~ubuntu-branches/ubuntu/utopic/xen/utopic

« back to all changes in this revision

Viewing changes to docs/src/user.tex

  • Committer: Bazaar Package Importer
  • Author(s): Bastian Blank
  • Date: 2010-05-06 15:47:38 UTC
  • mto: (1.3.1) (15.1.1 sid) (4.1.1 experimental)
  • mto: This revision was merged to the branch mainline in revision 3.
  • Revision ID: james.westby@ubuntu.com-20100506154738-agoz0rlafrh1fnq7
Tags: upstream-4.0.0
ImportĀ upstreamĀ versionĀ 4.0.0

Show diffs side-by-side

added added

removed removed

Lines of Context:
 
1
\documentclass[11pt,twoside,final,openright]{report}
 
2
\usepackage{a4,graphicx,html,parskip,setspace,times,xspace,url}
 
3
\setstretch{1.15}
 
4
 
 
5
\renewcommand{\ttdefault}{pcr}
 
6
 
 
7
\def\Xend{{Xend}\xspace}
 
8
\def\xend{{xend}\xspace}
 
9
 
 
10
\latexhtml{\renewcommand{\path}[1]{{\small {\tt #1}}}}{\renewcommand{\path}[1]{{\tt #1}}}
 
11
 
 
12
 
 
13
\begin{document}
 
14
 
 
15
% TITLE PAGE
 
16
\pagestyle{empty}
 
17
\begin{center}
 
18
\vspace*{\fill}
 
19
\includegraphics{figs/xenlogo.eps}
 
20
\vfill
 
21
\vfill
 
22
\vfill
 
23
\begin{tabular}{l}
 
24
{\Huge \bf Users' Manual} \\[4mm]
 
25
{\huge Xen v3.3} \\[80mm]
 
26
\end{tabular}
 
27
\end{center}
 
28
 
 
29
{\bf DISCLAIMER: This documentation is always under active development
 
30
and as such there may be mistakes and omissions --- watch out for
 
31
these and please report any you find to the developers' mailing list,
 
32
xen-devel@lists.xensource.com. The latest version is always available
 
33
on-line. Contributions of material, suggestions and corrections are
 
34
welcome.}
 
35
 
 
36
\vfill
 
37
\clearpage
 
38
 
 
39
 
 
40
% COPYRIGHT NOTICE
 
41
\pagestyle{empty}
 
42
 
 
43
\vspace*{\fill}
 
44
 
 
45
Xen is Copyright \copyright  2002-2008, Citrix Systems, Inc., University of Cambridge, UK, XenSource Inc., IBM Corp., Hewlett-Packard Co., Intel Corp., AMD Inc., and others.  All rights reserved.
 
46
 
 
47
Xen is an open-source project.  Most portions of Xen are licensed for copying
 
48
under the terms of the GNU General Public License, version 2.  Other portions
 
49
are licensed under the terms of the GNU Lesser General Public License, the
 
50
Zope Public License 2.0, or under ``BSD-style'' licenses.  Please refer to the
 
51
COPYING file for details.
 
52
 
 
53
Xen includes software by Christopher Clark.  This software is covered by the
 
54
following licence:
 
55
 
 
56
\begin{quote}
 
57
Copyright (c) 2002, Christopher Clark.  All rights reserved.
 
58
 
 
59
Redistribution and use in source and binary forms, with or without
 
60
modification, are permitted provided that the following conditions are met:
 
61
 
 
62
\begin{itemize}
 
63
\item Redistributions of source code must retain the above copyright notice,
 
64
this list of conditions and the following disclaimer.
 
65
 
 
66
\item Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
 
67
notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
 
68
documentation and/or other materials provided with the distribution.
 
69
 
 
70
\item Neither the name of the original author; nor the names of any
 
71
contributors may be used to endorse or promote products derived from this
 
72
software without specific prior written permission.
 
73
\end{itemize}
 
74
 
 
75
THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS "AS IS"
 
76
AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
 
77
IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
 
78
DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
 
79
FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
 
80
DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR
 
81
SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER
 
82
CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
 
83
OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
 
84
OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
 
85
\end{quote}
 
86
 
 
87
\cleardoublepage
 
88
 
 
89
 
 
90
% TABLE OF CONTENTS
 
91
\pagestyle{plain}
 
92
\pagenumbering{roman}
 
93
{ \parskip 0pt plus 1pt
 
94
  \tableofcontents }
 
95
\cleardoublepage
 
96
 
 
97
 
 
98
% PREPARE FOR MAIN TEXT
 
99
\pagenumbering{arabic}
 
100
\raggedbottom
 
101
\widowpenalty=10000
 
102
\clubpenalty=10000
 
103
\parindent=0pt
 
104
\parskip=5pt
 
105
\renewcommand{\topfraction}{.8}
 
106
\renewcommand{\bottomfraction}{.8}
 
107
\renewcommand{\textfraction}{.2}
 
108
\renewcommand{\floatpagefraction}{.8}
 
109
\setstretch{1.1}
 
110
 
 
111
 
 
112
%% Chapter Introduction moved to introduction.tex
 
113
\chapter{Introduction}
 
114
 
 
115
 
 
116
Xen is an open-source \emph{para-virtualizing} virtual machine monitor
 
117
(VMM), or ``hypervisor'', for a variety of processor architectures including x86. Xen can securely execute multiple virtual machines on a single physical system with near native performance.  Xen facilitates enterprise-grade functionality, including:
 
118
 
 
119
\begin{itemize}
 
120
\item Virtual machines with performance close to native hardware.
 
121
\item Live migration of running virtual machines between physical hosts.
 
122
\item Up to 32\footnote{IA64 supports up to 64 virtual CPUs per guest virtual machine} virtual CPUs per guest virtual machine, with VCPU hotplug.
 
123
\item x86/32 with PAE, x86/64, and IA64 platform support.
 
124
\item Intel and AMD Virtualization Technology for unmodified guest operating systems (including Microsoft Windows).
 
125
\item Excellent hardware support (supports almost all Linux device
 
126
  drivers). 
 
127
\end{itemize}
 
128
 
 
129
 
 
130
\section{Usage Scenarios}
 
131
 
 
132
Usage scenarios for Xen include:
 
133
 
 
134
\begin{description}
 
135
\item [Server Consolidation.] Move multiple servers onto a single
 
136
  physical host with performance and fault isolation provided at the
 
137
  virtual machine boundaries.
 
138
\item [Hardware Independence.] Allow legacy applications and operating 
 
139
  systems to exploit new hardware.
 
140
\item [Multiple OS configurations.] Run multiple operating systems
 
141
  simultaneously, for development or testing purposes.
 
142
\item [Kernel Development.] Test and debug kernel modifications in a
 
143
  sand-boxed virtual machine --- no need for a separate test machine.
 
144
\item [Cluster Computing.] Management at VM granularity provides more
 
145
  flexibility than separately managing each physical host, but better
 
146
  control and isolation than single-system image solutions,
 
147
  particularly by using live migration for load balancing.
 
148
\item [Hardware support for custom OSes.] Allow development of new
 
149
  OSes while benefiting from the wide-ranging hardware support of
 
150
  existing OSes such as Linux.
 
151
\end{description}
 
152
 
 
153
 
 
154
\section{Operating System Support}
 
155
 
 
156
Para-virtualization permits very high performance virtualization, even
 
157
on architectures like x86 that are traditionally very hard to
 
158
virtualize.
 
159
 
 
160
This approach requires operating systems to be \emph{ported} to run on
 
161
Xen. Porting an OS to run on Xen is similar to supporting a new
 
162
hardware platform, however the process is simplified because the
 
163
para-virtual machine architecture is very similar to the underlying
 
164
native hardware. Even though operating system kernels must explicitly
 
165
support Xen, a key feature is that user space applications and
 
166
libraries \emph{do not} require modification.
 
167
 
 
168
With hardware CPU virtualization as provided by Intel VT and AMD
 
169
SVM technology, the ability to run an unmodified guest OS kernel
 
170
is available.  No porting of the OS is required, although some
 
171
additional driver support is necessary within Xen itself.  Unlike
 
172
traditional full virtualization hypervisors, which suffer a tremendous
 
173
performance overhead, the combination of Xen and VT or Xen and
 
174
Pacifica technology complement one another to offer superb performance
 
175
for para-virtualized guest operating systems and full support for
 
176
unmodified guests running natively on the processor.
 
177
 
 
178
Paravirtualized Xen support is available for increasingly many
 
179
operating systems: currently, mature Linux support is available and
 
180
included in the standard distribution.  Other OS ports, including
 
181
NetBSD, FreeBSD and Solaris are also complete. 
 
182
 
 
183
 
 
184
\section{Hardware Support}
 
185
 
 
186
Xen currently runs on the IA64 and x86 architectures. Multiprocessor
 
187
machines are supported, and there is support for HyperThreading (SMT).
 
188
 
 
189
The default 32-bit Xen requires processor support for Physical
 
190
Addressing Extensions (PAE), which enables the hypervisor to address
 
191
up to 16GB of physical memory. Xen also supports x86/64 platforms
 
192
such as Intel EM64T and AMD Opteron which can currently address up to
 
193
1TB of physical memory.
 
194
 
 
195
Xen offloads most of the hardware support issues to the guest OS
 
196
running in the \emph{Domain~0} management virtual machine. Xen itself
 
197
contains only the code required to detect and start secondary
 
198
processors, set up interrupt routing, and perform PCI bus
 
199
enumeration. Device drivers run within a privileged guest OS rather
 
200
than within Xen itself. This approach provides compatibility with the
 
201
majority of device hardware supported by Linux. The default XenLinux
 
202
build contains support for most server-class network and disk
 
203
hardware, but you can add support for other hardware by configuring
 
204
your XenLinux kernel in the normal way.
 
205
 
 
206
 
 
207
\section{Structure of a Xen-Based System}
 
208
 
 
209
A Xen system has multiple layers, the lowest and most privileged of
 
210
which is Xen itself.
 
211
 
 
212
Xen may host multiple \emph{guest} operating systems, each of which is
 
213
executed within a secure virtual machine. In Xen terminology, a
 
214
\emph{domain}. Domains are scheduled by Xen to make effective use of the
 
215
available physical CPUs. Each guest OS manages its own applications.
 
216
This management includes the responsibility of scheduling each
 
217
application within the time allotted to the VM by Xen.
 
218
 
 
219
The first domain, \emph{domain~0}, is created automatically when the
 
220
system boots and has special management privileges. Domain~0 builds
 
221
other domains and manages their virtual devices. It also performs
 
222
administrative tasks such as suspending, resuming and migrating other
 
223
virtual machines.
 
224
 
 
225
Within domain~0, a process called \emph{xend} runs to manage the system.
 
226
\Xend\ is responsible for managing virtual machines and providing access
 
227
to their consoles. Commands are issued to \xend\ over an HTTP interface,
 
228
via a command-line tool.
 
229
 
 
230
 
 
231
\section{History}
 
232
 
 
233
Xen was originally developed by the Systems Research Group at the
 
234
University of Cambridge Computer Laboratory as part of the XenoServers
 
235
project, funded by the UK-EPSRC\@.
 
236
 
 
237
XenoServers aim to provide a ``public infrastructure for global
 
238
distributed computing''. Xen plays a key part in that, allowing one to
 
239
efficiently partition a single machine to enable multiple independent
 
240
clients to run their operating systems and applications in an
 
241
environment. This environment provides protection, resource isolation
 
242
and accounting. The project web page contains further information along
 
243
with pointers to papers and technical reports:
 
244
\path{http://www.cl.cam.ac.uk/xeno}
 
245
 
 
246
Xen has grown into a fully-fledged project in its own right, enabling us
 
247
to investigate interesting research issues regarding the best techniques
 
248
for virtualizing resources such as the CPU, memory, disk and network.
 
249
Project contributors now include Citrix, Intel, IBM, HP, AMD, Novell,
 
250
RedHat, Sun, Fujitsu, and Samsung.
 
251
 
 
252
Xen was first described in a paper presented at SOSP in
 
253
2003\footnote{\tt
 
254
  http://www.cl.cam.ac.uk/netos/papers/2003-xensosp.pdf}, and the first
 
255
public release (1.0) was made that October. Since then, Xen has
 
256
significantly matured and is now used in production scenarios on many
 
257
sites.
 
258
 
 
259
\section{What's New}
 
260
 
 
261
Xen 3.3.0 offers:
 
262
 
 
263
\begin{itemize}
 
264
\item IO Emulation (stub domains) for HVM IO performance and scailability
 
265
\item Replacement of Intel VT vmxassist by new 16b emulation code
 
266
\item Improved VT-d device pass-through e.g. for graphics devices
 
267
\item Enhanced C and P state power management
 
268
\item Exploitation of multi-queue support on modern NICs
 
269
\item Removal of domain lock for improved PV guest scalability
 
270
\item 2MB page support for HVM and PV guests
 
271
\item CPU Portability
 
272
\end{itemize}
 
273
 
 
274
Xen 3.3 delivers the capabilities needed by enterprise customers and gives computing industry leaders a solid, secure platform to build upon for their virtualization solutions. This latest release establishes Xen as the definitive open source solution for virtualization.
 
275
 
 
276
 
 
277
 
 
278
\part{Installation}
 
279
 
 
280
%% Chapter Basic Installation
 
281
\chapter{Basic Installation}
 
282
 
 
283
The Xen distribution includes three main components: Xen itself, ports
 
284
of Linux and NetBSD to run on Xen, and the userspace tools required to
 
285
manage a Xen-based system. This chapter describes how to install the
 
286
Xen~3.3 distribution from source. Alternatively, there may be pre-built
 
287
packages available as part of your operating system distribution.
 
288
 
 
289
 
 
290
\section{Prerequisites}
 
291
\label{sec:prerequisites}
 
292
 
 
293
The following is a full list of prerequisites. Items marked `$\dag$' are
 
294
required by the \xend\ control tools, and hence required if you want to
 
295
run more than one virtual machine; items marked `$*$' are only required
 
296
if you wish to build from source.
 
297
\begin{itemize}
 
298
\item A working Linux distribution using the GRUB bootloader and running
 
299
  on a P6-class or newer CPU\@.
 
300
\item [$\dag$] The \path{iproute2} package.
 
301
\item [$\dag$] The Linux bridge-utils\footnote{Available from {\tt
 
302
      http://bridge.sourceforge.net}} (e.g., \path{/sbin/brctl})
 
303
\item [$\dag$] The Linux hotplug system\footnote{Available from {\tt
 
304
      http://linux-hotplug.sourceforge.net/}} (e.g.,
 
305
      \path{/sbin/hotplug} and related scripts).  On newer distributions,
 
306
      this is included alongside the Linux udev system\footnote{See {\tt
 
307
      http://www.kernel.org/pub/linux/utils/kernel/hotplug/udev.html/}}.
 
308
\item [$*$] Build tools (gcc v3.2.x or v3.3.x, binutils, GNU make).
 
309
\item [$*$] Development installation of zlib (e.g.,\ zlib-dev).
 
310
\item [$*$] Development installation of Python v2.2 or later (e.g.,\
 
311
  python-dev).
 
312
\item [$*$] \LaTeX\ and transfig are required to build the
 
313
  documentation.
 
314
\end{itemize}
 
315
 
 
316
Once you have satisfied these prerequisites, you can now install either
 
317
a binary or source distribution of Xen.
 
318
 
 
319
\section{Installing from Binary Tarball}
 
320
 
 
321
Pre-built tarballs are available for download from the XenSource downloads
 
322
page:
 
323
\begin{quote} {\tt http://www.xensource.com/downloads/}
 
324
\end{quote}
 
325
 
 
326
Once you've downloaded the tarball, simply unpack and install:
 
327
\begin{verbatim}
 
328
# tar zxvf xen-3.0-install.tgz
 
329
# cd xen-3.0-install
 
330
# sh ./install.sh
 
331
\end{verbatim}
 
332
 
 
333
Once you've installed the binaries you need to configure your system as
 
334
described in Section~\ref{s:configure}.
 
335
 
 
336
\section{Installing from RPMs}
 
337
Pre-built RPMs are available for download from the XenSource downloads
 
338
page:
 
339
\begin{quote} {\tt http://www.xensource.com/downloads/}
 
340
\end{quote}
 
341
 
 
342
Once you've downloaded the RPMs, you typically install them via the 
 
343
RPM commands: 
 
344
 
 
345
\verb|# rpm -iv rpmname| 
 
346
 
 
347
See the instructions and the Release Notes for each RPM set referenced at:
 
348
  \begin{quote}
 
349
    {\tt http://www.xensource.com/downloads/}.
 
350
  \end{quote}
 
351
 
 
352
\section{Installing from Source}
 
353
 
 
354
This section describes how to obtain, build and install Xen from source.
 
355
 
 
356
\subsection{Obtaining the Source}
 
357
 
 
358
The Xen source tree is available as either a compressed source tarball
 
359
or as a clone of our master Mercurial repository.
 
360
 
 
361
\begin{description}
 
362
\item[Obtaining the Source Tarball]\mbox{} \\
 
363
  Stable versions and daily snapshots of the Xen source tree are
 
364
  available from the Xen download page:
 
365
  \begin{quote} {\tt \tt http://www.xensource.com/downloads/}
 
366
  \end{quote}
 
367
\item[Obtaining the source via Mercurial]\mbox{} \\
 
368
  The source tree may also be obtained via the public Mercurial
 
369
  repository at:
 
370
  \begin{quote}{\tt http://xenbits.xensource.com}
 
371
  \end{quote} See the instructions and the Getting Started Guide
 
372
  referenced at:
 
373
  \begin{quote}
 
374
    {\tt http://www.xensource.com/downloads/}
 
375
  \end{quote}
 
376
\end{description}
 
377
 
 
378
% \section{The distribution}
 
379
%
 
380
% The Xen source code repository is structured as follows:
 
381
%
 
382
% \begin{description}
 
383
% \item[\path{tools/}] Xen node controller daemon (Xend), command line
 
384
%   tools, control libraries
 
385
% \item[\path{xen/}] The Xen VMM.
 
386
% \item[\path{buildconfigs/}] Build configuration files
 
387
% \item[\path{linux-*-xen-sparse/}] Xen support for Linux.
 
388
% \item[\path{patches/}] Experimental patches for Linux.
 
389
% \item[\path{docs/}] Various documentation files for users and
 
390
%   developers.
 
391
% \item[\path{extras/}] Bonus extras.
 
392
% \end{description}
 
393
 
 
394
\subsection{Building from Source}
 
395
 
 
396
The top-level Xen Makefile includes a target ``world'' that will do the
 
397
following:
 
398
 
 
399
\begin{itemize}
 
400
\item Build Xen.
 
401
\item Build the control tools, including \xend.
 
402
\item Download (if necessary) and unpack the Linux 2.6 source code, and
 
403
  patch it for use with Xen.
 
404
\item Build a Linux kernel to use in domain~0 and a smaller unprivileged
 
405
  kernel, which can be used for unprivileged virtual machines.
 
406
\end{itemize}
 
407
 
 
408
After the build has completed you should have a top-level directory
 
409
called \path{dist/} in which all resulting targets will be placed. Of
 
410
particular interest are the two XenLinux kernel images, one with a
 
411
``-xen0'' extension which contains hardware device drivers and drivers
 
412
for Xen's virtual devices, and one with a ``-xenU'' extension that
 
413
just contains the virtual ones. These are found in
 
414
\path{dist/install/boot/} along with the image for Xen itself and the
 
415
configuration files used during the build.
 
416
 
 
417
%The NetBSD port can be built using:
 
418
%\begin{quote}
 
419
%\begin{verbatim}
 
420
%# make netbsd20
 
421
%\end{verbatim}\end{quote}
 
422
%NetBSD port is built using a snapshot of the netbsd-2-0 cvs branch.
 
423
%The snapshot is downloaded as part of the build process if it is not
 
424
%yet present in the \path{NETBSD\_SRC\_PATH} search path.  The build
 
425
%process also downloads a toolchain which includes all of the tools
 
426
%necessary to build the NetBSD kernel under Linux.
 
427
 
 
428
To customize the set of kernels built you need to edit the top-level
 
429
Makefile. Look for the line:
 
430
\begin{quote}
 
431
\begin{verbatim}
 
432
KERNELS ?= linux-2.6-xen0 linux-2.6-xenU
 
433
\end{verbatim}
 
434
\end{quote}
 
435
 
 
436
You can edit this line to include any set of operating system kernels
 
437
which have configurations in the top-level \path{buildconfigs/}
 
438
directory.
 
439
 
 
440
%% Inspect the Makefile if you want to see what goes on during a
 
441
%% build.  Building Xen and the tools is straightforward, but XenLinux
 
442
%% is more complicated.  The makefile needs a `pristine' Linux kernel
 
443
%% tree to which it will then add the Xen architecture files.  You can
 
444
%% tell the makefile the location of the appropriate Linux compressed
 
445
%% tar file by
 
446
%% setting the LINUX\_SRC environment variable, e.g. \\
 
447
%% \verb!# LINUX_SRC=/tmp/linux-2.6.11.tar.bz2 make world! \\ or by
 
448
%% placing the tar file somewhere in the search path of {\tt
 
449
%%   LINUX\_SRC\_PATH} which defaults to `{\tt .:..}'.  If the
 
450
%% makefile can't find a suitable kernel tar file it attempts to
 
451
%% download it from kernel.org (this won't work if you're behind a
 
452
%% firewall).
 
453
 
 
454
%% After untaring the pristine kernel tree, the makefile uses the {\tt
 
455
%%   mkbuildtree} script to add the Xen patches to the kernel.
 
456
 
 
457
%% \framebox{\parbox{5in}{
 
458
%%     {\bf Distro specific:} \\
 
459
%%     {\it Gentoo} --- if not using udev (most installations,
 
460
%%     currently), you'll need to enable devfs and devfs mount at boot
 
461
%%     time in the xen0 config.  }}
 
462
 
 
463
\subsection{Custom Kernels}
 
464
 
 
465
% If you have an SMP machine you may wish to give the {\tt '-j4'}
 
466
% argument to make to get a parallel build.
 
467
 
 
468
If you wish to build a customized XenLinux kernel (e.g.\ to support
 
469
additional devices or enable distribution-required features), you can
 
470
use the standard Linux configuration mechanisms, specifying that the
 
471
architecture being built for is \path{xen}, e.g:
 
472
\begin{quote}
 
473
\begin{verbatim}
 
474
# cd linux-2.6.12-xen0
 
475
# make ARCH=xen xconfig
 
476
# cd ..
 
477
# make
 
478
\end{verbatim}
 
479
\end{quote}
 
480
 
 
481
You can also copy an existing Linux configuration (\path{.config}) into
 
482
e.g.\ \path{linux-2.6.12-xen0} and execute:
 
483
\begin{quote}
 
484
\begin{verbatim}
 
485
# make ARCH=xen oldconfig
 
486
\end{verbatim}
 
487
\end{quote}
 
488
 
 
489
You may be prompted with some Xen-specific options. We advise accepting
 
490
the defaults for these options.
 
491
 
 
492
Note that the only difference between the two types of Linux kernels
 
493
that are built is the configuration file used for each. The ``U''
 
494
suffixed (unprivileged) versions don't contain any of the physical
 
495
hardware device drivers, leading to a 30\% reduction in size; hence you
 
496
may prefer these for your non-privileged domains. The ``0'' suffixed
 
497
privileged versions can be used to boot the system, as well as in driver
 
498
domains and unprivileged domains.
 
499
 
 
500
\subsection{Installing Generated Binaries}
 
501
 
 
502
The files produced by the build process are stored under the
 
503
\path{dist/install/} directory. To install them in their default
 
504
locations, do:
 
505
\begin{quote}
 
506
\begin{verbatim}
 
507
# make install
 
508
\end{verbatim}
 
509
\end{quote}
 
510
 
 
511
Alternatively, users with special installation requirements may wish to
 
512
install them manually by copying the files to their appropriate
 
513
destinations.
 
514
 
 
515
%% Files in \path{install/boot/} include:
 
516
%% \begin{itemize}
 
517
%% \item \path{install/boot/xen-3.0.gz} Link to the Xen 'kernel'
 
518
%% \item \path{install/boot/vmlinuz-2.6-xen0} Link to domain 0
 
519
%%   XenLinux kernel
 
520
%% \item \path{install/boot/vmlinuz-2.6-xenU} Link to unprivileged
 
521
%%   XenLinux kernel
 
522
%% \end{itemize}
 
523
 
 
524
The \path{dist/install/boot} directory will also contain the config
 
525
files used for building the XenLinux kernels, and also versions of Xen
 
526
and XenLinux kernels that contain debug symbols such as
 
527
(\path{xen-syms-3.0.0} and \path{vmlinux-syms-2.6.12.6-xen0}) which are
 
528
essential for interpreting crash dumps. Retain these files as the
 
529
developers may wish to see them if you post on the mailing list.
 
530
 
 
531
 
 
532
\section{Configuration}
 
533
\label{s:configure}
 
534
 
 
535
Once you have built and installed the Xen distribution, it is simple to
 
536
prepare the machine for booting and running Xen.
 
537
 
 
538
\subsection{GRUB Configuration}
 
539
 
 
540
An entry should be added to \path{grub.conf} (often found under
 
541
\path{/boot/} or \path{/boot/grub/}) to allow Xen / XenLinux to boot.
 
542
This file is sometimes called \path{menu.lst}, depending on your
 
543
distribution. The entry should look something like the following:
 
544
 
 
545
%% KMSelf Thu Dec  1 19:06:13 PST 2005 262144 is useful for RHEL/RH and
 
546
%% related Dom0s.
 
547
{\small
 
548
\begin{verbatim}
 
549
title Xen 3.0 / XenLinux 2.6
 
550
  kernel /boot/xen-3.0.gz dom0_mem=262144
 
551
  module /boot/vmlinuz-2.6-xen0 root=/dev/sda4 ro console=tty0
 
552
\end{verbatim}
 
553
}
 
554
 
 
555
The kernel line tells GRUB where to find Xen itself and what boot
 
556
parameters should be passed to it (in this case, setting the domain~0
 
557
memory allocation in kilobytes and the settings for the serial port).
 
558
For more details on the various Xen boot parameters see
 
559
Section~\ref{s:xboot}.
 
560
 
 
561
The module line of the configuration describes the location of the
 
562
XenLinux kernel that Xen should start and the parameters that should be
 
563
passed to it. These are standard Linux parameters, identifying the root
 
564
device and specifying it be initially mounted read only and instructing
 
565
that console output be sent to the screen. Some distributions such as
 
566
SuSE do not require the \path{ro} parameter.
 
567
 
 
568
%% \framebox{\parbox{5in}{
 
569
%%     {\bf Distro specific:} \\
 
570
%%     {\it SuSE} --- Omit the {\tt ro} option from the XenLinux
 
571
%%     kernel command line, since the partition won't be remounted rw
 
572
%%     during boot.  }}
 
573
 
 
574
To use an initrd, add another \path{module} line to the configuration,
 
575
like: {\small
 
576
\begin{verbatim}
 
577
  module /boot/my_initrd.gz
 
578
\end{verbatim}
 
579
}
 
580
 
 
581
%% KMSelf Thu Dec  1 19:05:30 PST 2005 Other configs as an appendix?
 
582
 
 
583
When installing a new kernel, it is recommended that you do not delete
 
584
existing menu options from \path{menu.lst}, as you may wish to boot your
 
585
old Linux kernel in future, particularly if you have problems.
 
586
 
 
587
\subsection{Serial Console (optional)}
 
588
 
 
589
Serial console access allows you to manage, monitor, and interact with
 
590
your system over a serial console.  This can allow access from another
 
591
nearby system via a null-modem (``LapLink'') cable or remotely via a serial
 
592
concentrator.
 
593
 
 
594
You system's BIOS, bootloader (GRUB), Xen, Linux, and login access must
 
595
each be individually configured for serial console access.  It is
 
596
\emph{not} strictly necessary to have each component fully functional,
 
597
but it can be quite useful.
 
598
 
 
599
For general information on serial console configuration under Linux,
 
600
refer to the ``Remote Serial Console HOWTO'' at The Linux Documentation
 
601
Project: \url{http://www.tldp.org} 
 
602
 
 
603
\subsubsection{Serial Console BIOS configuration}
 
604
 
 
605
Enabling system serial console output neither enables nor disables
 
606
serial capabilities in GRUB, Xen, or Linux, but may make remote
 
607
management of your system more convenient by displaying POST and other
 
608
boot messages over serial port and allowing remote BIOS configuration.
 
609
 
 
610
Refer to your hardware vendor's documentation for capabilities and
 
611
procedures to enable BIOS serial redirection.
 
612
 
 
613
 
 
614
\subsubsection{Serial Console GRUB configuration}
 
615
 
 
616
Enabling GRUB serial console output neither enables nor disables Xen or
 
617
Linux serial capabilities, but may made remote management of your system
 
618
more convenient by displaying GRUB prompts, menus, and actions over
 
619
serial port and allowing remote GRUB management.
 
620
 
 
621
Adding the following two lines to your GRUB configuration file,
 
622
typically either \path{/boot/grub/menu.lst} or \path{/boot/grub/grub.conf}
 
623
depending on your distro, will enable GRUB serial output.
 
624
 
 
625
\begin{quote} 
 
626
{\small \begin{verbatim}
 
627
  serial --unit=0 --speed=115200 --word=8 --parity=no --stop=1
 
628
  terminal --timeout=10 serial console
 
629
\end{verbatim}}
 
630
\end{quote}
 
631
 
 
632
Note that when both the serial port and the local monitor and keyboard
 
633
are enabled, the text ``\emph{Press any key to continue}'' will appear
 
634
at both.  Pressing a key on one device will cause GRUB to display to
 
635
that device.  The other device will see no output.  If no key is
 
636
pressed before the timeout period expires, the system will boot to the
 
637
default GRUB boot entry.
 
638
 
 
639
Please refer to the GRUB documentation for further information.
 
640
 
 
641
 
 
642
\subsubsection{Serial Console Xen configuration}
 
643
 
 
644
Enabling Xen serial console output neither enables nor disables Linux
 
645
kernel output or logging in to Linux over serial port.  It does however
 
646
allow you to monitor and log the Xen boot process via serial console and
 
647
can be very useful in debugging.
 
648
 
 
649
%% kernel /boot/xen-2.0.gz dom0_mem=131072 console=com1,vga com1=115200,8n1
 
650
%% module /boot/vmlinuz-2.6-xen0 root=/dev/sda4 ro
 
651
 
 
652
In order to configure Xen serial console output, it is necessary to
 
653
add a boot option to your GRUB config; e.g.\ replace the previous
 
654
example kernel line with:
 
655
\begin{quote} {\small \begin{verbatim}
 
656
   kernel /boot/xen.gz dom0_mem=131072 com1=115200,8n1 console=com1,vga
 
657
\end{verbatim}}
 
658
\end{quote}
 
659
 
 
660
This configures Xen to output on COM1 at 115,200 baud, 8 data bits, no
 
661
parity and 1 stop bit. Modify these parameters for your environment.
 
662
See Section~\ref{s:xboot} for an explanation of all boot parameters.
 
663
 
 
664
One can also configure XenLinux to share the serial console; to achieve
 
665
this append ``\path{console=ttyS0}'' to your module line.
 
666
 
 
667
 
 
668
\subsubsection{Serial Console Linux configuration}
 
669
 
 
670
Enabling Linux serial console output at boot neither enables nor
 
671
disables logging in to Linux over serial port.  It does however allow
 
672
you to monitor and log the Linux boot process via serial console and can be
 
673
very useful in debugging.
 
674
 
 
675
To enable Linux output at boot time, add the parameter
 
676
\path{console=ttyS0} (or ttyS1, ttyS2, etc.) to your kernel GRUB line.
 
677
Under Xen, this might be:
 
678
\begin{quote} 
 
679
{\footnotesize \begin{verbatim}
 
680
  module /vmlinuz-2.6-xen0 ro root=/dev/VolGroup00/LogVol00 \
 
681
  console=ttyS0, 115200
 
682
\end{verbatim}}
 
683
\end{quote}
 
684
to enable output over ttyS0 at 115200 baud.
 
685
 
 
686
 
 
687
 
 
688
\subsubsection{Serial Console Login configuration}
 
689
 
 
690
Logging in to Linux via serial console, under Xen or otherwise, requires
 
691
specifying a login prompt be started on the serial port.  To permit root
 
692
logins over serial console, the serial port must be added to
 
693
\path{/etc/securetty}.
 
