مجازی ساز «kvm» چیست؟ بررسی مزایا و معایب kvm

KVM چیست؟ این سوالی است که بسیاری از فعالان حوزه فناوری اطلاعات و کسب‌وکارها در جستجوی پاسخی جامع برای آن هستند. در دنیای پویای امروز که نیاز به زیرساخت‌های منعطف و قدرتمند رو به افزایش است، مجازی‌سازی سرور به ابزاری کلیدی تبدیل شده است. فهم عمیق از فناوری‌هایی مانند KVM به شما کمک می‌کند تا بهترین تصمیمات را برای بهره‌برداری از منابع سخت‌افزاری و بهبود کارایی سیستم‌های خود بگیرید. این مقاله از مجله وی پی اس مارکت به شما دیدگاهی کامل و عملی در مورد اینکه KVM چیست ارائه می‌دهد.

تعریف مجازی ساز KVM

KVM یا Kernel-based Virtual Machine در واقع نوعی فناوری مجازی‌سازی متن‌باز است که به هسته لینوکس اجازه می‌دهد تا به عنوان یک هایپروایزر نوع اول عمل کند. این یعنی KVM مستقیماً روی سخت‌افزار سرور اجرا می‌شود، بدون نیاز به سیستم‌عامل واسطه. از سال ۲۰۰۷، KVM بخشی از هسته اصلی لینوکس شده است؛ بنابراین، اگر لینوکس نسخه 2.6.20 یا بالاتر را دارید، KVM به طور پیش‌فرض در دسترس شماست.

همچنین مجازی‌ساز KVM به شما امکان می‌دهد تا یک سرور فیزیکی را به چندین سرور مجازی کاملاً مجزا تقسیم کنید. هر سرور مجازی که با KVM ساخته می‌شود، مانند کامپیوتری مستقل عمل می‌کند و منابعی مانند CPU، RAM، فضای ذخیره‌سازی و کارت شبکه مخصوص به خود را دارد. این ایزوله‌سازی، پایداری و امنیت هر سرور مجازی را تضمین می‌کند و از تداخل عملکرد آن‌ها جلوگیری می‌نماید.

باید به این نکته توجه داشته باشیم که KVM برای کارکرد خود به پشتیبانی سخت‌افزاری از فناوری‌های مجازی‌سازی (مثل Intel VT یا AMD-V) نیاز دارد که همین امر باعث می‌شود عملکردی بسیار نزدیک به سخت‌افزار بومی را ارائه دهد.

هایپروایزر چیست؟

برای اینکه بهتر بفهمیم KVM چیست، باید در کار آن با مفهوم هایپروایزر نیز آشنا شویم. هایپروایزر در اصل نرم‌افزاری است که مجازی‌سازی را ممکن می‌سازد. این ابزار، سرور فیزیکی شما را به چندین ماشین مجازی تقسیم می‌کند و به آن‌ها اجازه می‌دهد تا منابع سخت‌افزاری مشترکی را به کار گیرند. هایپروایزر بین سخت‌افزار فیزیکی و سیستم‌عامل‌های مهمان قرار می‌گیرد و وظیفه تخصیص منابع مثل CPU و RAM را به عهده دارد. به همین دلیل، به آن مانیتور ماشین مجازی (VMM) نیز گفته می‌شود.

انواع هایپروایزر (Hypervisor)

دو نوع اصلی هایپروایزر وجود دارد که هر کدام ساختار و کاربرد متفاوتی دارند:

هایپروایزر نوع اول (Bare-Metal/Native Hypervisor)

این نوع هایپروایزر مستقیماً روی سخت‌افزار فیزیکی سرور نصب می‌شود. هیچ سیستم‌عامل دیگری بین هایپروایزر و سخت‌افزار وجود ندارد. این دسترسی مستقیم به سخت‌افزار باعث عملکرد فوق‌العاده بالا و امنیت بسیار خوب می‌شود. هایپروایزرهای نوع یک بیشتر در مراکز داده بزرگ و محیط‌های ابری استفاده می‌شوند. KVM، VMware ESXi و Microsoft Hyper-V نمونه‌های برجسته این نوع هستند.

