Virtuelle Hosts unter User Mode LinuxProjektarbeitVirtuelle Hosts unter User Mode LinuxDozent: Prof. Dr. Andreas SteffenPartnerfirma: Netzschmiede GmbHRosenstrasse14 8400Winterthur Kontaktperson: Herr S. Moser Studenten: MartinGonzenbachSandro MüllerVirtuelle Hosts unter User Mode LinuxInhaltsverzeichnis1.Management Summary (4)2.Zusammenfassung (5)3.Einleitung (7)3.1.Aufgabenstellung (7)3.2.Erklärung betreffend das selbständige Verfassen der Projektarbeit im Dept. T (9)3.3.Abgrenzung (10)3.4.Die Firma Netzschmiede GmbH (11)3.5.Was ist nun eigentlich UML genau? (12)3.6.Webhosting mit UML (13)borrechner (Server für UML) (14)4.Konzepte und Architektur (16)4.1.SKAS- und TT- Mode (16)4.2.Speicherverwaltung (18)4.3.Filesysteme: Root und Swap Partitionen (19)4.4.Copy on Write (COW) (21)4.5.Hostfileaccess (23)4.6.Virtuelles Netzwerk (24)5.Sicherheit (30)5.1.Patchmanagement (30)5.2.Backupkonzept für UML-Instanzen (32)5.3.Rechtliche Aspekte (35)5.4.Zugriffe (35)5.5.Standort Hostserver (36)5.6.Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit (37)5.7.Starten von UML-Instanzen (38)5.8.SSH-Schlüsselmanagement (40)6.Verwaltungstools für UML (42)6.1.uml_utilities (42)6.2.umlmgr (42)6.3.UMLazi (43)6.4.UMLd (43)6.5.Vmon (44)6.6.VNUML (44)Virtuelle Hosts unter User Mode Linux7.HowTo (46)7.1.Hostkernel kompilieren (46)7.2.UML-Kernel kompilieren (47)7.3.UML-Tools kompilieren und installieren (47)7.4.Eigenes Rootfilesystem mit Debian erstellen (48)7.5.UML-Filesystem vergrössern (51)7.6.Backup einer laufenden UML-Instanz (51)7.7.Verwaltung von UML-Instanzen (51)8.Projektablauf und Schlussfolgerungen (53)8.1.Projektplan (53)8.2.Arbeitsaufeinteilung (53)8.3.Konsequentes Protokollieren (54)8.4.Zusammenarbeit mit der Partnerfirma und dem Dozenten (55)8.5.Schlusswort (55)9.Anhang (57)9.1.Shellskript zur einfachen Verwaltung von UMLs (57)9.2.Konfigurationsdateien (60)9.3.Quellenverzeichnis (61)9.4.Abbildungsverzeichnis (61)9.5.Glossar (62)Virtuelle Hosts unter User Mode Linux1.Management SummaryUser Mode Linux (UML) is an open source project who’s goal is to have virtually more then one kernel instance that could be started and run. With ones own filesystem and virtual network device one can in this way virtualizes a complete network with computers, switches and hubs. User Mode Linux offers specially for kernel programmers, linuxgeeks and more and more interesting applications for hosting companies.The company Netzschmiede GmbH wants to offer there customers such UML-instances as virtual servers. It was our task to frame a project to find out how and if UML with the new 2.6 Kernel could be applied for web hosting and how such a system could be made to operate. Main aspects of the tasks are therefore backup, security, filesystems and network connections. While working on the tasks with different filesystems it was very quickly observed that, the choice of the filesystems plays a very important role for the future application, and therefore almost certainly requires the introduction of a journaling filesystem.When taking about web hosting and customer service security should not be forgotten. For this reason various security aspects will be dealt with in a separate capture. Doing so, we have also noticed, that there are limits and sometimes compromises have to be made. On one hand it would be comfortable to operate a central patch management. On the other hand this can only be done efficiently when each person has