694
 
 
695
\newpage
 
696
To automatically start a login prompt over the serial port, 
 
697
add the line: \begin{quote} {\small {\tt c:2345:respawn:/sbin/mingetty
 
698
ttyS0}} \end{quote} to \path{/etc/inittab}.   Run \path{init q} to force
 
699
a reload of your inttab and start getty.
 
700
 
 
701
To enable root logins, add \path{ttyS0} to \path{/etc/securetty} if not
 
702
already present.
 
703
 
 
704
Your distribution may use an alternate getty; options include getty,
 
705
mgetty and agetty.  Consult your distribution's documentation
 
706
for further information.
 
707
 
 
708
 
 
709
\subsection{TLS Libraries}
 
710
 
 
711
Users of the XenLinux 2.6 kernel should disable Thread Local Storage
 
712
(TLS) (e.g.\ by doing a \path{mv /lib/tls /lib/tls.disabled}) before
 
713
attempting to boot a XenLinux kernel\footnote{If you boot without first
 
714
  disabling TLS, you will get a warning message during the boot process.
 
715
  In this case, simply perform the rename after the machine is up and
 
716
  then run \path{/sbin/ldconfig} to make it take effect.}. You can
 
717
always reenable TLS by restoring the directory to its original location
 
718
(i.e.\ \path{mv /lib/tls.disabled /lib/tls}).
 
719
 
 
720
The reason for this is that the current TLS implementation uses
 
721
segmentation in a way that is not permissible under Xen. If TLS is not
 
722
disabled, an emulation mode is used within Xen which reduces performance
 
723
substantially. To ensure full performance you should install a 
 
724
`Xen-friendly' (nosegneg) version of the library. 
 
725
 
 
726
 
 
727
\section{Booting Xen}
 
728
 
 
729
It should now be possible to restart the system and use Xen. Reboot and
 
730
choose the new Xen option when the Grub screen appears.
 
731
 
 
732
What follows should look much like a conventional Linux boot. The first
 
733
portion of the output comes from Xen itself, supplying low level
 
734
information about itself and the underlying hardware. The last portion
 
735
of the output comes from XenLinux.
 
736
 
 
737
You may see some error messages during the XenLinux boot. These are not
 
738
necessarily anything to worry about---they may result from kernel
 
739
configuration differences between your XenLinux kernel and the one you
 
740
usually use.
 
741
 
 
742
When the boot completes, you should be able to log into your system as
 
743
usual. If you are unable to log in, you should still be able to reboot
 
744
with your normal Linux kernel by selecting it at the GRUB prompt.
 
745
 
 
746
 
 
747
% Booting Xen
 
748
\chapter{Booting a Xen System}
 
749
 
 
750
Booting the system into Xen will bring you up into the privileged
 
751
management domain, Domain0. At that point you are ready to create
 
752
guest domains and ``boot'' them using the \texttt{xm create} command.
 
753
 
 
754
\section{Booting Domain0}
 
755
 
 
756
After installation and configuration is complete, reboot the system
 
757
and and choose the new Xen option when the Grub screen appears.
 
758
 
 
759
What follows should look much like a conventional Linux boot.  The
 
760
first portion of the output comes from Xen itself, supplying low level
 
761
information about itself and the underlying hardware.  The last
 
762
portion of the output comes from XenLinux.
 
763
 
 
764
%% KMSelf Wed Nov 30 18:09:37 PST 2005:  We should specify what these are.
 
765
 
 
766
When the boot completes, you should be able to log into your system as
 
767
usual.  If you are unable to log in, you should still be able to
 
768
reboot with your normal Linux kernel by selecting it at the GRUB prompt.
 
769
 
 
770
The first step in creating a new domain is to prepare a root
 
771
filesystem for it to boot.  Typically, this might be stored in a normal
 
772
partition, an LVM or other volume manager partition, a disk file or on
 
773
an NFS server.  A simple way to do this is simply to boot from your
 
774
standard OS install CD and install the distribution into another
 
775
partition on your hard drive.
 
776
 
 
777
To start the \xend\ control daemon, type
 
778
\begin{quote}
 
779
  \verb!# xend start!
 
780
\end{quote}
 
781
 
 
782
If you wish the daemon to start automatically, see the instructions in
 
783
Section~\ref{s:xend}. Once the daemon is running, you can use the
 
784
\path{xm} tool to monitor and maintain the domains running on your
 
785
system. This chapter provides only a brief tutorial. We provide full
 
786
details of the \path{xm} tool in the next chapter.
 
787
 
 
788
% \section{From the web interface}
 
789
%
 
790
% Boot the Xen machine and start Xensv (see Chapter~\ref{cha:xensv}
 
791
% for more details) using the command: \\
 
792
% \verb_# xensv start_ \\
 
793
% This will also start Xend (see Chapter~\ref{cha:xend} for more
 
794
% information).
 
795
%
 
796
% The domain management interface will then be available at {\tt
 
797
%   http://your\_machine:8080/}.  This provides a user friendly wizard
 
798
% for starting domains and functions for managing running domains.
 
799
%
 
800
% \section{From the command line}
 
801
\section{Booting Guest Domains}
 
802
 
 
803
\subsection{Creating a Domain Configuration File}
 
804
 
 
805
Before you can start an additional domain, you must create a
 
806
configuration file. We provide two example files which you can use as
 
807
a starting point:
 
808
\begin{itemize}
 
809
\item \path{/etc/xen/xmexample1} is a simple template configuration
 
810
  file for describing a single VM\@.
 
811
\item \path{/etc/xen/xmexample2} file is a template description that
 
812
  is intended to be reused for multiple virtual machines.  Setting the
 
813
  value of the \path{vmid} variable on the \path{xm} command line
 
814
  fills in parts of this template.
 
815
\end{itemize}
 
816
 
 
817
There are also a number of other examples which you may find useful.
 
818
Copy one of these files and edit it as appropriate.  Typical values
 
819
you may wish to edit include:
 
820
 
 
821
\begin{quote}
 
822
\begin{description}
 
823
\item[kernel] Set this to the path of the kernel you compiled for use
 
824
  with Xen (e.g.\ \path{kernel = ``/boot/vmlinuz-2.6-xenU''})
 
825
\item[memory] Set this to the size of the domain's memory in megabytes
 
826
  (e.g.\ \path{memory = 64})
 
827
\item[disk] Set the first entry in this list to calculate the offset
 
828
  of the domain's root partition, based on the domain ID\@.  Set the
 
829
  second to the location of \path{/usr} if you are sharing it between
 
830
  domains (e.g.\ \path{disk = ['phy:your\_hard\_drive\%d,sda1,w' \%
 
831
    (base\_partition\_number + vmid),
 
832
    'phy:your\_usr\_partition,sda6,r' ]}
 
833
\item[dhcp] Uncomment the dhcp variable, so that the domain will
 
834
  receive its IP address from a DHCP server (e.g.\ \path{dhcp=``dhcp''})
 
835
\end{description}
 
836
\end{quote}
 
837
 
 
838
You may also want to edit the {\bf vif} variable in order to choose
 
839
the MAC address of the virtual ethernet interface yourself.  For
 
840
example:
 
841
 
 
842
\begin{quote}
 
843
\verb_vif = ['mac=00:16:3E:F6:BB:B3']_
 
844
\end{quote}
 
845
If you do not set this variable, \xend\ will automatically generate a
 
846
random MAC address from the range 00:16:3E:xx:xx:xx, assigned by IEEE to
 
847
XenSource as an OUI (organizationally unique identifier).  XenSource
 
848
Inc. gives permission for anyone to use addresses randomly allocated
 
849
from this range for use by their Xen domains.
 
850
 
 
851
For a list of IEEE OUI assignments, see 
 
852
\url{http://standards.ieee.org/regauth/oui/oui.txt} 
 
853
 
 
854
 
 
855
\subsection{Booting the Guest Domain}
 
856
 
 
857
The \path{xm} tool provides a variety of commands for managing
 
858
domains.  Use the \path{create} command to start new domains. Assuming
 
859
you've created a configuration file \path{myvmconf} based around
 
860
\path{/etc/xen/xmexample2}, to start a domain with virtual machine
 
861
ID~1 you should type:
 
862
 
 
863
\begin{quote}
 
864
\begin{verbatim}
 
865
# xm create -c myvmconf vmid=1
 
866
\end{verbatim}
 
867
\end{quote}
 
868
 
 
869
The \path{-c} switch causes \path{xm} to turn into the domain's
 
870
console after creation.  The \path{vmid=1} sets the \path{vmid}
 
871
variable used in the \path{myvmconf} file.
 
872
 
 
873
You should see the console boot messages from the new domain appearing
 
874
in the terminal in which you typed the command, culminating in a login
 
875
prompt.
 
876
 
 
877
 
 
878
\section{Starting / Stopping Domains Automatically}
 
879
 
 
880
It is possible to have certain domains start automatically at boot
 
881
time and to have dom0 wait for all running domains to shutdown before
 
882
it shuts down the system.
 
883
 
 
884
To specify a domain is to start at boot-time, place its configuration
 
885
file (or a link to it) under \path{/etc/xen/auto/}.
 
886
 
 
887
A Sys-V style init script for Red Hat and LSB-compliant systems is
 
888
provided and will be automatically copied to \path{/etc/init.d/}
 
889
during install.  You can then enable it in the appropriate way for
 
890
your distribution.
 
891
 
 
892
For instance, on Red Hat:
 
893
 
 
894
\begin{quote}
 
895
  \verb_# chkconfig --add xendomains_
 
896
\end{quote}
 
897
 
 
898
By default, this will start the boot-time domains in runlevels 3, 4
 
899
and 5.
 
900
 
 
901
You can also use the \path{service} command to run this script
 
902
manually, e.g:
 
903
 
 
904
\begin{quote}
 
905
  \verb_# service xendomains start_
 
906
 
 
907
  Starts all the domains with config files under /etc/xen/auto/.
 
908
\end{quote}
 
909
 
 
910
\begin{quote}
 
911
  \verb_# service xendomains stop_
 
912
 
 
913
  Shuts down all running Xen domains.
 
914
\end{quote}
 
915
 
 
916
 
 
917
 
 
918
\part{Configuration and Management}
 
919
 
 
920
%% Chapter Domain Management Tools and Daemons
 
921
\chapter{Domain Management Tools}
 
922
 
 
923
This chapter summarizes the management software and tools available.
 
924
 
 
925
 
 
926
\section{\Xend\ }
 
927
\label{s:xend}
 
928
 
 
929
 
 
930
The \Xend\ node control daemon performs system management functions
 
931
related to virtual machines. It forms a central point of control of
 
932
virtualized resources, and must be running in order to start and manage
 
933
virtual machines. \Xend\ must be run as root because it needs access to
 
934
privileged system management functions.
 
935
 
 
936
An initialization script named \texttt{/etc/init.d/xend} is provided to
 
937
start \Xend\ at boot time. Use the tool appropriate (i.e. chkconfig) for
 
938
your Linux distribution to specify the runlevels at which this script
 
939
should be executed, or manually create symbolic links in the correct
 
940
runlevel directories.
 
941
 
 
942
\Xend\ can be started on the command line as well, and supports the
 
943
following set of parameters:
 
944
 
 
945
\begin{tabular}{ll}
 
946
  \verb!# xend start! & start \xend, if not already running \\
 
947
  \verb!# xend stop!  & stop \xend\ if already running       \\
 
948
  \verb!# xend restart! & restart \xend\ if running, otherwise start it \\
 
949
  % \verb!# xend trace_start! & start \xend, with very detailed debug logging \\
 
950
  \verb!# xend status! & indicates \xend\ status by its return code
 
951
\end{tabular}
 
952
 
 
953
A SysV init script called {\tt xend} is provided to start \xend\ at
 
954
boot time. {\tt make install} installs this script in
 
955
\path{/etc/init.d}. To enable it, you have to make symbolic links in
 
956
the appropriate runlevel directories or use the {\tt chkconfig} tool,
 
957
where available.  Once \xend\ is running, administration can be done
 
958
using the \texttt{xm} tool.
 
959
 
 
960
\subsection{Logging}
 
961
 
 
962
As \xend\ runs, events will be logged to \path{/var/log/xen/xend.log} and
 
963
(less frequently) to \path{/var/log/xen/xend-debug.log}. These, along with
 
964
the standard syslog files, are useful when troubleshooting problems.
 
965
 
 
966
\subsection{Configuring \Xend\ }
 
967
 
 
968
\Xend\ is written in Python. At startup, it reads its configuration
 
969
information from the file \path{/etc/xen/xend-config.sxp}. The Xen
 
970
installation places an example \texttt{xend-config.sxp} file in the
 
971
\texttt{/etc/xen} subdirectory which should work for most installations.
 
972
 
 
973
See the example configuration file \texttt{xend-debug.sxp} and the
 
974
section 5 man page \texttt{xend-config.sxp} for a full list of
 
975
parameters and more detailed information. Some of the most important
 
976
parameters are discussed below.
 
977
 
 
978
An HTTP interface and a Unix domain socket API are available to
 
979
communicate with \Xend. This allows remote users to pass commands to the
 
980
daemon. By default, \Xend does not start an HTTP server. It does start a
 
981
Unix domain socket management server, as the low level utility
 
982
\texttt{xm} requires it. For support of cross-machine migration, \Xend\
 
983
can start a relocation server. This support is not enabled by default
 
984
for security reasons.
 
985
 
 
986
Note: the example \texttt{xend} configuration file modifies the defaults and
 
987
starts up \Xend\ as an HTTP server as well as a relocation server.
 
988
 
 
989
From the file:
 
990
 
 
991
\begin{verbatim}
 
992
#(xend-http-server no)
 
993
(xend-http-server yes)
 
994
#(xend-unix-server yes)
 
995
#(xend-relocation-server no)
 
996
(xend-relocation-server yes)
 
997
\end{verbatim}
 
998
 
 
999
Comment or uncomment lines in that file to disable or enable features
 
1000
that you require.
 
1001
 
 
1002
Connections from remote hosts are disabled by default:
 
1003
 
 
1004
\begin{verbatim}
 
1005
# Address xend should listen on for HTTP connections, if xend-http-server is
 
1006
# set.
 
1007
# Specifying 'localhost' prevents remote connections.
 
1008
# Specifying the empty string '' (the default) allows all connections.
 
1009
#(xend-address '')
 
1010
(xend-address localhost)
 
1011
\end{verbatim}
 
1012
 
 
1013
It is recommended that if migration support is not needed, the
 
1014
\texttt{xend-relocation-server} parameter value be changed to
 
1015
``\texttt{no}'' or commented out.
 
1016
 
 
1017
\section{Xm}
 
1018
\label{s:xm}
 
1019
 
 
1020
The xm tool is the primary tool for managing Xen from the console. The
 
1021
general format of an xm command line is:
 
1022
 
 
1023
\begin{verbatim}
 
1024
# xm command [switches] [arguments] [variables]
 
1025
\end{verbatim}
 
1026
 
 
1027
The available \emph{switches} and \emph{arguments} are dependent on the
 
1028
\emph{command} chosen. The \emph{variables} may be set using
 
1029
declarations of the form {\tt variable=value} and command line
 
1030
declarations override any of the values in the configuration file being
 
1031
used, including the standard variables described above and any custom
 
1032
variables (for instance, the \path{xmdefconfig} file uses a {\tt vmid}
 
1033
variable).
 
1034
 
 
1035
For online help for the commands available, type:
 
1036
 
 
1037
\begin{quote}
 
1038
\begin{verbatim}
 
1039
# xm help
 
1040
\end{verbatim}
 
1041
\end{quote}
 
1042
 
 
1043
This will list the most commonly used commands.  The full list can be obtained
 
1044
using \verb_xm help --long_.  You can also type \path{xm help $<$command$>$}
 
1045
for more information on a given command.
 
1046
 
 
1047
\subsection{Basic Management Commands}
 
1048
 
 
1049
One useful command is \verb_# xm list_ which lists all domains running in rows
 
1050
of the following format:
 
1051
\begin{center} {\tt name domid memory vcpus state cputime}
 
1052
\end{center}
 
1053
 
 
1054
The meaning of each field is as follows: 
 
1055
\begin{quote}
 
1056
  \begin{description}
 
1057
  \item[name] The descriptive name of the virtual machine.
 
1058
  \item[domid] The number of the domain ID this virtual machine is
 
1059
    running in.
 
1060
  \item[memory] Memory size in megabytes.
 
1061
  \item[vcpus] The number of virtual CPUs this domain has.
 
1062
  \item[state] Domain state consists of 5 fields:
 
1063
    \begin{description}
 
1064
    \item[r] running
 
1065
    \item[b] blocked
 
1066
    \item[p] paused
 
1067
    \item[s] shutdown
 
1068
    \item[c] crashed
 
1069
    \end{description}
 
1070
  \item[cputime] How much CPU time (in seconds) the domain has used so
 
1071
    far.
 
1072
  \end{description}
 
1073
\end{quote}
 
1074
 
 
1075
The \path{xm list} command also supports a long output format when the
 
1076
\path{-l} switch is used.  This outputs the full details of the
 
1077
running domains in \xend's SXP configuration format.
 
1078
 
 
1079
If you want to know how long your domains have been running for, then 
 
1080
you can use the \verb_# xm uptime_ command.
 
1081
 
 
1082
 
 
1083
You can get access to the console of a particular domain using 
 
1084
the \verb_# xm console_ command  (e.g.\ \verb_# xm console myVM_). 
 
1085
 
 
1086
\subsection{Domain Scheduling Management Commands}
 
1087
 
 
1088
The credit CPU scheduler automatically load balances guest VCPUs
 
1089
across all available physical CPUs on an SMP host. The user need
 
1090
not manually pin VCPUs to load balance the system. However, she
 
1091
can restrict which CPUs a particular VCPU may run on using
 
1092
the \path{xm vcpu-pin} command.
 
1093
 
 
1094
Each guest domain is assigned a \path{weight} and a \path{cap}.
 
1095
 
 
1096
A domain with a weight of 512 will get twice as much CPU as a
 
1097
domain with a weight of 256 on a contended host. Legal weights
 
1098
range from 1 to 65535 and the default is 256.
 
1099
 
 
1100
The cap optionally fixes the maximum amount of CPU a guest will
 
1101
be able to consume, even if the host system has idle CPU cycles.
 
1102
The cap is expressed in percentage of one physical CPU: 100 is
 
1103
1 physical CPU, 50 is half a CPU, 400 is 4 CPUs, etc... The
 
1104
default, 0, means there is no upper cap.
 
1105
 
 
1106
When you are running with the credit scheduler, you can check and
 
1107
modify your domains' weights and caps using the \path{xm sched-credit}
 
1108
command:
 
1109
 
 
1110
\begin{tabular}{ll}
 
1111
\verb!xm sched-credit -d <domain>! & lists weight and cap \\
 
1112
\verb!xm sched-credit -d <domain> -w <weight>! & sets the weight \\
 
1113
\verb!xm sched-credit -d <domain> -c <cap>! & sets the cap
 
1114
\end{tabular}
 
1115
 
 
1116
 
 
1117
 
 
1118
%% Chapter Domain Configuration
 
1119
\chapter{Domain Configuration}
 
1120
\label{cha:config}
 
1121
 
 
1122
The following contains the syntax of the domain configuration files
 
1123
and description of how to further specify networking, driver domain
 
1124
and general scheduling behavior.
 
1125
 
 
1126
 
 
1127
\section{Configuration Files}
 
1128
\label{s:cfiles}
 
1129
 
 
1130
Xen configuration files contain the following standard variables.
 
1131
Unless otherwise stated, configuration items should be enclosed in
 
1132
quotes: see the configuration scripts in \path{/etc/xen/} 
 
1133
for concrete examples. 
 
1134
 
 
1135
\begin{description}
 
1136
\item[kernel] Path to the kernel image.
 
1137
\item[ramdisk] Path to a ramdisk image (optional).
 
1138
  % \item[builder] The name of the domain build function (e.g.
 
1139
  %   {\tt'linux'} or {\tt'netbsd'}.
 
1140
\item[memory] Memory size in megabytes.
 
1141
\item[vcpus] The number of virtual CPUs. 
 
1142
\item[console] Port to export the domain console on (default 9600 +
 
1143
  domain ID).
 
1144
\item[vif] Network interface configuration.  This may simply contain
 
1145
an empty string for each desired interface, or may override various
 
1146
settings, e.g.\ 
 
1147
\begin{verbatim}
 
1148
vif = [ 'mac=00:16:3E:00:00:11, bridge=xen-br0',
 
1149
        'bridge=xen-br1' ]
 
1150
\end{verbatim}
 
1151
  to assign a MAC address and bridge to the first interface and assign
 
1152
  a different bridge to the second interface, leaving \xend\ to choose
 
1153
  the MAC address.  The settings that may be overridden in this way are
 
1154
  type, mac, bridge, ip, script, backend, and vifname.
 
1155
\item[disk] List of block devices to export to the domain e.g. 
 
1156
  \verb_disk = [ 'phy:hda1,sda1,r' ]_ 
 
1157
  exports physical device \path{/dev/hda1} to the domain as
 
1158
  \path{/dev/sda1} with read-only access. Exporting a disk read-write
 
1159
  which is currently mounted is dangerous -- if you are \emph{certain}
 
1160
  you wish to do this, you can specify \path{w!} as the mode.
 
1161
\item[dhcp] Set to {\tt `dhcp'} if you want to use DHCP to configure
 
1162
  networking.
 
1163
\item[netmask] Manually configured IP netmask.
 
1164
\item[gateway] Manually configured IP gateway.
 
1165
\item[hostname] Set the hostname for the virtual machine.
 
1166
\item[root] Specify the root device parameter on the kernel command
 
1167
  line.
 
1168
\item[nfs\_server] IP address for the NFS server (if any).
 
1169
\item[nfs\_root] Path of the root filesystem on the NFS server (if
 
1170
  any).
 
1171
\item[extra] Extra string to append to the kernel command line (if
 
1172
  any)
 
1173
\end{description}
 
1174
 
 
1175
Additional fields are documented in the example configuration files 
 
1176
(e.g. to configure virtual TPM functionality). 
 
1177
 
 
1178
For additional flexibility, it is also possible to include Python
 
1179
scripting commands in configuration files.  An example of this is the
 
1180
\path{xmexample2} file, which uses Python code to handle the
 
1181
\path{vmid} variable.
 
1182
 
 
1183
 
 
1184
%\part{Advanced Topics}
 
1185
 
 
1186
 
 
1187
\section{Network Configuration}
 
1188
 
 
1189
For many users, the default installation should work ``out of the
 
1190
box''.  More complicated network setups, for instance with multiple
 
1191
Ethernet interfaces and/or existing bridging setups will require some
 
1192
special configuration.
 
1193
 
 
1194
The purpose of this section is to describe the mechanisms provided by
 
1195
\xend\ to allow a flexible configuration for Xen's virtual networking.
 
1196
 
 
1197
\subsection{Xen virtual network topology}
 
1198
 
 
1199
Each domain network interface is connected to a virtual network
 
1200
interface in dom0 by a point to point link (effectively a ``virtual
 
1201
crossover cable'').  These devices are named {\tt
 
1202
  vif$<$domid$>$.$<$vifid$>$} (e.g.\ {\tt vif1.0} for the first
 
1203
interface in domain~1, {\tt vif3.1} for the second interface in
 
1204
domain~3).
 
1205
 
 
1206
Traffic on these virtual interfaces is handled in domain~0 using
 
1207
standard Linux mechanisms for bridging, routing, rate limiting, etc.
 
1208
Xend calls on two shell scripts to perform initial configuration of
 
1209
the network and configuration of new virtual interfaces.  By default,
 
1210
these scripts configure a single bridge for all the virtual
 
1211
interfaces.  Arbitrary routing / bridging configurations can be
 
1212
configured by customizing the scripts, as described in the following
 
1213
section.
 
1214
 
 
1215
\subsection{Xen networking scripts}
 
1216
 
 
1217
Xen's virtual networking is configured by two shell scripts (by
 
1218
default \path{network-bridge} and \path{vif-bridge}).  These are called
 
1219
automatically by \xend\ when certain events occur, with arguments to
 
1220
the scripts providing further contextual information.  These scripts
 
1221
are found by default in \path{/etc/xen/scripts}.  The names and
 
1222
locations of the scripts can be configured in
 
1223
\path{/etc/xen/xend-config.sxp}.
 
1224
 
 
1225
\begin{description}
 
1226
\item[network-bridge:] This script is called whenever \xend\ is started or
 
1227
  stopped to respectively initialize or tear down the Xen virtual
 
1228
  network. In the default configuration initialization creates the
 
1229
  bridge `xen-br0' and moves eth0 onto that bridge, modifying the
 
1230
  routing accordingly. When \xend\ exits, it deletes the Xen bridge
 
1231
  and removes eth0, restoring the normal IP and routing configuration.
 
1232
 
 
1233
  %% In configurations where the bridge already exists, this script
 
1234
  %% could be replaced with a link to \path{/bin/true} (for instance).
 
1235
 
 
1236
\item[vif-bridge:] This script is called for every domain virtual
 
1237
  interface and can configure firewalling rules and add the vif to the
 
1238
  appropriate bridge. By default, this adds and removes VIFs on the
 
1239
  default Xen bridge.
 
1240
\end{description}
 
1241
 
 
1242
Other example scripts are available (\path{network-route} and
 
1243
\path{vif-route}, \path{network-nat} and \path{vif-nat}).
 
1244
For more complex network setups (e.g.\ where routing is required or
 
1245
integrate with existing bridges) these scripts may be replaced with
 
1246
customized variants for your site's preferred configuration.
 
1247
 
 
1248
\section{Driver Domain Configuration}
 
1249
\label{s:ddconf}
 
1250
 
 
1251
\subsection{PCI}
 
1252
\label{ss:pcidd}
 
1253
 
 
1254
Individual PCI devices can be assigned to a given domain (a PCI driver domain)
 
1255
to allow that domain direct access to the PCI hardware.
 
1256
 
 
1257
While PCI Driver Domains can increase the stability and security of a system
 
1258
by addressing a number of security concerns, there are some security issues
 
1259
that remain that you can read about in Section~\ref{s:ddsecurity}.
 
1260
 
 
1261
\subsubsection{Compile-Time Setup}
 
1262
To use this functionality, ensure
 
1263
that the PCI Backend is compiled in to a privileged domain (e.g. domain 0)
 
1264
and that the domains which will be assigned PCI devices have the PCI Frontend
 
1265
compiled in. In XenLinux, the PCI Backend is available under the Xen
 
1266
configuration section while the PCI Frontend is under the
 
1267
architecture-specific "Bus Options" section. You may compile both the backend
 
1268
and the frontend into the same kernel; they will not affect each other.
 
1269
 
 
1270
\subsubsection{PCI Backend Configuration - Binding at Boot}
 
1271
The PCI devices you wish to assign to unprivileged domains must be "hidden"
 
1272
from your backend domain (usually domain 0) so that it does not load a driver
 
1273
for them. Use the \path{pciback.hide} kernel parameter which is specified on
 
1274
the kernel command-line and is configurable through GRUB (see
 
1275
Section~\ref{s:configure}). Note that devices are not really hidden from the
 
1276
backend domain. The PCI Backend appears to the Linux kernel as a regular PCI
 
1277
device driver. The PCI Backend ensures that no other device driver loads
 
1278
for the devices by binding itself as the device driver for those devices.
 
1279
PCI devices are identified by hexadecimal slot/function numbers (on Linux,
 
1280
use \path{lspci} to determine slot/function numbers of your devices) and
 
1281
can be specified with or without the PCI domain: \\
 
1282
\centerline{  {\tt ({\em bus}:{\em slot}.{\em func})} example {\tt (02:1d.3)}} \\
 
1283
\centerline{  {\tt ({\em domain}:{\em bus}:{\em slot}.{\em func})} example {\tt (0000:02:1d.3)}} \\
 
1284
 
 
1285
An example kernel command-line which hides two PCI devices might be: \\
 
1286
\centerline{ {\tt root=/dev/sda4 ro console=tty0 pciback.hide=(02:01.f)(0000:04:1d.0) } } \\
 
1287
 
 
1288
\subsubsection{PCI Backend Configuration - Late Binding}
 
1289
PCI devices can also be bound to the PCI Backend after boot through the manual
 
1290
binding/unbinding facilities provided by the Linux kernel in sysfs (allowing
 
1291
for a Xen user to give PCI devices to driver domains that were not specified
 
1292
on the kernel command-line). There are several attributes with the PCI
 
1293
Backend's sysfs directory (\path{/sys/bus/pci/drivers/pciback}) that can be
 
1294
used to bind/unbind devices:
 
1295
 
 
1296
\begin{description}
 
1297
\item[slots] lists all of the PCI slots that the PCI Backend will try to seize
 
1298
  (or "hide" from Domain 0). A PCI slot must appear in this list before it can
 
1299
  be bound to the PCI Backend through the \path{bind} attribute.
 
1300
\item[new\_slot] write the name of a slot here (in 0000:00:00.0 format) to
 
1301
  have the PCI Backend seize the device in this slot.
 
1302
\item[remove\_slot] write the name of a slot here (same format as
 
1303
  \path{new\_slot}) to have the PCI Backend no longer try to seize devices in
 
1304
  this slot. Note that this does not unbind the driver from a device it has
 
1305
  already seized.
 
1306
\item[bind] write the name of a slot here (in 0000:00:00.0 format) to have
 
1307
  the Linux kernel attempt to bind the device in that slot to the PCI Backend
 
1308
  driver.
 
1309
\item[unbind] write the name of a skit here (same format as \path{bind}) to have
 
1310
  the Linux kernel unbind the device from the PCI Backend. DO NOT unbind a
 
1311
  device while it is currently given to a PCI driver domain!
 
1312
\end{description}
 
1313
 
 
1314
Some examples:
 
1315
 
 
1316
Bind a device to the PCI Backend which is not bound to any other driver.
 
1317
\begin{verbatim}
 
1318
# # Add a new slot to the PCI Backend's list
 
1319
# echo -n 0000:01:04.d > /sys/bus/pci/drivers/pciback/new_slot
 
1320
# # Now that the backend is watching for the slot, bind to it
 
1321
# echo -n 0000:01:04.d > /sys/bus/pci/drivers/pciback/bind
 
1322
\end{verbatim}
 
1323
 
 
1324
Unbind a device from its driver and bind to the PCI Backend.
 
1325
\begin{verbatim}
 
1326
# # Unbind a PCI network card from its network driver
 
1327
# echo -n 0000:05:02.0 > /sys/bus/pci/drivers/3c905/unbind
 
1328
# # And now bind it to the PCI Backend
 
1329
# echo -n 0000:05:02.0 > /sys/bus/pci/drivers/pciback/new_slot
 
1330
# echo -n 0000:05:02.0 > /sys/bus/pci/drivers/pciback/bind
 
1331
\end{verbatim}
 
1332
 
 
1333
Note that the "-n" option in the example is important as it causes echo to not
 
1334
output a new-line.
 
1335
 
 
1336
\subsubsection{PCI Backend Configuration - User-space Quirks}
 
1337
Quirky devices (such as the Broadcom Tigon 3) may need write access to their
 
1338
configuration space registers.  Xen can be instructed to allow specified PCI
 
1339
devices write access to specific configuration space registers.  The policy may
 
1340
be found in:
 
1341
 
 
1342
\centerline{ \path{/etc/xen/xend-pci-quirks.sxp} }
 
1343
 
 
1344
The policy file is heavily commented and is intended to provide enough
 
1345
documentation for developers to extend it.
 
1346
 
 
1347
\subsubsection{PCI Backend Configuration - Permissive Flag}
 
1348
If the user-space quirks approach doesn't meet your needs you may want to enable
 
1349
the permissive flag for that device.  To do so, first get the PCI domain, bus,
 
1350
slot, and function information from dom0 via \path{lspci}.  Then augment the
 
1351
user-space policy for permissive devices.  The permissive policy can be found
 
1352
in:
 
1353
 
 
1354
\centerline{ \path{/etc/xen/xend-pci-permissive.sxp} }
 
1355
 
 
1356
Currently, the only way to reset the permissive flag is to unbind the device
 
1357
from the PCI Backend driver.
 
1358
 
 
1359
\subsubsection{PCI Backend - Checking Status}
 
1360
There two important sysfs nodes that provide a mechanism to view specifics on
 
1361
quirks and permissive devices:
 
1362
\begin{description}
 
1363
\item \path{/sys/bus/drivers/pciback/permissive} \\
 
1364
 Use \path{cat} on this file to view a list of permissive slots.
 
1365
\item \path{/sys/bus/drivers/pciback/quirks} \\
 
1366
 Use \path{cat} on this file view a hierarchical view of devices bound to the
 
1367
PCI backend, their PCI vendor/device ID, and any quirks that are associated with
 
1368
that particular slot.  
 
