Microsoft откри кода на хипервизора OpenVMM и платформата за паравиртуализация OpenHCL

Компания Microsoft обяви за откритие на изходния код на слоя за осигуряване на паравиртуализация OpenHCL и монитора на виртуални машини OpenVMM, разработван специално за организация на работата на OpenHCL. Кодът на OpenVMM и OpenHCL е написан на езика Rust и се разпространява под лицензия MIT. OpenVMM е хипервизор от второ ниво, който работи в едно защитно ниво с ядрото на операционната система, по аналогия с подобни продукти като VirtualBox и VMware Workstation. Поддържа работа върху хост системи на базата на Linux (x86_64), Windows (x86_64, Aarch64) и macOS (x86_64, Aarch64), използвайки предоставените от тези ОС API за виртуализация KVM, SHV (Microsoft Hypervisor), WHP (Windows Hypervisor Platform) и Hypervisor.framework.

Сред възможностите, поддържани в OpenVMM:

• Зареждане в режимите UEFI и BIOS, директно зареждане на ядрото на Linux;
• Поддръжка на паравиртуализация на базата на драйвери Virtio (virtio-fs, virtio-9p, virtio-net, virtio-pmem)
• Поддръжка на паравиртуализация на базата на VMBus (storvsp, netvsp, vpci, framebuffer);
• Емуляция на vTPM, NVMe, UART, чипсета i440BX + PIIX4, IDE HDD, PCI и VGA;
• Бекенди за проброс на графика, устройства за въвеждане, конзола, хранилища и мрежов достъп;
• Управление чрез интерфейс на командния ред, интерактивна конзола, gRPC и ttrpc.

OpenHCL се позиционира като среда с компоненти на паравиртуализация (паравизор), работеща върху хипервизора OpenVMM. Ключовата особеност на системите за виртуализация, базирани на OpenVMM и OpenHCL, е, че компонентите за паравиртуализация се изпълняват не на страната на хост системата, а в една виртуална машина заедно с гостоприемната система. Изолацията на слоя за паравиртуализация от гостуващата операционна система се осигурява от хипервизора от второ ниво OpenVMM. OpenHCL в такъв случай може да се разглежда като виртуален фърмуер, изпълняващ се на по-високо ниво на привилегии, отколкото операционната система, работеща в гостоприемната среда.

Разделението на гостоприемната система и компонентите на OpenHCL се извършва с помощта на концепцията за виртуални нива на доверие (VTL, Virtual Trust Level), за реализирането на които могат да се използват както софтуерни механизми, така и хардуерни технологии, като Intel TDX (Trust Domain Extensions), AMD SEV-SNP (Secure Encrypted Virtualization-Secure Nested Paging) и ARM CCA (Confidential Compute Architecture). За изпълнението на компонентите на OpenHCL се използва опростено ядро на Linux, включващо само минимално необходимите компоненти за работа на OpenVMM.

OpenHCL може да работи на платформи x86-64 и ARM64 и поддържа разширения Intel TDX, AMD SEV-SNP и ARM CCA за допълнителна изолация. В състава на OpenHCL влиза набор от услуги, драйвери и емулатори, използвани за организация на достъп до оборудването, осигуряване на работа на виртуални устройства от страната на гостоприемната система и емулиране на хардуерни устройства (например, може да се емулитира чип за съхранение на криптографски ключове — vTPM).

За предаване на достъп до оборудването от страна на гостовата система се използват съществуващите драйвери с поддръжка на паравиртуализация или може да се извърши директно свързване на устройства към виртуалната машина, което позволява прехвърлянето на съществуващи гостови системи в среда на OpenHCL без необходимост от промени в тях. Освен това, OpenHCL включва компоненти за диагностика и отстраняване на проблеми. виртуални машини, изпълнявани с помощта на разширения за осигуряване на конфиденциални изчисления.

В отличие от вече съществуващия отворен проект COCONUT-SVSM (Secure VM Service Module), който предлага услуги и еймулирани устройства за гостови системи, работещи в конфиденциални виртуални машини (CVM, Confidential Virtual Machine), OpenHCL позволява използването на стандартни интерфейси в гостовите системи, докато COCONUT-SVSM изисква организация на специализирана взаимодействие със SVSM, изменение на гостовите системи и използване на отделни драйвери.

В приложенията на паравизора OpenHCL се споменават сценарии като преминаване на съществуващите системи към използване на хардуерни ускорители Azure Boost без необходимост от промени в дисковия образ на гостовата система; изпълнение на съществуващи гостови системи във виртуални машини, осигуряващи конфиденциални изчисления (например, на база Intel TDX и AMD SEV-SNP); организация на проверена зареждане на виртуалните машини, използвайки режима UEFI Secure Boot и vTPM.

Отделно се отбелязва, че проектът OpenVMM е фокусиран върху използването с OpenHCL и в момента не е готов за самостоятелно приложение на хост-системи за работни внедрения от крайни потребители. Според проблемите на OpenVMM, затрудняващи употребата му в хост-среда в традиционния контекст, извън комбинацията с OpenHCL, е споменато: лоша документация на управляващия интерфейс; липса на адекватна оптимизация на производителността на бекендовете за хранилища, мрежа и графика; липса на поддръжка на някои драйвери (например, IDE-дискове и PS/2 мишки); няма гаранция за стабилност на API и функционалности. Въпреки това, комбинацията от OpenVMM и OpenHCL вече е достигнала ниво на индустриално внедряване и е участва в платформата Azure на Microsoft (Azure Boost SKU) за осигуряване на работа на повече от 1,5 млн. виртуални машини.

Източник: opennet.ru