the root access for all machines. In addition such an approach hides a danger that after an update specific customer projects can not be run anymore.Another difficulty is the configuration of the network. The TUN/TAP driver is for web hosting a save and suitable solution. The virtual computers are therefore directly from the internet trough the public IP address available.Finally, various projects for administrative and management purposes were examined by UML instance. Unfortunately, all such tools tested show deficiencies specially by management of 2.6 kernel UML and the function range.To summarise the above, User Mode Linux offers interesting applications and is a very useful project. However, numerous pitfalls have to be overcome.Virtuelle Hosts unter User Mode Linux2.ZusammenfassungBei User Mode Linux (UML) handelt es sich um ein Opensourceprojekt welches zum Ziel hat, auf einem Linuxrechner mehrere virtuelle Kernelinstanzen starten und laufen zu lassen. Mit einem eigenen Filesystem und virtuellen Netzwerkdevices lassen sich auf diese Art komplette Netzwerke mit Rechnern, Switches und Hubs virtualisieren. User Mode Linux bietet insbesondere für Kernelentwickler, Linuxgeeks und je länger desto mehr auch für Hostingfirmen interessante Einsatzzwecke.Die Firma Netzschmiede GmbH möchte solche UML-Instanzen als virtuelle Server ihren Kunden anbieten. Unsere Aufgabe war es im Rahmen einer Projektarbeit herauszufinden ob und wie sich UML mit dem neuen 2.6er Kernel für das Webhosting einsetzen lässt und wie solche Systeme betrieben werden könnten. Wesentliche Aspekte dieser Arbeit sind somit Backup, Sicherheit, Filesysteme und Netzwerkanbindungen. Während der Arbeit mit verschiedenen Filesystemen konnte rasch festgestellt werden, dass die Wahl des Filesystemtyps eine sehr entscheidende Rolle für den künftigen Einsatz mit UML spielt und darum fast zwingend ein Journalingfilesystem eingesetzt werden muss.Wenn es um Webhosting und Kundenservices geht, darf das Thema Sicherheit nicht vernachlässigt werden. Es werden deshalb diverse Sicherheitsaspekte in einem separaten Kapitel behandelt. Dabei haben wir aber auch gesehen, dass es Grenzen gibt und manchmal Kompromisse eingegangen werden müssen. So wäre es auf der einen Seite komfortabel ein zentrales Patchmanagement zu betreiben. Anderseits kann dies nur effizient realisiert werden, wenn eine einzelne Person auf allen virtuellen Maschinen Root Zugriff hätte. Zudem birgt ein solches Vorgehen die Gefahr, dass nach einem Update allenfalls spezifische Kundenprojekte nicht mehr lauffähig wären.Ein weiterer Knackpunkt ist die Konfiguration des Netzwerkes. Der TUN/TAP Treiber stellt für Webhosting eine sichere und geeignete Lösung dar. Die virtuellen Rechner sind damit vom Internet direkt über ihre öffentliche IP Adresse erreichbar.Zuletzt wurden verschiedene Projekte zur Verwaltung und Administration von UML-Instanzen untersucht. Leider weisen noch alle getesteten Programme wesentliche MängelVirtuelle Hosts unter User Mode Linuxauf, insbesondere bei der Verwaltung von 2.6er Kernelinstanzen und dem Funktionsumfang.Kurz gesagt bietet User Mode Linux interessante Einsatzgebiete und ist ein sehr spannendes Projekt, wobei aber doch die einen oder anderen …Pitfalls“ zu überwinden sind.Virtuelle Hosts unter User Mode Linux3.Einleitung3.1.AufgabenstellungProjektarbeiten im Sommersemester 2004 - PAKI2 Sna01Virtuelle Hosts unter User Mode LinuxStudierende: Martin