1369
\end{description}
 
1370
 
 
1371
You may notice that every device bound to the PCI backend has 17 quirks standard 
 
1372
"quirks" regardless of \path{xend-pci-quirks.sxp}.  These default entries are
 
1373
necessary to support interactions between the PCI bus manager and the device bound
 
1374
to it.  Even non-quirky devices should have these standard entries.  
 
1375
 
 
1376
In this case, preference was given to accuracy over aesthetics by choosing to
 
1377
show the standard quirks in the quirks list rather than hide them from the
 
1378
inquiring user 
 
1379
 
 
1380
\subsubsection{PCI Frontend Configuration}
 
1381
To configure a domU to receive a PCI device:
 
1382
 
 
1383
\begin{description}
 
1384
\item[Command-line:]
 
1385
  Use the {\em pci} command-line flag. For multiple devices, use the option
 
1386
  multiple times. \\
 
1387
\centerline{  {\tt xm create netcard-dd pci=01:00.0 pci=02:03.0 }} \\
 
1388
 
 
1389
\item[Flat Format configuration file:]
 
1390
  Specify all of your PCI devices in a python list named {\em pci}. \\
 
1391
\centerline{  {\tt pci=['01:00.0','02:03.0'] }} \\
 
1392
 
 
1393
\item[SXP Format configuration file:]
 
1394
  Use a single PCI device section for all of your devices (specify the numbers
 
1395
  in hexadecimal with the preceding '0x'). Note that {\em domain} here refers
 
1396
  to the PCI domain, not a virtual machine within Xen.
 
1397
{\small
 
1398
\begin{verbatim}
 
1399
(device (pci
 
1400
    (dev (domain 0x0)(bus 0x3)(slot 0x1a)(func 0x1)
 
1401
    (dev (domain 0x0)(bus 0x1)(slot 0x5)(func 0x0)
 
1402
)
 
1403
\end{verbatim}
 
1404
}
 
1405
\end{description}
 
1406
 
 
1407
%% There are two possible types of privileges: IO privileges and
 
1408
%% administration privileges.
 
1409
 
 
1410
\section{Support for virtual Trusted Platform Module (vTPM)}
 
1411
\label{ss:vtpm}
 
1412
 
 
1413
Paravirtualized domains can be given access to a virtualized version
 
1414
of a TPM. This enables applications in these domains to use the services
 
1415
of the TPM device for example through a TSS stack
 
1416
\footnote{Trousers TSS stack: http://sourceforge.net/projects/trousers}.
 
1417
The Xen source repository provides the necessary software components to
 
1418
enable virtual TPM access. Support is provided through several
 
1419
different pieces. First, a TPM emulator has been modified to provide TPM's
 
1420
functionality for the virtual TPM subsystem. Second, a virtual TPM Manager
 
1421
coordinates the virtual TPMs efforts, manages their creation, and provides
 
1422
protected key storage using the TPM. Third, a device driver pair providing
 
1423
a TPM front- and backend is available for XenLinux to deliver TPM commands
 
1424
from the domain to the virtual TPM manager, which dispatches it to a
 
1425
software TPM. Since the TPM Manager relies on a HW TPM for protected key
 
1426
storage, therefore this subsystem requires a Linux-supported hardware TPM.
 
1427
For development purposes, a TPM emulator is available for use on non-TPM
 
1428
enabled platforms.
 
1429
 
 
1430
\subsubsection{Compile-Time Setup}
 
1431
To enable access to the virtual TPM, the virtual TPM backend driver must
 
1432
be compiled for a privileged domain (e.g. domain 0). Using the XenLinux
 
1433
configuration, the necessary driver can be selected in the Xen configuration
 
1434
section. Unless the driver has been compiled into the kernel, its module
 
1435
must be activated using the following command:
 
1436
 
 
1437
\begin{verbatim}
 
1438
modprobe tpmbk
 
1439
\end{verbatim}
 
1440
 
 
1441
Similarly, the TPM frontend driver must be compiled for the kernel trying
 
1442
to use TPM functionality. Its driver can be selected in the kernel
 
1443
configuration section Device Driver / Character Devices / TPM Devices.
 
1444
Along with that the TPM driver for the built-in TPM must be selected.
 
1445
If the virtual TPM driver has been compiled as module, it
 
1446
must be activated using the following command:
 
1447
 
 
1448
\begin{verbatim}
 
1449
modprobe tpm_xenu
 
1450
\end{verbatim}
 
1451
 
 
1452
Furthermore, it is necessary to build the virtual TPM manager and software
 
1453
TPM by making changes to entries in Xen build configuration files.
 
1454
The following entry in the file Config.mk in the Xen root source
 
1455
directory must be made:
 
1456
 
 
1457
\begin{verbatim}
 
1458
VTPM_TOOLS ?= y
 
1459
\end{verbatim}
 
1460
 
 
1461
After a build of the Xen tree and a reboot of the machine, the TPM backend
 
1462
drive must be loaded. Once loaded, the virtual TPM manager daemon
 
1463
must be started before TPM-enabled guest domains may be launched.
 
1464
To enable being the destination of a virtual TPM Migration, the virtual TPM
 
1465
migration daemon must also be loaded.
 
1466
 
 
1467
\begin{verbatim}
 
1468
vtpm_managerd
 
1469
\end{verbatim}
 
1470
\begin{verbatim}
 
1471
vtpm_migratord
 
1472
\end{verbatim}
 
1473
 
 
1474
Once the VTPM manager is running, the VTPM can be accessed by loading the
 
1475
front end driver in a guest domain.
 
1476
 
 
1477
\subsubsection{Development and Testing TPM Emulator}
 
1478
For development and testing on non-TPM enabled platforms, a TPM emulator
 
1479
can be used in replacement of a platform TPM. First, the entry in the file
 
1480
tools/vtpm/Rules.mk must look as follows:
 
1481
 
 
1482
\begin{verbatim}
 
1483
BUILD_EMULATOR = y
 
1484
\end{verbatim}
 
1485
 
 
1486
Second, the entry in the file tool/vtpm\_manager/Rules.mk must be uncommented
 
1487
as follows:
 
1488
 
 
1489
\begin{verbatim}
 
1490
# TCS talks to fifo's rather than /dev/tpm. TPM Emulator assumed on fifos
 
1491
CFLAGS += -DDUMMY_TPM
 
1492
\end{verbatim}
 
1493
 
 
1494
Before starting the virtual TPM Manager, start the emulator by executing
 
1495
the following in dom0:
 
1496
 
 
1497
\begin{verbatim}
 
1498
tpm_emulator clear
 
1499
\end{verbatim}
 
1500
 
 
1501
\subsubsection{vTPM Frontend Configuration}
 
1502
To provide TPM functionality to a user domain, a line must be added to
 
1503
the virtual TPM configuration file using the following format:
 
1504
 
 
1505
\begin{verbatim}
 
1506
vtpm = ['instance=<instance number>, backend=<domain id>']
 
1507
\end{verbatim}
 
1508
 
 
1509
The { \it instance number} reflects the preferred virtual TPM instance
 
1510
to associate with the domain. If the selected instance is
 
1511
already associated with another domain, the system will automatically
 
1512
select the next available instance. An instance number greater than
 
1513
zero must be provided. It is possible to omit the instance
 
1514
parameter from the configuration file.
 
1515
 
 
1516
The {\it domain id} provides the ID of the domain where the
 
1517
virtual TPM backend driver and virtual TPM are running in. It should
 
1518
currently always be set to '0'.
 
1519
 
 
1520
 
 
1521
Examples for valid vtpm entries in the configuration file are
 
1522
 
 
1523
\begin{verbatim}
 
1524
 vtpm = ['instance=1, backend=0']
 
1525
\end{verbatim}
 
1526
and
 
1527
\begin{verbatim}
 
1528
 vtpm = ['backend=0'].
 
1529
\end{verbatim}
 
1530
 
 
1531
\subsubsection{Using the virtual TPM}
 
1532
 
 
1533
Access to TPM functionality is provided by the virtual TPM frontend driver.
 
1534
Similar to existing hardware TPM drivers, this driver provides basic TPM
 
1535
status information through the {\it sysfs} filesystem. In a Xen user domain
 
1536
the sysfs entries can be found in /sys/devices/xen/vtpm-0.
 
1537
 
 
1538
Commands can be sent to the virtual TPM instance using the character
 
1539
device /dev/tpm0 (major 10, minor 224).
 
1540
 
 
1541
% Chapter Storage and FileSytem Management
 
1542
\chapter{Storage and File System Management}
 
1543
 
 
1544
Storage can be made available to virtual machines in a number of
 
1545
different ways.  This chapter covers some possible configurations.
 
1546
 
 
1547
The most straightforward method is to export a physical block device (a
 
1548
hard drive or partition) from dom0 directly to the guest domain as a
 
1549
virtual block device (VBD).
 
1550
 
 
1551
Storage may also be exported from a filesystem image or a partitioned
 
1552
filesystem image as a \emph{file-backed VBD}.
 
1553
 
 
1554
Finally, standard network storage protocols such as NBD, iSCSI, NFS,
 
1555
etc., can be used to provide storage to virtual machines.
 
1556
 
 
1557
 
 
1558
\section{Exporting Physical Devices as VBDs}
 
1559
\label{s:exporting-physical-devices-as-vbds}
 
1560
 
 
1561
One of the simplest configurations is to directly export individual
 
1562
partitions from domain~0 to other domains. To achieve this use the
 
1563
\path{phy:} specifier in your domain configuration file. For example a
 
1564
line like
 
1565
\begin{quote}
 
1566
  \verb_disk = ['phy:hda3,sda1,w']_
 
1567
\end{quote}
 
1568
specifies that the partition \path{/dev/hda3} in domain~0 should be
 
1569
exported read-write to the new domain as \path{/dev/sda1}; one could
 
1570
equally well export it as \path{/dev/hda} or \path{/dev/sdb5} should
 
1571
one wish.
 
1572
 
 
1573
In addition to local disks and partitions, it is possible to export
 
1574
any device that Linux considers to be ``a disk'' in the same manner.
 
1575
For example, if you have iSCSI disks or GNBD volumes imported into
 
1576
domain~0 you can export these to other domains using the \path{phy:}
 
1577
disk syntax. E.g.:
 
1578
\begin{quote}
 
1579
  \verb_disk = ['phy:vg/lvm1,sda2,w']_
 
1580
\end{quote}
 
1581
 
 
1582
\begin{center}
 
1583
  \framebox{\bf Warning: Block device sharing}
 
1584
\end{center}
 
1585
\begin{quote}
 
1586
  Block devices should typically only be shared between domains in a
 
1587
  read-only fashion otherwise the Linux kernel's file systems will get
 
1588
  very confused as the file system structure may change underneath
 
1589
  them (having the same ext3 partition mounted \path{rw} twice is a
 
1590
  sure fire way to cause irreparable damage)!  \Xend\ will attempt to
 
1591
  prevent you from doing this by checking that the device is not
 
1592
  mounted read-write in domain~0, and hasn't already been exported
 
1593
  read-write to another domain.  If you want read-write sharing,
 
1594
  export the directory to other domains via NFS from domain~0 (or use
 
1595
  a cluster file system such as GFS or ocfs2).
 
1596
\end{quote}
 
1597
 
 
1598
 
 
1599
\section{Using File-backed VBDs}
 
1600
 
 
1601
It is also possible to use a file in Domain~0 as the primary storage
 
1602
for a virtual machine.  As well as being convenient, this also has the
 
1603
advantage that the virtual block device will be \emph{sparse} ---
 
1604
space will only really be allocated as parts of the file are used.  So
 
1605
if a virtual machine uses only half of its disk space then the file
 
1606
really takes up half of the size allocated.
 
1607
 
 
1608
For example, to create a 2GB sparse file-backed virtual block device
 
1609
(actually only consumes no disk space at all):
 
1610
\begin{quote}
 
1611
  \verb_# dd if=/dev/zero of=vm1disk bs=1k seek=2048k count=0_
 
1612
\end{quote}
 
1613
 
 
1614
Make a file system in the disk file:
 
1615
\begin{quote}
 
1616
  \verb_# mkfs -t ext3 vm1disk_
 
1617
\end{quote}
 
1618
 
 
1619
(when the tool asks for confirmation, answer `y')
 
1620
 
 
1621
Populate the file system e.g.\ by copying from the current root:
 
1622
\begin{quote}
 
1623
\begin{verbatim}
 
1624
# mount -o loop vm1disk /mnt
 
1625
# cp -ax /{root,dev,var,etc,usr,bin,sbin,lib} /mnt
 
1626
# mkdir /mnt/{proc,sys,home,tmp}
 
1627
\end{verbatim}
 
1628
\end{quote}
 
1629
 
 
1630
Tailor the file system by editing \path{/etc/fstab},
 
1631
\path{/etc/hostname}, etc.\ Don't forget to edit the files in the
 
1632
mounted file system, instead of your domain~0 filesystem, e.g.\ you
 
1633
would edit \path{/mnt/etc/fstab} instead of \path{/etc/fstab}.  For
 
1634
this example put \path{/dev/sda1} to root in fstab.
 
1635
 
 
1636
Now unmount (this is important!):
 
1637
\begin{quote}
 
1638
  \verb_# umount /mnt_
 
1639
\end{quote}
 
1640
 
 
1641
In the configuration file set:
 
1642
\begin{quote}
 
1643
  \verb_disk = ['tap:aio:/full/path/to/vm1disk,sda1,w']_
 
1644
\end{quote}
 
1645
 
 
1646
As the virtual machine writes to its `disk', the sparse file will be
 
1647
filled in and consume more space up to the original 2GB.
 
1648
 
 
1649
{\em{Note:}} Users that have worked with file-backed VBDs on Xen in previous
 
1650
versions will be interested to know that this support is now provided through
 
1651
the blktap driver instead of the loopback driver.  This change results in
 
1652
file-based block devices that are higher-performance, more scalable, and which
 
1653
provide better safety properties for VBD data.  All that is required to update
 
1654
your existing file-backed VM configurations is to change VBD configuration
 
1655
lines from:
 
1656
\begin{quote}
 
1657
  \verb_disk = ['file:/full/path/to/vm1disk,sda1,w']_
 
1658
\end{quote}
 
1659
to:
 
1660
\begin{quote}
 
1661
  \verb_disk = ['tap:aio:/full/path/to/vm1disk,sda1,w']_
 
1662
\end{quote}
 
1663
 
 
1664
 
 
1665
\subsection{Loopback-mounted file-backed VBDs (deprecated)}
 
1666
 
 
1667
{\em{{\bf{Note:}} Loopback mounted VBDs have now been replaced with
 
1668
    blktap-based support for raw image files, as described above.  This
 
1669
    section remains to detail a configuration that was used by older Xen
 
1670
    versions.}}
 
1671
 
 
1672
Raw image file-backed VBDs may also be attached to VMs using the 
 
1673
Linux loopback driver.  The only required change to the raw file 
 
1674
instructions above are to specify the configuration entry as:
 
1675
\begin{quote}
 
1676
  \verb_disk = ['file:/full/path/to/vm1disk,sda1,w']_
 
1677
\end{quote}
 
1678
 
 
1679
{\bf Note that loopback file-backed VBDs may not be appropriate for backing
 
1680
  I/O-intensive domains.}  This approach is known to experience
 
1681
substantial slowdowns under heavy I/O workloads, due to the I/O
 
1682
handling by the loopback block device used to support file-backed VBDs
 
1683
in dom0.  Loopback support remains for old Xen installations, and users
 
1684
are strongly encouraged to use the blktap-based file support (using 
 
1685
``{\tt{tap:aio}}'' as described above).
 
1686
 
 
1687
Additionally, Linux supports a maximum of eight loopback file-backed 
 
1688
VBDs across all domains by default.  This limit can be statically 
 
1689
increased by using the \emph{max\_loop} module parameter if 
 
1690
CONFIG\_BLK\_DEV\_LOOP is compiled as a module in the dom0 kernel, or 
 
1691
by using the \emph{max\_loop=n} boot option if CONFIG\_BLK\_DEV\_LOOP 
 
1692
is compiled directly into the dom0 kernel.  Again, users are encouraged
 
1693
to use the blktap-based file support described above which scales to much 
 
1694
larger number of active VBDs.
 
1695
 
 
1696
 
 
1697
\section{Using LVM-backed VBDs}
 
1698
\label{s:using-lvm-backed-vbds}
 
1699
 
 
1700
A particularly appealing solution is to use LVM volumes as backing for
 
1701
domain file-systems since this allows dynamic growing/shrinking of
 
1702
volumes as well as snapshot and other features.
 
1703
 
 
1704
To initialize a partition to support LVM volumes:
 
1705
\begin{quote}
 
1706
\begin{verbatim}
 
1707
# pvcreate /dev/sda10           
 
1708
\end{verbatim} 
 
1709
\end{quote}
 
1710
 
 
1711
Create a volume group named `vg' on the physical partition:
 
1712
\begin{quote}
 
1713
\begin{verbatim}
 
1714
# vgcreate vg /dev/sda10
 
1715
\end{verbatim} 
 
1716
\end{quote}
 
1717
 
 
1718
Create a logical volume of size 4GB named `myvmdisk1':
 
1719
\begin{quote}
 
1720
\begin{verbatim}
 
1721
# lvcreate -L4096M -n myvmdisk1 vg
 
1722
\end{verbatim}
 
1723
\end{quote}
 
1724
 
 
1725
You should now see that you have a \path{/dev/vg/myvmdisk1} Make a
 
1726
filesystem, mount it and populate it, e.g.:
 
1727
\begin{quote}
 
1728
\begin{verbatim}
 
1729
# mkfs -t ext3 /dev/vg/myvmdisk1
 
1730
# mount /dev/vg/myvmdisk1 /mnt
 
1731
# cp -ax / /mnt
 
1732
# umount /mnt
 
1733
\end{verbatim}
 
1734
\end{quote}
 
1735
 
 
1736
Now configure your VM with the following disk configuration:
 
1737
\begin{quote}
 
1738
\begin{verbatim}
 
1739
 disk = [ 'phy:vg/myvmdisk1,sda1,w' ]
 
1740
\end{verbatim}
 
1741
\end{quote}
 
1742
 
 
1743
LVM enables you to grow the size of logical volumes, but you'll need
 
1744
to resize the corresponding file system to make use of the new space.
 
1745
Some file systems (e.g.\ ext3) now support online resize.  See the LVM
 
1746
manuals for more details.
 
1747
 
 
1748
You can also use LVM for creating copy-on-write (CoW) clones of LVM
 
1749
volumes (known as writable persistent snapshots in LVM terminology).
 
1750
This facility is new in Linux 2.6.8, so isn't as stable as one might
 
1751
hope.  In particular, using lots of CoW LVM disks consumes a lot of
 
1752
dom0 memory, and error conditions such as running out of disk space
 
1753
are not handled well. Hopefully this will improve in future.
 
1754
 
 
1755
To create two copy-on-write clones of the above file system you would
 
1756
use the following commands:
 
1757
 
 
1758
\begin{quote}
 
1759
\begin{verbatim}
 
1760
# lvcreate -s -L1024M -n myclonedisk1 /dev/vg/myvmdisk1
 
1761
# lvcreate -s -L1024M -n myclonedisk2 /dev/vg/myvmdisk1
 
1762
\end{verbatim}
 
1763
\end{quote}
 
1764
 
 
1765
Each of these can grow to have 1GB of differences from the master
 
1766
volume. You can grow the amount of space for storing the differences
 
1767
using the lvextend command, e.g.:
 
1768
\begin{quote}
 
1769
\begin{verbatim}
 
1770
# lvextend +100M /dev/vg/myclonedisk1
 
1771
\end{verbatim}
 
1772
\end{quote}
 
1773
 
 
1774
Don't let the `differences volume' ever fill up otherwise LVM gets
 
1775
rather confused. It may be possible to automate the growing process by
 
1776
using \path{dmsetup wait} to spot the volume getting full and then
 
1777
issue an \path{lvextend}.
 
1778
 
 
1779
In principle, it is possible to continue writing to the volume that
 
1780
has been cloned (the changes will not be visible to the clones), but
 
1781
we wouldn't recommend this: have the cloned volume as a `pristine'
 
1782
file system install that isn't mounted directly by any of the virtual
 
1783
machines.
 
1784
 
 
1785
 
 
1786
\section{Using NFS Root}
 
1787
 
 
1788
First, populate a root filesystem in a directory on the server
 
1789
machine. This can be on a distinct physical machine, or simply run
 
1790
within a virtual machine on the same node.
 
1791
 
 
1792
Now configure the NFS server to export this filesystem over the
 
1793
network by adding a line to \path{/etc/exports}, for instance:
 
1794
 
 
1795
\begin{quote}
 
1796
  \begin{small}
 
1797
\begin{verbatim}
 
1798
/export/vm1root      192.0.2.4/24 (rw,sync,no_root_squash)
 
1799
\end{verbatim}
 
1800
  \end{small}
 
1801
\end{quote}
 
1802
 
 
1803
Finally, configure the domain to use NFS root.  In addition to the
 
1804
normal variables, you should make sure to set the following values in
 
1805
the domain's configuration file:
 
1806
 
 
1807
\begin{quote}
 
1808
  \begin{small}
 
1809
\begin{verbatim}
 
1810
root       = '/dev/nfs'
 
1811
nfs_server = '2.3.4.5'       # substitute IP address of server
 
1812
nfs_root   = '/path/to/root' # path to root FS on the server
 
1813
\end{verbatim}
 
1814
  \end{small}
 
1815
\end{quote}
 
1816
 
 
1817
The domain will need network access at boot time, so either statically
 
1818
configure an IP address using the config variables \path{ip},
 
1819
\path{netmask}, \path{gateway}, \path{hostname}; or enable DHCP
 
1820
(\path{dhcp='dhcp'}).
 
1821
 
 
1822
Note that the Linux NFS root implementation is known to have stability
 
1823
problems under high load (this is not a Xen-specific problem), so this
 
1824
configuration may not be appropriate for critical servers.
 
1825
 
 
1826
 
 
1827
\chapter{CPU Management}
 
1828
 
 
1829
%% KMS Something sage about CPU / processor management.
 
1830
 
 
1831
Xen allows a domain's virtual CPU(s) to be associated with one or more
 
1832
host CPUs.  This can be used to allocate real resources among one or
 
1833
more guests, or to make optimal use of processor resources when
 
1834
utilizing dual-core, hyperthreading, or other advanced CPU technologies.
 
1835
 
 
1836
Xen enumerates physical CPUs in a `depth first' fashion.  For a system
 
1837
with both hyperthreading and multiple cores, this would be all the
 
1838
hyperthreads on a given core, then all the cores on a given socket,
 
1839
and then all sockets.  I.e.  if you had a two socket, dual core,
 
1840
hyperthreaded Xeon the CPU order would be:
 
1841
 
 
1842
 
 
1843
\begin{center}
 
1844
\begin{tabular}{l|l|l|l|l|l|l|r}
 
1845
\multicolumn{4}{c|}{socket0}     &  \multicolumn{4}{c}{socket1} \\ \hline
 
1846
\multicolumn{2}{c|}{core0}  &  \multicolumn{2}{c|}{core1}  &
 
1847
\multicolumn{2}{c|}{core0}  &  \multicolumn{2}{c}{core1} \\ \hline
 
1848
ht0 & ht1 & ht0 & ht1 & ht0 & ht1 & ht0 & ht1 \\
 
1849
\#0 & \#1 & \#2 & \#3 & \#4 & \#5 & \#6 & \#7 \\
 
1850
\end{tabular}
 
1851
\end{center}
 
1852
 
 
1853
 
 
1854
Having multiple vcpus belonging to the same domain mapped to the same
 
1855
physical CPU is very likely to lead to poor performance. It's better to
 
1856
use `vcpus-set' to hot-unplug one of the vcpus and ensure the others are
 
1857
pinned on different CPUs.
 
1858
 
 
1859
If you are running IO intensive tasks, its typically better to dedicate
 
1860
either a hyperthread or whole core to running domain 0, and hence pin
 
1861
other domains so that they can't use CPU 0. If your workload is mostly
 
1862
compute intensive, you may want to pin vcpus such that all physical CPU
 
1863
threads are available for guest domains.
 
1864
 
 
1865
\chapter{Migrating Domains}
 
1866
 
 
1867
\section{Domain Save and Restore}
 
1868
 
 
1869
The administrator of a Xen system may suspend a virtual machine's
 
1870
current state into a disk file in domain~0, allowing it to be resumed at
 
1871
a later time.
 
1872
 
 
1873
For example you can suspend a domain called ``VM1'' to disk using the
 
1874
command:
 
1875
\begin{verbatim}
 
1876
# xm save VM1 VM1.chk
 
1877
\end{verbatim}
 
1878
 
 
1879
This will stop the domain named ``VM1'' and save its current state
 
1880
into a file called \path{VM1.chk}.
 
1881
 
 
1882
To resume execution of this domain, use the \path{xm restore} command:
 
1883
\begin{verbatim}
 
1884
# xm restore VM1.chk
 
1885
\end{verbatim}
 
1886
 
 
1887
This will restore the state of the domain and resume its execution.
 
1888
The domain will carry on as before and the console may be reconnected
 
1889
using the \path{xm console} command, as described earlier.
 
1890
 
 
1891
\section{Migration and Live Migration}
 
1892
 
 
1893
Migration is used to transfer a domain between physical hosts. There
 
1894
are two varieties: regular and live migration. The former moves a
 
1895
virtual machine from one host to another by pausing it, copying its
 
1896
memory contents, and then resuming it on the destination. The latter
 
1897
performs the same logical functionality but without needing to pause
 
1898
the domain for the duration. In general when performing live migration
 
1899
the domain continues its usual activities and---from the user's
 
1900
perspective---the migration should be imperceptible.
 
1901
 
 
1902
To perform a live migration, both hosts must be running Xen / \xend\ and
 
1903
the destination host must have sufficient resources (e.g.\ memory
 
1904
capacity) to accommodate the domain after the move. Furthermore we
 
1905
currently require both source and destination machines to be on the same
 
1906
L2 subnet.
 
1907
 
 
1908
Currently, there is no support for providing automatic remote access
 
1909
to filesystems stored on local disk when a domain is migrated.
 
1910
Administrators should choose an appropriate storage solution (i.e.\
 
1911
SAN, NAS, etc.) to ensure that domain filesystems are also available
 
1912
on their destination node. GNBD is a good method for exporting a
 
1913
volume from one machine to another. iSCSI can do a similar job, but is
 
1914
more complex to set up.
 
1915
 
 
1916
When a domain migrates, it's MAC and IP address move with it, thus it is
 
1917
only possible to migrate VMs within the same layer-2 network and IP
 
1918
subnet. If the destination node is on a different subnet, the
 
1919
administrator would need to manually configure a suitable etherip or IP
 
1920
tunnel in the domain~0 of the remote node.
 
1921
 
 
1922
A domain may be migrated using the \path{xm migrate} command. To live
 
1923
migrate a domain to another machine, we would use the command:
 
1924
 
 
1925
\begin{verbatim}
 
1926
# xm migrate --live mydomain destination.ournetwork.com
 
1927
\end{verbatim}
 
1928
 
 
1929
Without the \path{--live} flag, \xend\ simply stops the domain and
 
1930
copies the memory image over to the new node and restarts it. Since
 
1931
domains can have large allocations this can be quite time consuming,
 
1932
even on a Gigabit network. With the \path{--live} flag \xend\ attempts
 
1933
to keep the domain running while the migration is in progress, resulting
 
1934
in typical down times of just 60--300ms.
 
1935
 
 
1936
For now it will be necessary to reconnect to the domain's console on the
 
1937
new machine using the \path{xm console} command. If a migrated domain
 
1938
has any open network connections then they will be preserved, so SSH
 
1939
connections do not have this limitation.
 
1940
 
 
1941
 
 
1942
%% Chapter Securing Xen
 
1943
\chapter{Securing Xen}
 
1944
 
 
1945
This chapter describes how to secure a Xen system. It describes a number
 
1946
of scenarios and provides a corresponding set of best practices. It
 
1947
begins with a section devoted to understanding the security implications
 
1948
of a Xen system.
 
1949
 
 
1950
 
 
1951
\section{Xen Security Considerations}
 
1952
 
 
1953
When deploying a Xen system, one must be sure to secure the management
 
1954
domain (Domain-0) as much as possible. If the management domain is
 
1955
compromised, all other domains are also vulnerable. The following are a
 
1956
set of best practices for Domain-0:
 
1957
 
 
1958
\begin{enumerate}
 
1959
\item \textbf{Run the smallest number of necessary services.} The less
 
1960
  things that are present in a management partition, the better.
 
1961
  Remember, a service running as root in the management domain has full
 
1962
  access to all other domains on the system.
 
1963
\item \textbf{Use a firewall to restrict the traffic to the management
 
1964
    domain.} A firewall with default-reject rules will help prevent
 
1965
  attacks on the management domain.
 
1966
\item \textbf{Do not allow users to access Domain-0.} The Linux kernel
 
1967
  has been known to have local-user root exploits. If you allow normal
 
1968
  users to access Domain-0 (even as unprivileged users) you run the risk
 
1969
  of a kernel exploit making all of your domains vulnerable.
 
1970
\end{enumerate}
 
1971
 
 
1972
\section{Driver Domain Security Considerations}
 
1973
\label{s:ddsecurity}
 
1974
 
 
1975
Driver domains address a range of security problems that exist regarding
 
1976
the use of device drivers and hardware. On many operating systems in common
 
1977
use today, device drivers run within the kernel with the same privileges as
 
1978
the kernel. Few or no mechanisms exist to protect the integrity of the kernel
 
1979
from a misbehaving (read "buggy") or malicious device driver. Driver
 
1980
domains exist to aid in isolating a device driver within its own virtual
 
1981
machine where it cannot affect the stability and integrity of other
 
1982
domains. If a driver crashes, the driver domain can be restarted rather than
 
1983
have the entire machine crash (and restart) with it. Drivers written by
 
1984
unknown or untrusted third-parties can be confined to an isolated space.
 
1985
Driver domains thus address a number of security and stability issues with
 
1986
device drivers.
 
1987
 
 
1988
However, due to limitations in current hardware, a number of security
 
1989
concerns remain that need to be considered when setting up driver domains (it
 
1990
should be noted that the following list is not intended to be exhaustive).
 
1991
 
 
1992
\begin{enumerate}
 
1993
\item \textbf{Without an IOMMU, a hardware device can DMA to memory regions
 
1994
  outside of its controlling domain.} Architectures which do not have an
 
1995
  IOMMU (e.g. most x86-based platforms) to restrict DMA usage by hardware
 
1996
  are vulnerable. A hardware device which can perform arbitrary memory reads
 
1997
  and writes can read/write outside of the memory of its controlling domain.
 
1998
  A malicious or misbehaving domain could use a hardware device it controls
 
1999
  to send data overwriting memory in another domain or to read arbitrary
 
2000
  regions of memory in another domain.
 
2001
\item \textbf{Shared buses are vulnerable to sniffing.} Devices that share
 
2002
  a data bus can sniff (and possible spoof) each others' data. Device A that
 
2003
  is assigned to Domain A could eavesdrop on data being transmitted by
 
2004
  Domain B to Device B and then relay that data back to Domain A.
 
2005
\item \textbf{Devices which share interrupt lines can either prevent the
 
2006
  reception of that interrupt by the driver domain or can trigger the
 
2007
  interrupt service routine of that guest needlessly.} A devices which shares
 
2008
  a level-triggered interrupt (e.g. PCI devices) with another device can
 
2009
  raise an interrupt and never clear it. This effectively blocks other devices
 
2010
  which share that interrupt line from notifying their controlling driver
 
2011
  domains that they need to be serviced. A device which shares an
 
2012
  any type of interrupt line can trigger its interrupt continually which
 
2013
  forces execution time to be spent (in multiple guests) in the interrupt
 
2014
  service routine (potentially denying time to other processes within that
 
2015
  guest). System architectures which allow each device to have its own
 
2016
  interrupt line (e.g. PCI's Message Signaled Interrupts) are less
 
2017
  vulnerable to this denial-of-service problem.
 
