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KVM/Qemu VMs with a multi-screen Spice console – I – Overview over local and remote access methods

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KVM/Qemu based virtual machines [VMs] are a nice and comfortable part of my life with Linux. I use them both as dedicated entities for various services on a server host and as experimental test or work environments on my Linux workstation. Whereas the access to server VMs was dominated by SSH connections and CLI interaction so far, working with VMs on my PC was and is is characterized by graphical user-interfaces.

In the latter case we speak of desktop-virtualization: Connections to the virtual guests are set up locally via sockets (or via a network port over device “lo”) on the very same PC or workstation which also serves as KVM host. Supported by a client/server model for graphics, KVM/Qemu provides multiple capable methods for the local display of the graphical output of a VM. And by graphical output I mean a desktop environment as KDE, XFCE or Gnome.

For KVM/Qemu the combination of the so called

  • “Spice display” and the Spice protocol
  • with drivers for potent virtual video devices (as QXL or Virtio)

offers a very convenient solution for the presentation of a VM’s graphical desktop with high performance – which, in my experience, is considerably faster than most VNC variants.

In addition:
With the help of certain Spice clients one can access a local VM via a desktop display which extents over up to four “screens“. All of these “screens” are displayed within scalable windows of your preferred basic desktop environment on your Linux machine – e.g. KDE, LXDE. This means that you can graphically work with a full fletched KDE desktop of the VM displayed in multiple windows within a KDE or Gnome environment on your local KVM/Qemu host (e.g your Linux workstation).

Can we get this comfort also with remote connections over a LAN? With encryption tunnels? The answer is yes – and related Qemu and Libvirt configurations are the main topics of this article series.

Why do I write about these subjects, at all? Recently, I needed to work with a KVM/Qemu guest remotely on an Opensuse Leap 15.2 server. I wanted to use a SSH tunneled connection with password authentication for a special graphical Spice client, namely “virt-viewer“. Being a bit naive, I ran into some major trouble. This in turn forced me to look closer at different possibilities for remote connections to KVM/Qemu based VM. Unfortunately, I found Opensuse’s documentation on Spice sparse – to say the best. But Spice gets especially interesting and somewhat complex with remote access methods, encryption and authorization.

In this article series I discuss some of the multiple configuration options I have experimented with. I restrict myself to Spice based solutions with the clients “virt-viewer“, “remote-viewer” and also “virt-manager“. In combination with SSH, TLS. I hope my experiences help other Opensuse Leap users to set up convenient remote solutions.

After giving some documentation links, I start with an overview over some selected remote access scenarios which are available. They are the most important ones and are all based on network ports. But, in the coming posts I will cover local access scenarios based on Unix sockets, too. And their combination with SSH.

Limitations

Unfortunately, I have to reduce expectations of readers who are out for “multi-user remote desktop solutions”. This is not what the present Spice solutions with the named clients will offer you. See below.

A topic which I will not address in the forthcoming articles is the setup of a local VM with OpenGL acceleration on the graphics device of the KVM host. With Nvidia cards and drivers this is
unfortunately a mess – and it is Nvidia’s fault, in my opinion. Very similar, by the way, to Nvidia’s EGL-based solution attempt for Wayland. All of this because of their own OpenGL handling and their declined support for GBM. So, let us not go there to avoid frustration …

Basic preparations of a KVM/Qemu VM: Documentation and guides?

I assume that you are already familiar with the basic set up and configuration of a KVM/Qemu based virtual machine – e.g. with virsh or virt-manager. If not, you will find valuable hints for Opensuse Leap systems in SuSE’s “Virtualization Guide”

However, as said above, Opensuse’s documentation on virtualization does not give you much information about Spice. We only get a glimpse of it at the sections on “virsh” and “Qemu“. The information is rather spurious there; one doesn’t get a broader context. You may get a better understanding by reading introductory pages on the site “https://www.spice-space.org/“, especially the user manual
https://www.spice-space.org/spice-user-manual.html.
Regarding special configuration settings of a VM, see https://libvirt.org/formatdomain.html.

