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351.2 - Xen

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351.2 Xen

Introducción

Xen es un hipervisor de Tipo 1 (bare-metal) de código abierto que se ejecuta directamente sobre el hardware. Es uno de los hipervisores más maduros del ecosistema Linux y es la base de muchas plataformas cloud como Amazon AWS (históricamente).

Arquitectura de Xen

┌────────┐ ┌────────┐ ┌────────┐
│ Dom0   │ │ DomU 1 │ │ DomU 2 │
│(Priv.) │ │(Guest) │ │(Guest) │
├────────┴─┴────────┴─┴────────┤
│       Xen Hypervisor          │
├───────────────────────────────┤
│       Hardware Físico         │
└───────────────────────────────┘

Componentes principales

ComponenteDescripción
Xen HypervisorCapa mínima que se ejecuta directamente sobre el hardware. Gestiona CPU, memoria y scheduling.
Dom0 (Domain 0)Dominio privilegiado que arranca primero. Tiene acceso directo al hardware y ejecuta los drivers. Gestiona los DomU.
DomU (Domain U)Dominios no privilegiados (las máquinas virtuales de usuario).

Para el examen: Dom0 es esencial para el funcionamiento de Xen. Sin Dom0, no se pueden gestionar los guests. Dom0 tiene privilegios especiales para acceder al hardware y al hipervisor.

Tipos de Guests en Xen

PV (Paravirtualizado)

  • El kernel del guest está modificado para comunicarse con el hipervisor mediante hypercalls.
  • No requiere extensiones de hardware (VT-x/AMD-V).
  • Mejor rendimiento en operaciones de E/S.
  • Solo soporta kernels Linux modificados (u otros SO compatibles).

HVM (Hardware Virtual Machine)

  • Virtualización completa asistida por hardware.
  • Requiere VT-x o AMD-V.
  • Soporta cualquier SO sin modificar (Windows, Linux, etc.).
  • Usa QEMU para emulación de dispositivos.

PVH (PV in HVM container)

  • Modo híbrido: usa extensiones de hardware para la CPU pero drivers PV para E/S.
  • Combina las ventajas de ambos modos.
  • Es el modo recomendado en versiones recientes de Xen.
CaracterísticaPVHVMPVH
VT-x/AMD-V requeridoNoSíSí
Kernel modificadoSíNoNo
Rendimiento CPUBuenoBuenoExcelente
Rendimiento E/SExcelenteDependeExcelente
Windows soportadoNoSíNo

Para el examen: PVH es el modo preferido en Xen moderno. Combina el rendimiento de PV para E/S con la compatibilidad de HVM para CPU.

Herramientas de Gestión: xl y xm

xl es la herramienta principal de gestión de dominios en Xen actual (reemplazó a xm que dependía de xend).

Gestión de Dominios

# Crear y arrancar un dominio desde archivo de configuración
xl create /etc/xen/mi-vm.cfg
 
# Listar dominios activos
xl list
 
# Información detallada de un dominio
xl info
 
# Pausar un dominio
xl pause mi-vm
 
# Reanudar un dominio pausado
xl unpause mi-vm
 
# Apagado ordenado (envía señal ACPI)
xl shutdown mi-vm
 
# Apagado forzado (inmediato)
xl destroy mi-vm
 
# Reiniciar un dominio
xl reboot mi-vm
 
# Conectar a la consola de un dominio
xl console mi-vm

Migración

# Migración en vivo a otro host
xl migrate mi-vm host-destino
 
# Migración con almacenamiento compartido
xl migrate -s mi-vm host-destino

Monitorización

# Monitor interactivo tipo top para dominios Xen
xentop
 
# Uso de CPU por dominio
xl vcpu-list
 
# Información de memoria
xl mem-list

Archivo de Configuración xl.cfg

# /etc/xen/mi-vm.cfg
name = "mi-vm"
builder = "hvm"          # "generic" para PV, "hvm" para HVM
memory = 2048
vcpus = 2
disk = [
    'phy:/dev/vg0/vm-disk,xvda,w',
    'file:/var/lib/xen/images/mi-vm.img,xvdb,w'
]
vif = [
    'bridge=xenbr0,mac=00:16:3e:xx:xx:xx'
]
boot = "cd"               # c=disco, d=cdrom (solo HVM)
vnc = 1                   # Habilitar VNC (HVM)
sdl = 0
kernel = "/boot/vmlinuz-guest"    # Solo PV
ramdisk = "/boot/initrd-guest"    # Solo PV
extra = "root=/dev/xvda1"         # Solo PV

Opciones de disco

FormatoEjemploDescripción
phy:phy:/dev/vg0/disk,xvda,wDispositivo de bloques físico
file:file:/path/image.img,xvdb,wArchivo de imagen
tap:aio:tap:aio:/path/image.img,xvdc,wAcceso asíncrono a imagen

Para el examen: En el formato de disco, w significa escritura (read-write) y r solo lectura. xvda es la convención de nombres para discos Xen paravirtualizados.