2018
\item \textbf{Devices may share the use of I/O memory address space.} Xen can
 
2019
  only restrict access to a device's physical I/O resources at a certain
 
2020
  granularity. For interrupt lines and I/O port address space, that
 
2021
  granularity is very fine (per interrupt line and per I/O port). However,
 
2022
  Xen can only restrict access to I/O memory address space on a page size
 
2023
  basis. If more than one device shares use of a page in I/O memory address
 
2024
  space, the domains to which those devices are assigned will be able to
 
2025
  access the I/O memory address space of each other's devices.
 
2026
\end{enumerate}
 
2027
 
 
2028
 
 
2029
\section{Security Scenarios}
 
2030
 
 
2031
 
 
2032
\subsection{The Isolated Management Network}
 
2033
 
 
2034
In this scenario, each node has two network cards in the cluster. One
 
2035
network card is connected to the outside world and one network card is a
 
2036
physically isolated management network specifically for Xen instances to
 
2037
use.
 
2038
 
 
2039
As long as all of the management partitions are trusted equally, this is
 
2040
the most secure scenario. No additional configuration is needed other
 
2041
than forcing Xend to bind to the management interface for relocation.
 
2042
 
 
2043
 
 
2044
\subsection{A Subnet Behind a Firewall}
 
2045
 
 
2046
In this scenario, each node has only one network card but the entire
 
2047
cluster sits behind a firewall. This firewall should do at least the
 
2048
following:
 
2049
 
 
2050
\begin{enumerate}
 
2051
\item Prevent IP spoofing from outside of the subnet.
 
2052
\item Prevent access to the relocation port of any of the nodes in the
 
2053
  cluster except from within the cluster.
 
2054
\end{enumerate}
 
2055
 
 
2056
The following iptables rules can be used on each node to prevent
 
2057
migrations to that node from outside the subnet assuming the main
 
2058
firewall does not do this for you:
 
2059
 
 
2060
\begin{verbatim}
 
2061
# this command disables all access to the Xen relocation
 
2062
# port:
 
2063
iptables -A INPUT -p tcp --destination-port 8002 -j REJECT
 
2064
 
 
2065
# this command enables Xen relocations only from the specific
 
2066
# subnet:
 
2067
iptables -I INPUT -p tcp -{}-source 192.0.2.0/24 \
 
2068
    --destination-port 8002 -j ACCEPT
 
2069
\end{verbatim}
 
2070
 
 
2071
\subsection{Nodes on an Untrusted Subnet}
 
2072
 
 
2073
Migration on an untrusted subnet is not safe in current versions of Xen.
 
2074
It may be possible to perform migrations through a secure tunnel via an
 
2075
VPN or SSH. The only safe option in the absence of a secure tunnel is to
 
2076
disable migration completely. The easiest way to do this is with
 
2077
iptables:
 
2078
 
 
2079
\begin{verbatim}
 
2080
# this command disables all access to the Xen relocation port
 
2081
iptables -A INPUT -p tcp -{}-destination-port 8002 -j REJECT
 
2082
\end{verbatim}
 
2083
 
 
2084
%% Chapter Xen Mandatory Access Control Framework
 
2085
\chapter{sHype/Xen Access Control}
 
2086
The Xen mandatory access control framework is an implementation of the
 
2087
sHype Hypervisor Security Architecture
 
2088
(www.research.ibm.com/ssd\_shype). It permits or denies communication
 
2089
and resource access of domains based on a security policy. The
 
2090
mandatory access controls are enforced in addition to the Xen core
 
2091
controls, such as memory protection.  They are designed to remain
 
2092
transparent during normal operation of domains (policy-conform
 
2093
behavior) but to intervene when domains move outside their intended
 
2094
sharing behavior.  This chapter will describe how the sHype access
 
2095
controls in Xen can be configured to prevent viruses from spilling
 
2096
over from one into another workload type and secrets from leaking from
 
2097
one workload type to another. sHype/Xen depends on the correct
 
2098
behavior of Domain-0 (cf previous chapter).
 
2099
 
 
2100
Benefits of configuring sHype/ACM in Xen include:
 
2101
\begin{itemize}
 
2102
\item robust workload and resource protection effective against rogue
 
2103
  user domains
 
2104
\item simple, platform- and operating system-independent security
 
2105
  policies (ideal for heterogeneous distributed environments)
 
2106
\item safety net with minimal performance overhead in case operating
 
2107
  system security is missing, does not scale, or fails
 
2108
\end{itemize}
 
2109
 
 
2110
These benefits are very valuable because today's operating systems
 
2111
become increasingly complex and often have no or insufficient
 
2112
mandatory access controls.  (Discretionary access controls, supported
 
2113
by most operating systems, are not effective against viruses or
 
2114
misbehaving programs.)  Where mandatory access control exists (e.g.,
 
2115
SELinux), they usually deploy platform-specific, complex, and difficult
 
2116
to understand security policies.  Multi-tier applications in business
 
2117
environments typically require different operating systems
 
2118
(e.g., AIX, Windows, Linux) in different tiers. Related distributed
 
2119
transactions and workloads cannot be easily protected on the OS level.
 
2120
The Xen access control framework steps in to offer a coarse-grained
 
2121
but very robust and consistent security layer and safety net across
 
2122
different platforms and operating systems.
 
2123
 
 
2124
To control sharing between domains, Xen mediates all inter-domain
 
2125
communication (shared memory, events) as well as the access of domains
 
2126
to resources such as storage disks. Thus, Xen can confine distributed
 
2127
workloads (domain payloads) by permitting sharing among domains
 
2128
running the same type of workload and denying sharing between pairs of
 
2129
domains that run different workload types. We assume that--from a Xen
 
2130
perspective--only one workload type is running per user domain. To
 
2131
enable Xen to associate domains and resources with workload types,
 
2132
security labels including the workload types are attached to domains
 
2133
and resources. These labels and the hypervisor sHype controls cannot
 
2134
be manipulated or bypassed by user domains and are effective even
 
2135
against compromised or rogue domains.
 
2136
 
 
2137
\section{Overview}
 
2138
This section gives an overview of how workloads can be protected using
 
2139
the sHype mandatory access control framework in Xen.
 
2140
Figure~\ref{fig:acmoverview} shows the necessary steps in activating
 
2141
the Xen workload protection. These steps are described in detail in
 
2142
Section~\ref{section:acmexample}.
 
2143
 
 
2144
\begin{figure}
 
2145
\centering
 
2146
\includegraphics[width=13cm]{figs/acm_overview.eps}
 
2147
\caption{Overview of activating sHype workload protection in Xen.
 
2148
  Section numbers point to representative examples.}
 
2149
\label{fig:acmoverview}
 
2150
\end{figure}
 
2151
 
 
2152
First, the sHype/ACM access control must be enabled in the Xen
 
2153
distribution and the distribution must be built and installed (cf
 
2154
Subsection~\ref{subsection:acmexampleconfigure}). Before we can
 
2155
enforce security, a Xen security policy must be created (cf
 
2156
Subsection~\ref{subsection:acmexamplecreate}) and deployed (cf
 
2157
Subsection~\ref{subsection:acmexampleinstall}).  This policy defines
 
2158
the workload types differentiated during access control. It also
 
2159
defines the rules that compare workload types of domains and resources
 
2160
to decide about access requests. Workload types are represented by
 
2161
security labels that can be securely associated to domains and resources (cf
 
2162
Subsections~\ref{subsection:acmexamplelabeldomains}
 
2163
and~\ref{subsection:acmexamplelabelresources}).  The functioning of
 
2164
the active sHype/Xen workload protection is demonstrated using simple
 
2165
resource assignment, and domain creation tests in
 
2166
Subsection~\ref{subsection:acmexampletest}.
 
2167
Section~\ref{section:acmpolicy} describes the syntax and semantics of
 
2168
the sHype/Xen security policy in detail and introduces briefly the
 
2169
tools that are available to help you create your own sHype security policies.
 
2170
 
 
2171
The next section describes all the necessary steps to create, deploy,
 
2172
and test a simple workload protection policy. It is meant to enable
 
2173
Xen users and developers to quickly try out the sHype/Xen workload
 
2174
protection. Those readers who are interested in learning more about
 
2175
how the sHype access control in Xen works and how it is configured
 
2176
using the XML security policy should read Section~\ref{section:acmpolicy}
 
2177
as well. Section~\ref{section:acmlimitations} concludes this chapter with
 
2178
current limitations of the sHype implementation for Xen.
 
2179
 
 
2180
\section{Xen Workload Protection Step-by-Step}
 
2181
\label{section:acmexample}
 
2182
 
 
2183
You are about to configure and deploy the Xen sHype workload protection
 
2184
by following 5 simple steps:
 
2185
\begin{itemize}
 
2186
\item configure and install sHype/Xen
 
2187
\item create a simple workload protection security policy
 
2188
\item deploy the sHype/Xen security policy
 
2189
\item associate domains and resources with workload labels,
 
2190
\item test the workload protection
 
2191
\end{itemize}
 
2192
The essential commands to create and deploy an sHype/Xen security
 
2193
policy are numbered throughout the following sections. If you want a
 
2194
quick-guide or return at a later time to go quickly through this
 
2195
demonstration, simply look for the numbered commands and apply them in
 
2196
order.
 
2197
 
 
2198
\subsection{Configuring/Building sHype Support into Xen}
 
2199
\label{subsection:acmexampleconfigure}
 
2200
First, we need to configure the access control module in Xen and
 
2201
install the ACM-enabled Xen hypervisor. This step installs security
 
2202
tools and compiles sHype/ACM controls into the Xen hypervisor.
 
2203
 
 
2204
To enable sHype/ACM in Xen, please edit the Config.mk file in the top
 
2205
Xen directory.
 
2206
 
 
2207
\begin{verbatim}
 
2208
  (1) In Config.mk
 
2209
        Change: XSM_ENABLE ?= n
 
2210
            To: XSM_ENABLE ?= y
 
2211
 
 
2212
        Change: ACM_SECURITY ?= n
 
2213
            To: ACM_SECURITY ?= y
 
2214
\end{verbatim}
 
2215
 
 
2216
Then install the security-enabled Xen environment as follows:
 
2217
 
 
2218
\begin{verbatim}
 
2219
  (2) # make world
 
2220
      # make install
 
2221
\end{verbatim}
 
2222
 
 
2223
Reboot into the security-enabled Xen hypervisor.
 
2224
 
 
2225
\begin{verbatim}
 
2226
  (3) # reboot
 
2227
\end{verbatim}
 
2228
 
 
2229
Xen will boot into the default security policy. After reboot,
 
2230
you can explore the simple DEFAULT policy.
 
2231
\begin{scriptsize}
 
2232
\begin{verbatim}
 
2233
# xm getpolicy
 
2234
Supported security subsystems   : ACM
 
2235
Policy name           : DEFAULT
 
2236
Policy type           : ACM
 
2237
Version of XML policy : 1.0
 
2238
Policy configuration  : loaded
 
2239
 
 
2240
# xm labels
 
2241
SystemManagement
 
2242
 
 
2243
# xm list --label
 
2244
Name      ID   Mem VCPUs      State   Time(s) Label
 
2245
Domain-0   0   941     1     r-----     38.1  ACM:DEFAULT:SystemManagement
 
2246
\end{verbatim}
 
2247
\end{scriptsize}
 
2248
 
 
2249
In this state, no domains can be started.
 
2250
Now, a policy can be created and loaded into the hypervisor.
 
2251
 
 
2252
\subsection{Creating A WLP Policy in 3 Simple Steps with ezPolicy}
 
2253
\label{subsection:acmexamplecreate}
 
2254
 
 
2255
We will use the ezPolicy tool to quickly create a policy that protects
 
2256
workloads.  You will need both the Python and wxPython packages to run
 
2257
this tool.  To run the tool in Domain-0, you can download the wxPython
 
2258
package from www.wxpython.org or use the command \verb|yum install wxPython|
 
2259
in Redhat/Fedora. To run the tool on MS Windows, you also need to download
 
2260
the Python package from www.python.org. After these packages are installed,
 
2261
start the ezPolicy tool with the following command:
 
2262
 
 
2263
\begin{verbatim}
 
2264
  (4) # xensec_ezpolicy
 
2265
\end{verbatim}
 
2266
 
 
2267
Figure~\ref{fig:acmezpolicy} shows a screen-shot of the tool. The
 
2268
following steps illustrate how you can create the workload definition
 
2269
shown in Figure~\ref{fig:acmezpolicy}.  You can use \verb|<CTRL>-h| to
 
2270
pop up a help window at any time. The indicators (a), (b), and (c) in
 
2271
Figure~\ref{fig:acmezpolicy} show the buttons that are used during the
 
2272
3 steps of creating a policy:
 
2273
\begin{enumerate}
 
2274
\item defining workloads
 
2275
\item defining run-time conflicts
 
2276
\item translating the workload definition into an sHype/Xen access
 
2277
  control policy
 
2278
\end{enumerate}
 
2279
 
 
2280
\paragraph{Defining workloads.} Workloads are defined for each
 
2281
organization and department that you enter in the left panel.
 
2282
 
 
2283
To ease the transition from an unlabeled to a fully labeled workload-protection
 
2284
environment, we have added support to sHype/Xen to run unlabeled domains accessing
 
2285
unlabeled resources in addition to labeled domains accessing labeled resources.
 
2286
 
 
2287
Support for running unlabeled domains on sHype/Xen is enabled by adding the
 
2288
predefined workload type and label \verb|__UNLABELED__| to the security
 
2289
policy. (This is a double underscore
 
2290
followed by the string ''\verb|UNLABELED|'' followed by a double underscore.)
 
2291
The ezPolicy tool automatically adds this organization-level workload type
 
2292
to a new workload definition (cf Figure~\ref{fig:acmezpolicy}). It can simply be
 
2293
deleted from the workload definition if no such support is desired. If unlabeled domains
 
2294
are supported in the policy, then any domain or resource that has no label will implicitly
 
2295
inherit this label when access control decisions are made. In effect, unlabeled
 
2296
domains and resources define a new workload type \verb|__UNLABELED__|, which is
 
2297
confined from any other labeled workload.
 
2298
 
 
2299
Please use now the ``New Org'' button to add the organization workload types
 
2300
``A-Bank'', ``B-Bank'', and ``AutoCorp''.
 
2301
 
 
2302
You can refine an organization to differentiate between multiple
 
2303
department workloads by right-clicking the organization and selecting
 
2304
\verb|Add Department| (or selecting an organization and pressing
 
2305
\verb|<CRTL>-a|). Create department workloads ``SecurityUnderwriting'',
 
2306
and ``MarketAnalysis'' for the ``A-Bank''. The resulting layout of the
 
2307
tool should be similar to the left panel shown in
 
2308
Figure~\ref{fig:acmezpolicy}.
 
2309
 
 
2310
\begin{figure}[htb]
 
2311
\centering
 
2312
\includegraphics[width=13cm]{figs/acm_ezpolicy_gui.eps}
 
2313
\caption{Final layout including workload definition and Run-time Exclusion rules.}
 
2314
\label{fig:acmezpolicy}
 
2315
\end{figure}
 
2316
 
 
2317
\paragraph{Defining run-time conflicts.} Workloads that shall be
 
2318
prohibited from running concurrently on the same hypervisor platform
 
2319
are grouped into ``Run-time Exclusion rules'' on the right panel of
 
2320
the window. Cautious users should include the \verb|__UNLABELED__|
 
2321
workload type in all run-time exclusion rules because any workload
 
2322
could run inside unlabeled domains.
 
2323
 
 
2324
To prevent A-Bank and B-Bank workloads (including their
 
2325
departmental workloads) from running simultaneously on the same
 
2326
hypervisor system, select the organization ``A-Bank'' and, while
 
2327
pressing the \verb|<CTRL>|-key, select the organization ``B-Bank''.
 
2328
Being cautious, we also prevent unlabeled workloads from running with
 
2329
any of those workloads by pressing the \verb|<CTRL>|-key and selecting
 
2330
``\_\_UNLABELED\_\_''. Now press the button named ``Create run-time exclusion
 
2331
rule from selection''. A popup window will ask for the name for this run-time
 
2332
exclusion rule (enter a name or just hit \verb|<ENTER>|). A rule will
 
2333
appear on the right panel. The name is used as reference only and does
 
2334
not affect access control decisions.
 
2335
 
 
2336
Please repeat this process to create another run-time exclusion rule
 
2337
for the department workloads ``A-Bank.SecurityUnderwriting'',
 
2338
``A-Bank.MarketAnalysis''. Also add the ``\_\_UNLABELED\_\_''
 
2339
workload type to this conflict set.
 
2340
 
 
2341
The resulting layout of your window should be similar to
 
2342
Figure~\ref{fig:acmezpolicy}. Save this workload definition by
 
2343
selecting ``Save Workload Definition as ...'' in the ``File'' menu.
 
2344
This workload definition can be later refined if required.
 
2345
 
 
2346
\paragraph{Translating the workload definition into an sHype/Xen access
 
2347
  control policy.} To translate the workload definition into a access
 
2348
control policy understood by Xen, please select the ``Save as Xen ACM
 
2349
Security Policy'' in the ``File'' menu. Enter the following policy
 
2350
name in the popup window: \verb|mytest|. If you are running ezPolicy in
 
2351
Domain-0, the resulting policy file mytest\_security-policy.xml will
 
2352
automatically be placed into the right directory (/etc/xen/acm-security/policies/).
 
2353
If you run the tool on another system, then you need to copy the
 
2354
resulting policy file into Domain-0 before continuing.  See
 
2355
Section~\ref{subsection:acmnaming} for naming conventions of security
 
2356
policies.
 
2357
 
 
2358
\begin{scriptsize}
 
2359
\textbf{Note:} The support for \verb|__UNLABELED__| domains and
 
2360
resources is meant to help transitioning from an uncontrolled
 
2361
environment to a workload-protected environment by starting with
 
2362
unlabeled domains and resources and then step-by-step labeling domains
 
2363
and resources. Once all workloads are labeled, the \verb|__UNLABELED__|
 
2364
type can simply be removed from the Domain-0 label or from the policy
 
2365
through a policy update. Section~\ref{subsection:acmpolicymanagement} will
 
2366
show how unlabeled domains can be disabled by updating the
 
2367
\verb|mytest| policy at run-time.
 
2368
\end{scriptsize}
 
2369
 
 
2370
\subsection{Deploying a WLP Policy}
 
2371
\label{subsection:acmexampleinstall}
 
2372
To deploy the workload protection policy we created in
 
2373
Section~\ref{subsection:acmexamplecreate}, we create a policy
 
2374
representation (mytest.bin), load it into the Xen
 
2375
hypervisor, and configure Xen to also load this policy during
 
2376
reboot.
 
2377
 
 
2378
The following command translates the source policy representation
 
2379
into a format that can be loaded into Xen with sHype/ACM support,
 
2380
activates the policy, and configures this policy for future boot
 
2381
cycles into the boot sequence. Please refer to the \verb|xm|
 
2382
man page for further details:
 
2383
 
 
2384
\begin{verbatim}
 
2385
  (5) # xm setpolicy ACM mytest
 
2386
      Successfully set the new policy.
 
2387
      Supported security subsystems   : ACM
 
2388
      Policy name           : mytest
 
2389
      Policy type           : ACM
 
2390
      Version of XML policy : 1.0
 
2391
      Policy configuration  : loaded, activated for boot
 
2392
\end{verbatim}
 
2393
 
 
2394
Alternatively, if installing the policy fails (e.g., because it cannot
 
2395
identify the Xen boot entry), you can manually install the policy in 3
 
2396
steps a-c.
 
2397
 
 
2398
(\textit{Alternatively to 5 - step a}) Manually copy the policy binary
 
2399
file into the boot directory:
 
2400
 
 
2401
\begin{scriptsize}
 
2402
\begin{verbatim}
 
2403
# cp /etc/xen/acm-security/policies/mytest.bin /boot/mytest.bin
 
2404
\end{verbatim}
 
2405
\end{scriptsize}
 
2406
 
 
2407
(\textit{Alternatively to 5 - step b}) Manually add a module line to your
 
2408
Xen boot entry so that grub loads this policy file during startup:
 
2409
 
 
2410
\begin{scriptsize}
 
2411
\begin{verbatim}
 
2412
title XEN Devel with 2.6.18.8
 
2413
     kernel /xen.gz
 
2414
     module /vmlinuz-2.6.18.8-xen root=/dev/sda3 ro console=tty0
 
2415
     module /initrd-2.6.18.8-xen.img
 
2416
     module /mytest.bin
 
2417
\end{verbatim}
 
2418
\end{scriptsize}
 
2419
 
 
2420
(\textit{Alternatively to 5 - step c}) Reboot. Xen will choose the
 
2421
bootstrap label defined in the policy as Domain-0 label during reboot.
 
2422
After reboot, you can re-label Domain-0 at run-time,
 
2423
cf Section~\ref{subsection:acmlabeldom0}.
 
2424
 
 
2425
Assuming that command (5) succeeded or you followed the alternative
 
2426
instructions above, you should see the new policy and label appear
 
2427
when listing domains:
 
2428
 
 
2429
\begin{scriptsize}
 
2430
\begin{verbatim}
 
2431
# xm list --label
 
2432
Name      ID   Mem VCPUs     State   Time(s) Label
 
2433
Domain-0   0   941     1     r-----    81.5  ACM:mytest:SystemManagement
 
2434
\end{verbatim}
 
2435
\end{scriptsize}
 
2436
 
 
2437
If the security label at the end of the line says ``INACTIVE'' then the
 
2438
security is not enabled. Verify the previous steps. Note: Domain-0 is
 
2439
assigned a default label (see \verb|bootstrap| policy attribute
 
2440
explained in Section~\ref{section:acmpolicy}). All other domains must
 
2441
be explicitly labeled, which we describe in detail below.
 
2442
 
 
2443
\subsection{Labeling Unmanaged User Domains}
 
2444
\label{subsection:acmexamplelabeldomains}
 
2445
 
 
2446
Unmanaged domains are started in Xen by using a configuration
 
2447
file. Please refer to Section~\ref{subsection:acmlabelmanageddomains}
 
2448
if you are using managed domains.
 
2449
 
 
2450
The following configuration file defines \verb|domain1|:
 
2451
 
 
2452
\begin{scriptsize}
 
2453
\begin{verbatim}
 
2454
# cat domain1.xm
 
2455
kernel= "/boot/vmlinuz-2.6.18.8-xen"
 
2456
memory = 128
 
2457
name = "domain1"
 
2458
vif = ['']
 
2459
dhcp = "dhcp"
 
2460
disk = ['file:/home/xen/dom_fc5/fedora.fc5.img,sda1,w', \
 
2461
        'file:/home/xen/dom_fc5/fedora.fc5.swap,sda2,w']
 
2462
root = "/dev/sda1 ro xencons=tty"
 
2463
\end{verbatim}
 
2464
\end{scriptsize}
 
2465
 
 
2466
Every domain must be associated with a security label before it can start
 
2467
on sHype/Xen. Otherwise, sHype/Xen would not be able to enforce the policy
 
2468
consistently. Our \verb|mytest| policy is configured so that Xen
 
2469
assigns a default label \verb|__UNLABELED__| to domains and resources that
 
2470
have no label and supports them in a controlled manner. Since neither the domain,
 
2471
nor the resources are (yet) labeled, this domain can start under the \verb|mytest|
 
2472
policy:
 
2473
 
 
2474
\begin{scriptsize}
 
2475
\begin{verbatim}
 
2476
# xm create domain1.xm
 
2477
Using config file "./domain1.xm".
 
2478
Started domain domain1
 
2479
 
 
2480
# xm list --label
 
2481
Name     ID   Mem VCPUs      State   Time(s) Label
 
2482
domain1   1   128     1     -b----      0.7  ACM:mytest:__UNLABELED__
 
2483
Domain-0  0   875     1     r-----     84.6  ACM:mytest:SystemManagement
 
2484
\end{verbatim}
 
2485
\end{scriptsize}
 
2486
 
 
2487
Please shutdown domain1 so that we can move it into the protection
 
2488
domain of workload \verb|A-Bank|.
 
2489
 
 
2490
\begin{scriptsize}
 
2491
\begin{verbatim}
 
2492
# xm shutdown domain1
 
2493
(wait some seconds until the domain has shut down)
 
2494
 
 
2495
#xm list --label
 
2496
Name      ID   Mem VCPUs      State   Time(s) Label
 
2497
Domain-0   0   875     1     r-----     86.4  ACM:mytest:SystemManagement
 
2498
\end{verbatim}
 
2499
\end{scriptsize}
 
2500
 
 
2501
We assume that the processing in domain1 contributes to the \verb|A-Bank| workload.
 
2502
We explore now how to transition this domain into the ``A-Bank'' workload-protection.
 
2503
The following command prints all domain labels available in the active policy:
 
2504
 
 
2505
\begin{scriptsize}
 
2506
\begin{verbatim}
 
2507
# xm labels
 
2508
A-Bank
 
2509
A-Bank.MarketAnalysis
 
2510
A-Bank.SecurityUnderwriting
 
2511
AutoCorp
 
2512
B-Bank
 
2513
SystemManagement
 
2514
__UNLABELED__
 
2515
\end{verbatim}
 
2516
\end{scriptsize}
 
2517
 
 
2518
Now label \verb|domain1| with the A-Bank label and another \verb|domain2|
 
2519
with the B-Bank label. Please refer to the xm man page for
 
2520
further information.
 
2521
 
 
2522
\begin{verbatim}
 
2523
  (6) # xm addlabel A-Bank dom domain1.xm
 
2524
      # xm addlabel B-Bank dom domain2.xm
 
2525
\end{verbatim}
 
2526
 
 
2527
Let us try to start the domain again:
 
2528
 
 
2529
\begin{scriptsize}
 
2530
\begin{verbatim}
 
2531
# xm create domain1.xm
 
2532
Using config file "./domain1.xm".
 
2533
Error: VM's access to block device 'file:/home/xen/dom_fc5/fedora.fc5.img' denied
 
2534
\end{verbatim}
 
2535
\end{scriptsize}
 
2536
 
 
2537
This error indicates that \verb|domain1|, if started, would not be able to
 
2538
access its image and swap files because they are not labeled.  This
 
2539
makes sense because to confine workloads, access of domains to
 
2540
resources must be controlled.  Otherwise, domains that are not allowed
 
2541
to communicate or run simultaneously could share data through storage
 
2542
resources.
 
2543
 
 
2544
\subsection{Labeling Resources}
 
2545
\label{subsection:acmexamplelabelresources}
 
2546
You can use the \verb|xm labels type=res| command to list available
 
2547
resource labels. Let us assign the A-Bank resource label to the
 
2548
\verb|domain1| image file representing \verb|/dev/sda1| and to its swap file:
 
2549
 
 
2550
\begin{verbatim}
 
2551
  (7) # xm addlabel A-Bank res \
 
2552
      file:/home/xen/dom_fc5/fedora.fc5.img
 
2553
 
 
2554
      # xm addlabel A-Bank res \
 
2555
      file:/home/xen/dom_fc5/fedora.fc5.swap
 
2556
\end{verbatim}
 
2557
 
 
2558
The following command lists all labeled resources on the system, e.g.,
 
2559
to lookup or verify the labeling:
 
2560
 
 
2561
\begin{scriptsize}
 
2562
\begin{verbatim}
 
2563
# xm resources
 
2564
file:/home/xen/dom_fc5/fedora.fc5.swap
 
2565
      type: ACM
 
2566
    policy: mytest
 
2567
     label: A-Bank
 
2568
file:/home/xen/dom_fc5/fedora.fc5.img
 
2569
      type: ACM
 
2570
    policy: mytest
 
2571
     label: A-Bank
 
2572
\end{verbatim}
 
2573
\end{scriptsize}
 
2574
 
 
2575
Starting \verb|domain1| will now succeed:
 
2576
 
 
2577
\begin{scriptsize}
 
2578
\begin{verbatim}
 
2579
# xm create domain1.xm
 
2580
Using config file "./domain1.xm".
 
2581
Started domain domain1
 
2582
 
 
2583
# xm list --label
 
2584
Name      ID   Mem VCPUs      State   Time(s) Label
 
2585
domain1    3   128     1     -b----      0.8  ACM:mytest:A-Bank
 
2586
Domain-0   0   875     1     r-----     90.9  ACM:mytest:SystemManagement
 
2587
\end{verbatim}
 
2588
\end{scriptsize}
 
2589
 
 
2590
Currently, if a labeled resource is moved to another location, the
 
2591
label must first be manually removed, and after the move re-attached
 
2592
using the xm commands \verb|rmlabel| and \verb|addlabel|
 
2593
respectively.  Please see Section~\ref{section:acmlimitations} for
 
2594
further details.
 
2595
 
 
2596
\begin{verbatim}
 
2597
  (8) Label the resources of domain2 as B-Bank
 
2598
      but please do not start this domain yet.
 
2599
\end{verbatim}
 
2600
 
 
2601
\subsection{Testing The Xen Workload Protection}
 
2602
\label{subsection:acmexampletest}
 
2603
 
 
2604
We are about to demonstrate the sHype/Xen workload protection by verifying
 
2605
\begin{itemize}
 
2606
\item that user domains with conflicting workloads cannot run
 
2607
  simultaneously
 
2608
\item that user domains cannot access resources of workloads other than the
 
2609
        one they are associated with
 
2610
\item that user domains cannot exchange network packets if they are not
 
2611
  associated with the same workload type (not yet supported in Xen)
 
2612
\end{itemize}
 
2613
 
 
2614
\paragraph{Test 1: Run-time exclusion rules.} We assume that \verb|domain1|
 
2615
with the A-Bank label is still running. While \verb|domain1| is running,
 
2616
the run-time exclusion set of our policy implies that \verb|domain2| cannot
 
2617
start because the label of \verb|domain1| includes the CHWALL type A-Bank
 
2618
and the label of \verb|domain2| includes the CHWALL type B-Bank. The
 
2619
run-time exclusion rule of our policy enforces that A-Bank and
 
2620
B-Bank cannot run at the same time on the same hypervisor platform.
 
2621
Once domain1 is stopped, saved, or migrated to another platform,
 
2622
\verb|domain2| can start. Once \verb|domain2| is started, however,
 
2623
\verb|domain1| can no longer start or resume on this system. When creating the
 
2624
Chinese Wall types for the workload labels, the ezPolicy tool policy
 
2625
translation component ensures that department workloads inherit all the
 
2626
organization types (and with it any organization exclusions).
 
2627
 
 
2628
\begin{scriptsize}
 
2629
\begin{verbatim}
 
2630
# xm list --label
 
2631
Name      ID   Mem VCPUs      State   Time(s) Label
 
2632
domain1    3   128     1     -b----      0.8  ACM:mytest:A-Bank
 
2633
Domain-0   0   875     1     r-----     90.9  ACM:mytest:SystemManagement
 
2634
 
 
2635
# xm create domain2.xm
 
2636
Using config file "./domain2.xm".
 
2637
Error: 'Domain in conflict set with running domains'
 
2638
 
 
2639
# xm shutdown domain1
 
2640
(wait some seconds until domain 1 is shut down)
 
2641
 
 
2642
# xm list --label
 
2643
Name      ID   Mem VCPUs      State   Time(s) Label
 
2644
Domain-0   0   873     1     r-----     95.3  ACM:mytest:SystemManagement
 
2645
 
 
2646
# xm create domain2.xm
 
2647
Using config file "./domain2.xm".
 
2648
Started domain domain2
 
2649
 
 
2650
# xm list --label
 
2651
Name      ID   Mem VCPUs      State   Time(s) Label
 
2652
domain2    5   164     1     -b----      0.3  ACM:mytest:B-Bank
 
2653
Domain-0   0   839     1     r-----     96.4  ACM:mytest:SystemManagement
 
2654
 
 
2655
# xm create domain1.xm
 
2656
Using config file "domain1.xm".
 
2657
Error: 'Domain in conflict with running domains'
 
2658
 
 
2659
# xm shutdown domain2
 
2660
# xm list --label
 
2661
Name      ID   Mem VCPUs      State   Time(s) Label
 
2662
Domain-0   0   839     1     r-----     97.8  ACM:mytest:SystemManagement
 
2663
\end{verbatim}
 
2664
\end{scriptsize}
 
2665
 
 
2666
You can verify that domains with AutoCorp label can run together with
 
2667
domains labeled A-Bank or B-Bank.
 
2668
 
 
2669
\paragraph{Test2: Resource access.} In this test, we will re-label the
 
2670
swap file for \verb|domain1| with the \verb|B-Bank| resource label. In a
 
2671
real environment, the swap file must be sanitized (scrubbed/zeroed) before
 
2672
it is reassigned to prevent data leaks from the A-Bank to the B-Bank workload
 
2673
through the swap file.
 