Spice with multiple screens requires a non default configuration of the VM’s QXL device

For a basic Spice setup there is not too much to do; “just” choose Spice for the display-settings of your VM and configure the VM’s QXL graphics device. Such a device corresponds to something like a virtual graphics card. Well, it sounds easy, but when I tried it myself, I had to experiment. To help others a bit: I have already discussed in depth how we can configure a KVM/Qemu guest and its QXL device such that it supports multiple scalable high-resolution screens for Spice clients. See the following articles:

KVM/qemu mit QXL – hohe Auflösungen und virtuelle Monitore im Gastsystem definieren und nutzen – I
KVM/qemu mit QXL – hohe Auflösungen und virtuelle Monitore im Gastsystem definieren und nutzen – II
KVM/qemu mit QXL – hohe Auflösungen und virtuelle Monitore im Gastsystem definieren und nutzen – III
KVM/qemu mit QXL – hohe Auflösungen und virtuelle Monitore im Gastsystem definieren und nutzen – IV

These posts were written in German; but with a little bit of goodwill one can understand the configuration settings and related commands.

An alternative today is to use a “virtio” video device in the VM’s configuration. I shall come back to this point in a later article.

What I did not cover in my previous posts on Spice was the broader spectrum of access options to a KVM/Qemu-based VM with libvirt/Space clients – both regarding local and remote connections. I only discussed how to use the “remote-viewer” client locally – despite the fact that its name already indicates something else. What I also disregarded in my articles in 2017 is the fact that
there are various (remote) access methods – direct ones and some through a libvirt-layer on the KVM-host. As always with Linux there are multiple ways to achieve your objectives :-).

However, when we use Spice instead of VNC we speak about a “one person” or a “one seat” solution.

Spice and libvirt => multiple methods to access exactly one graphical console of a KVM/Qemu based VM

What you should be aware of when you think of using Spice for a graphical access to a KVM/Qemu VM is the following:

1. The Spice protocol and the Spice display for KVM/QEMU based VMs do NOT provide a multi-user service for graphical remote terminals or remote desktop displays – at least not in their default configuration.

According to what I have read, anything in this direction still seems to be experimental. Instead:

2. We access a data stream describing the graphical contents of one or multiple screens of a console which is virtually “attached” to the VM.

Let us call this device a multi-screen Spice console of the VM.

The Spice console solution is fully integrated into the QEMU-emulator. The console screen data and related sound can, however, also be displayed and played on a remote Linux system. And here we face a point which makes the user’s life both convenient and complex at the same time :

3. The Spice console of a VM can be accessed by various protocols or protocol combinations. The Spice console is fully integrated with Qemu and directly accessible there via a (network) socket, but it is in addition accessible via libvirt components. This leads to a variety of connectivity options.

These aspects can be underestimated: Remote access for multiple screen requires sufficient band-width of the network. The second point excludes the application of Spice for multi-user scenarios. The third point opens up a range of local and remote access possibilities – some are more complicated to configure, some are more secure than others. Some options are deactivated in a default libvirt installation (not only on Opensuse Leap systems).

The most important connection options for standard libvirt/spice clients are summarized in the following schematic drawing.

The Spice console of a KVM/Qemu VM

The graphics shows a Linux KVM host at its center. KVM supports the VM emulator QEMU in the Linux kernel – thus making QEMU fast. Two virtual machines VM1 and VM2 are shown. VM1’s configuration includes a Spice (console) display – e.g. set up according to the following excerpt of a configuration example for a VM (done with virt-manager):

Note that the configuration item is called “display” in virt-manager (and “graphics” in the XML-configuration of a VM). I think that in the case of Spice “Console” would have been a better name. I should also warn you that the displayed configuration may lead to security risks – if not accompanied by protective measures.

