Bawiąc się ostatnio drukarką laserową Hewlett Packard (HP) LaserJet P2055dn, zauważyłem, że ma ona wgrany dość stary firmware. Naturalnie sama drukarka do najmłodszych nie należy, bo została wyprodukowana w 2011 roku ale skoro na stronie producenta jest dostępna nowsza wersja oprogramowania dla tego urządzenia, to przydałoby się je do tej drukarki wgrać. Problem jednak pojawia się w przypadku takich osób jak ja, tj. tych, które korzystają w swoim środowisku pracy z maszyn mających na pokładzie system operacyjny z rodziny jakieś dystrybucji linux'a, np. Debian czy Ubuntu. Producent drukarki udostępnia stosowne narzędzia do aktualizacji firmware ale tylko i wyłącznie dla OS z gatunku Windows. Co mają zrobić osoby, które z Windows'a nie korzystają, a chciałyby przy tym mieć aktualny firmware w drukarkach HP? Możemy spróbować postawić maszynę wirtualną na bazie QEMU/KVM, tam zainstalować Windows'a i udostępnić w obrębie tej maszyny wirtualnej drukarkę, której firmware mamy zamiar aktualizować.

Użytkownicy linux'a, którzy korzystają z mechanizmu wirtualizacji QEMU/KVM, wiedzą, że takie maszyny wirtualne potrafią zjadać dość sporo pamięci operacyjnej. Im więcej takich maszyn zostanie uruchomionych w obrębie danego hosta, tym większe ryzyko, że nam tego RAM'u zwyczajnie zabraknie. Można oczywiście ratować się dokupieniem dodatkowych modułów pamięci ale też nie zawsze taki zabieg będzie możliwy, zwłaszcza w przypadku domowych stacji roboczych pokroju desktop/laptop. Szukając rozwiązania tego problemu natrafiłem na coś, co nazywa się Kernel Samepage Merging. W skrócie, KSM to mechanizm, który ma na celu współdzielenie takich samych stron pamięci operacyjnej przez kilka procesów. W ten sposób można (przynajmniej teoretycznie) dość znacznie obniżyć zużycie RAM, zwłaszcza w przypadku korzystania na maszynach wirtualnych z tych samych systemów operacyjnych. Przydałoby się zatem ocenić jak bardzo KSM wpłynie na wykorzystanie pamięci i czy będzie z niego jakiś większy użytek zarówno przy korzystaniu z maszyn wirtualnych, czy też w codziennym użytkowaniu komputera.

Bawiąc się ostatnio maszynami wirtualnymi na bazie QEMU/KVM, zauważyłem, że sugerowany rozmiar pliku .qcow2 waha się w okolicach 25 GiB. Nie jest to może jakoś specjalnie dużo ale mało to też nie jest, zwłaszcza jeśli tworzymy maszyny wirtualne na dysku swojego laptopa. Co jeśli przeholowaliśmy z szacunkami co do rozmiaru takiego obrazu i po zainstalowaniu systemu operacyjnego gościa okazało się, że w sumie to ten obraz można by zmniejszyć o połowę? Albo też i w drugą stronę, tj. co w przypadku, gdy stworzony obraz maszyny wirtualnej okazał się zbyt mały i teraz zachodzi potrzeba jego powiększenia? Czy w takiej sytuacji musimy na nowo tworzyć maszynę wirtualną odpowiednio zwiększając lub zmniejszając jej przestrzeń na pliki? A może istnieje jakiś sposób na zmianę rozmiaru tych istniejących już obrazów maszyn wirtualnych? Postaramy się ten fakt zweryfikować, a cały proces zostanie opisany przy wykorzystaniu systemu Debian Linux.

W linux rozmiar stron pamięci operacyjnej RAM ma domyślnie 4096 bajtów (4 KiB). Maszyny wirtualne QEMU/KVM mają to do siebie, że wykorzystują dość spore zasoby pamięci (wile GiB), przez co mały rozmiar strony może niekorzystnie wpływać na wydajność systemów gościa. Chodzi generalnie o to, że rozrostowi ulega tablica stron, której przeszukiwanie jest czasochłonną operacją. By temu zaradzić, wymyślono TLB (Translation Lookaside Buffer), który ulokowany jest albo w CPU albo gdzieś pomiędzy CPU i główną pamięcią operacyjną. TLB to mały ale za to bardzo szybki cache. W przypadku systemów z duża ilością pamięci RAM, niewielki rozmiar TLB sprawia, że odpowiedzi na zapytania nie są brane z cache, tylko system wraca do przeszukiwania normalnej tablicy stron zlokalizowanej w pamięci RAM (TLB miss). Taka sytuacja jest bardzo kosztowna, spowalnia cały system i dlatego trzeba jej unikać. Na szczęście jest mechanizm HugePages, który pozwala na zwiększenie rozmiaru strony pamięci z domyślnych 4 KiB do 2 MiB lub nawet do 1 GiB w zależności od właściwości głównego procesora. W tym artykule postaramy się skonfigurować HugePages na potrzeby maszyn wirtualnych dla systemu Debian Linux.

Prawdopodobnie dla większości użytkowników linux'a, wirtualizacja kojarzy się w zasadzie z jednym oprogramowaniem, tj. VirtualBox. Niby strona VBox'a podaje, że jest on na licencji GPL-2 ale w Debianie nie ma go w głównym repozytorium (jest on obecny w sekcji contrib ). Problem z VirtualBox'em jest taki, że wymaga on kompilatora Open Watcom, który już wolnym oprogramowaniem nie jest. VBox też nie jest jedynym oprogramowaniem, które na linux można wykorzystać w roli hiperwizora do obsługi maszyn wirtualnych. Jest o wiele lepsze rozwiązanie, mianowicie QEMU, które jest w stanie zrobić użytek z maszyny wirtualnej kernela (Kernel Virtual Machine, KVM) i realizować dokładnie to samo zadanie, które zwykł ogarniać VirtualBox. Wirtualizacja na bazie QEMU/KVM jest w pełni OpenSource, co ucieszy pewnie fanów wolnego i otwartego oprogramowania, choć zarządzanie maszynami wirtualnymi odbywa się za sprawą konsoli. Oczywiście, osoby które korzystają z VirtualBox'a zdają sobie sprawę, że to narzędzie oferuje graficzny menadżer maszyn wirtualnych (Virtual Machine Manager, VMM), który usprawnia i znacznie ułatwia zarządzanie wirtualnymi maszynami. Jeśli GUI jest dla nas ważnym elementem środowiska pracy i nie uśmiecha nam się konfigurować maszyn wirtualnych przy pomocy terminala, to jest i dobra wiadomość dla takich osób, bo istnieje virt-manager , który jest dość rozbudowanym menadżerem maszyn wirtualnych pozwalającym na ich tworzenie, konfigurowanie i zarządzanie nimi przy wykorzystaniu graficznego interfejsu użytkownika. W tym artykule postaramy się skonfigurować naszego Debiana w taki sposób, by przygotować go do pracy z maszynami wirtualnymi posługując się qemu/libvirt/virt-manager .