QEMU

QEMU ist ein Prozessor-Emulator, der einen virtuellen Rechner bereitstellt. Für das darin installierte Betriebssystem verhält sich QEMU wie echte Hardware. Dies ist zum Testen und zum gleichzeitigen Ausführen mehrerer Betriebssysteme auf der selben Hardware sehr hilfreich. Zudem bietet QEMU die Möglichkeit, die Virtualisierung durch XEN oder KVM zu beschleunigen (falls ein Prozessor genutzt wird, der dies unterstützt).

Windows XP unter QEMU

Installation

Das Programm ist als qemu in extra verfügbar, und kann von dort mittels Pacman installiert werden.

pacman -S qemu

Über QEMU

QEMU bietet verschiedene Möglichkeiten der Virtualisierung. Zum einen die Hardware Emulation durch tcg (Tiny-Code-Generator) und Hardware-unterstützte-Virtualisierung von Typ-1-Hypervisor (z.B. Xen) und Typ-2-Hypervisor (z.B. KVM) Standardmäßig nutzt QEMU tcg. Zudem muss die Unterstützung für Xen oder KVM während des Kompilierens explizit aktiviert werden.

Die große Stärke des puren QEMUs ist die Unabhängigkeit vom Typ der CPU. So ist es zum Beispiel möglich auf einer normalen 32Bit CPU ein 64bit Betriebssystem zu installieren indem QEMU die 64bit CPU simuliert. Diese Stärke ist aber auch die große Schwäche da durch das Simulieren die Ausführungsgeschwindigkeit im Vergleich zu anderen Virtualisierungsmethoden sehr langsam ist.

Mit tcg können folgende Prozessor Typen simuliert werden:

qemu-system-alpha
qemu-system-arm
qemu-system-cris
qemu-system-i386
qemu-system-lm32
qemu-system-m68k
qemu-system-microblaze
qemu-system-microblazeel
qemu-system-mips
qemu-system-mips64
qemu-system-mips64el
qemu-system-mipsel
qemu-system-or32
qemu-system-ppc
qemu-system-ppc64
qemu-system-ppcemb
qemu-system-s390x
qemu-system-sh4
qemu-system-sh4eb
qemu-system-sparc
qemu-system-sparc64
qemu-system-unicore32
qemu-system-x86_64
qemu-system-xtensa
qemu-system-xtensaeb

Grundlegende Bedienung

Erstellen einer Festplatte für das Gastsystem

Möchte man das Gast-Betriebssystem installieren, so benötigt man einen Container dafür. QEMU liefert ein Programm mit, das einem hilft einen solchen Container zu erstellen:

$ qemu-img create -f qcow2 arch.img 4G

Nun haben wir ein Festplatten-Image arch.img mit einer maximalen Größe von 4GByte. Da qcow2 ein Sparse-Format ist, belegt es nur soviel Platz wie es braucht.

qemu-img unterstützt viele weitere Formate. Unter anderem auch die Image- Formate anderer Virtualisierungslösungen, wie Vmware oder Virtualbox. Da QEMU mit qcow2 oder raw am besten funktioniert, kann und sollte man die Fremdformate mit qemu-img konvertieren.

Mehr Informationen zu qemu-img findet man in der dazu gehörigen Man-Page.

Starten vom Installationsmedium

Wir können das Gastsystem direkt von einem ISO-Image oder von einem physischen Medium installieren. Bei letzterem ersetzen wir den ISO-Dateinamen einfach durch das entsprechende Gerät, wie z.B. /dev/dvd.

$ qemu-system-i386 -hda arch.img -cdrom arch-0.7.2-ftp.iso -boot d

Hierbei bedeutet -boot d, dass wir vom virtuellem CD-ROM-Laufwerk starten wollen.