Gonzenbach, KI3bSandro Müller, KI3bPartnerfirma: Netzschmiede GmbH, Rosenstrasse 14,8400 Winterthurzschmiede.chTermine: Ausgabe:Dienstag, 9.03.2004, 17.00 Uhr im E509Abgabe: Freitag, 2.07.2004Beschreibung:Mit User Mode Linux (UML) kann der Linux-Kernel als Prozess im Userspace gestartet werden. Dies erlaubt auf einem einzigen Rechner mehrere virtuell vernetzte Linux-Systeme laufen zu lassen. Ab Version 2.6 ist User Mode Linux ein fester Bestandteil des Linux-Kernels.Im Rahmen dieser Projektarbeit soll User Mode Linux eingesetzt werden, um eine gewünschte Anzahl virtueller Systeme "auf Knopfdruck" konfigurieren zu können. Die virtuellen Systeme sollen bestimmte Funktionen im realen Netzwerk übernehmen können (z.B. Webserver, VPN-Gateway).Aufgaben:-Verstehen und Aufsetzen von User Mode Linux (Debian)-Herstellung von Tools zur Verwaltung der virtuellen Systeme-Optimierung der Konfiguration hinsichtlich Ressourcenverbrauch auf dem Hostsystem -Betriebskonzept der Server-Infrastruktur (z.B. Einspielen von Security-Patches)Virtuelle Hosts unter User Mode LinuxInfrastruktur / Tools: Raum: E523 Rechner: 2 Rechner unter Debian Linux SW-Tools: User Mode LinuxIP-Adressrange: 160.85.191.0 - 160.85.191.16Literatur / Links:User-Mode Linux Home Page User-Mode Linux Community Site Debian Home Page Winterthur, 8. März 2004Prof. Dr. Andreas SteffenVirtuelle Hosts unter User Mode Linux3.2.Erklärung betreffend das selbständige Verfassen derProjektarbeit im Dept. TMit der Abgabe dieser Projektarbeit versichern die Studierenden, dass sie die Arbeit selbstständig und ohne fremde Hilfe verfasst haben. (Bei Gruppenarbeiten gelten die Leistungen der übrigen Gruppenmitglieder nicht als fremde Hilfe.)Die unterzeichnenden Studierenden erklären, dass alle zitierten Quellen (auch Internetseiten) im Text oder Anhang korrekt nachgewiesen sind, d.h. dass die Projektarbeit keine Plagiate enthält, also keine Teile, die teilweise oder vollständig aus einem fremden Text oder einer fremden Arbeit unter Vorgabe der eigenen Urheberschaft bzw. ohne Quellenangabe übernommen worden sind.Bei Verfehlungen aller Art treten die Paragraphen 35 und 36 (Unredlichkeit und Verfahrenbei Unredlichkeit) des Reglements für Prüfungen am TWI sowie die Bestimmungen des Disziplinarverfahrens der Hochschulordnung in Kraft.Datum:UnterschriftenOrt,………………………………. …………………………………………Martin Gonzenbach……………………………….Sandro MüllerVirtuelle Hosts unter User Mode Linux3.3.AbgrenzungUser Mode Linux ist ein sehr grosses Gebiet, weshalb wichtig ist die vorliegende Projektarbeit sauber abzugrenzen.Für die Projektarbeit berücksichtigtAls Betriebssystem für den Host, wie auch für die UML Instanzen muss die Debian Linux Distribution verwendet werden.Für den Hostkernel sowie auch für den UML-Kernel soll ein 2.6er Kernel verwendet werden. Der betreuende Dozent, Herr Steffen hat uns beim Start der Arbeit mitgeteilt, dass der Einsatz eines 2.6er Kernel uns vor Probleme stellen könnte. Aus diesem Grunde wurde vereinbart, mit dem 2.4er Kernel zu arbeiten, falls wir mit dem 2.6er Kernel nicht zum Ziel kommen.Auf den UML Instanzen sollen Apache Webserver mit einfachen HTML oder PHP Testseiten laufen.Für die Verwaltung der UML-Instanzen wollen wir verschiedene, vorhandene Tools auf deren Tauglichkeit testen. Zur Verwaltung eigener UML-Instanzen möchten wir ein Shellskript erstellen, mit welchem eine UML gestartet und gestoppt werden kann.Für die Projektarbeit nicht berücksichtigtIn diesem