هایپروایزر نوع دوم (Hosted Hypervisor)

این هایپروایزرها به عنوان یک برنامه کاربردی روی یک سیستم‌عامل معمولی (مثل ویندوز یا لینوکس) نصب می‌شوند؛ به عبارت دیگر، سیستم‌عامل میزبان ابتدا روی سخت‌افزار نصب می‌شود و سپس هایپروایزر روی آن اجرا می‌گردد. این نوع، سربار عملکردی بیشتری دارد چون ماشین‌های مجازی باید از طریق سیستم‌عامل میزبان به سخت‌افزار دسترسی پیدا کنند. هایپروایزر نوع دوم برای استفاده‌های شخصی، توسعه‌دهندگان و محیط‌های تست مناسب است. VMware Workstation و Oracle VirtualBox از نمونه‌های معروف آن هستند.

مجازی سازی

مجازی‌سازی فرآیندی است که در آن سخت‌افزار فیزیکی به گونه‌ای پنهان می‌شود که چندین سیستم‌عامل بتوانند به طور شفاف از آن استفاده و منابعش را به اشتراک بگذارند. این فرآیند با تقسیم منابع فیزیکی به نمونه‌های منطقی یا مجازی، امکان مدیریت دقیق و استفاده بهینه از آن‌ها را فراهم می‌کند. برای مثال، یک سرور با ۱۶ هسته پردازشی می‌تواند میزبان چندین ماشین مجازی باشد که هر کدام دو هسته اختصاصی دارند. این کار به معنای راه‌اندازی همزمان چندین سیستم‌عامل روی یک سرور فیزیکی است. در واقع، با نصب یک مجازی‌ساز، می‌توانید چندین سرور مجازی ایجاد کنید که منابع سیستم را به صورت منطقی تقسیم می‌کنند. این روش به صرفه‌جویی در زمان، مدیریت بهتر، افزایش امنیت اطلاعات و بهبود کیفیت سرویس‌دهی نرم‌افزارها کمک می‌کند.

چرا از KVM استفاده کنیم؟

ممکن است از خود بپرسید که دلایل استفاده از KVM چیست و چرا از آن باید استفاده کرد دلایل مختلفی برای این امر وجود دارد. مهم‌ترین عامل، ماهیت متن‌باز و انعطاف‌پذیر KVM است. KVM کاملاً رایگان است و به کاربران اجازه می‌دهد آن را مطابق با نیازهای خود تغییر دهند. این ویژگی، هزینه‌های تحقیق و توسعه را کاهش داده و به بهبود عملکرد و بهره‌وری کمک می‌کند.

از طرفی دیگر KVM هسته لینوکس را به یک هایپروایزر نوع اول تبدیل می‌کند. این به توسعه‌دهندگان امکان می‌دهد تا زیرساخت‌های لازم برای سیستم‌عامل‌های مختلف را بدون نیاز به سخت‌افزار جدید مقیاس‌دهی کنند. مدیران سرور نیز می‌توانند تعداد زیادی ماشین مجازی را به راحتی در محیط‌های ابری مستقر کنند. در نهایت KVM یک راه‌حل مجازی‌سازی کامل برای توزیع‌های مختلف لینوکس است که روی سخت‌افزارهای x86 اجرا می‌شود و طیف گسترده‌ای از ویژگی‌ها را فراهم می‌کند.

کسب‌وکارهایی که به دنبال میزبانی نزدیک به کاربران خود در منطقه هستند، می‌توانند از KVM بهره زیادی ببرند. برای مثال، انتخاب سرور مجازی ترکیه با زیرساخت KVM می‌تواند سرعت دسترسی را برای کاربران ایرانی به شکل قابل‌توجهی افزایش دهد و تجربه‌ای روان‌تر را فراهم آورد. به همین ترتیب، اگر هدف شما بازارهای خاورمیانه است، یک سرور مجازی امارات با پشتیبانی از KVM گزینه‌ای پایدار و کارآمد برای میزبانی وب‌سایت‌ها و اپلیکیشن‌های شما خواهد بود.