Note also that “virt-manager” does not allow for a detailed QXL-configuration required for multiple screens on the displayed dialog. But you can edit the XML-files of the VM for this purpose via the second tab (or an editor;
you find the XML-files for VMs in the directory “/etc/libvirt/qemu” on Opensuse Leap systems):

The QXL configuration displayed here is an example – you may choose other parameters. (Or test out a “virtio” device; see a later article).

“One seat” console
In the lower right part of the first sketch above I have tried to express that a graphical Spice console corresponds to a “one console with one seat” situation. The console is only available for exactly one (authorized) user at a time. Note:

Any user having sufficient access rights may any time claim the console and throw you off the seat in front of the graphical console screen, if you do not secure the access to the console by a password (or other measures)!

We did not do this in the configuration example above; see the empty field for the password. I quote from the documentation:

“Spice does not support multiple connections to the same QEMU instance by default. So anybody who will connect to the same host and port can simply take over your session. You can solve this problem by using ticketing.” (see: https://www.spice-space.org/spice-user-manual.html)

“Ticketing” means setting a password to access the VMs console screen; but still anyone knowing the password could claim the console – a password is no real solution for a multi-user situation. To say it clearly:

If your objective is to establish something like a multi-user graphical access to a KVM/QEMU-based virtual machine with a full desktop display for each user (i.e. a “remote desktop solution”), then think about something like a headless graphical server configuration of the KVM guest. On a Linux VM, you can achieve this by either implementing a X2GO server, a commercial NoMachine server, a VNC server-variant or even XRDP. Some of these solutions can easily be combined with SSH.
And do not forget: In a LAN with sufficient bandwidth “ssh -X” may already serve most practical purposes.

But in many cases a local or remote “one seat situation” with a full graphical desktop may be sufficient. Now, let us look at the other parts of the drawing.

Different access options to the Spice console of a KVM/Qemu-based VM

There is a multitude of options to connect to the Spice console (https://www.spice-space.org/spice-for-newbies.html). We shall describe them briefly in this first article. In forthcoming articles we shall have a closer look at each of them.

Option 1: Simple connection with “remote-viewer” via a Spice (network) port

The Qemu-emulator is able to handle requests over the Spice protocol on its own, i.e. without the invocation of special libvirt-support. The Spice solution offers connections to the console either on the basis of a pure Unix socket (local solution) or a network port (remote solution).

A network oriented solution, which can be realized with the Spice client “remote-viewer” is depicted on the left side of our central sketch:

You access the Spice console of a specific VM directly via a specific network port. Spice ports have to be configured independently for each of the VMs. I.e., if you have 2 VMs whose Spice consoles you want to access independently then you need to define two different ports for the Spice consoles. Actually, you won’t be able to start a VM which has the same port associated with its Spice console as another already running VM.

nProperties of a remote-viewer connection over a network port:

  • Default port? The standard Spice port is 5900 (which is also the port used by VNC). In the example displayed above I instead used port 20001. (Do not forget to open your firewalls for your chosen ports!)
  • Security by encryption? The connection to the port is not secured by any encryption. However, it is possible to define an additional specific TLS-secured port. We shall cover spice + TLS protocol combinations in another article.
  • User authentication on the KVM server host? Can optionally be achieved via SASL.
  • Preferred Spice client? The Spice client which uses the Spice protocol directly and without libvirt is “remote-viewer“.
  • Works locally and/or remotely? Both.

Some additional hints:

In some old articles or posts on the Internet you may find descriptions of “virt-viewer” together with URIs like “spice://host:5900”. This does not work any more – at least on my systems.