Dokument werden wir nicht beschreiben, wie Debian auf einem x86-Rechner installiert wird. Dies kann auf der Debianhomepage1 nachgelesen werden. Unsere Informationen haben wir auch von dort bezogen.Grundsätzlich ist UML nicht auf eine bestimmte Linux Distributionen beschränkt. Für diese Projektarbeit wird aber ausschliesslich mit der Debian Distribution gearbeitet.1Virtuelle Hosts unter User Mode Linux3.4.Die Firma Netzschmiede GmbHAnsprechpartnerHerr Simon MoserNetzschmiede GmbHRosenstrasse 148400 Winterthursimon.moser@netzschmiede.chFirma Netzschmiede GmbHAuf der Homepage der Firma Netzschmiede steht unter Webhosting folgendes:Netzschmiede deckt die Bedürfnisse von wirtschaftlichem Mail Hosting bis zu dynamischen Internetauftritten zu günstigen Konditionen ab. Das Angebot deckt die hohen Anforderungen von Firmenkunden ebenso ab wie die Bedürfnisse von Privatpersonen. Unsere Internet-Plattform bietet ihnen eine stabile Grundlage für die Planung und Realisierung ihrer Internet-Projekte.22zschmiede.chVirtuelle Hosts unter User Mode Linux3.5.Was ist nun eigentlich UML genau?UML ist eine Abkürzung für U ser-M ode-L inux. Dabei handelt es sich um ein Open Source Produkt mit der Möglichkeit auf einem Rechner mehrere virtuelle Systeme laufen zu lassen. Diese sind völlig unabhängig voneinander, können übers Netzwerk mit einer eigenen IP erreicht werden und verschiedenen Distributionen entstammen.Definitionen: physikalischer Rechner: HostUML-Instanz, virtueller HostRechner:virtuelleHäufig wird UML mit den kommerziellen Produkten VMware oder MS VirtualPC verglichen. Dies ist nicht ganz abwegig, gleichzeitig aber auch nicht ganz korrekt. VMware unterstützt nämlich nicht nur Linux, sondern auch andere Betriebssysteme. So können als Host Betriebssystem fast alle aktuellen Windowsversionen und Linuxdistributionen verwendet werden. Darauf können Windows Betriebssysteme, verschiedene Linuxdistributionen, Novell Netware und FreeBSD emuliert werden. VMware emuliert im Gegensatz zu UML einen kompletten Rechner inklusive Bios.Bei UML kann nur ein Linux auf einem Linux betrieben werden. Innerhalb dieser Einschränkung ist man dann aber doch sehr flexibel. So können auf dem physikalischen und dem virtuellen Host unterschiedliche Kernel und Distributionen laufen.Jede virtuelle UML-Session benötigt ihr eigenes Filesystem und ist damit vollständig unabhängig von den anderen Sessions. Es gibt aber auch Möglichkeiten die Filesysteme zu …teilen“ (siehe COW Filesysteme).Unter den diversen Hosts, welche man jetzt auf einer Maschine laufen lassen kann, gibt es die Möglichkeit ein virtuelles Netzwerk zu realisieren. Damit kann z.B. jedes System von aussen über eine eigene IP angesprochen werden. Der Netzwerkverkehr aller virtuellen Rechner läuft auf demselben physikalischen Netzwerkinterface des Hosts zusammen.Das Einsatzgebiet für UML ist sehr vielfältig. So können Kernelentwickler mittels UML ihre Kernel zu Testzwecken debuggen. Um ganze Netzwerke zu simulieren und damitVirtuelle Hosts unter User Mode Linuxbeispielsweise ein Firewall- oder VPN-Konzept zu testen ist der Einsatz von UML besonders interessant. Selbst dafür wird heute UML als Honeypots verwendet.3.6.Webhosting mit UMLUnsere Partnerfirma Netzschmiede hat die Idee UML für Webhosting einzusetzen. Der wesentliche Punkt dabei ist, dem Kunden nicht einen vordefinierten Dienst zur Verfügung zu stellen, sondern gleich einen ganzen virtuellen Linuxserver. Auf diesem