بررسی مزایای KVM

KVM به عنوان یک مجازی‌ساز متن‌باز و بخشی از هسته لینوکس، مزایای مهمی دارد:

• رایگان و متن‌باز: KVM نیازی به پرداخت هزینه لایسنس ندارد و کاملاً رایگان است. این موضوع باعث کاهش چشمگیر هزینه‌های عملیاتی می‌شود و آزادی عمل برای سفارشی‌سازی را فراهم می‌کند.
• عملکرد بالا: KVM مستقیماً روی هسته لینوکس و با استفاده از قابلیت‌های سخت‌افزاری مجازی‌سازی اجرا می‌شود. این یکپارچگی عمیق باعث عملکرد بسیار بالا و تأخیر پایین در KVM می‌شود که شبیه به سخت‌افزار بومی است.
• امنیت پیشرفته: KVM از قابلیت‌های امنیتی لینوکس مانند SELinux و sVirt برای بهبود امنیت و ایزوله‌سازی ماشین‌های مجازی بهره می‌برد. این ویژگی‌ها از دسترسی غیرمجاز به حافظه جلوگیری کرده و امنیت داده‌ها را تضمین می‌کنند.
• ثبات و پایداری: KVM بیش از یک دهه است که در محیط‌های تجاری استفاده می‌شود. پشتیبانی قوی جامعه متن‌باز و شرکت‌هایی مانند Red Hat، آن را به یک راه‌حل پایدار و قابل اعتماد تبدیل کرده است.
• انعطاف‌پذیری در مدیریت منابع: KVM امکان تخصیص دینامیک و مؤثر منابعی مانند CPU، RAM و فضای ذخیره‌سازی را به ماشین‌های مجازی فراهم می‌کند.
• Live Migration (مهاجرت زنده): KVM از قابلیت Live Migration پشتیبانی می‌کند. این ویژگی به شما اجازه می‌دهد تا یک ماشین مجازی در حال اجرا را بین سرورهای فیزیکی مختلف منتقل کنید، بدون اینکه هیچ وقفه‌ای در سرویس ایجاد شود.
• پشتیبانی گسترده سخت‌افزاری: KVM می‌تواند از طیف وسیعی از پلتفرم‌های سخت‌افزاری استفاده کند. همکاری فروشندگان سخت‌افزار در توسعه هسته لینوکس باعث می‌شود جدیدترین ویژگی‌های سخت‌افزاری به سرعت در KVM پیاده‌سازی شوند

بررسی معایب KVM

با وجود مزایای فراوان، KVM نیز مانند هر فناوری دیگری، معایبی دارد:

• وابستگی به سیستم‌عامل لینوکس: KVM یک ماژول هسته لینوکس است و تنها روی سیستم‌عامل لینوکس قابل اجراست. این می‌تواند برای سازمان‌هایی که زیرساخت اصلی آن‌ها ویندوزی است، یک محدودیت باشد.
• پیچیدگی در نصب و پیکربندی اولیه: نصب و راه‌اندازی KVM، به ویژه برای کاربران ناآشنا با لینوکس و خط فرمان، ممکن است پیچیده‌تر از برخی راه‌حل‌های دیگر باشد.
• نیاز به سخت‌افزار قدرتمند میزبان: برای میزبانی تعداد زیادی ماشین مجازی با حجم کاری بالا، سیستم میزبان باید سخت‌افزار قوی‌تری داشته باشد، به ویژه از نظر CPU و RAM.

تفاوت KVM با سایر مجازی‌سازها

در بازار مجازی‌سازی سرور، KVM تنها گزینه نیست و رقبای دیگری نیز دارد؛ پس برای اینکه بفهمید تفاوت سایر ابزارهای مجازی سازی با KVM چیست؛ به جدول زیر نگاهی بیندازید:

ویژگی	KVM	VMware ESXi	Xen	OpenVZ
نوع هایپروایزر	نوع اول (Bare-Metal)	نوع اول (Bare-Metal)	نوع اول (Bare-Metal)	مبتنی بر کانتینر
مجوز (لایسنس)	رایگان و متن‌باز	تجاری (متن‌بسته، دارای هزینه)	متن‌باز (رایگان و تجاری)	رایگان و متن‌باز
یکپارچگی با لینوکس	بخشی از هسته لینوکس (بومی)	مستقل از هسته لینوکس	هایپروایزر مستقل، اغلب روی لینوکس	مبتنی بر هسته لینوکس (فقط لینوکس)
عملکرد و ایزوله‌سازی	عملکرد بسیار بالا، ایزوله‌سازی کامل	عملکرد بسیار بالا، ایزوله‌سازی کامل	عملکرد بالا، ایزوله‌سازی کامل	عملکرد بالا (ایزوله‌سازی ضعیف‌تر)
پشتیبانی از Nested Virtualization	بله	بله (در برخی نسخه‌ها)	بله (در برخی نسخه‌ها)	خیر
کاربرد اصلی	سرورهای مجازی لینوکسی، محیط‌های ابری، توسعه‌دهندگان	محیط‌های سازمانی بزرگ، مراکز داده	سرورهای مجازی، محیط‌های ابری	میزبانی وب و کانتینرینگ سبک
پیچیدگی راه‌اندازی	متوسط (نیاز به دانش لینوکس)	متوسط تا زیاد (ابزارهای گرافیکی)	متوسط	کم (سبک و سریع)

مدیریت مجازی ساز KVM

در بخش فوق از مطلب با اینکه KVM چیست و چه تفاوتی با رقبا دارد آشنا شدیم. در این بخش به نحوه مدیریت صحیح KVM می‌پردازیم. مدیریت مجازی‌ساز KVM شامل ایجاد، پیکربندی، راه‌اندازی و نظارت بر ماشین‌های مجازی است. ابزارهای کلیدی برای این کار شامل:

• Libvirt: این یک کتابخانه متن‌باز و ابزار مدیریتی است که به عنوان واسطی بین KVM و سایر ابزارها عمل می‌کند. Libvirt یک API پایدار برای مدیریت ماشین‌های مجازی فراهم می‌کند و امکان اتوماسیون بسیاری از وظایف را می‌دهد.
• Virt-Manager: این ابزار نوعی رابط کاربری گرافیکی (GUI) قدرتمند و کاربرپسند برای مدیریت ماشین‌های مجازی KVM است. Virt-Manager به شما اجازه می‌دهد به راحتی ماشین‌های مجازی جدید ایجاد کنید، منابع آن‌ها را پیکربندی نمایید، وضعیت آن‌ها را نظارت کنید.
• ابزارهای خط فرمان: KVM را می‌توان به طور کامل از طریق خط فرمان نیز مدیریت کرد. ابزارهایی مانند virsh (برای تعامل با Libvirt) و virt-install (برای ایجاد ماشین‌های مجازی از طریق خط فرمان) کنترل دقیقی بر تمامی جنبه‌های KVM فراهم می‌کنند.

آموزش نصب KVM

آموزش مجازی ساز با kvm و استفاده از آن با بررسی پیش‌نیازها آغاز می‌شود که در ادامه آموزش نصب kvm در اوبونتو و سایر توزیع‌های لینوکس ارائه شده است:

1. بررسی پیش‌نیازهای سخت‌افزاری:

مطمئن شوید پردازنده (CPU) سیستم شما از فناوری‌های مجازی‌سازی سخت‌افزاری (Intel VT-x یا AMD-V) پشتیبانی می‌کند و این قابلیت در BIOS/UEFI فعال است. با اجرای دستور egrep -c ‘(svm|vmx)’ /proc/cpuinfo در ترمینال لینوکس می‌توانید این مورد را بررسی کنید. اگر خروجی 0 بود، نیاز به فعال‌سازی در BIOS/UEFI دارید.

2. نصب بسته‌های KVM و ابزارهای مرتبط

دستورات نصب kvm لینوکس بسته به توزیع سیستم عامل شما متفاوت است:

برای Debian/Ubuntu:

sudo apt update && sudo apt install qemu-kvm libvirt-daemon-system libvirt-clients bridge-utils virt-manager

برای Red Hat/CentOS/Fedora:

sudo dnf install @virtualization یا sudo yum install qemu-kvm qemu-img virt-manager libvirt libvirt-python libvirt-client virt-install virt-viewer bridge-utils

3. فعال‌سازی و راه‌اندازی سرویس Libvirt:

پس از نصب، سرویس libvirtd را فعال و راه‌اندازی کنید:

sudo systemctl enable libvirtd
sudo systemctl start libvirtd

4. اضافه کردن کاربر به گروه Libvirt:

برای مدیریت ماشین‌های مجازی بدون sudo، کاربر خود را به گروه libvirt اضافه کنید:

sudo usermod -aG libvirt $USER

پس از این کار، یک بار از سیستم خارج شده و دوباره وارد شوید.