By setting proper attributes to the VM, we can in addition enforce that it only accepts secured connections. For those who are eager to experiment already: Where do we learn something about such machine specific settings in XML-format? The answer is:
https://libvirt.org/formatdomain.html

Option 2: Connection with “virt-viewer” or “virt-manager” via libvirtd and a defined TCP port

Besides “remote-viewer” there is another Spice client called “virt-viewer“. This client is of special use when you work on a KVM host with multiple VMs. What some admins do not know is that it can be used via a simple socket with a specific TCP-port. You do not need SSH or TLS, if you can disregard security. This corresponds pretty much to what we got with remote-viewer and a Spice port. The difference is that we access the socket via the mediation of libvirtd components:

virt-viewer requires URIs which specify the target hypervisor for the libvirtd daemon – in our case “qemu”. Such URIs differ from URIs used for remote-viewer as they always contain a two fold protocol definition.

We shall apply such URIs in a later article. In addition this access method requires a special (non-default) configuration of the libvirt-daemon. Among other things, you, of course, have to define the port. The ability to listen to an insecure TCP port is normally deactivated in the libvirtd configuration; we have to activate it manually. This is something we shall have a closer look at.

Unencrypted access to the Spice console via a special libvirtd port may be a useful solution for KVM guests sitting in a secured physical LAN-segment or behind a virtual bridge/firewall in a virtualized LAN-segment of the KVM host.

Properties of a virt-viewer connection via a TCP port

  • Default port? 16509.
  • Security by encryption? The connection to the port is not secured by any encryption. However, we have other options for virt-viewer to connect to the VM via SSH or TLS secured connections. See below.
  • Preferred Spice client?: virt-viewer (You cannot provide a valid URI to remote-viewer this way). However, this connection option also works with “virt-manager” (and its included graphical access to the Spice console).
  • User authentication? Can be achieved via SASL.
  • Works
    locally and/or remotely?     Both.

on the KVM host.
Note that the access to libvirtd must be allowed for the user invoking the connection! This can be configured on Opensuse Leap systems by some policy and/or libvirtd settings.

Option 3: Connection with “virt-viewer” or “virt-manager” via SSH and libvirtd

A very convenient method to get a secure connection with Linux is to use SSH encryption. Therefore, we are not astonished to find that “virt-viewer” can be combined with SSH. This connection method also requires a special URI-format. And again: access to libvirtd must be allowed for the user using this type of connection.

Properties of a virt-viewer connection via a SHH port:

  • Default port? 22 or otherwise the defined SSH-port on your system.
  • Security by encryption? SSH.
  • Preferred Spice client?: virt-viewer (You cannot provide a valid URI to remote-viewer this way). However, this connection option also works with “virt-manager” (and its included graphical access to the Spice console).
  • User authentication? Via SSH (preferably public-key authentication)
  • Works locally and/or remotely? Both.

Both options 2 and 3 work with virt-manager, too. However, virt-manager does not provide you with a multi-screen access to the Spice console.

Note that a combination of SSH and remote-viewer is also possible; but then you would open a “SSH -X” connection first and run remote-viewer on the KVM/Qemu host and not on the network client system. I will present such a solution in a later article, too.

Conclusion

The Spice console of KVM/Qemu offers access to a graphical desktop of a virtual machine guest. Spice clients as “remote-viewer”, “virt-viewer” and “virt-manager” can be used locally and remotely. The first two clients offer multiple screens – but all clients provide a one seat solution, only. This may, however, be sufficient for many use cases. There is a variety of local and remote access methods. Connections can be secured by TLS or SSH encryption.

In the next article

KVM/Qemu VMs with a multi-screen Spice console – II – local access with remote-viewer via a network port

I shall have a closer look at a local connection from the “remote-viewer” client to the Spice console of a VM.

