Cài đặt và sử dụng KVM trên Ubuntu: Ảo hóa cấp kernel cho server thật – ITFROMZERO

Table of Contents

VirtualBox, VMware, Vagrant, KVM — Chọn cái nào?

Khi mới bắt đầu với ảo hóa trên Linux, mình đã lần lượt thử qua VirtualBox, rồi Vagrant để quản lý VM cho dev, rồi mới chuyển sang KVM. Mỗi thứ có chỗ đứng riêng — nhưng nếu muốn chạy VM ổn định trên server Ubuntu thật sự, KVM là thứ duy nhất đáng dùng lâu dài.

Breakdown nhanh từng tool:

VirtualBox: dễ dùng, có GUI, nhưng hiệu năng kém hơn, không phù hợp production
Vagrant: tool để quản lý VM, không phải hypervisor — nó gọi VirtualBox hoặc KVM phía dưới. Tiện cho dev workflow, không phải cho server thật
VMware Workstation/ESXi: mạnh, nhưng tốn tiền license
KVM: hypervisor type-1 tích hợp thẳng vào Linux kernel, hiệu năng gần bằng bare-metal, miễn phí hoàn toàn

Blog này đã có bài về Vagrant — phù hợp khi cần spin up môi trường dev nhanh. Bài này khác hẳn: KVM như nền tảng ảo hóa thực thụ để chạy workload production.

Ưu và nhược điểm thực tế của KVM

Điểm mạnh

Hiệu năng cao: KVM là Type-1 hypervisor — VM chạy trực tiếp trên phần cứng thông qua CPU virtualization extension (Intel VT-x / AMD-V). Benchmark thực tế: overhead thường dưới 5% so với bare-metal
Tích hợp kernel: Từ Linux 2.6.20, KVM đã là một phần của kernel chính thức. Không cần cài driver ngoài, không lo compatibility vặt
Hệ sinh thái rộng: libvirt, virt-manager, virsh — và cả Proxmox VE (hypervisor mặc định của rất nhiều homelab + SME data center) đều build trên KVM
Live migration: Di chuyển VM đang chạy sang host khác mà không downtime — tính năng enterprise có sẵn, miễn phí hoàn toàn

Điểm yếu

Không có GUI sẵn (trên headless server): Phải dùng virsh qua CLI, hoặc cài thêm virt-manager trên máy client kết nối từ xa
Cần hardware hỗ trợ virtualization: CPU phải có Intel VT-x hoặc AMD-V. Hầu hết máy hiện đại đều có, nhưng cần enable trong BIOS nếu chưa bật
Networking bridge phức tạp ban đầu: Lần đầu setup, mình mất gần 2 tiếng để hiểu tại sao VM không ra được internet — mấu chốt là thứ tự cấu hình bridge và physical interface

Khi nào nên chọn KVM thay vì giải pháp khác?

Mình đang chạy homelab với Proxmox VE (build trên KVM) — 12 VM và container, dùng làm playground để test mọi thứ trước khi đưa lên production. KVM là lựa chọn đúng khi:

Bạn cần chạy VM 24/7 trên server Ubuntu (VPS, dedicated server, homelab)
Workload cần hiệu năng thực sự — database, compile server, CI/CD runner
Muốn tự quản lý mà không phụ thuộc cloud provider
Cần isolation mạnh hơn Docker (mỗi VM có kernel riêng, tách biệt hoàn toàn)

Chỉ cần môi trường dev local để test code? Vagrant + VirtualBox vẫn đủ dùng và nhanh hơn để setup.

Hướng dẫn cài đặt KVM trên Ubuntu

Bước 1: Kiểm tra CPU có hỗ trợ virtualization không

Trước khi cài bất cứ thứ gì, kiểm tra CPU:

# Kiểm tra Intel VT-x hoặc AMD-V
egrep -c '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo

# Nếu output > 0 là OK
# vmx = Intel VT-x, svm = AMD-V

Kết quả là 0? Vào BIOS bật Intel Virtualization Technology (hoặc AMD-V/SVM). Đang chạy trong VM khác (nested virtualization) thì cần enable nested VM support ở host trước.