Rechner kann er selber bestimmen welche Skripts und Dienste er einsetzen möchte. Diese Server werden nun eben mit UML virtuell simuliert.Der Kunde kann auf seinem virtuellen Host alle von ihm gewünschten Skriptsprachen, Datenbanksysteme und Applikationen einsetzen. Alle anderen, auf derselben physikalischen Maschine laufenden UML-Instanzen sind von seiner Konfiguration nicht betroffen.Für die meisten Leute ist aber einen eigenen physischen Webserver zu betreiben und diesen an den schnellen und sicheren Internet-Backbone des Providers anzuschliessen (Server Housing) doch zu teuer und zu aufwändig. Die Hardware- und Wartungskosten des Hosts werden durch alle UML-Kunden auf einem System berappt. So kann mit UML Webhosting dem Kunden zu einem vernünftigen Preis ein Produkt geboten werden, welches zwar häufig gewünscht wird, meist aber viel zu teuer ist.33 Netzwoche Nr. 19, 12 Mai 2004, S. 8 – 9 und ct 1. Juni 2004 S. 142 ff.Virtuelle Hosts unter User Mode Linuxborrechner (Server für UML)Hardware (Laborrechner der ZHW)Prozessor Intel Pentium 4, 1800 MHzArbeitsspeicher 256 MB SDRAM Cache 512 KBDiamondMax Plus 9, 60 GBMaxtorHarddisk Wechseldisk2x Ethernet 3Com3C905CX-TXM, 100 MbitPartitionierung der Festplatte (Laborrechner der ZHW)Root Partition: Primär 20 GB Linux ext2 Swap Partition Primär 3 GB SwapPrimär 20 GB FAT 32 Rescue Partition(HD-Images)Hardware (Dellrechner von der Firma Netzschmiede GmbH)Prozessor Intel Pentium 4, 3,0 GHz HTArbeitsspeicher 1024 MB SDRAM Cache 1024 KBHarddisk 80GBEthernet On Board 100MbitPartitionierung der Festplatte (Dellrechner von der Firma Netzschmiede GmbH) Root Partition: 456MB Linux ext3 Swap Partition 506 MB Swap/home Partition 37 GB Linux ext3/tmp 897 MB Linux ext3/usr 4.6 GB Linux ext3/var 2.8 GB Linux ext3Virtuelle Hosts unter User Mode LinuxBetriebssystemAuf den Laborrechnern haben wir das Linux Betriebssystem von Debian installiert. Es handelt sich dabei um die Version Debian Sarge unstable.Als Standardinstallationsquelle wählten wir folgende Reihenfolge: CDROM, http, ftpKernel / Patch Version / NameHostkernel 2.6.3Hostkernel Patch Host-skas3—2.6.3-v1.patchUML Patch Kernelsource 2.6.4/7 und uml-patch-2.6.4-1 unduml-patch-2.6.7-01Wir einigten uns, der Einfachheit halber, immer dasselbe Passwort zu verwenden. Wohl wissend, dass eine solcher Umgang mit Passwörtern in einer produktiven Umgebung fatale Folgen haben könnte. Das Passwort lautet …razorback“.Virtuelle Hosts unter User Mode Linux4.Konzepte und Architektur4.1.SKAS- und TT- ModeZu Beginn der Entwicklung des User Mode Linux wurde jeder Prozess einer UML-Instanz als eigener Prozess in dem Host abgebildet. Daraus resultiert, dass der Administrator des Host-Systems jeden einzelnen Prozess von allen UML-Instanzen sehen kann. Dazu kommt, dass Prozesse standardmässig Schreibrechte für den Kernel besitzen. Somit kann also von einer UML-Instanz aus der Host manipuliert werden. Dies kann natürlich je nach Einsatzgebiet ein grosses Sicherheitsproblem darstellen. Die Firma Netzschmiede ist interessiert daran, UML als Hostingservice anzubieten. Dabei wäre es natürlich verheerend, wenn ein Kunde von einer UML-Instanz auf den Host und damit auch auf die anderen Webserver (UML-Instanzen) zugreifen könnte.Lösen kann man dieses Zugriffsproblem mit dem UML-Jail mode. Damit werden die UML-Daten nur noch in dem …read only“ Modus gestartet. Leider ist mit diesem Hostpatch nur ein Teil des Problems gelöst, denn nach Anwendung