Links

Spice console and Spice protocol
https://linuxhint.com/ configure_ spice_server_ debian_10/
https://www.spice-space.org/ spice-user-manual.html
https://www.spice-space.org/ spice-for-newbies.html

Activate spice
https://www.linux-kvm.org/page/SPICE
https://linux-blog.anracom.com/2017/08/15/kvmqemu-mit-qxl-hohe-aufloesungen-und-virtuelle-monitore-im-gastsystem-definieren-und-nutzen-iv/
https://octetz.com/docs/2020/2020-05-06-linux-hypervisor-setup/

Nvidia 🙁
https://www.phoronix.com/scan.php?page=news_item&px=XDC2016-Device-Memory-API

Further
articles in this series

KVM/Qemu VMs with a multi-screen Spice console – VIII – VM and user specific restrictions for remote-viewer connections – iptables and sudo
KVM/Qemu VMs with a multi-screen Spice console – VII – remote-viewer, qemu and SASL authentication
KVM/Qemu VMs with a multi-screen Spice console – VI – remote access with remote-viewer and TLS encryption
KVM/Qemu VMs with a multi-screen Spice console – V – remote access via remote-viewer, a network port and a SSH-tunnel
KVM/Qemu VMs with a multi-screen Spice console – IV – remote access via SSH, remote-viewer and a Unix socket
KVM/Qemu VMs with a multi-screen Spice console – III – local access with remote-viewer via a Unix socket
KVM/Qemu VMs with a multi-screen Spice console – II – local access with remote-viewer via a network port

Opensuse Leap, KVM/QEMU-guests, KMS – problems with QXL/Spice after upgrade to Leap 15

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Many services in my LAN are provided by virtual KVM/QEMU-guests of a dedicated KVM-server-host. More special services are provided by local KVM-guests on Workstations. All my virtualized systems get normally equipped with a qxl/spice-combination to provide a graphical interface – which can be used on the KVM-host or by remote spice clients. A direct graphical access via a spice client is required only seldomly (besides ssh connections) – but in some cases or situations it is useful, if not mandatory.

Recently, I upgraded both the central KVM-Server, its guests and also guests on workstations from Opensuse Leap 42.3 to Leap 15.0. Unfortunately, after the upgrade no graphical access was possible any longer to my guest-systems via spice-clients (as virt-viewer or the graphical spice-console of virt-manager).

After some tests I found out that this was due to missing KMS on the guest systems – present qxl-modules, however, do require KMS. But, if you update/install from an ISO image “KMS” may not be compatible with the graphical SuSE installer. And due to previous configurations “nomodeset” may be a kernel parameter used in the installation before the upgrade. Here is the story …

The problem: Unreadable, freezing interfaces on spice-clients

Normally, I upgrade by a 5-step sequence: 1) Update all packets, 2) reduce repositories to the Update- and OSS-repository, 3) switch to the repositories of the new distribution, 4) “zypper dup –download-only”, 5) “zypper –no-refresh dup” (see e.g. how-to-upgrade-from-opensuse-leap-422-to-423/).

The KVM server-host itself gave me no major problem during its upgrade. Also the KVM-guests – with their server-services – seemed to work well. Most often, I access the KVM-guest-systems via ssh to perform regular administration tasks. So, I did not even notice for a while that something was wrong with the qxl/spice-configuration. But when I used “virt-manager” in an “ssh -X” session from my workstation to the KVM-server and tried to open the graphical console for a guest there, I got an unreadable virtual screen, which froze instantly and did no longer react to any input – special commands sent via “virt-manager” to switch to a non-graphical console terminal were ignored. The same happened with “virt-viewer” and/or when I executed virt-manager directly on the graphical screen of the KVM-server.

Independent test with a new installation of a “Leap 15”-guest-system

To find out more I tested a new installation of Leap 15 on my Leap 15 workstation as a KVM-server. I chose a guest system configuration with standard equipment – among other things qxl/spice-components. The installation was started via the “virt-installer” component of virt-manager. I used an ISO-image of the Leap 15 installation image.

First thing I stumbled across was that I had to use a “No KMS” for the text console setting on the first screen of the Opensuse installer (see the options for the graphical setup there; F3-key). Otherwise the installer froze during the first “udev” checks. I knew this effect already from installations on some physical systems. Note that the choice of “No KMS” leads to an kernel parameter entry “nomodeset” in the command line for the kernel call in the Grub2 configuration (see the file /etc/default/grub).