2674
 
 
2675
We expect that \verb|domain1| will no longer start because it cannot access
 
2676
this resource. This test checks the sharing abilities of domains, which are
 
2677
defined by the Simple Type Enforcement Policy component.
 
2678
 
 
2679
\begin{scriptsize}
 
2680
\begin{verbatim}
 
2681
# xm rmlabel res file:/home/xen/dom_fc5/fedora.fc5.swap
 
2682
 
 
2683
# xm addlabel B-Bank res file:/home/xen/dom_fc5/fedora.fc5.swap
 
2684
 
 
2685
# xm resources
 
2686
file:/home/xen/dom_fc5/fedora.fc5.swap
 
2687
      type: ACM
 
2688
    policy: mytest
 
2689
     label: B-Bank
 
2690
file:/home/xen/dom_fc5/fedora.fc5.img
 
2691
      type: ACM
 
2692
    policy: mytest
 
2693
     label: A-Bank
 
2694
 
 
2695
# xm create domain1.xm
 
2696
Using config file "./domain1.xm".
 
2697
Error:
 
2698
VM's access to block device 'file:/home/xen/dom_fc5/fedora.fc5.swap' denied
 
2699
\end{verbatim}
 
2700
\end{scriptsize}
 
2701
 
 
2702
The resource authorization checks are performed before the domain is actually started
 
2703
so that failures during the startup are prevented. A domain is only started if all
 
2704
the resources specified in its configuration are accessible.
 
2705
 
 
2706
\paragraph{Test 3: Communication.} In this test we would verify that
 
2707
two domains with labels A-Bank and B-Bank cannot exchange network packets
 
2708
by using the 'ping' connectivity test. It is also related to the STE
 
2709
policy. {\bf Note:} sHype/Xen does control direct communication between
 
2710
domains. However, domains associated with different workloads can
 
2711
currently still communicate through the Domain-0 virtual network. We
 
2712
are working on the sHype/ACM controls for local and remote network
 
2713
traffic through Domain-0. Please monitor the xen-devel mailing list
 
2714
for updated information.
 
2715
 
 
2716
 
 
2717
\subsection{Labeling Domain-0 --or-- Restricting System Authorization}
 
2718
\label{subsection:acmlabeldom0}
 
2719
The major use case for explicitly labeling or relabeling Domain-0 is to restrict
 
2720
or extend which workload types can run on a virtualized Xen system. This enables
 
2721
flexible partitioning of the physical infrastructure as well as the workloads
 
2722
running on it in a multi-platform environment.
 
2723
 
 
2724
In case no Domain-0 label is explicitly stated, we automatically assigned Domain-0
 
2725
the \verb|SystemManagement| label, which includes all STE (workload) types that
 
2726
are known to the policy. In effect, the Domain-0 label authorizes the Xen system
 
2727
to run only those workload types, whose STE types are included in the Domain-0
 
2728
label. Hence, choosing the \verb|SystemManagement| label for Domain-0 permits any
 
2729
labeled domain to run. Resetting the label for Domain-0 at boot or run-time to
 
2730
a label with a subset of the known STE workload types restricts which user domains
 
2731
can run on this system. If Domain-0 is relabeled at run-time, then the new label
 
2732
must at least include all STE types of those domains that are currently running.
 
2733
The operation fails otherwise. This requirement ensures that the system remains
 
2734
in a valid security configuration after re-labelling.
 
2735
 
 
2736
Restricting the Domain-0 authorization through the label creates a flexible
 
2737
policy-driven way to strongly partition the physical infrastructure and the
 
2738
workloads running on it. This partitioning will be automatically enforced during
 
2739
migration, start, or resume of domains and simplifies the security management
 
2740
considerably. Strongly competing workloads can be forced to run on separate physical
 
2741
infrastructure and become less depend on the domain isolation capabilities
 
2742
of the hypervisor.
 
2743
 
 
2744
First, we relabel the swap image back to A-Bank and then start up domain1:
 
2745
\begin{scriptsize}
 
2746
\begin{verbatim}
 
2747
# xm rmlabel res file:/home/xen/dom_fc5/fedora.fc5.swap
 
2748
 
 
2749
# xm addlabel A-Bank res file:/home/xen/dom_fc5/fedora.fc5.swap
 
2750
 
 
2751
# xm create domain1.xm
 
2752
Using config file "./domain1.xm".
 
2753
Started domain domain1
 
2754
 
 
2755
# xm list --label
 
2756
Name      ID   Mem VCPUs      State   Time(s) Label
 
2757
domain1    7   128     1     -b----      0.7  ACM:mytest:A-Bank
 
2758
Domain-0   0   839     1     r-----    103.1  ACM:mytest:SystemManagement
 
2759
\end{verbatim}
 
2760
\end{scriptsize}
 
2761
 
 
2762
The following command will restrict the Xen system to only run STE types
 
2763
included in the A-Bank label.
 
2764
 
 
2765
\begin{scriptsize}
 
2766
\begin{verbatim}
 
2767
# xm addlabel A-Bank mgt Domain-0
 
2768
Successfully set the label of domain 'Domain-0' to 'A-Bank'.
 
2769
 
 
2770
# xm list --label
 
2771
Name      ID   Mem VCPUs      State   Time(s) Label
 
2772
Domain-0   0   839     1     r-----    103.7  ACM:mytest:A-Bank
 
2773
domain1    7   128     1     -b----      0.7  ACM:mytest:A-Bank
 
2774
 
 
2775
\end{verbatim}
 
2776
\end{scriptsize}
 
2777
 
 
2778
In our example policy in Figure~\ref{fig:acmxmlfileb}, this means that
 
2779
only \verb|A-Bank| domains and workloads (types) can run after the
 
2780
successful completion of this command because the \verb|A-Bank| label
 
2781
includes only a single STE type, namely \verb|A-Bank|. This command
 
2782
fails if any running domain has an STE type in its label that is not
 
2783
included in the A-Bank label.
 
2784
 
 
2785
If we now label a domain3 with AutoCorp, it cannot start because Domain-0 is
 
2786
no longer authorized to run the workload type \verb|AutoCorp|.
 
2787
\begin{scriptsize}
 
2788
\begin{verbatim}
 
2789
# xm addlabel AutoCorp dom domain3.xm
 
2790
  (remember to label its resources, too)
 
2791
 
 
2792
# xm create domain3.xm
 
2793
Using config file "./domain3.xm".
 
2794
Error: VM is not authorized to run.
 
2795
 
 
2796
# xm list --label
 
2797
Name      ID   Mem VCPUs      State   Time(s) Label
 
2798
Domain-0   0   839     1     r-----    104.7  ACM:mytest:A-Bank
 
2799
domain1    7   128     1     -b----      0.7  ACM:mytest:A-Bank
 
2800
\end{verbatim}
 
2801
\end{scriptsize}
 
2802
 
 
2803
At this point, unlabeled domains cannot start either. Let domain4.xm
 
2804
describe an unlabeled domain, then trying to start domain4
 
2805
will fail:
 
2806
\begin{scriptsize}
 
2807
\begin{verbatim}
 
2808
# xm getlabel dom domain4.xm
 
2809
Error: 'Domain not labeled'
 
2810
 
 
2811
# xm create domain4.xm
 
2812
Using config file "./domain4.xm".
 
2813
Error: VM is not authorized to run.
 
2814
\end{verbatim}
 
2815
\end{scriptsize}
 
2816
 
 
2817
Relabeling Domain-0 with the SystemManagement label will enable domain3 to start.
 
2818
\begin{scriptsize}
 
2819
\begin{verbatim}
 
2820
# xm addlabel SystemManagement mgt Domain-0
 
2821
Successfully set the label of domain 'Domain-0' to 'SystemManagement'.
 
2822
 
 
2823
# xm list --label
 
2824
Name      ID   Mem VCPUs      State   Time(s) Label
 
2825
domain1    7   128     1     -b----      0.8  ACM:mytest:A-Bank
 
2826
Domain-0   0   839     1     r-----    106.6  ACM:mytest:SystemManagement
 
2827
 
 
2828
# xm create domain3.xm
 
2829
Using config file "./domain3.xm".
 
2830
Started domain domain3
 
2831
 
 
2832
# xm list --label
 
2833
Name      ID   Mem VCPUs      State   Time(s) Label
 
2834
domain1    7   128     1     -b----      0.8 ACM:mytest:A-Bank
 
2835
domain3    8   164     1     -b----      0.3 ACM:mytest:AutoCorp
 
2836
Domain-0   0   711     1     r-----    107.6 ACM:mytest:SystemManagement
 
2837
\end{verbatim}
 
2838
\end{scriptsize}
 
2839
 
 
2840
 
 
2841
\subsection{Labeling Managed User Domains}
 
2842
\label{subsection:acmlabelmanageddomains}
 
2843
 
 
2844
Xend has been extended with functionality to manage domains along with their
 
2845
configuration information. Such domains are configured and started via Xen-API
 
2846
calls. Since managed domains do not have an associated xm configuration file,
 
2847
the existing \verb|addlabel| command, which adds the security label into a
 
2848
domain's configuration file, will not work for such managed domains.
 
2849
 
 
2850
Therefore, we have extended the \verb|xm addlabel| and \verb|xm rmlabel|
 
2851
subcommands to enable adding security labels to and removing security
 
2852
labels from managed domain configurations. The following example shows how
 
2853
the \verb|A-Bank| label can be assigned to the xend-managed
 
2854
domain configuration of \verb|domain1|. Removing labels from managed user
 
2855
domain configurations works similarly.
 
2856
 
 
2857
Below, we show a dormant configuration of the managed domain1
 
2858
with ID \verb|"-1"| and state \verb|"-----"| before labeling:
 
2859
\begin{scriptsize}
 
2860
\begin{verbatim}
 
2861
# xm list --label
 
2862
Name      ID   Mem VCPUs      State   Time(s) Label
 
2863
domain1   -1   128     1     ------      0.0 ACM:mytest:__UNLABELED__
 
2864
Domain-0   0   711     1     r-----    128.4 ACM:mytest:SystemManagement
 
2865
\end{verbatim}
 
2866
\end{scriptsize}
 
2867
 
 
2868
Now we label the managed domain:
 
2869
\begin{scriptsize}
 
2870
\begin{verbatim}
 
2871
# xm addlabel A-Bank mgt domain1
 
2872
Successfully set the label of the dormant domain 'domain1' to 'A-Bank'.
 
2873
\end{verbatim}
 
2874
\end{scriptsize}
 
2875
 
 
2876
After labeling, you can see that the security label is part of the
 
2877
domain configuration:
 
2878
\begin{scriptsize}
 
2879
\begin{verbatim}
 
2880
# xm list --label
 
2881
Name      ID   Mem VCPUs      State   Time(s) Label
 
2882
domain1   -1   128     1     ------      0.0  ACM:mytest:A-Bank
 
2883
Domain-0   0   711     1     r-----    129.7  ACM:mytest:SystemManagement
 
2884
\end{verbatim}
 
2885
\end{scriptsize}
 
2886
 
 
2887
This command extension does not support relabeling of individual running user domains
 
2888
for several reasons. For one, because of the difficulty to revoke resources
 
2889
in cases where a running domain's new label does not permit access to resources
 
2890
that were accessible under the old label. Another reason is that changing the
 
2891
label of a single domain of a workload is rarely a good choice and will affect
 
2892
the workload isolation properties of the overall workload.
 
2893
 
 
2894
However, the name and contents of the label associated with running domains can
 
2895
be indirectly changed through a global policy change, which will update the whole
 
2896
workload consistently (domains and resources), cf.
 
2897
Section~\ref{subsection:acmpolicymanagement}.
 
2898
 
 
2899
\section{Xen Access Control Policy}
 
2900
\label{section:acmpolicy}
 
2901
 
 
2902
This section describes the sHype/Xen access control policy in detail.
 
2903
It gives enough information to enable the reader to write custom
 
2904
access control policies and to use the available Xen policy tools. The
 
2905
policy language is expressive enough to specify most symmetric access
 
2906
relationships between domains and resources efficiently.
 
2907
 
 
2908
The Xen access control policy consists of two policy components.  The
 
2909
first component, called Simple Type Enforcement (STE) policy, controls
 
2910
the sharing between running domains, i.e., communication or access to
 
2911
shared resources. The second component, called Chinese Wall (CHWALL)
 
2912
policy, controls which domains can run simultaneously on the same
 
2913
virtualized platform. The CHWALL and STE policy components complement
 
2914
each other. The XML policy file includes all information
 
2915
needed by Xen to enforce those policies.
 
2916
 
 
2917
Figures~\ref{fig:acmxmlfilea} and \ref{fig:acmxmlfileb} show the fully
 
2918
functional but very simple example Xen security policy that is created
 
2919
by ezPolicy as shown in Figure~\ref{fig:acmezpolicy}. The policy can
 
2920
distinguish the 6 workload types shown in lines 11-17 in
 
2921
Fig.~\ref{fig:acmxmlfilea}. The whole XML Security Policy consists of
 
2922
four parts:
 
2923
\begin{enumerate}
 
2924
\item Policy header including the policy name
 
2925
\item Simple Type Enforcement block
 
2926
\item Chinese Wall Policy block
 
2927
\item Label definition block
 
2928
\end{enumerate}
 
2929
 
 
2930
\begin{figure}
 
2931
\begin{scriptsize}
 
2932
\begin{verbatim}
 
2933
01  <?xml version="1.0" ?>
 
2934
02  <!-- Auto-generated by ezPolicy        -->
 
2935
03  <SecurityPolicyDefinition ...">
 
2936
04      <PolicyHeader>
 
2937
05          <PolicyName>mytest</PolicyName>
 
2938
06          <Date>Mon Nov 19 22:51:56 2007</Date>
 
2939
07          <Version>1.0</Version>
 
2940
08      </PolicyHeader>
 
2941
09      <SimpleTypeEnforcement>
 
2942
10          <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
2943
11              <Type>SystemManagement</Type>
 
2944
12              <Type>__UNLABELED__</Type>
 
2945
13              <Type>A-Bank</Type>
 
2946
14              <Type>A-Bank.SecurityUnderwriting</Type>
 
2947
15              <Type>A-Bank.MarketAnalysis</Type>
 
2948
16              <Type>B-Bank</Type>
 
2949
17              <Type>AutoCorp</Type>
 
2950
18          </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
2951
19      </SimpleTypeEnforcement>
 
2952
20      <ChineseWall priority="PrimaryPolicyComponent">
 
2953
21          <ChineseWallTypes>
 
2954
22              <Type>SystemManagement</Type>
 
2955
23              <Type>__UNLABELED__</Type>
 
2956
24              <Type>A-Bank</Type>
 
2957
25              <Type>A-Bank.SecurityUnderwriting</Type>
 
2958
26              <Type>A-Bank.MarketAnalysis</Type>
 
2959
27              <Type>B-Bank</Type>
 
2960
28              <Type>AutoCorp</Type>
 
2961
29          </ChineseWallTypes>
 
2962
30          <ConflictSets>
 
2963
31              <Conflict name="RER">
 
2964
32                  <Type>A-Bank</Type>
 
2965
33                  <Type>B-Bank</Type>
 
2966
34                  <Type>__UNLABELED__</Type>
 
2967
35              </Conflict>
 
2968
36              <Conflict name="RER">
 
2969
37                  <Type>A-Bank.MarketAnalysis</Type>
 
2970
38                  <Type>A-Bank.SecurityUnderwriting</Type>
 
2971
39                  <Type>__UNLABELED__</Type>
 
2972
40              </Conflict>
 
2973
41         </ConflictSets>
 
2974
42      </ChineseWall>
 
2975
\end{verbatim}
 
2976
\end{scriptsize}
 
2977
\caption{Example XML security policy file -- Part I: Types and Rules Definition.}
 
2978
\label{fig:acmxmlfilea}
 
2979
\end{figure}
 
2980
 
 
2981
\subsection{Policy Header and Policy Name}
 
2982
\label{subsection:acmnaming}
 
2983
Lines 1-2 (cf Figure~\ref{fig:acmxmlfilea}) include the usual XML
 
2984
header. The security policy definition starts in Line 3 and refers to
 
2985
the policy schema. The XML-Schema definition for the Xen policy can be
 
2986
found in the file
 
2987
\textit{/etc/xen/acm-security/policies/security-policy.xsd}. Examples
 
2988
for security policies can be found in the example subdirectory. The
 
2989
acm-security directory is only installed if ACM security is configured
 
2990
during installation (cf Section~\ref{subsection:acmexampleconfigure}).
 
2991
 
 
2992
The \verb|Policy Header| spans lines 4-8. It includes a date field and
 
2993
defines the policy name \verb|mytest| as well
 
2994
as the version of the XML. It can also include optional fields that are
 
2995
not shown and are for future use (see schema definition).
 
2996
 
 
2997
The policy name serves two purposes: First, it provides a unique name
 
2998
for the security policy. This name is also exported by the Xen
 
2999
hypervisor to the Xen management tools in order to ensure that both
 
3000
the Xen hypervisor and Domain-0 enforce the same policy.
 
3001
We plan to extend the policy name with a
 
3002
digital fingerprint of the policy contents to better protect this
 
3003
correlation.  Second, it implicitly points the xm tools to the
 
3004
location where the XML policy file is stored on the Xen system.
 
3005
Replacing the colons in the policy name by slashes yields the local
 
3006
path to the policy file starting from the global policy directory
 
3007
\verb|/etc/xen/acm-security/policies|. The last part of the policy
 
3008
name is the prefix for the XML policy file name, completed by
 
3009
\verb|-security_policy.xml|. Our example policy with the name
 
3010
\verb|mytest| can be found in the XML policy file named
 
3011
\verb|mytest-security_policy.xml| that is stored under the global
 
3012
policy directory. Another, preinstalled example policy named
 
3013
\verb|example.test| can be found in the \verb|test-security_policy.xml|
 
3014
under \verb|/etc/xen/acm-security/policies/example|.
 
3015
 
 
3016
\subsection{Simple Type Enforcement Policy Component}
 
3017
 
 
3018
The Simple Type Enforcement (STE) policy controls which domains can
 
3019
communicate or share resources. This way, Xen can enforce confinement
 
3020
of workload types by confining the domains running those workload
 
3021
types and their resources. The mandatory access control framework
 
3022
enforces its policy when
 
3023
domains access intended communication or cooperation means (shared
 
3024
memory, events, shared resources such as block devices). It builds on
 
3025
top of the core hypervisor isolation, which restricts the ways of
 
3026
inter-communication to those intended means.  STE does not protect or
 
3027
intend to protect from covert channels in the hypervisor or hardware;
 
3028
this is an orthogonal problem that can be mitigated by using the
 
3029
Run-time Exclusion rules described above or by fixing the problem leading
 
3030
to those covert channels in the core hypervisor or hardware platform.
 
3031
 
 
3032
Xen controls sharing between domains on the resource and domain level
 
3033
because this is the abstraction the hypervisor and its management
 
3034
understand naturally. While this is coarse-grained, it is also very
 
3035
reliable and robust and it requires minimal changes to implement
 
3036
mandatory access controls in the hypervisor. It enables platform- and
 
3037
operating system-independent policies as part of a layered security
 
3038
approach.
 
3039
 
 
3040
Lines 11-17 (cf Figure~\ref{fig:acmxmlfilea}) define the Simple Type
 
3041
Enforcement policy component.  Essentially, they define the workload
 
3042
type names \verb|SystemManagement|, \verb|A-Bank|,
 
3043
\verb|AutoCorp| etc. that are available in the STE policy component. The
 
3044
policy rules are implicit: Xen permits two domains to communicate with
 
3045
each other if and only if their security labels have at least one STE type in
 
3046
common.  Similarly, Xen permits a user domain to access a
 
3047
resource if and only if the labels of the domain and the resource
 
3048
have at least one STE workload type in common.
 
3049
 
 
3050
\subsection{Chinese Wall Policy Component}
 
3051
 
 
3052
The Chinese Wall security policy interpretation of sHype enables users
 
3053
to prevent certain workloads from running simultaneously on the same
 
3054
hypervisor platform.  Run-time Exclusion rules (RER), also called
 
3055
Conflict Sets or Anti-Collocation rules, define a set of workload types
 
3056
that are not permitted to run simultaneously on the same virtualized
 
3057
platform. Of all the workloads specified in a Run-time
 
3058
Exclusion rule, at most one type can run on the same hypervisor
 
3059
platform at a time.  Run-time Exclusion Rules implement a less
 
3060
rigorous variant of the original Chinese Wall security component. They
 
3061
do not implement the *-property of the policy, which would require to
 
3062
restrict also types that are not part of an exclusion rule once they
 
3063
are running together with a type in an exclusion rule
 
3064
(http://www.gammassl.co.uk/topics/chinesewall.html provides more information
 
3065
on the original Chinese Wall policy).
 
3066
 
 
3067
Xen considers the \verb|ChineseWallTypes| part of the label for the
 
3068
enforcement of the Run-time Exclusion rules.  It is illegal to define
 
3069
labels including conflicting Chinese Wall types.
 
3070
 
 
3071
Lines 20-41 (cf Figure~\ref{fig:acmxmlfilea}) define the Chinese Wall
 
3072
policy component. Lines 22-28 define the known Chinese Wall types,
 
3073
which coincide here with the STE types defined above. This usually
 
3074
holds if the criteria for sharing among domains and sharing of the
 
3075
hardware platform are the same. Lines 30-41 define one Run-time
 
3076
Exclusion rules, the first of which is depicted below:
 
3077
 
 
3078
\begin{scriptsize}
 
3079
\begin{verbatim}
 
3080
31  <Conflict name="RER">
 
3081
32    <Type>A-Bank</Type>
 
3082
33    <Type>B-Bank</Type>
 
3083
34    <Type>__UNLABELED__</Type>
 
3084
35  </Conflict>
 
3085
\end{verbatim}
 
3086
\end{scriptsize}
 
3087
 
 
3088
Based on this rule, Xen enforces that only one of the types
 
3089
\verb|A-Bank|, \verb|B-Bank|, or \verb|__UNLABELED__| will run
 
3090
on a single hypervisor platform at a time. For example, once a domain assigned a
 
3091
\verb|A-Bank| workload type is started, domains with the
 
3092
\verb|B-Bank| type or unlabeled domains will be denied to start.
 
3093
When the former domain stops and no other domains with the \verb|A-Bank|
 
3094
type are running, then domains with the \verb|B-Bank| type or unlabeled domains
 
3095
can start.
 
3096
 
 
3097
Xen maintains reference counts on each running workload type to keep
 
3098
track of which workload types are running. Every time a domain starts
 
3099
or resumes, the reference count on those Chinese Wall types that are
 
3100
referenced in the domain's label are incremented. Every time a domain
 
3101
is destroyed or saved, the reference counts of its Chinese Wall types
 
3102
are decremented. sHype in Xen fully supports migration and live-migration,
 
3103
which is subject to access control the same way as saving a domain on
 
3104
the source platform and resuming it on the destination platform.
 
3105
 
 
3106
Here are some reasons why users might want to restrict workloads or domains
 
3107
from sharing the system hardware simultaneously:
 
3108
 
 
3109
\begin{itemize}
 
3110
\item Imperfect resource management or control might enable a compromised
 
3111
  user domain to starve other domains and the workload running in them.
 
3112
\item Redundant user domains might run the same workload to increase
 
3113
  availability; such domains should not run on the same hardware to
 
3114
  avoid single points of failure.
 
3115
\item Imperfect Xen core domain isolation might enable two rogue
 
3116
  domains running different workload types to use unintended and
 
3117
  unknown ways (covert channels) to exchange some bits of information.
 
3118
  This way, they bypass the policed Xen access control mechanisms.  Such
 
3119
  imperfections cannot be completely eliminated and are a result of
 
3120
  trade-offs between security and other design requirements. For a
 
3121
  simple example of a covert channel see
 
3122
  http://www.multicians.org/timing-chn.html. Such covert channels
 
3123
  exist also between workloads running on different platforms if they
 
3124
  are connected through networks. The Xen Chinese Wall policy provides
 
3125
  an approximated ``air-gap'' between selected workload types.
 
3126
\end{itemize}
 
3127
 
 
3128
\subsection{Security Labels}
 
3129
 
 
3130
To enable Xen to associate domains with workload types running in
 
3131
them, each domain is assigned a security label that includes the
 
3132
workload types of the domain.
 
3133
 
 
3134
\begin{figure}[htb]
 
3135
                \begin{tabular*}{\textwidth}{@{\extracolsep{\fill}}l|l}
 
3136
                \begin{minipage}{0.475\textwidth}
 
3137
                \begin{tiny}
 
3138
                \begin{verbatim}
 
3139
<SecurityLabelTemplate>
 
3140
  <SubjectLabels bootstrap="SystemManagement">
 
3141
  <VirtualMachineLabel>
 
3142
    <Name>SystemManagement</Name>
 
3143
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3144
      <Type>SystemManagement</Type>
 
3145
      <Type>__UNLABELED__</Type>
 
3146
      <Type>A-Bank</Type>
 
3147
      <Type>A-Bank.SecurityUnderwriting</Type>
 
3148
      <Type>A-Bank.MarketAnalysis</Type>
 
3149
      <Type>B-Bank</Type>
 
3150
      <Type>AutoCorp</Type>
 
3151
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3152
    <ChineseWallTypes>
 
3153
      <Type>SystemManagement</Type>
 
3154
    </ChineseWallTypes>
 
3155
  </VirtualMachineLabel>
 
3156
  <VirtualMachineLabel>
 
3157
    <Name>__UNLABELED__</Name>
 
3158
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3159
      <Type>__UNLABELED__</Type>
 
3160
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3161
    <ChineseWallTypes>
 
3162
      <Type>__UNLABELED__</Type>
 
3163
    </ChineseWallTypes>
 
3164
  </VirtualMachineLabel>
 
3165
  <VirtualMachineLabel>
 
3166
    <Name>A-Bank</Name>
 
3167
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3168
      <Type>A-Bank</Type>
 
3169
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3170
    <ChineseWallTypes>
 
3171
      <Type>A-Bank</Type>
 
3172
    </ChineseWallTypes>
 
3173
  </VirtualMachineLabel>
 
3174
  <VirtualMachineLabel>
 
3175
    <Name>A-Bank.SecurityUnderwriting</Name>
 
3176
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3177
      <Type>A-Bank.SecurityUnderwriting</Type>
 
3178
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3179
    <ChineseWallTypes>
 
3180
      <Type>A-Bank</Type>
 
3181
      <Type>A-Bank.SecurityUnderwriting</Type>
 
3182
    </ChineseWallTypes>
 
3183
  </VirtualMachineLabel>
 
3184
  <VirtualMachineLabel>
 
3185
    <Name>A-Bank.MarketAnalysis</Name>
 
3186
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3187
      <Type>A-Bank.MarketAnalysis</Type>
 
3188
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3189
    <ChineseWallTypes>
 
3190
      <Type>A-Bank</Type>
 
3191
      <Type>A-Bank.MarketAnalysis</Type>
 
3192
    </ChineseWallTypes>
 
3193
  </VirtualMachineLabel>
 
3194
  <VirtualMachineLabel>
 
3195
    <Name>B-Bank</Name>
 
3196
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3197
      <Type>B-Bank</Type>
 
3198
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3199
    <ChineseWallTypes>
 
3200
      <Type>B-Bank</Type>
 
3201
    </ChineseWallTypes>
 
3202
  </VirtualMachineLabel>
 
3203
\end{verbatim}
 
3204
\end{tiny}
 
3205
\end{minipage} &
 
3206
\begin{minipage}{0.475\textwidth}
 
3207
\begin{tiny}
 
3208
\begin{verbatim}
 
3209
  <VirtualMachineLabel>
 
3210
    <Name>AutoCorp</Name>
 
3211
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3212
      <Type>AutoCorp</Type>
 
3213
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3214
    <ChineseWallTypes>
 
3215
      <Type>AutoCorp</Type>
 
3216
    </ChineseWallTypes>
 
3217
  </VirtualMachineLabel>
 
3218
  </SubjectLabels>
 
3219
  <ObjectLabels>
 
3220
  <ResourceLabel>
 
3221
    <Name>SystemManagement</Name>
 
3222
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3223
      <Type>SystemManagement</Type>
 
3224
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3225
  </ResourceLabel>
 
3226
  <ResourceLabel>
 
3227
    <Name>__UNLABELED__</Name>
 
3228
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3229
      <Type>__UNLABELED__</Type>
 
3230
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3231
  </ResourceLabel>
 
3232
  <ResourceLabel>
 
3233
    <Name>A-Bank</Name>
 
3234
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3235
      <Type>A-Bank</Type>
 
3236
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3237
  </ResourceLabel>
 
3238
  <ResourceLabel>
 
3239
    <Name>A-Bank.SecurityUnderwriting</Name>
 
3240
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3241
      <Type>A-Bank.SecurityUnderwriting</Type>
 
3242
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3243
  </ResourceLabel>
 
3244
  <ResourceLabel>
 
3245
    <Name>A-Bank.MarketAnalysis</Name>
 
3246
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3247
      <Type>A-Bank.MarketAnalysis</Type>
 
3248
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3249
  </ResourceLabel>
 
3250
  <ResourceLabel>
 
3251
    <Name>B-Bank</Name>
 
3252
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3253
      <Type>B-Bank</Type>
 
3254
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3255
  </ResourceLabel>
 
3256
  <ResourceLabel>
 
3257
    <Name>AutoCorp</Name>
 
3258
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3259
      <Type>AutoCorp</Type>
 
3260
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3261
  </ResourceLabel>
 
3262
  </ObjectLabels>
 
3263
</SecurityLabelTemplate>
 
3264
</SecurityPolicyDefinition>
 
3265
 
 
3266
 
 
3267
 
 
3268
 
 
3269
 
 
3270
 
 
3271
 
 
3272
 
 
3273
\end{verbatim}
 
3274
\end{tiny}
 
3275
\end{minipage}
 
3276
\end{tabular*}
 
3277
\caption{Example XML security policy file -- Part II: Label Definition.}
 
3278
\label{fig:acmxmlfileb}
 
3279
\end{figure}
 
3280
% DO NOT MODIFY WHITESPACE ABOVE, it balances the columns
 
3281
The \verb|SecurityLabelTemplate| (cf Figure~\ref{fig:acmxmlfileb}) defines
 
3282
the security labels that can be associated with domains and resources when
 
3283
this policy is active (use the \verb|xm labels type=any| command described in
 
3284
Section~\ref{subsection:acmexamplelabeldomains} to list all available labels).
 
3285
 
 
3286
The domain labels include
 
3287
Chinese Wall types while resource labels do not include Chinese Wall types.
 
3288
The \verb|SubjectLabels| policy section defines the labels that can be
 
3289
assigned to domains. The VM label
 
3290
\verb|A-Bank.SecurityUnderwriting| in Figure~\ref{fig:acmxmlfileb})
 
3291
associates the domain that carries it with the workload STE type
 
3292
\verb|A-Bank.SecurityUnderwriting| and with the CHWALL types \verb|A-Bank|
 
3293
and \verb|A-Bank.SecurityUnderwriting|. The ezPolicy tool
 
3294
assumes that any department workload will inherit any conflict set that
 
3295
is specified for its organization, i.e., if \verb|B-Bank| is running, not
 
3296
only \verb|A-Bank| but also all its departmental workloads are prevented
 
3297
from running by this first run-time exclusion set. The separation of STE
 
3298
and CHWALL types in the label definition ensures that
 
3299
all departmental workloads are isolated from each other and from their generic
 
3300
organization workloads, while they are sharing CHWALL types to
 
3301
simplify the formulation of run-time exclusion sets.
 
3302
 
 
3303
The \verb|bootstrap| attribute of the \verb|<SubjectLabels>| XML node
 
3304
in our example policy shown in Figure~\ref{fig:acmxmlfileb} names
 
3305
the label \verb|SystemManagement| as the label that Xen will assign
 
3306
to Domain-0 at boot time (if this policy is installed as boot policy). The
 
3307
label of Domain-0 can be persistently changed at run-time with the
 
3308
\verb|addlabel| command, which adds an overriding option to the grub.conf
 
3309
boot entry (cf Section~\ref{subsection:acmlabeldom0}).
 
3310
All user domains are assigned labels according to their domain configuration
 
3311
(see Section~\ref{subsection:acmexamplelabeldomains} for examples of
 
3312
how to label domains).
 