dieses Patchs müssen grosse Performanceeinbussen in Kauf genommen werden.Die Entwickler von User Mode Linux setzten sich aber seit Ende 2002 intensiv mit dem Thema Sicherheit auseinander und erstellten weitere Hostpatches, um die erwähnten Zugriffs und Performance Probleme in den Griff zu kriegen.Der …alte“ Modus wird nun TT-Mode, für Tracing Thread genannt und der neue Modus bezeichnet man als SKAS-Mode. SKAS steht für Separate Kernel Address Space.Der SKAS-Patch wird auf die reine Kernelsource für ein Hostsystem angewendet. Weiter muss in der Hostkernelconfig die Option …proc mm“ und in der UMLkernelconfig die Option …Separate Kernel Address Space support“ aktiviert werden. Ob diese Voraussetzungen erfüllt sind, erfährt man durch folgende Kernelmessages beim starten einer UML-Instanz.Checking for the skas3 patch in the host...foundChecking for /proc/mm...foundVirtuelle Hosts unter User Mode LinuxIm Gegensatz zum TT-Mode sind beim SKAS-Mode auf dem Host nur noch vier Prozesse für jede UML-Instanz sichtbar., Mit dem Befehl …ps aux“ auf dem Hostrechner, kanndies wie im folgenden Screenshot dargestellt, nachvollzogen werden.Screenshot mit den vier UML-ProzessenDie vier Prozesse haben folgende Aufgaben:• Der UML-Kernel Thread läuft im separierten Kerneladressraum, führt den Kernelcodeaus und fängt die Systemcalls der UML ab.• Der UML-Userspace Thread führt den Code von UML-Prozessen aus und wechseltzwischen dem Hostadressraum bei jedem Kontexswitch einer UML. • Der ubd-Treiber Thread ist für das asynchrone IO zuständig. • Der SIGIO-Emulator Thread schreibt.Innerhalb der Instanzen wird nur noch mit Threads gearbeitet. Somit kann ein Hostadministrator nicht mehr sehen, was innerhalb einer UML am laufen ist. Der Hostadministrator kann natürlich weiterhin die Prozesse einer UML-Instanz killen, wodurch dann aber gleich die gesamte Instanz abgeschossen wird und nicht mehr nur Teile davon.Die Vorteile des SKAS-Mode liegen nicht nur in den verbesserten Sicherheitsfeatures, sondern steigern insbesondere auch die gesamte Performance von Host und UMLs. Trotz SKAS-Patch kann eine UML-Instanz im TT-Mode laufen, indem man den UML-Kernel mit der Bootoption …mode=tt“ startet.Der Entscheid für den SKAS-Mode ist uns sehr leicht gefallen, überwiegen doch die Vorteile sehr stark gegenüber dem TT-Mode.Virtuelle Hosts unter User Mode Linux4.2.SpeicherverwaltungKurz vorweg: Unsere Erfahrungen mit UML haben gezeigt, dass man auf dem Hostrechner fast nicht genügend physikalischen Speicher (RAM) zur Verfügung haben kann, denn je mehr RAM vorhanden sind, umso performanter laufen auch die verschiedenen UML-Instanzen, respektiv umso mehr UMLs können gleichzeitig laufen gelassen werden.Jede UML erstellt standardmässig im Verzeichnis /tmp (Umgebungsvariable TEMPDIR) eine temporäre Datei mit derselben Grösse wie die UML-Instanz RAM alloziert hat (Bootoption mem=64M). Aus diesem Grund ist es empfehlenswert das tempfs-Filesystem für /tmp zu verwenden. Tempfs ist ein Dateisystem welches dynamisch, je nach Bedarf in einer wachsenden und schrumpfenden RAM-Disk residiert. Bei Bedarf kann diese Art von RAM-Disk ausgelagert (swapping) werden. Wird nun die RAM-Disk mit den temporären Dateien geswappt, liegen diese zwar wieder auf der Festplatte, verschwinden jedoch von dort wieder. Um tempfs zu verwenden, sollen Host und UML-Kernel mit der Option CONFIG_TMPFS=Y unter …virtual memory file system support“ konfiguriert und übersetzt werden. Danach kann ein solches tempfs entweder mit folgenden Befehlen erzeugt werden.