Xenstore

Xenstore es una base de datos jerárquica compartida entre Dom0 y los DomU para intercambiar información de configuración:

# Leer un valor
xenstore-read /local/domain/1/name
 
# Listar contenido de un directorio
xenstore-ls /local/domain
 
# Escribir un valor
xenstore-write /local/domain/1/data/mi-clave "mi-valor"
 
# Observar cambios
xenstore-watch /local/domain/1/data

Networking en Xen

Configuración de Bridge

# Crear bridge para Xen
brctl addbr xenbr0
brctl addif xenbr0 eth0
ip link set xenbr0 up

Interfaz Virtual (vif)

Cada DomU tiene interfaces virtuales (vif) que se conectan al bridge de Dom0:

DomU (eth0) ←→ vifX.Y (Dom0) ←→ xenbr0 ←→ eth0 (físico)

Configuración en xl.cfg:

vif = [
    'bridge=xenbr0',                              # Bridge simple
    'bridge=xenbr0,mac=00:16:3e:01:02:03',       # MAC específica
    'bridge=xenbr0,ip=192.168.1.100,rate=100Mb/s' # Con límite de ancho de banda
]

Almacenamiento en Xen

Backends de Almacenamiento

BackendDescripciónUso típico
fileImágenes de disco en archivoDesarrollo, pruebas
phy (LVM)Volúmenes lógicos LVMProducción, mejor rendimiento
DRBDReplicación de bloques en redAlta disponibilidad
NFSAlmacenamiento en redMigración en vivo
# Crear volumen LVM para una VM
lvcreate -L 20G -n vm-disk vg0
 
# Configuración de disco con LVM
# disk = ['phy:/dev/vg0/vm-disk,xvda,w']
 
# Con DRBD
# disk = ['drbd:recurso,xvda,w']

xentop - Monitorización

# Ejecutar xentop
xentop
 
# Con refresco cada 5 segundos
xentop -d 5
 
# Modo batch (una iteración)
xentop -b -i 1

Columnas principales de xentop:

  • NAME: Nombre del dominio
  • STATE: Estado (r=running, b=blocked, p=paused)
  • CPU(sec): Tiempo de CPU consumido
  • MEM(k): Memoria asignada
  • NETS/NETTX/NETRX: Tráfico de red
  • VBDs: Dispositivos de bloque virtuales

Resumen

ConceptoDetalle clave
Dom0Dominio privilegiado, imprescindible
DomUDominios de usuario (las VMs)
xlHerramienta principal (reemplaza xm)
PVKernel modificado, sin VT-x
HVMSO sin modificar, requiere VT-x
PVHModo híbrido recomendado
xentopMonitorización de dominios
XenstoreBase de datos de configuración compartida

Trampas del examen

Errores comunes y distinciones criticas que LPI suele evaluar en este subtema:

  • Dom0 vs DomU — Dom0 es el dominio privilegiado que arranca primero y tiene acceso directo al hardware. Sin Dom0, Xen no puede funcionar ni gestionar guests. DomU son los dominios no privilegiados (las VMs). El examen puede preguntar que sucede si Dom0 falla (respuesta: todo el host cae).
  • PV vs HVM vs PVH — PV requiere kernel modificado y NO necesita VT-x; HVM no requiere modificacion del guest pero SI necesita VT-x/AMD-V; PVH es el modo hibrido recomendado que usa VT-x para CPU y drivers PV para E/S. Cuidado: PV NO soporta Windows, HVM si.
  • xl vs xm — xl es la herramienta actual de gestion de Xen (reemplazo de xm). xm dependia del demonio xend que ya no existe en Xen moderno. Si el examen menciona xm, es probable que sea un distractor o contexto legacy.
  • xl destroy no es lo mismo que destruir la VM — xl destroy es un apagado forzado inmediato (equivalente a cortar la corriente), NO elimina la configuracion ni los discos. xl shutdown envia senal ACPI para apagado ordenado. La terminologia puede confundir.
  • builder “hvm” vs “generic” — En xl.cfg, builder = "hvm" indica virtualizacion completa, builder = "generic" (o sin builder) indica paravirtualizacion. Las opciones de kernel, ramdisk y extra solo aplican a PV; boot, vnc y sdl solo a HVM.
  • Xenstore no es un almacen de datos persistente — Xenstore es una base de datos jerarquica en memoria compartida entre Dom0 y los DomU para intercambiar configuracion en tiempo real. Se pierde al reiniciar. No confundir con almacenamiento de disco.
  • xentop vs top — xentop muestra estadisticas por dominio Xen (CPU, memoria, red, VBDs), no por proceso individual. Las columnas STATE usan letras diferentes: r=running, b=blocked, p=paused. No confundir con los estados de top de Linux.
  • Formato de disco phy: vs file: — phy: accede directamente a dispositivos de bloque (LVM), mejor rendimiento en produccion. file: usa archivos de imagen, mas simple pero menor rendimiento. En el formato phy:/dev/vg0/disk,xvda,w, la w significa read-write y r solo lectura.
  • Migracion en vivo requiere almacenamiento compartido — xl migrate necesita que ambos hosts tengan acceso al mismo almacenamiento (NFS, iSCSI, etc.) y la misma arquitectura de CPU. Sin almacenamiento compartido, la migracion fallara.
  • Red vif y xenbr0 — Cada DomU tiene interfaces vif (virtual interface) que se conectan al bridge xenbr0 en Dom0. Las MACs en Xen usan el prefijo 00:16:3e:. El examen puede preguntar como se conectan las VMs a la red externa.

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