Virtualización: Parte 4 — KVM

KVM (Kernel-based Virtual Machine) — subsistema de virtualización integrado en el kernel de Linux desde la versión 2.6.20. Utiliza el soporte de virtualización por hardware del procesador (Intel VT-x, AMD-V) y convierte el kernel de Linux en un hipervisor. Cada máquina virtual funciona como un proceso normal de Linux, por lo que se aplican los mecanismos habituales: planificador, gestión de memoria, cgroups.

KVM consta del módulo kvm.ko y de un módulo para el procesador concreto — kvm-intel.ko o kvm-amd.ko. El propio KVM se encarga solo de la ejecución del código de la VM en el procesador. Los discos virtuales, tarjetas de red, adaptador de vídeo y demás dispositivos los emula QEMU, que funciona en el espacio de usuario. Por eso en la práctica se habla de la combinación KVM + QEMU, y las VMs se gestionan a través de libvirt — una capa de gestión con la utilidad virsh. Sobre esta combinación se construyen Proxmox VE, OpenStack, la mayoría de proveedores de nube y plataformas de virtualización rusas.

Comprobación de soporte

El procesador debe soportar virtualización por hardware, y ésta debe estar activada en la BIOS/UEFI:

grep -Ec '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo   # mayor que cero — hay soporte
ls -l /dev/kvm                       # el dispositivo aparece tras cargar el módulo

En Ubuntu y Debian hay una utilidad kvm-ok del paquete cpu-checker: indica si se puede usar el acelerador KVM y avisa si la virtualización está desactivada en la BIOS.

Instalación en Ubuntu o Debian

sudo apt update
sudo apt install qemu-kvm libvirt-daemon-system virtinst
sudo adduser $USER libvirt     # luego cerrar la sesión y volver a iniciarla
virsh list --all

libvirt-daemon-system instala el servicio libvirt, virtinst — la utilidad virt-install para crear VMs. Para gestión desde interfaz gráfica existe virt-manager (aplicación de escritorio) y la consola web Cockpit con el módulo cockpit-machines, que permite crear, arrancar y configurar VMs desde el navegador.

Primera máquina virtual

Ejemplo de instalación de una VM desde una imagen ISO. El comando está tomado del ejemplo de la documentación de virt-install:

virt-install --connect qemu:///system \
  --name web01 \
  --memory 4096 --vcpus 2 \
  --disk size=40 \
  --osinfo ubuntu24.04 \
  --cdrom /var/lib/libvirt/images/ubuntu-24.04-live-server-amd64.iso \
  --network bridge=br0

• --osinfo establece el tipo de SO invitado, y libvirt selecciona la configuración por defecto; la lista de valores conocidos se muestra con virt-install --osinfo list;
• --disk size=40 crea un disco nuevo de 40 GB en el pool de almacenamiento por defecto;
• --network bridge=br0 conecta la VM al puente del host; sin este parámetro la VM entra en la red por defecto de libvirt.

Gestión habitual:

virsh list --all            # todas las VMs y su estado
virsh start web01           # iniciar
virsh shutdown web01        # apagar correctamente desde el SO invitado
virsh autostart web01       # arrancar junto con el host
virsh edit web01            # modificar la configuración (XML)

Red: NAT o puente

• Red por defecto (NAT). libvirt crea el puente virbr0 y la subred 192.168.122.0/24. Las VMs salen a Internet a través de la dirección del host, pero desde la red externa no se puede conectar directamente a ellas. Adecuado para estaciones de trabajo y pruebas.
• Puente (bridge). La interfaz física del host se incorpora en un puente de Linux, por ejemplo br0, y las VMs quedan en la misma red que el host, con sus propias direcciones. libvirt no gestiona el puente: se configura con las herramientas del sistema — en Ubuntu, mediante Netplan. Cómo describir puente, VLAN y bonding en Netplan — en el artículo «Netplan: configuración avanzada de red».

Al configurar un puente en un servidor remoto, tenga a mano la consola del proveedor: un error en la configuración de la red cortará el acceso por SSH.

Discos: qcow2 o raw

• qcow2 — formato principal de QEMU: el archivo crece a medida que se escriben datos, soporta snapshots y compresión. Conveniente cuando se necesitan snapshots y ahorro de espacio.
• raw — imagen «tal cual», sin metadatos. Más simple y algo más rápida en I/O, fácil de portar a otros sistemas, pero no permite snapshots mediante el propio formato.

Para VMs de producción a menudo se usa raw sobre LVM o ZFS: los snapshots los realiza entonces el almacenamiento, no el formato del disco.

Qué no incluye KVM

KVM y libvirt son «ladrillos», no una plataforma completa. De serie no incluyen:

• una interfaz web de gestión de clúster;
• alta disponibilidad con reinicio automático de VMs en otro host;
• copia de seguridad centralizada.

Todo esto lo proporcionan plataformas sobre KVM: Proxmox VE, OpenStack, las plataformas rusas zVirt y SpaceVM. Un KVM «puro» con libvirt tiene sentido para uno o dos hosts, entornos de desarrollo y casos en los que la infraestructura ya está descrita con Ansible o Terraform.

Errores típicos

• La virtualización está desactivada en la BIOS. La VM se ejecuta sin aceleración KVM y funciona mucho más lento; revise /dev/kvm y la salida de kvm-ok.
• Operar como root en lugar de usar el grupo libvirt y dar acceso a qemu:///system a todos los usuarios del servidor.
• Windows sin los controladores virtio. El instalador no ve el disco en el controlador virtio; la imagen con los controladores virtio-win se conecta como segunda unidad durante la instalación.
• Snapshots en lugar de copias de seguridad. Un snapshot de qcow2 vive en el mismo archivo que el disco de la VM.
• Falta de memoria en el host. La suma de la memoria de las VMs supera la física — y el kernel empieza a terminar procesos de las VMs cuando falta memoria.