Starten des Gastsystems

Das Gastsystem lässt sich einfach durch Angabe des Festplatten-Abbildes starten:

$ qemu-system-* arch.img

mit UEFI

$ qemu-system-x86_64 -enable-kvm -bios /usr/share/ovmf/ovmf_x64.bin arch.img

mit UEFI und EFI-Eintragungen mit efistub oder rEFind

$ cp /usr/share/ovmf/ovmf_x64.bin arch_x64.bin
$ qemu-system-x86_64 -enable-kvm -pflash arch_x64.bin arch.img

Bei mehreren Festplatten wird die -hdX Option benötigt:

$ qemu-system-* -hda arch.img
$ qemu-system-* -hda arch.img -hdb mehr.img -hdc Speicher.img

Standardmäßig startet eine VM mit 128mb RAM. Möchte man diesen Wert erhöhen wird die Option -m verwendet:

$ qemu-system-* -hda arch.img -m 1024

Die gestartete VM hat 1gb RAM zur Verfügung.

Weitere nützliche Optionen sind:

-smp n

n gibt die Anzahl der für die VM benutzbaren CPU-Kerne an.

-vga TYP

Standard ist die Emulation von cirrus, möglich sind noch: std, vmware, none und qxl. Letzteres sollte mit dem spice-Protokoll genutzt werden, was standardmäßig nicht eingebaut ist. Die entsprechenden Grafiktreiber sollten unter Umständen im Gast-System installiert werden.

Hinweis: Mit vmware lässt sich bei einer Linux-LIVE CD eine höhere bzw. die native Bildschirmauflösung benutzen.

-full-screen

Startet die VM im Vollbild.

Weiterführende Themen

Tiefergehende Bedienung

Durch Klicken mit der Maus in das Qemu-Fenster, kann die Maus im Gast genutzt werden. Durch Drücken von Strg+Alt kann der Mauszeiger wieder befreit werden. Mit der Tastenkombination STRG+ALT+F lässt sich zwischen Vollbild- und Fenstermodus wechseln.

Andere Tastenkombinationen sind:

Strg+Alt+1   Oberfläche des Gast-Betriebssystems (Default)
Strg+Alt+2   Oberfläche des QEMU-Monitor
Strg+Alt+F   Vollbild- oder Fenstermodus
Strg+Alt++   Vergrößert die Oberfläche
Strg+Alt+-  Verkleinert die Oberfläche
Strg+Alt+U   Setzt die Oberfläche auf die Anfangsgröße zurück
Strg+Alt+H   Hilfe bei Verwendung von -nographic

QEMU-Monitor

Sobald die VM läuft, kann man mittels der Tasten STRG+ALT+2 in den QEMU-Monitor wechseln, mit dem man verschiedene Aktionen an der laufenden VM durchführen kann. Eine Befehlsübersicht erhält man hier mittels:

help

Möchte man wieder zum Fenster der laufenden VM zurückkehren, ist lediglich die Tastenfolge STRG+ALT+1 erforderlich.

Unter anderem folgende Aufgaben lassen sich lösen:

* Änderungen an der Hardware (Netzwerkkarten, USB, etc)
* Verwaltung von Wechselmedien wie CDs/DVDs, etc
* Verwaltung von Snapshots
* Pausieren, stoppen, herunterfahren, etc des Gast-Systems
* Informationen über das Gast-System

USB Peripherie

Es gibt verschiedene Möglichkeiten reale oder virtuelle USB Geräte, wie Speichersticks oder Abbilder ebensolcher, an die VM weiterzureichen. Dies kann durch Kommandozeilen Optionen oder dem QEMU-Monitor erreicht werden. Eine wichtige Voraussetzung ist, dass die Medien, die eingebunden werden sollen, nicht im Host-System eingebunden sein dürfen. Desweiteren benötigt man die VendorID und die ProductID des Gerätes. Diese bekommt man mit lsusb.

$ lsusb
(...)
Bus 001 Device 005: ID 0c76:0005 JMTek, LLC. Transcend Flash disk
(...)