5. پیکربندی Bridge Interface (اختیاری اما توصیه شده):

برای دسترسی ماشین‌های مجازی به شبکه خارجی، یک Bridge Interface پیکربندی کنید. این مرحله بسته به توزیع لینوکس شما متفاوت است و معمولاً شامل ایجاد یک فایل پیکربندی برای Bridge و اتصال کارت شبکه فیزیکی به آن است.

جمع‌بندی

در مطلب فوق با اینکه KVM چیست به خوبی آشنا شدیم. این ابزار در اصل نوعی راه‌حل مجازی‌سازی متن‌باز و قدرتمند است که به هسته لینوکس اجازه می‌دهد تا به عنوان یک هایپروایزر نوع اول عمل کند. این قابلیت به سازمان‌ها و کاربران امکان می‌دهد تا از سخت‌افزارهای فیزیکی خود نهایت استفاده را ببرند و چندین ماشین مجازی را به صورت همزمان و با کارایی بالا اجرا کنند. با تکیه بر مزایایی نظیر رایگان بودن، عملکرد استثنایی، امنیت قوی، ثبات طولانی‌مدت و انعطاف‌پذیری در مدیریت منابع و Live Migration، KVM خود را به عنوان یک گزینه بسیار جذاب در مقایسه با سایر راه‌حل‌های مجازی‌سازی تجاری مانند VMware مطرح کرده است.

سوالات متداول

مجازی ساز KVM چیست و چه کاربردی دارد؟

KVM (Kernel-based Virtual Machine) یک فناوری مجازی‌سازی متن‌باز است که هسته لینوکس را به یک هایپروایزر نوع اول تبدیل می‌کند. کاربرد اصلی آن، امکان ایجاد و اجرای چندین ماشین مجازی کاملاً مستقل بر روی یک سرور فیزیکی لینوکسی است. این مجازی‌ساز برای میزبانی وب‌سایت‌ها، اجرای برنامه‌های کاربردی، توسعه و تست نرم‌افزار و ساخت زیرساخت‌های ابری بسیار مناسب است.

مجازی ساز KVM چه مزایایی دارد؟

مجازی‌ساز KVM مزایای متعددی دارد. این مزایا شامل رایگان و متن‌باز بودن، عملکرد بسیار بالا و نزدیک به سخت‌افزار فیزیکی، امنیت قوی از طریق SELinux و sVirt، ثبات و پایداری اثبات شده، انعطاف‌پذیری در تخصیص و مدیریت منابع، پشتیبانی از Live Migration برای جابجایی ماشین‌های مجازی بدون وقفه و پشتیبانی گسترده از انواع سخت‌افزارها و راه‌حل‌های ذخیره‌سازی است.

مجازی ساز KVM بهتر است یا VMware؟

انتخاب بین KVM و VMware بستگی به نیازها و بودجه شما دارد و باید تفاوت vmware و kvm کامل بررسی شود. KVM راه‌حلی متن‌باز و رایگان است که عملکرد بالا و انعطاف‌پذیری زیادی را ارائه می‌دهد؛ اما ممکن است نیاز به دانش فنی بیشتری برای نصب و مدیریت داشته باشد. VMware نوعی محصول تجاری با ابزارهای مدیریتی گرافیکی پیشرفته و پشتیبانی شرکتی قوی است که اغلب در محیط‌های سازمانی بزرگ استفاده می‌شود، اما مستلزم پرداخت هزینه‌های لایسنس است.

آیا KVM رایگان است؟

بله KVM کاملاً رایگان و متن‌باز است. نیازی به پرداخت هیچ گونه هزینه‌ای بابت لایسنس برای استفاده از KVM ندارید.