3313
 
 
3314
The \verb|ObjectLabels| depicted in Figure~\ref{fig:acmxmlfileb} can be
 
3315
assigned to resources when this policy is active.
 
3316
 
 
3317
In general, user domains should be assigned labels that have only a
 
3318
single SimpleTypeEnforcement workload type. This way, workloads remain
 
3319
confined even if user domains become rogue. Any domain that is
 
3320
assigned a label with multiple STE types must be trusted to keep
 
3321
information belonging to the different STE types separate (confined).
 
3322
For example, Domain-0 is assigned the bootstrap label
 
3323
\verb|SystemManagement|, which includes all existing STE types.
 
3324
Therefore, Domain-0 must take care not to enable unauthorized
 
3325
information flow (eg. through block devices or virtual networking)
 
3326
between domains or resources that are assigned different STE types.
 
3327
 
 
3328
Security administrators simply use the name of a label (specified in
 
3329
the \verb|<Name>| field) to associate a label with a domain (cf.
 
3330
Section~\ref{subsection:acmexamplelabeldomains}). The types inside the
 
3331
label are used by the Xen access control enforcement.  While the name
 
3332
can be arbitrarily chosen (as long as it is unique), it is advisable
 
3333
to choose the label name in accordance to the security types included.
 
3334
Similarly, the STE and CHWALL types should be named according to the
 
3335
workloads they represent. While the XML representation of the label
 
3336
in the above example seems unnecessary flexible, labels in general
 
3337
must be able to include multiple types.
 
3338
 
 
3339
We assume in the following example, that \verb|A-Bank.SecurityUnderwriting| and
 
3340
\verb|A-Bank.MarketAnalysis| workloads use virtual disks that are provided
 
3341
by a virtual I/O domain hosting a physical storage device and carrying
 
3342
the following label:
 
3343
 
 
3344
\begin{scriptsize}
 
3345
\begin{verbatim}
 
3346
        <VirtualMachineLabel>
 
3347
          <Name>VIOServer</Name>
 
3348
          <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3349
              <Type>A-Bank</Type>
 
3350
              <Type>A-Bank.SecurityUnderwriting</Type>
 
3351
              <Type>A-Bank.MarketAnalysis</Type>
 
3352
              <Type>VIOServer</Type>
 
3353
          </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3354
          <ChineseWallTypes>
 
3355
              <Type>VIOServer</Type>
 
3356
          </ChineseWallTypes>
 
3357
        </VirtualMachineLabel>
 
3358
\end{verbatim}
 
3359
\end{scriptsize}
 
3360
 
 
3361
This Virtual I/O domain (VIO) exports its virtualized disks by
 
3362
communicating to all domains labeled with the
 
3363
\verb|A-Bank.SecurityUnderwriting|, the \verb|A-Bank|, or the
 
3364
\verb|A-Bank.MarketAnalysis| label. This requires the
 
3365
VIO domain to carry those STE types. In addition, this label includes a
 
3366
new \verb|VIOServer| type that can be used to restrict direct access to the
 
3367
physical storage resource to the VIODomain.
 
3368
 
 
3369
In this example, the confinement of  these A-Bank workloads depends on the
 
3370
VIO domain that must keep the data of those different workloads separate.
 
3371
The virtual disks are labeled as well to keep track of their assignments
 
3372
to workload types (see Section~\ref{subsection:acmexamplelabelresources}
 
3373
for labeling resources) and enforcement functions inside the VIO
 
3374
domain must ensure that the labels of the domain mounting a virtual
 
3375
disk and the virtual disk label share a common STE type. The VIO label
 
3376
carrying its own VIOServer CHWALL type introduces the flexibility to
 
3377
permit the trusted VIO server to run together with \verb|A-Bank.SecurityUnderwriting|
 
3378
or \verb|A-Bank.MarketAnalysis| workloads.
 
3379
 
 
3380
Alternatively, a system that has two hard-drives does not need a VIO
 
3381
domain but can directly assign one hardware storage device to each of
 
3382
the workloads if the platform offers an IO-MMU, cf
 
3383
Section~\ref{s:ddsecurity}.  Sharing hardware through virtualized devices
 
3384
is a trade-off between the amount of trusted code (size of the trusted
 
3385
computing base) and the amount of acceptable over-provisioning. This
 
3386
holds both for peripherals and for system platforms.
 
3387
 
 
3388
 
 
3389
\subsection{Managing sHype/Xen Security Policies at Run-time}
 
3390
\label{subsection:acmpolicymanagement}
 
3391
 
 
3392
\subsubsection{Removing the sHype/Xen Security Policy}
 
3393
When resetting the policy, no labeled domains can be running.
 
3394
Please stop or shutdown all running labeled domains. Then you can reset
 
3395
the policy to the default policy using the \verb|resetpolicy| command:
 
3396
 
 
3397
\begin{scriptsize}
 
3398
\begin{verbatim}
 
3399
# xm getpolicy
 
3400
Supported security subsystems   : ACM
 
3401
Policy name           : mytest
 
3402
Policy type           : ACM
 
3403
Version of XML policy : 1.0
 
3404
Policy configuration  : loaded, activated for boot
 
3405
 
 
3406
# xm resetpolicy
 
3407
Successfully reset the system's policy.
 
3408
 
 
3409
# xm getpolicy
 
3410
Supported security subsystems   : ACM
 
3411
Policy name           : DEFAULT
 
3412
Policy type           : ACM
 
3413
Version of XML policy : 1.0
 
3414
Policy configuration  : loaded
 
3415
 
 
3416
# xm resources
 
3417
file:/home/xen/dom_fc5/fedora.fc5.swap
 
3418
      type: INV_ACM
 
3419
    policy: mytest
 
3420
     label: A-Bank
 
3421
file:/home/xen/dom_fc5/fedora.fc5.img
 
3422
      type: INV_ACM
 
3423
    policy: mytest
 
3424
     label: A-Bank
 
3425
\end{verbatim}
 
3426
\end{scriptsize}
 
3427
 
 
3428
As the \verb|xm resources| output shows, all resource labels have
 
3429
invalidated type information but their semantics remain associated
 
3430
with the resources so that they can later on either be relabeled
 
3431
with semantically equivalent labels or sanitized and reused
 
3432
(storage resources).
 
3433
 
 
3434
At this point, the system is in the same initial state as after
 
3435
configuring XSM and sHype/ACM and rebooting the system without
 
3436
a specific policy. No user domains can run.
 
3437
 
 
3438
\subsubsection{Changing to a Different sHype/Xen Security Policy}
 
3439
The easiest way to change to a different, unrelated policy is to reset the system
 
3440
policy and then set the new policy. Please consider that the existing
 
3441
domain and resource labels become invalid at this point. Please refer
 
3442
to the next section for an example of how to seamlessly update an
 
3443
active policy at run-time without invalidating labels.
 
3444
 
 
3445
\begin{scriptsize}
 
3446
\begin{verbatim}
 
3447
# xm resetpolicy
 
3448
Successfully reset the system's policy.
 
3449
 
 
3450
# xm setpolicy ACM example.test
 
3451
Successfully set the new policy.
 
3452
Supported security subsystems   : ACM
 
3453
Policy name           : example.test
 
3454
Policy type           : ACM
 
3455
Version of XML policy : 1.0
 
3456
Policy configuration  : loaded, activated for boot
 
3457
 
 
3458
# xm labels
 
3459
CocaCola
 
3460
PepsiCo
 
3461
SystemManagement
 
3462
VIO
 
3463
# xm list --label
 
3464
Name      ID   Mem VCPUs      State   Time(s) Label
 
3465
Domain-0   0   873     1     r-----     56.3  ACM:example.test:SystemManagement
 
3466
 
 
3467
# xm resetpolicy
 
3468
Successfully reset the system's policy.
 
3469
 
 
3470
# xm getpolicy
 
3471
Supported security subsystems   : ACM
 
3472
Policy name           : DEFAULT
 
3473
Policy type           : ACM
 
3474
Version of XML policy : 1.0
 
3475
Policy configuration  : loaded
 
3476
 
 
3477
# xm list --label
 
3478
Name      ID   Mem VCPUs      State   Time(s) Label
 
3479
Domain-0   0   873     1     r-----     57.2  ACM:DEFAULT:SystemManagement
 
3480
 
 
3481
# xm setpolicy ACM mytest
 
3482
Successfully set the new policy.
 
3483
Supported security subsystems   : ACM
 
3484
Policy name           : mytest
 
3485
Policy type           : ACM
 
3486
Version of XML policy : 1.0
 
3487
Policy configuration  : loaded, activated for boot
 
3488
 
 
3489
# xm labels
 
3490
A-Bank
 
3491
A-Bank.MarketAnalysis
 
3492
A-Bank.SecurityUnderwriting
 
3493
AutoCorp
 
3494
B-Bank
 
3495
SystemManagement
 
3496
__UNLABELED__
 
3497
 
 
3498
# xm list --label
 
3499
Name      ID   Mem VCPUs      State   Time(s) Label
 
3500
Domain-0   0   873     1     r-----     58.0  ACM:mytest:SystemManagement
 
3501
\end{verbatim}
 
3502
\end{scriptsize}
 
3503
 
 
3504
The described way of changing policies by resetting the existing
 
3505
policy is useful for testing different policies. For real deployment
 
3506
environments, a policy update as described in the following section
 
3507
is more appropriate and can be applied seamlessly at run-time while
 
3508
user domains are running.
 
3509
 
 
3510
\subsubsection{Update an sHype/Xen Security Policy at Run-time}
 
3511
 
 
3512
Once an ACM security policy is activated (loaded into the Xen
 
3513
hypervisor), the policy may be updated at run-time without the
 
3514
need to re-boot the system. The XML update-policy contains several
 
3515
additional information fields that are required to safely link the
 
3516
new policy contents to the old policy and ensure a consistent
 
3517
transformation of the system security state from the old to the
 
3518
new policy. Those additional fields are required for policies that
 
3519
are updating an existing policy at run-time.
 
3520
 
 
3521
The major benefit of policy updates is the ability to add, delete,
 
3522
or rename workload types, labels, and conflict sets (run-time
 
3523
exclusion rules) to accommodate changes in the managed virtual
 
3524
environment without the need to reboot the Xen system. When a
 
3525
new policy renames labels of the current policy, the labels
 
3526
attached to resources and domains are automatically updated
 
3527
during a successful policy update.
 
3528
 
 
3529
We have manually crafted an update policy for the \verb|mytest|
 
3530
security policy and stored it in the file mytest\_update-security\_policy.xml
 
3531
in the policies directory. We will discuss this policy in detail before
 
3532
using it to update a running sHype/Xen system. The following figures contain
 
3533
the whole contents of the update policy file.
 
3534
 
 
3535
Figure~\ref{fig:acmupdateheader} shows the policy
 
3536
header of an update-policy and the new \verb|FromPolicy| XML
 
3537
node. For the policy update to succeed, the policy name and the
 
3538
policy version fields of the \verb|FromPolicy| XML node must
 
3539
exactly match those of the currently enforced policy. This
 
3540
ensures a controlled update path of the policy.
 
3541
 
 
3542
\begin{figure}[htb]
 
3543
\begin{scriptsize}
 
3544
\begin{verbatim}
 
3545
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
 
3546
<!-- Auto-generated by ezPolicy        -->
 
3547
<SecurityPolicyDefinition xmlns="http://www.ibm.com"
 
3548
xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
 
3549
xsi:schemaLocation="http://www.ibm.com ../../security_policy.xsd ">
 
3550
    <PolicyHeader>
 
3551
        <PolicyName>mytest</PolicyName>
 
3552
        <Date>Tue Nov 27 21:53:45 2007</Date>
 
3553
        <Version>1.1</Version>
 
3554
        <FromPolicy>
 
3555
            <PolicyName>mytest</PolicyName>
 
3556
            <Version>1.0</Version>
 
3557
        </FromPolicy>
 
3558
    </PolicyHeader>
 
3559
\end{verbatim}
 
3560
\end{scriptsize}
 
3561
\caption{XML security policy update -- Part I: Updated Policy Header.}
 
3562
\label{fig:acmupdateheader}
 
3563
\end{figure}
 
3564
 
 
3565
The version number of the new policy, which is shown in the
 
3566
node following the \verb|Date| node, must be a logical increment
 
3567
to the current policy's version. Therefore at least the minor
 
3568
number of the policy version must be incremented. This ensures
 
3569
that a policy update is applied only to exactly the policy for
 
3570
which this update was created and minimizes unforseen side-effects
 
3571
 of policy updates.
 
3572
 
 
3573
\paragraph{Types and Conflic Sets}
 
3574
The type names and the assignment of types to labels or conflict
 
3575
sets (run-time exclusion rules) can
 
3576
simply be changed consistently throughout the policy. Types,
 
3577
as opposed to labels, are not directly associated or referenced
 
3578
outside the policy so they do not need to carry their history
 
3579
in a ``From'' field. The figure below shows the update for the
 
3580
types and conflict sets. The \verb|__UNLABELED__| type is removed
 
3581
to disable support for running unlabeled domains. Additionally,
 
3582
we have renamed the two \verb|A-Bank| department types with
 
3583
abbreviated names \verb|A-Bank.SU| and \verb|A-Bank.MA|. You
 
3584
can also see how those type names are
 
3585
consistently changed within the conflict set definition.
 
3586
 
 
3587
\begin{figure}[htb]
 
3588
\begin{scriptsize}
 
3589
\begin{verbatim}
 
3590
    <SimpleTypeEnforcement>
 
3591
        <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3592
            <Type>SystemManagement</Type>
 
3593
            <Type>A-Bank</Type>
 
3594
            <Type>A-Bank.SU</Type>
 
3595
            <Type>A-Bank.MA</Type>
 
3596
            <Type>B-Bank</Type>
 
3597
            <Type>AutoCorp</Type>
 
3598
        </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3599
    </SimpleTypeEnforcement>
 
3600
 
 
3601
    <ChineseWall priority="PrimaryPolicyComponent">
 
3602
        <ChineseWallTypes>
 
3603
            <Type>SystemManagement</Type>
 
3604
            <Type>A-Bank</Type>
 
3605
            <Type>A-Bank.SU</Type>
 
3606
            <Type>A-Bank.MA</Type>
 
3607
            <Type>B-Bank</Type>
 
3608
            <Type>AutoCorp</Type>
 
3609
        </ChineseWallTypes>
 
3610
 
 
3611
        <ConflictSets>
 
3612
            <Conflict name="RER">
 
3613
                <Type>A-Bank</Type>
 
3614
                <Type>B-Bank</Type>
 
3615
            </Conflict>
 
3616
            <Conflict name="RER">
 
3617
                <Type>A-Bank.MA</Type>
 
3618
                <Type>A-Bank.SU</Type>
 
3619
            </Conflict>
 
3620
       </ConflictSets>
 
3621
    </ChineseWall>
 
3622
\end{verbatim}
 
3623
\end{scriptsize}
 
3624
\caption{XML security policy update -- Part II: Updated Types and Conflict Sets.}
 
3625
\label{fig:acmupdatetypesnrules}
 
3626
\end{figure}
 
3627
 
 
3628
In the same way, new types can be introduced and new conflict sets
 
3629
can be defined by simply adding the types or conflict sets to the
 
3630
update policy.
 
3631
 
 
3632
\paragraph{Labels} Virtual machine and resource labels of an existing policy can be
 
3633
deleted through a policy update simply by omitting them in the
 
3634
update-policy. However, if a currently running virtual machine
 
3635
or a currently used resource is labeled with a label not stated
 
3636
in the update-policy, then the policy update is rejected. This
 
3637
ensures that a policy update leaves the system in a consistent
 
3638
security state.
 
3639
 
 
3640
A policy update also enables the renaming of virtual machine and
 
3641
resource labels. Linking the old label name with the new label
 
3642
name is achieved through the \verb|from| attribute in the
 
3643
\verb|VirtualMachineLabel| or \verb|ResourceLabel| nodes in the
 
3644
update-policy. Figure~\ref{fig:acmupdatelabels} shown how subject
 
3645
and resource labels
 
3646
are updated from their old name \verb|A-Bank.SecurityUnterwriting|
 
3647
to their new name \verb|A-Bank.SU| using the \verb|from| attribute.
 
3648
 
 
3649
\begin{figure}[htb]
 
3650
\begin{tabular*}{\textwidth}{@{\extracolsep{\fill}}l|l}
 
3651
\begin{minipage}{0.475\textwidth}
 
3652
\begin{tiny}
 
3653
\begin{verbatim}
 
3654
<SecurityLabelTemplate>
 
3655
  <SubjectLabels bootstrap="SystemManagement">
 
3656
  <VirtualMachineLabel>
 
3657
    <Name>SystemManagement</Name>
 
3658
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3659
      <Type>SystemManagement</Type>
 
3660
      <Type>A-Bank</Type>
 
3661
      <Type>A-Bank.SU</Type>
 
3662
      <Type>A-Bank.MA</Type>
 
3663
      <Type>B-Bank</Type>
 
3664
      <Type>AutoCorp</Type>
 
3665
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3666
    <ChineseWallTypes>
 
3667
      <Type>SystemManagement</Type>
 
3668
    </ChineseWallTypes>
 
3669
  </VirtualMachineLabel>
 
3670
  <VirtualMachineLabel>
 
3671
    <Name>A-Bank-WL</Name>
 
3672
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3673
      <Type>SystemManagement</Type>
 
3674
      <Type>A-Bank</Type>
 
3675
      <Type>A-Bank.SU</Type>
 
3676
      <Type>A-Bank.MA</Type>
 
3677
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3678
    <ChineseWallTypes>
 
3679
      <Type>SystemManagement</Type>
 
3680
    </ChineseWallTypes>
 
3681
  </VirtualMachineLabel>
 
3682
  <VirtualMachineLabel>
 
3683
    <Name>A-Bank</Name>
 
3684
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3685
      <Type>A-Bank</Type>
 
3686
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3687
    <ChineseWallTypes>
 
3688
      <Type>A-Bank</Type>
 
3689
    </ChineseWallTypes>
 
3690
  </VirtualMachineLabel>
 
3691
  <VirtualMachineLabel>
 
3692
    <Name from="A-Bank.SecurityUnderwriting">
 
3693
            A-Bank.SU</Name>
 
3694
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3695
      <Type>A-Bank.SU</Type>
 
3696
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3697
    <ChineseWallTypes>
 
3698
      <Type>A-Bank</Type>
 
3699
      <Type>A-Bank.SU</Type>
 
3700
    </ChineseWallTypes>
 
3701
   </VirtualMachineLabel>
 
3702
  <VirtualMachineLabel>
 
3703
    <Name from="A-Bank.MarketAnalysis">
 
3704
            A-Bank.MA</Name>
 
3705
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3706
      <Type>A-Bank.MA</Type>
 
3707
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3708
    <ChineseWallTypes>
 
3709
      <Type>A-Bank</Type>
 
3710
      <Type>A-Bank.MA</Type>
 
3711
    </ChineseWallTypes>
 
3712
  </VirtualMachineLabel>
 
3713
\end{verbatim}
 
3714
\end{tiny}
 
3715
\end{minipage} &
 
3716
\begin{minipage}{0.475\textwidth}
 
3717
\begin{tiny}
 
3718
\begin{verbatim}
 
3719
  <VirtualMachineLabel>
 
3720
    <Name>B-Bank</Name>
 
3721
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3722
      <Type>B-Bank</Type>
 
3723
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3724
    <ChineseWallTypes>
 
3725
      <Type>B-Bank</Type>
 
3726
    </ChineseWallTypes>
 
3727
  </VirtualMachineLabel>
 
3728
  <VirtualMachineLabel>
 
3729
    <Name>AutoCorp</Name>
 
3730
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3731
      <Type>AutoCorp</Type>
 
3732
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3733
    <ChineseWallTypes>
 
3734
      <Type>AutoCorp</Type>
 
3735
    </ChineseWallTypes>
 
3736
  </VirtualMachineLabel>
 
3737
</SubjectLabels>
 
3738
 
 
3739
<ObjectLabels>
 
3740
  <ResourceLabel>
 
3741
    <Name>SystemManagement</Name>
 
3742
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3743
      <Type>SystemManagement</Type>
 
3744
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3745
  </ResourceLabel>
 
3746
  <ResourceLabel>
 
3747
    <Name>A-Bank</Name>
 
3748
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3749
      <Type>A-Bank</Type>
 
3750
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3751
  </ResourceLabel>
 
3752
  <ResourceLabel>
 
3753
    <Name from="A-Bank.SecurityUnderwriting">
 
3754
            A-Bank.SU</Name>
 
3755
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3756
      <Type>A-Bank.SU</Type>
 
3757
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3758
  </ResourceLabel>
 
3759
  <ResourceLabel>
 
3760
    <Name from="A-Bank.MarketAnalysis">
 
3761
            A-Bank.MA</Name>
 
3762
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3763
      <Type>A-Bank.MA</Type>
 
3764
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3765
  </ResourceLabel>
 
3766
  <ResourceLabel>
 
3767
    <Name>B-Bank</Name>
 
3768
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3769
      <Type>B-Bank</Type>
 
3770
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3771
  </ResourceLabel>
 
3772
  <ResourceLabel>
 
3773
    <Name>AutoCorp</Name>
 
3774
    <SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3775
      <Type>AutoCorp</Type>
 
3776
    </SimpleTypeEnforcementTypes>
 
3777
  </ResourceLabel>
 
3778
  </ObjectLabels>
 
3779
</SecurityLabelTemplate>
 
3780
</SecurityPolicyDefinition>
 
3781
\end{verbatim}
 
3782
\end{tiny}
 
3783
\end{minipage}
 
3784
\end{tabular*}
 
3785
\caption{XML security policy update -- Part III: Updated Label Definition.}
 
3786
\label{fig:acmupdatelabels}
 
3787
\end{figure}
 
3788
% DO NOT MODIFY WHITESPACE ABOVE, it balances the columns
 
3789
 
 
3790
The updated label definition also includes a new label \verb|A-Bank-WL|
 
3791
that includes all STE types related to A-Bank. Its CHWALL type
 
3792
is \verb|SystemManagement|. This indicates that this label is designed
 
3793
as Domain-0 label. A Xen system can be restricted to only run A-Bank
 
3794
related workloads by relabeling Domain-0 with the \verb|A-Bank-WL| label.
 
3795
 
 
3796
We assume that the update-policy shown in
 
3797
Figures~\ref{fig:acmupdateheader}, \ref{fig:acmupdatetypesnrules}
 
3798
and \ref{fig:acmupdatelabels}
 
3799
is stored in the XML file mytest\_update-security\_policy.xml located
 
3800
in the ACM policy directory. See Section~\ref{subsection:acmnaming}
 
3801
for information about policy names and locations.
 
3802
 
 
3803
The following \verb|xm setpolicy| command updates the active ACM
 
3804
security policy at run-time.
 
3805
 
 
3806
\begin{scriptsize}
 
3807
\begin{verbatim}
 
3808
# xm list --label
 
3809
Name      ID   Mem VCPUs    State  Time(s) Label
 
3810
domain1    2   128     1   -b----     0.6  ACM:mytest:A-Bank
 
3811
domain4    3   164     1   -b----     0.3  ACM:mytest:A-Bank.SecurityUnderwriting
 
3812
Domain-0   0   711     1   r-----    71.8  ACM:mytest:SystemManagement
 
3813
 
 
3814
# xm resources
 
3815
file:/home/xen/dom_fc5/fedora.fc5.swap
 
3816
      type: ACM
 
3817
    policy: mytest
 
3818
    label:  A-Bank
 
3819
file:/home/xen/dom_fc5/fedora.fc5.img
 
3820
      type: ACM
 
3821
    policy: mytest
 
3822
    label:  A-Bank
 
3823
 
 
3824
# xm setpolicy ACM mytest_update
 
3825
Successfully set the new policy.
 
3826
Supported security subsystems   : ACM
 
3827
Policy name           : mytest
 
3828
Policy type           : ACM
 
3829
Version of XML policy : 1.1
 
3830
Policy configuration  : loaded, activated for boot
 
3831
 
 
3832
# xm list --label
 
3833
Name      ID   Mem VCPUs      State   Time(s) Label
 
3834
domain1    2   128     1     -b----      0.7  ACM:mytest:A-Bank
 
3835
domain4    3   164     1     -b----      0.3  ACM:mytest:A-Bank.SU
 
3836
Domain-0   0   711     1     r-----     72.8  ACM:mytest:SystemManagement
 
3837
 
 
3838
# xm labels
 
3839
A-Bank
 
3840
A-Bank-WL
 
3841
A-Bank.MA
 
3842
A-Bank.SU
 
3843
AutoCorp
 
3844
B-Bank
 
3845
 
 
3846
# xm resources
 
3847
file:/home/xen/dom_fc5/fedora.fc5.swap
 
3848
      type: ACM
 
3849
    policy: mytest
 
3850
     label: A-Bank
 
3851
file:/home/xen/dom_fc5/fedora.fc5.img
 
3852
      type: ACM
 
3853
    policy: mytest
 
3854
     label: A-Bank
 
3855
    \end{verbatim}
 
3856
\end{scriptsize}
 
3857
 
 
3858
After successful completion of this command, \verb|xm list --label|
 
3859
shows that the labels of running domains changed to their new names.
 
3860
\verb|xm labels| shows that new labels \verb|A-Bank.SU| and \verb|A-Bank.AM|
 
3861
are now available in the policy. The resource labels remain valid after
 
3862
the successful update as \verb|xm resources| confirms.
 
3863
 
 
3864
The \verb|setpolicy| command fails if the new policy is inconsistent
 
3865
with the current one or the policy is inconsistent internally (e.g., types
 
3866
are renamed in the type definition but not in the label definition part of
 
3867
the policy). In this case, the old policy remains active.
 
3868
 
 
3869
After relabeling Domain-0 with the new \verb|A-Bank-WL| label, we can no
 
3870
longer run domains labeled \verb|B-Bank| or \verb|AutoCorp| since their
 
3871
STE types are not a subset of the new Domain-0 label.
 
3872
 
 
3873
\begin{scriptsize}
 
3874
\begin{verbatim}
 
3875
# xm addlabel A-Bank-WL mgt Domain-0
 
3876
Successfully set the label of domain 'Domain-0' to 'A-Bank-WL'.
 
3877
 
 
3878
# xm list --label
 
3879
Name      ID   Mem VCPUs      State   Time(s) Label
 
3880
domain1    2   128     1     -b----      0.8  ACM:mytest:A-Bank
 
3881
Domain-0   0   711     1     r-----     74.5  ACM:mytest:A-Bank-WL
 
3882
domain4    3   164     1     -b----      0.3  ACM:mytest:A-Bank.SU
 
3883
 
 
3884
# xm getlabel dom domain3.xm
 
3885
policytype=ACM,policy=mytest,label=AutoCorp
 
3886
 
 
3887
# xm create domain3.xm
 
3888
Using config file "./domain3.xm".
 
3889
Error: VM is not authorized to run.
 
3890
 
 
3891
# xm addlabel SystemManagement mgt Domain-0
 
3892
Successfully set the label of domain 'Domain-0' to 'SystemManagement'.
 
3893
 
 
3894
# xm list --label
 
3895
Name      ID   Mem VCPUs      State   Time(s) Label
 
3896
domain1    2   128     1     -b----      0.8  ACM:mytest:A-Bank
 
3897
domain4    3   164     1     -b----      0.3  ACM:mytest:A-Bank.SU
 
3898
Domain-0   0   709     1     r-----     76.4  ACM:mytest:SystemManagement
 
3899
 
 
3900
# xm create domain3.xm
 
3901
Using config file "./domain3.xm".
 
3902
Started domain domain3
 
3903
 
 
3904
# xm list --label
 
3905
Name      ID   Mem VCPUs      State   Time(s) Label
 
3906
domain1    2   128     1     -b----      0.8  ACM:mytest:A-Bank
 
3907
domain4    3   164     1     -b----      0.3  ACM:mytest:A-Bank.SU
 
3908
domain3    4   164     1     -b----      0.3  ACM:mytest:AutoCorp
 
3909
Domain-0   0   547     1     r-----     77.5  ACM:mytest:SystemManagement
 
3910
\end{verbatim}
 
3911
\end{scriptsize}
 
3912
 
 
3913
In the same manner, you can add new labels to support new workloads and
 
3914
add, delete, or rename workload types (STE and/or CHWALL types) simply
 
3915
by changing the composition of labels. Another use case is to add new
 
3916
workload types to the current Domain-0 label to enable them to run.
 
3917
Conflict sets (run-time exclusion rules) can be simply omitted or added.
 
3918
The policy and label changes become active at once and new workloads
 
3919
can be run in protected mode without rebooting the Xen system.
 
3920
 
 
3921
In all these cases, if any running user domain would--under the new policy--not
 
3922
be allowed to run or would not be allowed to access any of the resources
 
3923
it currently uses, then the policy update is rejected. In this case, you
 
3924
can stop domains that conflict with the new policy and update the policy
 
3925
afterwards. The old policy remains active until a policy update succeeds
 
3926
or Xen is re-booted into a new policy.
 
3927
 
 
3928
\subsection{Tools For Creating sHype/Xen Security Policies}
 
3929
To create a security policy for Xen, you can use one of the following
 
3930
tools:
 
3931
\begin{itemize}
 
3932
\item \verb|ezPolicy| GUI tool -- start writing policies
 
3933
\item \verb|xensec_gen| tool -- refine policies created with \verb|ezPolicy|
 
3934
\item text or XML editor
 
3935
\end{itemize}
 
3936
 
 
3937
We use the \verb|ezPolicy| tool in
 
3938
Section~\ref{subsection:acmexamplecreate} to quickly create a workload
 
3939
protection policy. If desired, the resulting XML policy file can be
 
3940
loaded into the \verb|xensec_gen| tool to refine it. It can also be
 
3941
directly edited using an XML editor. Any XML policy file is verified
 
3942
against the security policy schema when it is translated (see
 
3943
Subsection~\ref{subsection:acmexampleinstall}).
 
3944
 
 
3945
\section{Current Limitations}
 
3946
\label{section:acmlimitations}
 
3947
 
 
3948
The sHype/ACM configuration for Xen is work in progress. There is
 
3949
ongoing work for protecting virtualized resources and planned and
 
3950
ongoing work for protecting access to remote resources and domains.
 
3951
The following sections describe limitations of some of the areas into
 
3952
which access control is being extended.
 
3953
 
 
3954
\subsection{Network Traffic}
 
3955
Local and remote network traffic is currently not controlled.
 
3956
Solutions to add sHype/ACM policy enforcement to the virtual network
 
3957
exist but need to be discussed before they can become part of Xen.
 
3958
Subjecting external network traffic to the ACM security policy is work
 
3959
in progress. Manually setting up filters in domain 0 is required for
 
3960
now but does not scale well.
 
3961
 
 
3962
\subsection{Resource Access and Usage Control}
 
3963
 
 
3964
Enforcing the security policy across multiple hypervisor systems and
 
3965
on access to remote shared resources is work in progress. Extending
 
3966
access control to new types of resources is ongoing work (e.g. network
 
3967
storage).
 
3968
 
 
3969
On a single Xen system, information about the association of resources
 
3970
and security labels is stored in
 
3971
\verb|/var/lib/xend/security/policies/resource_labels|. This file relates
 
3972
a full resource path with a security label. This association is weak
 
3973
and will break if resources are moved or renamed without adapting the
 
3974
label file. Improving the protection of label-resource relationships
 
3975
is ongoing work.
 
3976
 
 
3977
Controlling resource usage and enforcing resource limits in general is
 
3978
ongoing work in the Xen community.
 
3979
 
 
3980
\subsection{Domain Migration}
 
3981
 
 
3982
Labels on domains are enforced during domain migration and the
 
3983
destination hypervisor will ensure that the domain label is valid and
 
3984
the domain is permitted to run (considering the Chinese Wall policy
 
3985
rules) before it accepts the migration.  However, the network between
 
3986
the source and destination hypervisor as well as both hypervisors must
 
3987
be trusted. Architectures and prototypes exist that both protect the
 
3988
network connection and ensure that the hypervisors enforce access
 
3989
control consistently but patches are not yet available for the main
 
3990
stream.
 