Die VendorID ist 0c76 und die ProduktID 0005

Soll der Stick gleich beim Starten des Gast-Systems eingebunden werden, geht man wie folgt vor:

$ qemu-system-* -hda <Image> -usb -usbdevice host:<VendorID>:<ProductID>

Die -usb Option startet den USB-Treiber, da dieser noch nicht standardmäßig geladen wird. Nachfolgend wird das Device angegeben. Möchte man ein Abbild einhängen, sieht dies so aus:

$ qemu-system-* -hda <Image> -usb -usbdevice disk:Stick.img

Möchte man im laufenden Betrieb einen USB-Stick einbinden oder auswerfen benutzt man den QEMU-Monitor. Dort erhält man mit

(qemu) info usb

Auskünfte über vorhandene USB-Geräte. Unter anderem die Device-ID, wenn man ein Gerät aushängen möchte. Benötigt man die IDs vom Stick, muss man die VM nicht verlassen:

(qemu) info usbhost

Damit werden einem dieselben Informationen geliefert wie mit lsusb. Den entsprechenden Stick hängt man mit

(qemu) usb_add host:<VendorID>:<ProductID>

ein.

Achtung: Falls es zu Zugriffsproblemen kommt, wegen nicht ausreichender Rechte. Es wird oftmals geschrieben einfach die Rechte der entsprechenden /dev/bus/usb und /proc/bus/usb auf 777 zu setzen. Ob man dies möchte ist jedem selbst überlassen

Eingehängte USB-Medien werden mit

usb_del <Device-ID>

wieder ausgeworfen.

Netzwerk

Allgemeines

Möchte man im Gast-System Netzwerkzugang benötigt man Netzwerkkarten. Diese werden mit -net nic hinzugefügt. Für mehrere Karten, gibt man diese Option mehrfach an. Kombinieren kann man dies mit -net user. Dadurch wird ein virtuelles Netzwerk ohne Admin-Rechte im Host-Rechner gestartet. Dieses hat standardmäßig folgende Daten:

Virtuelles Netzwerk (10.0.2.0) mit Firewall (Blockiert ICMP(ping, etc), jeglichen Zugriffe von außen in die VM)
DHCP-Server (10.0.2.2) welcher dem Gast die IP 10.0.2.15 zuweist.
Gateway (10.0.2.2)

Unterstützt das Gast-System DHCP braucht man nichts weiter einzurichten. Ansonsten bedient man sich der Angaben um eine Verbindung nach außen herzustellen.

Standardmäßig wird eine Netzwerkkarte plus Netzwerk im Usermode emuliert, weswegen man diese Kombination von Optionen nicht anzugeben braucht. Möchte man kein Netzwerk haben gibt man -net none an.

Vollständigkeitshalber sei erwähnt, dass man alle Werte anpassen kann.

-net nic[,vlan=n][,macaddr=mac][,model=type][,name=str][,addr=str][,vectors=v]

Welche Netzwerkkartenmodelle verfügbar sind findet man mit

$ qemu-system-* -net nic,model=?

heraus. Es kann unter Umständen vorkommen, dass die Standard-Netzwerkkarte nicht vom Gast-System erkannt wird, weswegen man ein anderes Modell ausprobieren sollte.

Vom Host in den Gast

Bedingt durch die QEMU interne Firewall unterliegt das simulierte Netz gewissen Beschränkungen sicherheitstechnischer Art. So ist es zwar ohne weiteres möglich das Host-System vom Gast aus zu erreichen. Anders herum jedoch nicht. Um vom Host aus das Gast-System zu erreichen bedient man sich der Port-Umleitung.

-redir tcp:2222::22
-net nic -net user,hostfwd=tcp::2222-:22

Bildet den Host-Port 2222 auf dem Gast-Port 22 ab. Möchte man nun per SSH in das Gast-System erreicht man das durch:

$ ssh -p 2222 <guestuser>@localhost

QEMU mit KVM Unterstützung

Mit QEMU 1.3 wurde der Fork QEMU-KVM wieder aufgenommen, wodurch QEMU-KVM als separates Paket wegfällt.