Kiểm tra thêm bằng kvm-ok:

sudo apt install -y cpu-checker
sudo kvm-ok

# Output mong đợi:
# INFO: /dev/kvm exists
# KVM acceleration can be used

Bước 2: Cài đặt KVM và các package cần thiết

sudo apt update
sudo apt install -y \
  qemu-kvm \
  libvirt-daemon-system \
  libvirt-clients \
  bridge-utils \
  virtinst \
  virt-manager

Giải thích từng package:

qemu-kvm: QEMU với KVM acceleration — engine thực sự chạy VM
libvirt-daemon-system: daemon quản lý VM (libvirtd)
libvirt-clients: bộ tool CLI (virsh, virsh-list…)
bridge-utils: tạo bridge network cho VM
virtinst: cung cấp lệnh virt-install để tạo VM từ CLI
virt-manager: GUI quản lý VM (optional, dùng khi có desktop)

Bước 3: Thêm user vào group libvirt

sudo usermod -aG libvirt $(whoami)
sudo usermod -aG kvm $(whoami)

# Logout và login lại để group có hiệu lực
# Hoặc dùng lệnh này để apply ngay mà không cần logout:
newgrp libvirt

Kiểm tra libvirtd đang chạy:

sudo systemctl enable --now libvirtd
sudo systemctl status libvirtd

# Kiểm tra connection
virsh -c qemu:///system list

Bước 4: Tạo VM đầu tiên bằng virt-install

Tải ISO xong, dùng virt-install để khởi tạo VM từ command line:

# Download ISO Ubuntu 22.04 LTS (kiểm tra version mới nhất tại releases.ubuntu.com)
wget -P /var/lib/libvirt/images/ \
  https://releases.ubuntu.com/22.04/ubuntu-22.04.5-live-server-amd64.iso

# Tạo VM với virt-install
sudo virt-install \
  --name ubuntu-test \
  --ram 2048 \
  --vcpus 2 \
  --disk path=/var/lib/libvirt/images/ubuntu-test.qcow2,size=20,format=qcow2 \
  --cdrom /var/lib/libvirt/images/ubuntu-22.04.5-live-server-amd64.iso \
  --network network=default \
  --os-variant ubuntu22.04 \
  --graphics vnc,listen=0.0.0.0 \
  --noautoconsole

VM sẽ boot từ ISO. Kết nối vào màn hình cài đặt qua VNC client (port 5900 mặc định):

# Xem port VNC của VM
virsh vncdisplay ubuntu-test
# Ví dụ output: :0 (tức là port 5900)

Các lệnh virsh thường dùng hàng ngày

Đây là bộ lệnh mình dùng gần như mỗi ngày — bookmark lại cho tiện:

# Liệt kê tất cả VM (đang chạy và đã tắt)
virsh list --all

# Bật / tắt / restart VM
virsh start ubuntu-test
virsh shutdown ubuntu-test    # graceful shutdown
virsh destroy ubuntu-test     # force stop (tương đương rút điện)
virsh reboot ubuntu-test

# Xem thông tin chi tiết VM
virsh dominfo ubuntu-test

# Snapshot — cực kỳ hữu ích trước khi thử nghiệm gì đó
virsh snapshot-create-as ubuntu-test snap-before-update
virsh snapshot-list ubuntu-test
virsh snapshot-revert ubuntu-test snap-before-update

# Clone VM
virt-clone \
  --original ubuntu-test \
  --name ubuntu-clone \
  --file /var/lib/libvirt/images/ubuntu-clone.qcow2

# Xóa VM hoàn toàn (bao gồm disk)
virsh undefine ubuntu-test --remove-all-storage

Cấu hình networking: Bridge vs NAT

Mặc định KVM dùng NAT network (virbr0) — VM ra được internet nhưng không accessible từ ngoài vào. Trên homelab hay server production, thường cần VM có IP trực tiếp trên LAN như máy vật lý. Đó là lúc cần bridge network.

Tạo bridge trên Ubuntu 22.04 với Netplan:

# /etc/netplan/01-bridge.yaml
network:
  version: 2
  renderer: networkd
  ethernets:
    eno1:
      dhcp4: false
  bridges:
    br0:
      interfaces: [eno1]
      dhcp4: true
      parameters:
        stp: false
        forward-delay: 0

sudo netplan apply

# Tạo VM dùng bridge network
sudo virt-install \
  --name ubuntu-prod \
  --network bridge=br0 \
  # ... các option khác

Cảnh báo từ kinh nghiệm thật: lần đầu làm bước này, mình mất SSH vào server vì cấu hình sai bridge. Bài học đắt giá — test trên VM không quan trọng trước, hoặc đảm bảo có console access trực tiếp vào server trước khi đụng vào network config.

Tổng kết

KVM không phải thứ dễ setup nhất — VirtualBox thắng khoản đó. Nhưng đó không phải tiêu chí chọn hypervisor cho production. 6 tháng chạy KVM, từ homelab 12 VM đến VPS thật, hiệu năng chưa bao giờ là vấn đề cần bàn.

Quen virsh rồi, bước tiếp theo là chọn web UI. Cockpit + plugin máy ảo nhẹ và đủ dùng cho server đơn. Muốn cluster management đầy đủ — Proxmox VE là câu trả lời, nhưng đó là chủ đề của một bài khác.