3991
 
 
3992
\subsection{Covert Channels}
 
3993
 
 
3994
The sHype access control aims at system independent security policies.
 
3995
It builds on top of the core hypervisor isolation. Any covert channels
 
3996
that exist in the core hypervisor or in the hardware (e.g., shared
 
3997
processor cache) will be inherited. If those covert channels are not
 
3998
the result of trade-offs between security and other system properties,
 
3999
then they are most effectively minimized or eliminated where they are
 
4000
caused. sHype offers however some means to mitigate their impact, e.g.,
 
4001
run-time exclusion rules (cf Section~\ref{subsection:acmexamplecreate})
 
4002
or limiting the system authorization (cf Section~\ref{subsection:acmlabeldom0}).
 
4003
 
 
4004
 
 
4005
\part{Reference}
 
4006
 
 
4007
%% Chapter Build and Boot Options
 
4008
\chapter{Build and Boot Options} 
 
4009
 
 
4010
This chapter describes the build- and boot-time options which may be
 
4011
used to tailor your Xen system.
 
4012
 
 
4013
\section{Top-level Configuration Options} 
 
4014
 
 
4015
Top-level configuration is achieved by editing one of two 
 
4016
files: \path{Config.mk} and \path{Makefile}. 
 
4017
 
 
4018
The former allows the overall build target architecture to be 
 
4019
specified. You will typically not need to modify this unless 
 
4020
you are cross-compiling. Additional configuration options are
 
4021
documented in the \path{Config.mk} file. 
 
4022
 
 
4023
The top-level \path{Makefile} is chiefly used to customize the set of
 
4024
kernels built. Look for the line: 
 
4025
\begin{quote}
 
4026
\begin{verbatim}
 
4027
KERNELS ?= linux-2.6-xen0 linux-2.6-xenU
 
4028
\end{verbatim}
 
4029
\end{quote}
 
4030
 
 
4031
Allowable options here are any kernels which have a corresponding 
 
4032
build configuration file in the \path{buildconfigs/} directory. 
 
4033
 
 
4034
 
 
4035
 
 
4036
\section{Xen Build Options}
 
4037
 
 
4038
Xen provides a number of build-time options which should be set as
 
4039
environment variables or passed on make's command-line.
 
4040
 
 
4041
\begin{description}
 
4042
\item[verbose=y] Enable debugging messages when Xen detects an
 
4043
  unexpected condition.  Also enables console output from all domains.
 
4044
\item[debug=y] Enable debug assertions.  Implies {\bf verbose=y}.
 
4045
  (Primarily useful for tracing bugs in Xen).
 
4046
\item[debugger=y] Enable the in-Xen debugger. This can be used to
 
4047
  debug Xen, guest OSes, and applications.
 
4048
\item[perfc=y] Enable performance counters for significant events
 
4049
  within Xen. The counts can be reset or displayed on Xen's console
 
4050
  via console control keys.
 
4051
\end{description}
 
4052
 
 
4053
 
 
4054
\section{Xen Boot Options}
 
4055
\label{s:xboot}
 
4056
 
 
4057
These options are used to configure Xen's behaviour at runtime.  They
 
4058
should be appended to Xen's command line, either manually or by
 
4059
editing \path{grub.conf}.
 
4060
 
 
4061
\begin{description}
 
4062
\item [ noreboot ] Don't reboot the machine automatically on errors.
 
4063
  This is useful to catch debug output if you aren't catching console
 
4064
  messages via the serial line.
 
4065
\item [ nosmp ] Disable SMP support.  This option is implied by
 
4066
  `ignorebiostables'.
 
4067
\item [ watchdog ] Enable NMI watchdog which can report certain
 
4068
  failures.
 
4069
\item [ noirqbalance ] Disable software IRQ balancing and affinity.
 
4070
  This can be used on systems such as Dell 1850/2850 that have
 
4071
  workarounds in hardware for IRQ-routing issues.
 
4072
\item [ badpage=$<$page number$>$,$<$page number$>$, \ldots ] Specify
 
4073
  a list of pages not to be allocated for use because they contain bad
 
4074
  bytes. For example, if your memory tester says that byte 0x12345678
 
4075
  is bad, you would place `badpage=0x12345' on Xen's command line.
 
4076
\item [ serial\_tx\_buffer=$<$size$>$ ] Size of serial transmit
 
4077
  buffers. Default is 16kB.
 
4078
\item [ com1=$<$baud$>$,DPS,$<$io\_base$>$,$<$irq$>$
 
4079
  com2=$<$baud$>$,DPS,$<$io\_base$>$,$<$irq$>$ ] \mbox{}\\
 
4080
  Xen supports up to two 16550-compatible serial ports.  For example:
 
4081
  `com1=9600, 8n1, 0x408, 5' maps COM1 to a 9600-baud port, 8 data
 
4082
  bits, no parity, 1 stop bit, I/O port base 0x408, IRQ 5.  If some
 
4083
  configuration options are standard (e.g., I/O base and IRQ), then
 
4084
  only a prefix of the full configuration string need be specified. If
 
4085
  the baud rate is pre-configured (e.g., by the bootloader) then you
 
4086
  can specify `auto' in place of a numeric baud rate.
 
4087
\item [ console=$<$specifier list$>$ ] Specify the destination for Xen
 
4088
  console I/O.  This is a comma-separated list of, for example:
 
4089
  \begin{description}
 
4090
  \item[ vga ] Use VGA console (until domain 0 boots, unless {\bf
 
4091
  vga=...keep } is specified).
 
4092
  \item[ com1 ] Use serial port com1.
 
4093
  \item[ com2H ] Use serial port com2. Transmitted chars will have the
 
4094
    MSB set. Received chars must have MSB set.
 
4095
  \item[ com2L] Use serial port com2. Transmitted chars will have the
 
4096
    MSB cleared. Received chars must have MSB cleared.
 
4097
  \end{description}
 
4098
  The latter two examples allow a single port to be shared by two
 
4099
  subsystems (e.g.\ console and debugger). Sharing is controlled by
 
4100
  MSB of each transmitted/received character.  [NB. Default for this
 
4101
  option is `com1,vga']
 
4102
\item [ vga=$<$mode$>$(,keep) ] The mode is one of the following options:
 
4103
  \begin{description}
 
4104
  \item[ ask ] Display a vga menu allowing manual selection of video
 
4105
  mode.
 
4106
  \item[ current ] Use existing vga mode without modification.
 
4107
  \item[ text-$<$mode$>$ ] Select text-mode resolution, where mode is
 
4108
  one of 80x25, 80x28, 80x30, 80x34, 80x43, 80x50, 80x60.
 
4109
  \item[ gfx-$<$mode$>$ ] Select VESA graphics mode
 
4110
  $<$width$>$x$<$height$>$x$<$depth$>$ (e.g., `vga=gfx-1024x768x32').
 
4111
  \item[ mode-$<$mode$>$ ] Specify a mode number as discovered by `vga
 
4112
  ask'. Note that the numbers are displayed in hex and hence must be
 
4113
  prefixed by `0x' here (e.g., `vga=mode-0x0335').
 
4114
  \end{description}
 
4115
The mode may optionally be followed by `{\bf,keep}' to cause Xen to keep
 
4116
writing to the VGA console after domain 0 starts booting (e.g., `vga=text-80x50,keep').
 
4117
\item [ no-real-mode ] (x86 only) Do not execute real-mode bootstrap
 
4118
  code when booting Xen. This option should not be used except for
 
4119
  debugging. It will effectively disable the {\bf vga} option, which
 
4120
  relies on real mode to set the video mode.
 
4121
\item [ edid=no,force ] (x86 only) Either force retrieval of monitor
 
4122
  EDID information via VESA DDC, or disable it (edid=no). This option
 
4123
  should not normally be required except for debugging purposes.
 
4124
\item [ edd=off,on,skipmbr ] (x86 only) Control retrieval of Extended
 
4125
  Disc Data (EDD) from the BIOS during boot.
 
4126
\item [ console\_to\_ring ] Place guest console output into the
 
4127
  hypervisor console ring buffer. This is disabled by default.
 
4128
  When enabled, both hypervisor output and guest console output
 
4129
  is available from the ring buffer. This can be useful for logging
 
4130
  and/or remote presentation of console data.
 
4131
\item [ sync\_console ] Force synchronous console output. This is
 
4132
  useful if you system fails unexpectedly before it has sent all
 
4133
  available output to the console. In most cases Xen will
 
4134
  automatically enter synchronous mode when an exceptional event
 
4135
  occurs, but this option provides a manual fallback.
 
4136
\item [ conswitch=$<$switch-char$><$auto-switch-char$>$ ] Specify how
 
4137
  to switch serial-console input between Xen and DOM0. The required
 
4138
  sequence is CTRL-$<$switch-char$>$ pressed three times. Specifying
 
4139
  the backtick character disables switching.  The
 
4140
  $<$auto-switch-char$>$ specifies whether Xen should auto-switch
 
4141
  input to DOM0 when it boots --- if it is `x' then auto-switching is
 
4142
  disabled.  Any other value, or omitting the character, enables
 
4143
  auto-switching.  [NB. Default switch-char is `a'.]
 
4144
\item [ loglvl=$<$level$>/<$level$>$ ]
 
4145
  Specify logging level. Messages of the specified severity level (and
 
4146
  higher) will be printed to the Xen console. Valid levels are `none',
 
4147
  `error', `warning', `info', `debug', and `all'. The second level
 
4148
  specifier is optional: it is used to specify message severities
 
4149
  which are to be rate limited. Default is `loglvl=warning'.
 
4150
\item [ guest\_loglvl=$<$level$>/<$level$>$ ] As for loglvl, but
 
4151
  applies to messages relating to guests. Default is
 
4152
  `guest\_loglvl=none/warning'. 
 
4153
\item [ console\_timestamps ] 
 
4154
  Adds a timestamp prefix to each line of Xen console output.
 
4155
\item [ nmi=xxx ]
 
4156
  Specify what to do with an NMI parity or I/O error. \\
 
4157
  `nmi=fatal':  Xen prints a diagnostic and then hangs. \\
 
4158
  `nmi=dom0':   Inform DOM0 of the NMI. \\
 
4159
  `nmi=ignore': Ignore the NMI.
 
4160
\item [ mem=xxx ] Set the physical RAM address limit. Any RAM
 
4161
  appearing beyond this physical address in the memory map will be
 
4162
  ignored. This parameter may be specified with a B, K, M or G suffix,
 
4163
  representing bytes, kilobytes, megabytes and gigabytes respectively.
 
4164
  The default unit, if no suffix is specified, is kilobytes.
 
4165
\item [ dom0\_mem=$<$specifier list$>$ ] Set the amount of memory to
 
4166
  be allocated to domain 0. This is a comma-separated list containing
 
4167
  the following optional components:
 
4168
  \begin{description}
 
4169
  \item[ min:$<$min\_amt$>$ ] Minimum amount to allocate to domain 0
 
4170
  \item[ max:$<$min\_amt$>$ ] Maximum amount to allocate to domain 0
 
4171
  \item[ $<$amt$>$ ] Precise amount to allocate to domain 0
 
4172
  \end{description}
 
4173
  Each numeric parameter may be specified with a B, K, M or
 
4174
  G suffix, representing bytes, kilobytes, megabytes and gigabytes
 
4175
  respectively; if no suffix is specified, the parameter defaults to
 
4176
  kilobytes. Negative values are subtracted from total available
 
4177
  memory. If $<$amt$>$ is not specified, it defaults to all available
 
4178
  memory less a small amount (clamped to 128MB) for uses such as DMA
 
4179
  buffers.
 
4180
\item [ dom0\_vcpus\_pin ] Pins domain 0 VCPUs on their respective
 
4181
  physical CPUS (default=false).
 
4182
\item [ tbuf\_size=xxx ] Set the size of the per-cpu trace buffers, in
 
4183
  pages (default 0).  
 
4184
\item [ sched=xxx ] Select the CPU scheduler Xen should use.  The
 
4185
  current possibilities are `credit' (default), and `sedf'.
 
4186
\item [ apic\_verbosity=debug,verbose ] Print more detailed
 
4187
  information about local APIC and IOAPIC configuration.
 
4188
\item [ lapic ] Force use of local APIC even when left disabled by
 
4189
  uniprocessor BIOS.
 
4190
\item [ nolapic ] Ignore local APIC in a uniprocessor system, even if
 
4191
  enabled by the BIOS.
 
4192
\item [ apic=bigsmp,default,es7000,summit ] Specify NUMA platform.
 
4193
  This can usually be probed automatically.
 
4194
\item [ dma\_bits=xxx ] Specify width of DMA addresses in bits. This
 
4195
  is used in NUMA systems to prevent this special DMA memory from
 
4196
  being exhausted in one node when remote nodes have available memory.
 
4197
\item [ vcpu\_migration\_delay=$<$minimum\_time$>$] Set minimum time of 
 
4198
  vcpu migration in microseconds (default 0). This parameter avoids agressive
 
4199
  vcpu migration. For example, the linux kernel uses 0.5ms by default.
 
4200
\end{description}
 
4201
 
 
4202
In addition, the following options may be specified on the Xen command
 
4203
line. Since domain 0 shares responsibility for booting the platform,
 
4204
Xen will automatically propagate these options to its command line.
 
4205
These options are taken from Linux's command-line syntax with
 
4206
unchanged semantics.
 
4207
 
 
4208
\begin{description}
 
4209
\item [ acpi=off,force,strict,ht,noirq,\ldots ] Modify how Xen (and
 
4210
  domain 0) parses the BIOS ACPI tables.
 
4211
\item [ acpi\_skip\_timer\_override ] Instruct Xen (and domain~0) to
 
4212
  ignore timer-interrupt override instructions specified by the BIOS
 
4213
  ACPI tables.
 
4214
\item [ noapic ] Instruct Xen (and domain~0) to ignore any IOAPICs
 
4215
  that are present in the system, and instead continue to use the
 
4216
  legacy PIC.
 
4217
\end{description} 
 
4218
 
 
4219
 
 
4220
\section{XenLinux Boot Options}
 
4221
 
 
4222
In addition to the standard Linux kernel boot options, we support:
 
4223
\begin{description}
 
4224
\item[ xencons=xxx ] Specify the device node to which the Xen virtual
 
4225
  console driver is attached. The following options are supported:
 
4226
  \begin{center}
 
4227
    \begin{tabular}{l}
 
4228
      `xencons=off': disable virtual console \\
 
4229
      `xencons=tty': attach console to /dev/tty1 (tty0 at boot-time) \\
 
4230
      `xencons=ttyS': attach console to /dev/ttyS0 \\
 
4231
      `xencons=xvc': attach console to /dev/xvc0
 
4232
    \end{tabular}
 
4233
\end{center}
 
4234
The default is ttyS for dom0 and xvc for all other domains.
 
4235
\end{description}
 
4236
 
 
4237
 
 
4238
%% Chapter Further Support
 
4239
\chapter{Further Support}
 
4240
 
 
4241
If you have questions that are not answered by this manual, the
 
4242
sources of information listed below may be of interest to you.  Note
 
4243
that bug reports, suggestions and contributions related to the
 
4244
software (or the documentation) should be sent to the Xen developers'
 
4245
mailing list (address below).
 
4246
 
 
4247
 
 
4248
\section{Other Documentation}
 
4249
 
 
4250
For developers interested in porting operating systems to Xen, the
 
4251
\emph{Xen Interface Manual} is distributed in the \path{docs/}
 
4252
directory of the Xen source distribution.
 
4253
 
 
4254
 
 
4255
\section{Online References}
 
4256
 
 
4257
The official Xen web site can be found at:
 
4258
\begin{quote} {\tt http://www.xen.org}
 
4259
\end{quote}
 
4260
 
 
4261
This contains links to the latest versions of all online
 
4262
documentation, including the latest version of the FAQ.
 
4263
 
 
4264
Information regarding Xen is also available at the Xen Wiki at
 
4265
\begin{quote} {\tt http://wiki.xensource.com/xenwiki/}\end{quote}
 
4266
The Xen project uses Bugzilla as its bug tracking system. You'll find
 
4267
the Xen Bugzilla at http://bugzilla.xensource.com/bugzilla/.
 
4268
 
 
4269
 
 
4270
\section{Mailing Lists}
 
4271
 
 
4272
There are several mailing lists that are used to discuss Xen related
 
4273
topics. The most widely relevant are listed below. An official page of
 
4274
mailing lists and subscription information can be found at \begin{quote}
 
4275
  {\tt http://lists.xensource.com/} \end{quote}
 
4276
 
 
4277
\begin{description}
 
4278
\item[xen-devel@lists.xensource.com] Used for development
 
4279
  discussions and bug reports.  Subscribe at: \\
 
4280
  {\small {\tt http://lists.xensource.com/xen-devel}}
 
4281
\item[xen-users@lists.xensource.com] Used for installation and usage
 
4282
  discussions and requests for help.  Subscribe at: \\
 
4283
  {\small {\tt http://lists.xensource.com/xen-users}}
 
4284
\item[xen-announce@lists.xensource.com] Used for announcements only.
 
4285
  Subscribe at: \\
 
4286
  {\small {\tt http://lists.xensource.com/xen-announce}}
 
4287
\item[xen-changelog@lists.xensource.com] Changelog feed
 
4288
  from the unstable and 3.x trees - developer oriented.  Subscribe at: \\
 
4289
  {\small {\tt http://lists.xensource.com/xen-changelog}}
 
4290
\end{description}
 
4291
 
 
4292
 
 
4293
 
 
4294
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 
4295
 
 
4296
\appendix
 
4297
 
 
4298
\chapter{Unmodified (HVM) guest domains in Xen with Hardware support for Virtualization}
 
4299
 
 
4300
Xen supports guest domains running unmodified guest operating systems using
 
4301
virtualization extensions available on recent processors. Currently processors
 
4302
featuring the Intel Virtualization Extension (Intel-VT) or the AMD extension
 
4303
(AMD-V) are supported. The technology covering both implementations is
 
4304
called HVM (for Hardware Virtual Machine) in Xen. More information about the
 
4305
virtualization extensions are available on the respective websites:
 
4306
 {\small {\tt http://www.intel.com/technology/computing/vptech}}
 
4307
 
 
4308
 
 
4309
 {\small {\tt http://www.amd.com/us-en/assets/content\_type/white\_papers\_and\_tech\_docs/24593.pdf}}
 
4310
 
 
4311
\section{Building Xen with HVM support}
 
4312
 
 
4313
The following packages need to be installed in order to build Xen with HVM support. Some Linux distributions do not provide these packages by default.
 
4314
 
 
4315
\begin{tabular}{lp{11.0cm}}
 
4316
{\bfseries Package} & {\bfseries Description} \\
 
4317
 
 
4318
dev86 & The dev86 package provides an assembler and linker for real mode 80x86 instructions. You need to have this package installed in order to build the BIOS code which runs in (virtual) real mode. 
 
4319
 
 
4320
If the dev86 package is not available on the x86\_64 distribution, you can install the i386 version of it. The dev86 rpm package for various distributions can be found at {\scriptsize {\tt http://www.rpmfind.net/linux/rpm2html/search.php?query=dev86\&submit=Search}} \\
 
4321
 
 
4322
SDL-devel, SDL & Simple DirectMedia Layer (SDL) is another way of virtualizing the unmodified guest console. It provides an X window for the guest console. 
 
4323
 
 
4324
If the SDL and SDL-devel packages are not installed by default on the build system, they can be obtained from  {\scriptsize {\tt http://www.rpmfind.net/linux/rpm2html/search.php?query=SDL\&amp;submit=Search}}
 
4325
 
 
4326
 
 
4327
{\scriptsize {\tt http://www.rpmfind.net/linux/rpm2html/search.php?query=SDL-devel\&submit=Search}} \\
 
4328
 
 
4329
\end{tabular}
 
4330
 
 
4331
\section{Configuration file for unmodified HVM guests}
 
4332
 
 
4333
The Xen installation includes a sample configuration file, {\small {\tt /etc/xen/xmexample.hvm}}. There are comments describing all the options. In addition to the common options that are the same as those for paravirtualized guest configurations, HVM guest configurations have the following settings:
 
4334
 
 
4335
\begin{tabular}{lp{11.0cm}}
 
4336
 
 
4337
{\bfseries Parameter} & {\bfseries Description} \\
 
4338
 
 
4339
kernel &        The HVM firmware loader, {\small {\tt /usr/lib/xen/boot/hvmloader}}\\
 
4340
 
 
4341
builder &       The domain build function. The HVM domain uses the 'hvm' builder.\\
 
4342
 
 
4343
acpi & Enable HVM guest ACPI, default=1 (enabled)\\
 
4344
 
 
4345
apic & Enable HVM guest APIC, default=1 (enabled)\\
 
4346
 
 
4347
pae & Enable HVM guest PAE, default=1 (enabled)\\
 
4348
 
 
4349
hap & Enable hardware-assisted paging support, such as AMD-V's nested paging
 
4350
or Intel\textregistered VT's extended paging. If available, Xen will
 
4351
use hardware-assisted paging instead of shadow paging for this guest's memory
 
4352
management.\\
 
4353
 
 
4354
vif     & Optionally defines MAC address and/or bridge for the network interfaces. Random MACs are assigned if not given. {\small {\tt type=ioemu}} means ioemu is used to virtualize the HVM NIC. If no type is specified, vbd is used, as with paravirtualized guests.\\
 
4355
 
 
4356
disk & Defines the disk devices you want the domain to have access to, and what you want them accessible as. If using a physical device as the HVM guest's disk, each disk entry is of the form 
 
4357
 
 
4358
{\small {\tt phy:UNAME,ioemu:DEV,MODE,}}
 
4359
 
 
4360
where UNAME is the host device file, DEV is the device name the domain will see, and MODE is r for read-only, w for read-write. ioemu means the disk will use ioemu to virtualize the HVM disk. If not adding ioemu, it uses vbd like paravirtualized guests.
 
4361
 
 
4362
If using disk image file, its form should be like 
 
4363
 
 
4364
{\small {\tt file:FILEPATH,ioemu:DEV,MODE}}
 
4365
 
 
4366
Optical devices can be emulated by appending cdrom to the device type
 
4367
 
 
4368
{\small {\tt ',hdc:cdrom,r'}}
 
4369
 
 
4370
If using more than one disk, there should be a comma between each disk entry. For example:
 
4371
 
 
4372
{\scriptsize {\tt disk = ['file:/var/images/image1.img,ioemu:hda,w', 'phy:hda1,hdb1,w', 'file:/var/images/install1.iso,hdc:cdrom,r']}}\\
 
4373
 
 
4374
boot & Boot from floppy (a), hard disk (c) or CD-ROM (d). For example, to boot from CD-ROM and fallback to HD, the entry should be:
 
4375
 
 
4376
boot='dc'\\
 
4377
 
 
4378
device\_model & The device emulation tool for HVM guests. This parameter should not be changed.\\
 
4379
 
 
4380
sdl &   Enable SDL library for graphics, default = 0 (disabled)\\
 
4381
 
 
4382
vnc &   Enable VNC library for graphics, default = 1 (enabled)\\
 
4383
 
 
4384
vncconsole &     Enable spawning of the vncviewer (only valid when vnc=1), default = 0 (disabled)
 
4385
 
 
4386
If vnc=1 and vncconsole=0, user can use vncviewer to manually connect HVM from remote. For example:
 
4387
 
 
4388
{\small {\tt vncviewer domain0\_IP\_address:HVM\_domain\_id}} \\
 
4389
 
 
4390
serial &        Enable redirection of HVM serial output to pty device\\
 
4391
 
 
4392
\end{tabular}
 
4393
 
 
4394
\begin{tabular}{lp{10cm}}
 
4395
 
 
4396
usb &           Enable USB support without defining a specific USB device.
 
4397
This option defaults to 0 (disabled) unless the option usbdevice is
 
4398
specified in which case this option then defaults to 1 (enabled).\\
 
4399
 
 
4400
usbdevice &     Enable USB support and also enable support for the given
 
4401
device.  Devices that can be specified are {\small {\tt mouse}} (a PS/2 style
 
4402
mouse), {\small {\tt tablet}} (an absolute pointing device) and
 
4403
{\small {\tt host:id1:id2}} (a physical USB device on the host machine whose
 
4404
ids are {\small {\tt id1}} and {\small {\tt id2}}).  The advantage
 
4405
of {\small {\tt tablet}} is that Windows guests will automatically recognize
 
4406
and support this device so specifying the config line
 
4407
 
 
4408
{\small
 
4409
\begin{verbatim}
 
4410
    usbdevice='tablet'
 
4411
\end{verbatim}
 
4412
}
 
4413
 
 
4414
will create a mouse that works transparently with Windows guests under VNC.
 
4415
Linux doesn't recognize the USB tablet yet so Linux guests under VNC will
 
4416
still need the Summagraphics emulation.
 
4417
Details about mouse emulation are provided in section \textbf{A.4.3}.\\
 
4418
 
 
4419
localtime &     Set the real time clock to local time [default=0, that is, set to UTC].\\
 
4420
 
 
4421
soundhw   &     Enable sound card support and specify the hardware to emulate. Values can be sb16, es1370 or all. Default is none.\\
 
4422
 
 
4423
full-screen   & Start in full screen.\\
 
4424
 
 
4425
nographic &     Another way to redirect serial output. If enabled, no 'sdl' or 'vnc' can work. Not recommended.\\
 
4426
 
 
4427
\end{tabular}
 
4428
 
 
4429
 
 
4430
\section{Creating virtual disks from scratch}
 
4431
\subsection{Using physical disks}
 
4432
If you are using a physical disk or physical disk partition, you need to install a Linux OS on the disk first. Then the boot loader should be installed in the correct place. For example {\small {\tt dev/sda}} for booting from the whole disk, or {\small {\tt /dev/sda1}} for booting from partition 1.
 
4433
 
 
4434
\subsection{Using disk image files}
 
4435
You need to create a large empty disk image file first; then, you need to install a Linux OS onto it. There are two methods you can choose. One is directly installing it using a HVM guest while booting from the OS installation CD-ROM. The other is copying an installed OS into it. The boot loader will also need to be installed.
 
4436
 
 
4437
\subsubsection*{To create the image file:}
 
4438
The image size should be big enough to accommodate the entire OS. This example assumes the size is 1G (which is probably too small for most OSes).
 
4439
 
 
4440
{\small {\tt \# dd if=/dev/zero of=hd.img bs=1M count=0 seek=1024}}
 
4441
 
 
4442
\subsubsection*{To directly install Linux OS into an image file using a HVM guest:}
 
4443
 
 
4444
Install Xen and create HVM with the original image file with booting from CD-ROM. Then it is just like a normal Linux OS installation. The HVM configuration file should have a stanza for the CD-ROM as well as a boot device specification:
 
4445
 
 
4446
{\small {\tt disk=['file:/var/images/your-hd.img,hda,w', ',hdc:cdrom,r' ]
 
4447
boot='d'}}
 
4448
 
 
4449
If this method does not succeed, you can choose the following method of copying an installed Linux OS into an image file.
 
4450
 
 
4451
\subsubsection*{To copy a installed OS into an image file:}
 
4452
Directly installing is an easier way to make partitions and install an OS in a disk image file. But if you want to create a specific OS in your disk image, then you will most likely want to use this method.
 
4453
 
 
4454
\begin{enumerate}
 
4455
\item {\bfseries Install a normal Linux OS on the host machine}\\
 
4456
You can choose any way to install Linux, such as using yum to install Red Hat Linux or YAST to install Novell SuSE Linux. The rest of this example assumes the Linux OS is installed in {\small {\tt /var/guestos/}}.
 
4457
 
 
4458
\item {\bfseries Make the partition table}\\
 
4459
The image file will be treated as hard disk, so you should make the partition table in the image file. For example:
 
4460
 
 
4461
{\scriptsize {\tt \# losetup /dev/loop0 hd.img\\
 
4462
\# fdisk -b 512 -C 4096 -H 16 -S 32 /dev/loop0\\
 
4463
press 'n' to add new partition\\
 
4464
press 'p' to choose primary partition\\
 
4465
press '1' to set partition number\\
 
4466
press "Enter" keys to choose default value of "First Cylinder" parameter.\\
 
4467
press "Enter" keys to choose default value of "Last Cylinder" parameter.\\
 
4468
press 'w' to write partition table and exit\\
 
4469
\# losetup -d /dev/loop0}}
 
4470
 
 
4471
\item {\bfseries Make the file system and install grub}\\
 
4472
{\scriptsize {\tt \# ln -s /dev/loop0 /dev/loop\\
 
4473
\# losetup /dev/loop0 hd.img\\
 
4474
\# losetup -o 16384 /dev/loop1 hd.img\\
 
4475
\# mkfs.ext3 /dev/loop1\\
 
4476
\# mount /dev/loop1 /mnt\\
 
4477
\# mkdir -p /mnt/boot/grub\\
 
4478
\# cp /boot/grub/stage* /boot/grub/e2fs\_stage1\_5 /mnt/boot/grub\\
 
4479
\# umount /mnt\\
 
4480
\# grub\\
 
4481
grub> device (hd0) /dev/loop\\
 
4482
grub> root (hd0,0)\\
 
4483
grub> setup (hd0)\\
 
4484
grub> quit\\
 
4485
\# rm /dev/loop\\
 
4486
\# losetup -d /dev/loop0\\
 
4487
\# losetup -d /dev/loop1}}
 
4488
 
 
4489
The {\small {\tt losetup}} option {\small {\tt -o 16384}} skips the partition table in the image file. It is the number of sectors times 512. We need {\small {\tt /dev/loop}} because grub is expecting a disk device \emph{name}, where \emph{name} represents the entire disk and \emph{name1} represents the first partition.
 
4490
 
 
4491
\item {\bfseries Copy the OS files to the image}\\ 
 
4492
If you have Xen installed, you can easily use {\small {\tt lomount}} instead of {\small {\tt losetup}} and {\small {\tt mount}} when coping files to some partitions. {\small {\tt lomount}} just needs the partition information.
 
4493
 
 
4494
{\scriptsize {\tt \# lomount -t ext3 -diskimage hd.img -partition 1 /mnt/guest\\
 
4495
\# cp -ax /var/guestos/\{root,dev,var,etc,usr,bin,sbin,lib\} /mnt/guest\\
 
4496
\# mkdir /mnt/guest/\{proc,sys,home,tmp\}}}
 
4497
 
 
4498
\item {\bfseries Edit the {\small {\tt /etc/fstab}} of the guest image}\\
 
4499
The fstab should look like this:
 
4500
 
 
4501
{\scriptsize {\tt \# vim /mnt/guest/etc/fstab\\
 
4502
/dev/hda1       /               ext3            defaults 1 1\\
 
4503
none            /dev/pts        devpts  gid=5,mode=620 0 0\\
 
4504
none            /dev/shm        tmpfs           defaults 0 0\\
 
4505
none            /proc           proc            defaults 0 0\\
 
4506
none            /sys            sysfs           efaults 0 0}}
 
4507
 
 
4508
\item {\bfseries umount the image file}\\
 
4509
{\small {\tt \# umount /mnt/guest}}
 
4510
\end{enumerate}
 
4511
 
 
4512
Now, the guest OS image {\small {\tt hd.img}} is ready. You can also reference {\small {\tt http://free.oszoo.org}} for quickstart images. But make sure to install the boot loader.
 
4513
 
 
4514
\section{HVM Guests}
 
4515
\subsection{Editing the Xen HVM config file}
 
4516
Make a copy of the example HVM configuration file {\small {\tt /etc/xen/xmexample.hvm}} and edit the line that reads
 
4517
 
 
4518
{\small {\tt disk = [ 'file:/var/images/\emph{min-el3-i386.img},hda,w' ]}}
 
4519
 
 
4520
replacing \emph{min-el3-i386.img} with the name of the guest OS image file you just made.
 
4521
 
 
4522
\subsection{Creating HVM guests}
 
4523
Simply follow the usual method of creating the guest, providing the filename of your HVM configuration file:\\
 
4524
 
 
4525
{\small {\tt \# xend start\\
 
4526
\# xm create /etc/xen/hvmguest.hvm}}
 
4527
 
 
4528
In the default configuration, VNC is on and SDL is off. Therefore VNC windows will open when HVM guests are created. If you want to use SDL to create HVM guests, set {\small {\tt sdl=1}} in your HVM configuration file. You can also turn off VNC by setting {\small {\tt vnc=0}}.
 
4529
 
 
4530
\subsection{Mouse issues, especially under VNC}
 
4531
Mouse handling when using VNC is a little problematic.
 
4532
The problem is that the VNC viewer provides a virtual pointer which is
 
4533
located at an absolute location in the VNC window and only absolute
 
4534
coordinates are provided.
 
4535
The HVM device model converts these absolute mouse coordinates
 
4536
into the relative motion deltas that are expected by the PS/2
 
4537
mouse driver running in the guest.
 
