. To przydatny sposób interpretowania etykiet w Proxmox, zamiast wyobrażania sobie QEMU i KVM jako dwóch konkurencyjnych hipernadzorców. Przewodnik Proxmox po QEMU/KVM obejmuje konfigurację i możliwości maszyn wirtualnych.

Diagram umieszczający QEMU i maszyny wirtualne gościa nad KVM w jądrze Linuksa i sprzętem bazowym — QEMU obsługuje proces maszyny wirtualnej i urządzenia, a KVM zapewnia sprzętową wirtualizację na poziomie jądra.

Zastosuj ten model w małym domowym laboratorium

Film krótko pokazuje grafikę udziałów rynkowych hipernadzorców. Przedstawione wartości procentowe nie są potrzebne do wyboru platformy do domowego laboratorium i nie należy traktować ich jako niezależnie zweryfikowanych danych rynkowych. Bardziej użyteczne jest konkretne pytanie: które obciążenia wymagają pełnych systemów operacyjnych gościa, które mogą współdzielić jądro Linuksa i ile z nich zmieści się w rzeczywistym budżecie pamięci RAM oraz pamięci masowej.

Grafika udziałów rynkowych wyświetlona w filmie, przedstawiająca hipernadzorców klasy enterprise, w tym VMware, Hyper-V, Nutanix oraz KVM lub Proxmox — To grafika przedstawiona w filmie; jej konkretne wartości udziałów rynkowych nie zostały tutaj niezależnie zweryfikowane.

W przypadku kompaktowego hosta, takiego jak miniaturowy serwer domowy ZimaBoard 2, najpierw zaplanuj jedną lub dwie niewielkie usługi, sprawdź dokładny model procesora, pamięć, nośnik rozruchowy i podłączoną pamięć masową, a następnie zwiększaj obciążenie dopiero po obserwacji rzeczywistego wykorzystania zasobów. To zastosowanie modelu zasobów z lekcji, a nie twierdzenie, że film testuje ZimaBoard 2 lub potwierdza konkretną liczbę maszyn wirtualnych. Kopie zapasowe przechowuj oddzielnie od dysków wirtualnych z alokacją cienką.

Końcowy slajd ASNetworking podsumowujący wirtualizację, kompromisy związane z kontenerami, KVM i QEMU — Autor kończy przypomnieniem, aby oceniać kontenery według ich zalet oraz rozróżniać role KVM i QEMU.

Po wyjaśnieniu tych warstw kolejny rozdział może skupić się na praktycznych decyzjach dotyczących instalacji. Obejrzyj rozdział dotyczący instalacji ASNetworking, aby poznać omówienie pamięci RAM, formatów pamięci masowej i przypisywania interfejsów sieciowych przed zbudowaniem pierwszego hosta.