# mkdir /tmp/umlram# mount –t tempfs –o mode=1777,size=512M none /tmp/umlram0der mit einer zusätzlichen Zeile[ tempfs /tmp/umlram tmpfs defaults,size=512M 0 0 ] in der /etc/fstab permanent definiert werden. Die Grösse des tempfs kann den eigenen Bedürfnissen angepasst werden, sollte aber mindestens der Ramsumme aller UMLs entsprechen und nicht grösser sein, als der verfügbaren Speicher (RAM + SWAP) auf dem Host. Ein kleines Beispiel:Host: 1024MBRAMHost 1024MBSWAP16 UML-Instanzen mit je 256MB RAM sind total 4096MBSomit bräuchte der Host 2GB mehr Speicher (SWAP oder RAM)Virtuelle Hosts unter User Mode LinuxWird …ls /tmp/umlram“ ausgeführt, erscheint ein leeres Verzeichnis obwohl mehrere UML-Instanzen am laufen sind und somit mehrere Ramfiles ersichtlich sein müssten. Die Ramfiles können mit …lsof | grep /tmp/umlram“ sichtbar gemacht werden. Lsof ist ein Unixspezifiziertes Diagnosewerkzeug und steht für LiSt Open Files. Wie der Name eigentlich bereits aussagt, werden damit alle durch Prozesse geöffneten Dateien auf einem System angezeigt, so auch unsere UML-RAM.4.3.Filesysteme: Root und Swap PartitionenFür einen virtuellen Rechner braucht es nicht nur einen UML-Kernel, sondern man benötigt auch ein eigenes Rootfilesystem. Darin werden die spezifischen Daten (Distributionen) und Konfigurationen abgespeichert, welche von einem UML-Kernel zur Laufzeit benötigt werden. Dieses Rootfilesystem wird beim booten einer virtuellen Maschine als Parameter übergeben. Aus Sicht des Hostrechners handelt es sich bei einem solchen UML-Rootfilesystem lediglich um eine Datei, auch Loopbackdatei genannt, mit einer fixen Grösse. Durch geschicktes Anlegen dieser Datei, besitzt diese zwar eine feste Grösse, belegt aber effektiv nur so viel Speicherplatz wie Daten innerhalb der Loopbackdatei vorhanden sind. Innerhalb dieser fest definierten Grösse kann die Datei dynamisch wachsen. Dieser Dateityp wird auch Sparse File genannt. Mit dem Befehl …ls –alhs“ werden alle Angaben zur Datei (Dateigrösse und effektiv belegter Speicherbedarf) angezeigt. Wie bei einem Filesystem auf einer Partition, kann auch das Rootfilesystem für UML-Instanzen von beliebigem Typ sein (ext2, ext3, ReiserFS, etc.). Mit dem Befehl# mount /Pfad/NameDesFilesystems /mnt –o loopkann es direkt in das temporäre Mountverzeichnis des Hosts gemountet und dort bearbeitet werden. Auf diese Art können z.B. neu erzeugte Filesysteme konfiguriert werden ohne eine UML-Instanz zu starten.Damit die Speicherbelastung des Hosts durch die einzelnen UML-Instanzen nicht allzu gross ist, können auch Swap Filesysteme erzeugt und wie das Rootfilesystem beim bootenVirtuelle Hosts unter User Mode Linuxals Parameter mitgegeben werden. Dies macht sowohl bei der parallelen Nutzung von vielen UML-Instanzen als auch bei der Nutzung von wenigen UMLs mit hohem Ressourcenverbrauch (Speicher) Sinn.Stabilität und Tauglichkeit der verschiedenen FilesystemeFür unsere ersten Versuche haben wir ein Rootfilesystem vom Typ ext2 eingesetzt. Dieses File haben wir nicht selber erzeugt, sondern von der UML-Webseite heruntergeladen. Die Stabilität, dieses Filesystems hat uns allerdings nicht besonders überzeugt. Wenn eine Instanz nicht ganz sauber mit dem Befehl …shutdown –h now“ heruntergefahren wurde, war danach das Filesystem korrupt und konnte meist auch mit einem …fsck“nicht mehr repariert werden. Folglich