4538
Unfortunately,
 
4539
it is impossible to keep these generated mouse deltas
 
4540
accurate enough for the guest cursor to exactly match
 
4541
the VNC pointer.
 
4542
This can lead to situations where the guest's cursor
 
4543
is in the center of the screen and there's no way to
 
4544
move that cursor to the left
 
4545
(it can happen that the VNC pointer is at the left
 
4546
edge of the screen and,
 
4547
therefore,
 
4548
there are no longer any left mouse deltas that
 
4549
can be provided by the device model emulation code.)
 
4550
 
 
4551
To deal with these mouse issues there are 4 different
 
4552
mouse emulations available from the HVM device model:
 
4553
 
 
4554
\begin{description}
 
4555
\item[PS/2 mouse over the PS/2 port.]
 
4556
This is the default mouse
 
4557
that works perfectly well under SDL.
 
4558
Under VNC the guest cursor will get
 
4559
out of sync with the VNC pointer.
 
4560
When this happens you can re-synchronize
 
4561
the guest cursor to the VNC pointer by
 
4562
holding down the
 
4563
\textbf{left-ctl}
 
4564
and
 
4565
\textbf{left-alt}
 
4566
keys together.
 
4567
While these keys are down VNC pointer motions
 
4568
will not be reported to the guest so
 
4569
that the VNC pointer can be moved
 
4570
to a place where it is possible
 
4571
to move the guest cursor again.
 
4572
 
 
4573
\item[Summagraphics mouse over the serial port.]
 
4574
The device model also provides emulation
 
4575
for a Summagraphics tablet,
 
4576
an absolute pointer device.
 
4577
This emulation is provided over the second
 
4578
serial port,
 
4579
\textbf{/dev/ttyS1}
 
4580
for Linux guests and
 
4581
\textbf{COM2}
 
4582
for Windows guests.
 
4583
Unfortunately,
 
4584
neither Linux nor Windows provides
 
4585
default support for the Summagraphics
 
4586
tablet so the guest will have to be
 
4587
manually configured for this mouse.
 
4588
 
 
4589
\textbf{Linux configuration.}
 
4590
 
 
4591
First,
 
4592
configure the GPM service to use the Summagraphics tablet.
 
4593
This can vary between distributions but,
 
4594
typically,
 
4595
all that needs to be done is modify the file
 
4596
\path{/etc/sysconfig/mouse} to contain the lines:
 
4597
 
 
4598
{\small
 
4599
\begin{verbatim}
 
4600
    MOUSETYPE="summa"
 
4601
    XMOUSETYPE="SUMMA"
 
4602
    DEVICE=/dev/ttyS1
 
4603
\end{verbatim}
 
4604
}
 
4605
 
 
4606
and then restart the GPM daemon.
 
4607
 
 
4608
Next,
 
4609
modify the X11 config
 
4610
\path{/etc/X11/xorg.conf}
 
4611
to support the Summgraphics tablet by replacing
 
4612
the input device stanza with the following:
 
4613
 
 
4614
{\small
 
4615
\begin{verbatim}
 
4616
    Section "InputDevice"
 
4617
        Identifier "Mouse0"
 
4618
        Driver "summa"
 
4619
        Option "Device" "/dev/ttyS1"
 
4620
        Option "InputFashion" "Tablet"
 
4621
        Option "Mode" "Absolute"
 
4622
        Option "Name" "EasyPen"
 
4623
        Option "Compatible" "True"
 
4624
        Option "Protocol" "Auto"
 
4625
        Option "SendCoreEvents" "on"
 
4626
        Option "Vendor" "GENIUS"
 
4627
    EndSection
 
4628
\end{verbatim}
 
4629
}
 
4630
 
 
4631
Restart X and the X cursor should now properly
 
4632
track the VNC pointer.
 
4633
 
 
4634
 
 
4635
\textbf{Windows configuration.}
 
4636
 
 
4637
Get the file
 
4638
\path{http://www.cad-plan.de/files/download/tw2k.exe}
 
4639
and execute that file on the guest,
 
4640
answering the questions as follows:
 
4641
 
 
4642
\begin{enumerate}
 
4643
\item When the program asks for \textbf{model},
 
4644
scroll down and select \textbf{SummaSketch (MM Compatible)}.
 
4645
 
 
4646
\item When the program asks for \textbf{COM Port} specify \textbf{com2}.
 
4647
 
 
4648
\item When the programs asks for a \textbf{Cursor Type} specify
 
4649
\textbf{4 button cursor/puck}.
 
4650
 
 
4651
\item The guest system will then reboot and,
 
4652
when it comes back up,
 
4653
the guest cursor will now properly track
 
4654
the VNC pointer.
 
4655
\end{enumerate}
 
4656
 
 
4657
\item[PS/2 mouse over USB port.]
 
4658
This is just the same PS/2 emulation except it is
 
4659
provided over a USB port.
 
4660
This emulation is enabled by the configuration flag:
 
4661
{\small
 
4662
\begin{verbatim}
 
4663
    usbdevice='mouse'
 
4664
\end{verbatim}
 
4665
}
 
4666
 
 
4667
\item[USB tablet over USB port.]
 
4668
The USB tablet is an absolute pointing device
 
4669
that has the advantage that it is automatically
 
4670
supported under Windows guests,
 
4671
although Linux guests still require some
 
4672
manual configuration.
 
4673
This mouse emulation is enabled by the
 
4674
configuration flag:
 
4675
{\small
 
4676
\begin{verbatim}
 
4677
    usbdevice='tablet'
 
4678
\end{verbatim}
 
4679
}
 
4680
 
 
4681
\textbf{Linux configuration.}
 
4682
 
 
4683
Unfortunately,
 
4684
there is no GPM support for the
 
4685
USB tablet at this point in time.
 
4686
If you intend to use a GPM pointing
 
4687
device under VNC you should
 
4688
configure the guest for Summagraphics
 
4689
emulation.
 
4690
 
 
4691
Support for X11 is available by following
 
4692
the instructions at\\
 
4693
\verb+http://stz-softwaretechnik.com/~ke/touchscreen/evtouch.html+\\
 
4694
with one minor change.
 
4695
The
 
4696
\path{xorg.conf}
 
4697
given in those instructions
 
4698
uses the wrong values for the X \& Y minimums and maximums,
 
4699
use the following config stanza instead:
 
4700
 
 
4701
{\small
 
4702
\begin{verbatim}
 
4703
    Section "InputDevice"
 
4704
        Identifier      "Tablet"
 
4705
        Driver          "evtouch"
 
4706
        Option          "Device" "/dev/input/event2"
 
4707
        Option          "DeviceName" "touchscreen"
 
4708
        Option          "MinX" "0"
 
4709
        Option          "MinY" "0"
 
4710
        Option          "MaxX" "32256"
 
4711
        Option          "MaxY" "32256"
 
4712
        Option          "ReportingMode" "Raw"
 
4713
        Option          "Emulate3Buttons"
 
4714
        Option          "Emulate3Timeout" "50"
 
4715
        Option          "SendCoreEvents" "On"
 
4716
    EndSection
 
4717
\end{verbatim}
 
4718
}
 
4719
 
 
4720
\textbf{Windows configuration.}
 
4721
 
 
4722
Just enabling the USB tablet in the
 
4723
guest's configuration file is sufficient,
 
4724
Windows will automatically recognize and
 
4725
configure device drivers for this
 
4726
pointing device.
 
4727
 
 
4728
\end{description}
 
4729
 
 
4730
\subsection{USB Support}
 
4731
There is support for an emulated USB mouse,
 
4732
an emulated USB tablet
 
4733
and physical low speed USB devices
 
4734
(support for high speed USB 2.0 devices is
 
4735
still under development).
 
4736
 
 
4737
\begin{description}
 
4738
\item[USB PS/2 style mouse.]
 
4739
Details on the USB mouse emulation are
 
4740
given in sections
 
4741
\textbf{A.2}
 
4742
and
 
4743
\textbf{A.4.3}.
 
4744
Enabling USB PS/2 style mouse emulation
 
4745
is just a matter of adding the line
 
4746
 
 
4747
{\small
 
4748
\begin{verbatim}
 
4749
    usbdevice='mouse'
 
4750
\end{verbatim}
 
4751
}
 
4752
 
 
4753
to the configuration file.
 
4754
\item[USB tablet.]
 
4755
Details on the USB tablet emulation are
 
4756
given in sections
 
4757
\textbf{A.2}
 
4758
and
 
4759
\textbf{A.4.3}.
 
4760
Enabling USB tablet emulation
 
4761
is just a matter of adding the line
 
4762
 
 
4763
{\small
 
4764
\begin{verbatim}
 
4765
    usbdevice='tablet'
 
4766
\end{verbatim}
 
4767
}
 
4768
 
 
4769
to the configuration file.
 
4770
\item[USB physical devices.]
 
4771
Access to a physical (low speed) USB device
 
4772
is enabled by adding a line of the form
 
4773
 
 
4774
{\small
 
4775
\begin{verbatim}
 
4776
    usbdevice='host:vid:pid'
 
4777
\end{verbatim}
 
4778
}
 
4779
 
 
4780
into the the configuration file.\footnote{
 
4781
There is an alternate
 
4782
way of specifying a USB device that
 
4783
uses the syntax
 
4784
\textbf{host:bus.addr}
 
4785
but this syntax suffers from
 
4786
a major problem that makes
 
4787
it effectively useless.
 
4788
The problem is that the
 
4789
\textbf{addr}
 
4790
portion of this address
 
4791
changes every time the USB device
 
4792
is plugged into the system.
 
4793
For this reason this addressing
 
4794
scheme is not recommended and
 
4795
will not be documented further.
 
4796
}
 
4797
\textbf{vid}
 
4798
and
 
4799
\textbf{pid}
 
4800
are a
 
4801
product id and
 
4802
vendor id
 
4803
that uniquely identify
 
4804
the USB device.
 
4805
These ids can be identified
 
4806
in two ways:
 
4807
 
 
4808
\begin{enumerate}
 
4809
\item Through the control window.
 
4810
As described in section
 
4811
\textbf{A.4.6}
 
4812
the control window
 
4813
is activated by pressing
 
4814
\textbf{ctl-alt-2}
 
4815
in the guest VGA window.
 
4816
As long as USB support is
 
4817
enabled in the guest by including
 
4818
the config file line
 
4819
{\small
 
4820
\begin{verbatim}
 
4821
    usb=1
 
4822
\end{verbatim}
 
4823
}
 
4824
then executing the command
 
4825
{\small
 
4826
\begin{verbatim}
 
4827
    info usbhost
 
4828
\end{verbatim}
 
4829
}
 
4830
in the control window
 
4831
will display a list of all
 
4832
usb devices and their ids.
 
4833
For example,
 
4834
this output:
 
4835
{\small
 
4836
\begin{verbatim}
 
4837
    Device 1.3, speed 1.5 Mb/s
 
4838
      Class 00: USB device 04b3:310b
 
4839
\end{verbatim}
 
4840
}
 
4841
was created from a USB mouse with
 
4842
vendor id
 
4843
\textbf{04b3}
 
4844
and product id
 
4845
\textbf{310b}.
 
4846
This device could be made available
 
4847
to the HVM guest by including the
 
4848
config file entry
 
4849
{\small
 
4850
\begin{verbatim}
 
4851
    usbdevice='host:04be:310b'
 
4852
\end{verbatim}
 
4853
}
 
4854
 
 
4855
It is also possible to
 
4856
enable access to a USB
 
4857
device dynamically through
 
4858
the control window.
 
4859
The control window command
 
4860
{\small
 
4861
\begin{verbatim}
 
4862
    usb_add host:vid:pid
 
4863
\end{verbatim}
 
4864
}
 
4865
will also allow access to a
 
4866
USB device with vendor id
 
4867
\textbf{vid}
 
4868
and product id
 
4869
\textbf{pid}.
 
4870
\item Through the
 
4871
\path{/proc} file system.
 
4872
The contents of the pseudo file
 
4873
\path{/proc/bus/usb/devices}
 
4874
can also be used to identify
 
4875
vendor and product ids.
 
4876
Looking at this file,
 
4877
the line starting with
 
4878
\textbf{P:}
 
4879
has a field
 
4880
\textbf{Vendor}
 
4881
giving the vendor id and
 
4882
another field
 
4883
\textbf{ProdID}
 
4884
giving the product id.
 
4885
The contents of
 
4886
\path{/proc/bus/usb/devices}
 
4887
for the example mouse is as
 
4888
follows:
 
4889
{\small
 
4890
\begin{verbatim}
 
4891
T:  Bus=01 Lev=01 Prnt=01 Port=01 Cnt=02 Dev#=  3 Spd=1.5 MxCh= 0
 
4892
D:  Ver= 2.00 Cls=00(>ifc ) Sub=00 Prot=00 MxPS= 8 #Cfgs=  1
 
4893
P:  Vendor=04b3 ProdID=310b Rev= 1.60
 
4894
C:* #Ifs= 1 Cfg#= 1 Atr=a0 MxPwr=100mA
 
4895
I:  If#= 0 Alt= 0 #EPs= 1 Cls=03(HID  ) Sub=01 Prot=02 Driver=(none)
 
4896
E:  Ad=81(I) Atr=03(Int.) MxPS=   4 Ivl=10ms
 
4897
\end{verbatim}
 
4898
}
 
4899
Note that the
 
4900
\textbf{P:}
 
4901
line correctly identifies the
 
4902
vendor id and product id
 
4903
for this mouse as
 
4904
\textbf{04b3:310b}.
 
4905
\end{enumerate}
 
4906
There is one other issue to
 
4907
be aware of when accessing a
 
4908
physical USB device from the guest.
 
4909
The Dom0 kernel must not have
 
4910
a device driver loaded for
 
4911
the device that the guest wishes
 
4912
to access.
 
4913
This means that the Dom0
 
4914
kernel must not have that
 
4915
device driver compiled into
 
4916
the kernel or,
 
4917
if using modules,
 
4918
that driver module must
 
4919
not be loaded.
 
4920
Note that this is the device
 
4921
specific USB driver that must
 
4922
not be loaded,
 
4923
either the
 
4924
\textbf{UHCI}
 
4925
or
 
4926
\textbf{OHCI}
 
4927
USB controller driver must
 
4928
still be loaded.
 
4929
 
 
4930
Going back to the USB mouse
 
4931
as an example,
 
4932
if \textbf{lsmod}
 
4933
gives the output:
 
4934
 
 
4935
{\small
 
4936
\begin{verbatim}
 
4937
Module                  Size  Used by
 
4938
usbmouse                4128  0 
 
4939
usbhid                 28996  0
 
4940
uhci_hcd               35409  0
 
4941
\end{verbatim}
 
4942
}
 
4943
 
 
4944
then the USB mouse is being
 
4945
used by the Dom0 kernel and is
 
4946
not available to the guest.
 
4947
Executing the command
 
4948
\textbf{rmmod usbhid}\footnote{
 
4949
Turns out the
 
4950
\textbf{usbhid}
 
4951
driver is the significant
 
4952
one for the USB mouse,
 
4953
the presence or absence of
 
4954
the module
 
4955
\textbf{usbmouse}
 
4956
has no effect on whether or
 
4957
not the guest can see a USB mouse.}
 
4958
will remove the USB mouse
 
4959
driver from the Dom0 kernel
 
4960
and the mouse will now be
 
4961
accessible by the HVM guest.
 
4962
 
 
4963
Be aware the the Linux USB
 
4964
hotplug system will reload
 
4965
the drivers if a USB device
 
4966
is removed and plugged back
 
4967
in.
 
4968
This means that just unloading
 
4969
the driver module might not
 
4970
be sufficient if the USB device
 
4971
is removed and added back.
 
4972
A more reliable technique is
 
4973
to first
 
4974
\textbf{rmmod}
 
4975
the driver and then rename the
 
4976
driver file in the
 
4977
\path{/lib/modules}
 
4978
directory,
 
4979
just to make sure it doesn't get
 
4980
reloaded.
 
4981
\end{description}
 
4982
 
 
4983
\subsection{Destroy HVM guests}
 
4984
HVM guests can be destroyed in the same way as can paravirtualized guests. We recommend that you shut-down the guest using the guest OS' provided method, for Linux, type the command
 
4985
 
 
4986
{\small {\tt poweroff}} 
 
4987
 
 
4988
in the HVM guest's console, for Windows use Start -> Shutdown first to prevent
 
4989
data loss. Depending on the configuration the guest will be automatically
 
4990
destroyed, otherwise execute the command 
 
4991
 
 
4992
{\small {\tt xm destroy \emph{vmx\_guest\_id} }} 
 
4993
 
 
4994
at the Domain0 console.
 
4995
 
 
4996
\subsection{HVM window (X or VNC) Hot Key}
 
4997
If you are running in the X environment after creating a HVM guest, an X window is created. There are several hot keys for control of the HVM guest that can be used in the window.
 
4998
 
 
4999
{\bfseries Ctrl+Alt+2} switches from guest VGA window to the control window. Typing {\small {\tt help }} shows the control commands help. For example, 'q' is the command to destroy the HVM guest.\\
 
5000
{\bfseries Ctrl+Alt+1} switches back to HVM guest's VGA.\\
 
5001
{\bfseries Ctrl+Alt+3} switches to serial port output. It captures serial output from the HVM guest. It works only if the HVM guest was configured to use the serial port. \\
 
5002
 
 
5003
\chapter{Vnets - Domain Virtual Networking}
 
5004
 
 
5005
Xen optionally supports virtual networking for domains using {\em vnets}.
 
5006
These emulate private LANs that domains can use. Domains on the same
 
5007
vnet can be hosted on the same machine or on separate machines, and the
 
5008
vnets remain connected if domains are migrated. Ethernet traffic 
 
5009
on a vnet is tunneled inside IP packets on the physical network. A vnet is a virtual
 
5010
network and addressing within it need have no relation to addressing on 
 
5011
the underlying physical network. Separate vnets, or vnets and the physical network,
 
5012
can be connected using domains with more than one network interface and
 
5013
enabling IP forwarding or bridging in the usual way.
 
5014
 
 
5015
Vnet support is included in \texttt{xm} and \xend:
 
5016
\begin{verbatim}
 
5017
# xm vnet-create <config>
 
5018
\end{verbatim}
 
5019
creates a vnet using the configuration in the file \verb|<config>|.
 
5020
When a vnet is created its configuration is stored by \xend and the vnet persists until it is
 
5021
deleted using
 
5022
\begin{verbatim}
 
5023
# xm vnet-delete <vnetid>
 
5024
\end{verbatim}
 
5025
The vnets \xend knows about are listed by
 
5026
\begin{verbatim}
 
5027
# xm vnet-list
 
5028
\end{verbatim}
 
5029
More vnet management commands are available using the
 
5030
\texttt{vn} tool included in the vnet distribution.
 
5031
 
 
5032
The format of a vnet configuration file is
 
5033
\begin{verbatim}
 
5034
(vnet (id       <vnetid>)
 
5035
      (bridge   <bridge>)
 
5036
      (vnetif   <vnet interface>)
 
5037
      (security <level>))
 
5038
\end{verbatim}
 
5039
White space is not significant. The parameters are:
 
5040
\begin{itemize}
 
5041
  \item \verb|<vnetid>|: vnet id, the 128-bit vnet identifier. This can be given
 
5042
    as 8 4-digit hex numbers separated by colons, or in short form as a single 4-digit hex number.
 
5043
    The short form is the same as the long form with the first 7 fields zero.
 
5044
    Vnet ids must be non-zero and id 1 is reserved.
 
5045
 
 
5046
  \item \verb|<bridge>|: the name of a bridge interface to create for the vnet. Domains
 
5047
    are connected to the vnet by connecting their virtual interfaces to the bridge.
 
5048
    Bridge names are limited to 14 characters by the kernel.
 
5049
 
 
5050
  \item \verb|<vnetif>|: the name of the virtual interface onto the vnet (optional). The
 
5051
    interface encapsulates and decapsulates vnet traffic for the network and is attached
 
5052
    to the vnet bridge. Interface names are limited to 14 characters by the kernel.
 
5053
 
 
5054
  \item \verb|<level>|: security level for the vnet (optional). The level may be one of 
 
5055
      \begin{itemize}
 
5056
        \item \verb|none|: no security (default). Vnet traffic is in clear on the network.
 
5057
        \item \verb|auth|: authentication. Vnet traffic is authenticated using IPSEC
 
5058
           ESP with hmac96.
 
5059
        \item \verb|conf|: confidentiality. Vnet traffic is authenticated and encrypted
 
5060
           using IPSEC ESP with hmac96 and AES-128.
 
5061
      \end{itemize}
 
5062
      Authentication and confidentiality are experimental and use hard-wired keys at present.
 
5063
\end{itemize}
 
5064
When a vnet is created its configuration is stored by \xend and the vnet persists until it is
 
5065
deleted using \texttt{xm vnet-delete <vnetid>}. The interfaces and bridges used by vnets
 
5066
are visible in the output of \texttt{ifconfig} and \texttt{brctl show}.
 
5067
 
 
5068
\section{Example}
 
5069
If the file \path{vnet97.sxp} contains
 
5070
\begin{verbatim}
 
5071
(vnet (id 97) (bridge vnet97) (vnetif vnif97)
 
5072
      (security none))
 
5073
\end{verbatim}
 
5074
Then \texttt{xm vnet-create vnet97.sxp} will define a vnet with id 97 and no security.
 
5075
The bridge for the vnet is called vnet97 and the virtual interface for it is vnif97.
 
5076
To add an interface on a domain to this vnet set its bridge to vnet97
 
5077
in its configuration. In Python:
 
5078
\begin{verbatim}
 
5079
vif="bridge=vnet97"
 
5080
\end{verbatim}
 
5081
In sxp:
 
5082
\begin{verbatim}
 
5083
(dev (vif (mac aa:00:00:01:02:03) (bridge vnet97)))
 
5084
\end{verbatim}
 
5085
Once the domain is started you should see its interface in the output of \texttt{brctl show}
 
5086
under the ports for \texttt{vnet97}.
 
5087
 
 
5088
To get best performance it is a good idea to reduce the MTU of a domain's interface
 
5089
onto a vnet to 1400. For example using \texttt{ifconfig eth0 mtu 1400} or putting
 
5090
\texttt{MTU=1400} in \texttt{ifcfg-eth0}.
 
5091
You may also have to change or remove cached config files for eth0 under
 
5092
\texttt{/etc/sysconfig/networking}. Vnets work anyway, but performance can be reduced
 
5093
by IP fragmentation caused by the vnet encapsulation exceeding the hardware MTU.
 
5094
 
 
5095
\section{Installing vnet support}
 
5096
Vnets are implemented using a kernel module, which needs to be loaded before
 
5097
they can be used. You can either do this manually before starting \xend, using the
 
5098
command \texttt{vn insmod}, or configure \xend to use the \path{network-vnet}
 
5099
script in the xend configuration file \texttt{/etc/xend/xend-config.sxp}:
 
5100
\begin{verbatim}
 
5101
(network-script        network-vnet)
 
5102
\end{verbatim}
 
5103
This script insmods the module and calls the \path{network-bridge} script.
 
5104
 
 
5105
The vnet code is not compiled and installed by default.
 
5106
To compile the code and install on the current system
 
5107
use \texttt{make install} in the root of the vnet source tree,
 
5108
\path{tools/vnet}. It is also possible to install to an installation
 
5109
directory using \texttt{make dist}. See the \path{Makefile} in
 
5110
the source for details.
 
5111
 
 
5112
The vnet module creates vnet interfaces \texttt{vnif0002},
 
5113
\texttt{vnif0003} and \texttt{vnif0004} by default. You can test that
 
5114
vnets are working by configuring IP addresses on these interfaces
 
5115
and trying to ping them across the network. For example, using machines
 
5116
hostA and hostB:
 
5117
\begin{verbatim}
 
5118
hostA# ifconfig vnif0004 192.0.2.100 up
 
5119
hostB# ifconfig vnif0004 192.0.2.101 up
 
5120
hostB# ping 192.0.2.100
 
5121
\end{verbatim}
 
5122
 
 
5123
The vnet implementation uses IP multicast to discover vnet interfaces, so
 
5124
all machines hosting vnets must be reachable by multicast. Network switches
 
5125
are often configured not to forward multicast packets, so this often
 
5126
means that all machines using a vnet must be on the same LAN segment,
 
5127
unless you configure vnet forwarding.
 
5128
 
 
5129
You can test multicast coverage by pinging the vnet multicast address:
 
5130
\begin{verbatim}
 
5131
# ping -b 224.10.0.1
 
5132
\end{verbatim}
 
5133
You should see replies from all machines with the vnet module running.
 
5134
You can see if vnet packets are being sent or received by dumping traffic
 
5135
on the vnet UDP port:
 
5136
\begin{verbatim}
 
5137
# tcpdump udp port 1798
 
5138
\end{verbatim}
 
5139
 
 
5140
If multicast is not being forwarded between machines you can configure
 
5141
multicast forwarding using vn. Suppose we have machines hostA on 192.0.2.200
 
5142
and hostB on 192.0.2.211 and that multicast is not forwarded between them.
 
5143
We use vn to configure each machine to forward to the other:
 
5144
\begin{verbatim}
 
5145
hostA# vn peer-add hostB
 
5146
hostB# vn peer-add hostA
 
5147
\end{verbatim}
 
5148
Multicast forwarding needs to be used carefully - you must avoid creating forwarding
 
5149
loops. Typically only one machine on a subnet needs to be configured to forward,
 
5150
as it will forward multicasts received from other machines on the subnet.
 
5151
 
 
5152
%% Chapter Glossary of Terms moved to glossary.tex
 
5153
\chapter{Glossary of Terms}
 
5154
 
 
5155
\begin{description}
 
5156
 
 
5157
\item[Domain] A domain is the execution context that contains a
 
5158
  running {\bf virtual machine}.  The relationship between virtual
 
5159
  machines and domains on Xen is similar to that between programs and
 
5160
  processes in an operating system: a virtual machine is a persistent
 
5161
  entity that resides on disk (somewhat like a program).  When it is
 
5162
  loaded for execution, it runs in a domain.  Each domain has a {\bf
 
5163
    domain ID}.
 
5164
 
 
5165
\item[Domain 0] The first domain to be started on a Xen machine.
 
5166
  Domain 0 is responsible for managing the system.
 
5167
 
 
5168
\item[Domain ID] A unique identifier for a {\bf domain}, analogous to
 
5169
  a process ID in an operating system.
 
5170
 
 
5171
\item[Full virtualization] An approach to virtualization which
 
5172
  requires no modifications to the hosted operating system, providing
 
5173
  the illusion of a complete system of real hardware devices.
 
5174
 
 
5175
\item[Hypervisor] An alternative term for {\bf VMM}, used because it
 
5176
  means `beyond supervisor', since it is responsible for managing
 
5177
  multiple `supervisor' kernels.
 
5178
 
 
5179
\item[Live migration] A technique for moving a running virtual machine
 
5180
  to another physical host, without stopping it or the services
 
5181
  running on it.
 
5182
 
 
5183
\item[Paravirtualization] An approach to virtualization which requires
 
5184
  modifications to the operating system in order to run in a virtual
 
5185
  machine.  Xen uses paravirtualization but preserves binary
 
5186
  compatibility for user space applications.
 
5187
 
 
5188
\item[Shadow pagetables] A technique for hiding the layout of machine
 
5189
  memory from a virtual machine's operating system.  Used in some {\bf
 
5190
  VMMs} to provide the illusion of contiguous physical memory, in
 
5191
  Xen this is used during {\bf live migration}.
 
5192
 
 
5193
\item[Virtual Block Device] Persistent storage available to a virtual
 
5194
  machine, providing the abstraction of an actual block storage device.
 
5195
  {\bf VBD}s may be actual block devices, filesystem images, or
 
5196
  remote/network storage.
 
5197
 
 
5198
\item[Virtual Machine] The environment in which a hosted operating
 
5199
  system runs, providing the abstraction of a dedicated machine.  A
 
5200
  virtual machine may be identical to the underlying hardware (as in
 
5201
  {\bf full virtualization}, or it may differ, as in {\bf
 
5202
  paravirtualization}).
 
5203
 
 
5204
\item[VMM] Virtual Machine Monitor - the software that allows multiple
 
5205
  virtual machines to be multiplexed on a single physical machine.
 
5206
 
 
5207
\item[Xen] Xen is a paravirtualizing virtual machine monitor,
 
5208
  developed primarily by the Systems Research Group at the University
 
5209
  of Cambridge Computer Laboratory.
 
5210
 
 
5211
\item[XenLinux] A name for the port of the Linux kernel that
 
5212
  runs on Xen.
 
5213
 
 
5214
\end{description}
 
5215
 
 
5216
 
 
5217
\end{document}
 
5218
 
 
5219
 
 
5220
%% Other stuff without a home
 
5221
 
 
5222
%% Instructions Re Python API
 
5223
 
 
5224
%% Other Control Tasks using Python
 
5225
%% ================================
 
5226
 
 
5227
%% A Python module 'Xc' is installed as part of the tools-install
 
5228
%% process. This can be imported, and an 'xc object' instantiated, to
 
5229
%% provide access to privileged command operations:
 
5230
 
 
5231
%% # import Xc
 
5232
%% # xc = Xc.new()
 
5233
%% # dir(xc)
 
5234
%% # help(xc.domain_create)
 
5235
 
 
5236
%% In this way you can see that the class 'xc' contains useful
 
5237
%% documentation for you to consult.
 
5238
 
 
5239
%% A further package of useful routines (xenctl) is also installed:
 
5240
 
 
5241
%% # import xenctl.utils
 
5242
%% # help(xenctl.utils)
 
5243
 
 
5244
%% You can use these modules to write your own custom scripts or you
 
5245
%% can customise the scripts supplied in the Xen distribution.
 
5246
 
 
5247
 
 
5248
 
 
5249
% Explain about AGP GART
 
5250
 
 
5251
 
 
5252
%% If you're not intending to configure the new domain with an IP
 
5253
%% address on your LAN, then you'll probably want to use NAT. The
 
5254
%% 'xen_nat_enable' installs a few useful iptables rules into domain0
 
5255
%% to enable NAT. [NB: We plan to support RSIP in future]
 
5256
 
 
5257
 
 
5258
 
 
5259
%% Installing the file systems from the CD
 
5260
%% =======================================
 
5261
 
 
5262
%% If you haven't got an existing Linux installation onto which you
 
5263
%% can just drop down the Xen and Xenlinux images, then the file
 
5264
%% systems on the CD provide a quick way of doing an install. However,
 
5265
%% you would be better off in the long run doing a proper install of
 
5266
%% your preferred distro and installing Xen onto that, rather than
 
5267
%% just doing the hack described below:
 
5268
 
 
5269
%% Choose one or two partitions, depending on whether you want a
 
5270
%% separate /usr or not. Make file systems on it/them e.g.:
 
5271
%% mkfs -t ext3 /dev/hda3
 
5272
%% [or mkfs -t ext2 /dev/hda3 && tune2fs -j /dev/hda3 if using an old
 
5273
%% version of mkfs]
 
5274
 
 
5275
%% Next, mount the file system(s) e.g.:
 
5276
%%   mkdir /mnt/root && mount /dev/hda3 /mnt/root
 
5277
%%   [mkdir /mnt/usr && mount /dev/hda4 /mnt/usr]
 
5278
  
 
5279
%% To install the root file system, simply untar /usr/XenDemoCD/root.tar.gz:
 
5280
%%   cd /mnt/root && tar -zxpf /usr/XenDemoCD/root.tar.gz
 
5281
 
 
5282
%% You'll need to edit /mnt/root/etc/fstab to reflect your file system
 
5283
%% configuration. Changing the password file (etc/shadow) is probably a
 
5284
%% good idea too.
 
5285
 
 
5286
%% To install the usr file system, copy the file system from CD on
 
5287
%% /usr, though leaving out the "XenDemoCD" and "boot" directories:
 
5288
%%   cd /usr && cp -a X11R6 etc java libexec root src bin dict kerberos
 
5289
%%    local sbin tmp doc include lib man share /mnt/usr
 
5290
 
 
5291
%% If you intend to boot off these file systems (i.e. use them for
 
5292
%% domain 0), then you probably want to copy the /usr/boot
 
5293
%% directory on the cd over the top of the current symlink to /boot
 
5294
%% on your root filesystem (after deleting the current symlink)
 
5295
%% i.e.:
 
5296
%%   cd /mnt/root ; rm boot ; cp -a /usr/boot .