Vorbereitung

Durch die Emulation einer vollständigen CPU arbeitet ein System in QEMU um Faktor 5 bis 20 langsamer als auf realer Hardware. Mit KVM ist es möglich, ohne CPU-Emulation Code direkt auf der Host-CPU auszuführen, falls diese die dazu nötigen Hardware-Virtualisierungstechniken unterstützt.

Wenn man systemd nutzt muss man nichts weiter beachten, ansonsten müssen die Kernelmodule kvm und je nach Prozessortyp kvm-intel oder kvm-amd manuell geladen werden. Systemd lädt die entsprechenden Module nach.

$ modprobe kvm kvm-intel kvm-amd

Ebenso sorgt systemd/udev dafür, das man als lokaler Nutzer nicht der Gruppe kvm angehören muss. Mit anderen Init-Systemen dürfte dies unter Umständen aber nötig sein.

Einsatz

Nachdem die passenden Kernelmodule geladen wurden, lässt sich die VM einfach mit

 $ qemu-system-{i386,x86_64} -enable-kvm
 $ qemu-system-{i386,x86_64} -machine type=pc,accel=kvm

starten.

Manager & GUIs

libvirt/virsh: CLI Tool um Skripte besser anbringen zu können.

virt-manager: Primär für Systemadmins

oVirt: Ähnlich wie virt-manager. Benötigt eine JRM

gnome-boxes: Primär für casual Desktop User.

kvm-tool: Basic CLI Tool. Aktuell eher Konzept und nicht sehr fortgeschritten

qemulator bzw sein Nachfolger virtualbricks, qemu-launcher

Tipps und Tricks

Erweitern des zuweisbaren Rams

Qemu vergibt standardmäßig 128mb Ram an das emulierte OS, um diese Grenze zu Erweitern gibt die Option "-m XXX" wobei XXX die Ramgröße in mb ist. Wieviel RAM man einstellen kann ist abhängig von /dev/shm, welches Teil von tmpfs ist. Dies bedeutet, dass /dev/shm standardmäßig die Hälfte des physikalischen RAM zur Verfügung hat.

In Systemen wo es noch in der /etc/fstab einen separaten /dev/shm Eintrag gibt, kann man diesen beliebig erweitern.

 none                   /dev/shm      tmpfs     defaults,size=XXXM            0      0 

Damit die Änderung Wirkung zeigt sollte man /dev/shm neu einbinden:

$ mount -o remount /dev/shm

Strg+Alt Konflikte

Es kann zu Problemen kommen, wenn man einerseits im Window-Manager die Tastenkombination Strg+Alt+Ziffer verwendet und QEMU am laufen hat. Solange das QEMU Fenster den Fokus hat passiert nichts. Wechselt man aber zum Beispiel in den QEMU-Monitor verliert das Fenster den Fokus und die Tastenkombination des WM greift. Um wieder zur Gast-Oberfläche wechseln zu können muss man die Tastenkombination ein wenig erweitern:

Strg+Alt+Shift+1

Dies ermöglicht einem wieder die Oberfläche des Gastsystems zu erreichen. Um solchen Problemen vorzubeugen gibt es zwei Optionen, mit denen man QEMU starten kann:

-alt-grab
-ctrl-grab

Ersteres setzt Strg+Alt+Shift als Wechseloption fest, wobei dies auch ohne Aktivierung funktionieren kann. Die zweite Option legt die Fokustaste auf die rechte Strg-Taste.

Weblinks

• Projektseite und Wiki von QEMU
• Wikibook "QEMU und KVM"
• Deutsches HOWTO von Stefan Becker (nicht top-aktuell)
• Wikipedia-Artikel
• KVM-Wiki