konnten wir keinen UML-Kernel mehr mit diesem Filesystem booten.Das ext2 Dateisystem ist ziemlich …träge“, was die Buchführung seiner Aktivitäten betrifft. Wird ein ext2-Dateisystem …gemountet“, vermerkt es nur, dass es in Benutzung ist. …Not clean“ lautet der Status des Systems. Folgt später dann ein …umount“, wechselt der Status zurück auf …clean“. Wenn das saubere Abhängen - aus welchem Grund auch immer – gescheitert ist, muss ext2 beim folgenden Systemstart alle Dateien überprüfen, um eventuellen Ungereimtheiten auf die Schliche zu kommen. An diesem Punkt setzt die Idee des Journaling Dateisystems an. In ihm werden alle momentan bearbeiteten Dateien protokolliert, so dass im Falle eines Systemcrashs beim Wideranlauf einzig diese Dateien auf Inkonsistenzen hin zu überprüfen sind. Eine weitere Massnahme ist die Einführung eines transaktionsbasierten Modells, wonach eine Datei solange ihre Gültigkeit behält, bis die Bearbeitung einer neueren Version vollständig abgeschlossen wurde. Somit wird die fehlerträchtige Zeitspanne auf den Moment des Abspeicherns reduziert.4Aus diesen Gründen erstellten wir uns ein eigenes Filesystem von dem Typ ReiserFS mit der fixen Grösse von 500MB. Bei ReiserFS handelt es sich um eines der leistungsfähigsten und bekanntesten Journalingfilesystemen, wobei ext3 ähnliche Eigenschaften wie ReiserFS aufweist. Die Wahl kann somit nach den eigenen Vorlieben getroffen werden.4http://www.linuxfibel.de/filesys.htmVirtuelle Hosts unter User Mode LinuxDas ReiserFS Filesystem hat sich als wesentlich stabiler bewährt. Selbst wenn auf dem Host einfach der Prozess der UML-Instanz mit …kill“ abgeschossen wird, kann man den UML-Kernel sofort wieder mit dem Reiser Filesystem starten.Die einzige Möglichkeit ein solches Filesystem zu zerstören ist, wenn das Filesystem vom Host aus gemountet wird, während eine laufende UML-Instanz darauf zugreift. Die UML-Instanz scheint zwar fehlerfrei weiterzulaufen. Wird diese aber neugestartet, kann sie nicht mehr mit diesem Filesystem hochfahren. Die Daten sind allerdings noch nicht ganz verloren, da das Filesystem auf dem Host weiterhin gemountet werden kann. Somit könnten die Daten manuell noch gerettet werden. Wir gehen allerdings davon aus, dass ein Hostadministrator über ein ausreichendes technisches Verständnis verfügt, um solche Dinge zu unterlassen ;-).4.4.Copy on Write (COW)Was ist COWBei der Verwendung von COW arbeiten alle UML-Instanzen mit demselben Rootfilesystem, welches für alle User schreibgeschützt ist. Diese Datei wird auch Backingfile genannt. Jeder UML-Instanz wird beim Start eine weitere Datei (COW-File) übergeben, in welche alle Änderungen des Rootfilesystem zurückgeschrieben werden. Die UML-Instanz holt sich somit alle Informationen aus diesem COW-File. Backingfile und COW-File spielen wie folgt zusammen: Das COW-File beinhaltet einen Header, in welchem eine Magicnummer zur Unterscheidung eines COW-Files von einem normalen Dateiimage steht, eine Versionsnummer, der Pfad zum Backingfile, Sektorgrösse der Datei sowie einen Zeitstempel mit der Grösse und dem letzten Änderungsdatum der Backingdatei5. Deshalb ist es sehr wichtig zu wissen, dass eine Backingdatei nie geändert werden darf, sofern man noch mit bestehenden COW-Files weiterarbeiten möchte. Mit COW realisierte Rootfilessysteme sind völlig unabhängig voneinander, was ein entscheidender Punkt5/publications/library/proceedings/als01/full_papers/dike/dike_html/node5.html。