Such a full new installation lead into a void. SuSE’s graphical installer itself worked perfectly with high resolution. However, after a restart of the freshly installed guest-system the switch to the graphical screen lead to a flickering virtual screen and the graphical display of the SDDM login manager never appeared.

Still and luckily, it was possible to login as root and execute a “init 3” command – which brought me to a working, non-flickering ASCII console interface (TTY1).

I had experienced this
type of behavior before, too, on some real physical systems. I recommend Leap users to be prepared: activate ssh-services during installation and open the firewall for ssh-ports! The SuSE-installer allows for such settings on its summary screen for the installation configuration. This gives you a chance to switch to a working text console (init 3) from a remote SSH-command line – if the graphical console does not allow for any input.

Tests 2: Upgrade to latest KVM / QEMU / libvirt – versions of the “Virtualization” repository

An installation of the cutting edge versions of KVM/QEMU and spice sever and client software did not change anything – neither on my dedicated KVM-server-system and its upgraded guests nor on my workstation with the fresh Leap 15 test-guest.

Repair of the older upgraded guest-systems

The emulated “hardware” of my older (upgraded) guest-systems, which stem from an OS 13.2 era, is a bit different from the equipment of the newest test guest. On these older systems I still had the choice to use a cirrus, vga or vmwvga graphics. Interestingly, these drivers do not provide the performance of qxl – but they worked at least with the virtual spice client displays.

One central question was whether the QXL driver – more precisely the corresponding kernel module “qxl” – was loaded at all. Answer for the guests on the central KVM-server: No, it was not.

So, on the first guest I simply tried “modprobe qxl” – and hey – the module loaded. An “init 5” then gave me the aspired graphical screen.

Later I checked that actually no “nomodeset” parameter was set in these guests. So, something went “wrong” with the system’s startup-configuration during the upgrade procedure. I have no real clue why – as the qxl-module was loaded without problems on the previous Leap 42.3 installations.

For Opensuse Leap the wrapper-script “mkinitrd” transfers a running configuration with its loaded kernel modules via “dracut” into a suitable and permanent initramfs/initrd- and systemd-startup configuration. So, issue “mkinitrd” after a successful test of a qxl/spice-interface.

Repair of the freshly installed Leap 15 guest-system

On the freshly installed Leap 15 guest client on my workstation things were slightly different: The qxl-module did not load there. A “modinfo qxl” shows you parameters you can apply. The right thing to do there was to try

modprobe qxl modeset=1

This worked! Then I eliminated the “nomodeset”-parameter from the “GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT”-entry in the file “/etc/default/grub” and started “mkinitrd” to get a stable permanent startup-configuration (via dracut) which booted the guest into graphical mode afterwards.

Adjustment of the TTYs and KDE

As soon as you have a reasonable configuration, you may want to adjust the screen dimensions of the text consoles tty1 to tty6, the sddm-login-screen and the KDE or Gnome screen. These are topics for separate articles. See, however, previous articles in this blog on KVM guests for some hints.

For the text console TTYs try reasonable settings for the following entries in the “/etc/default/grub” – below e.g. for a resolution of “1680×1050”:

GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT=” …. OTHER PARAMETERS …… video=1680×1050″
GRUB_GFXMODE=”1680×1050″
GRUB_GFXPAYLOAD=keep

(see https://www.suse.com/de-de/support/kb/doc/?id=7017979)

Do not forget to execute “mkinitrd” again afterwards!

For KDE adjustments a user can use the command “systemsettings5” and then specify screen resolutions in the dialog for “display and monitors”.

Conclusion

The graphical installer of Opensuse, but also upgrade-procedures on working virtual KVM/QEMU guests with qxl/spice can lead to situations where KMS is or
must be deactivated both for physical and virtual systems. As a consequence the “qxl-module” may not be loadable automatically afterwards. This can lead to failures during the start of a graphical qxl/spice-interface for local and remote spice-clients.

The remedy is to remove any “nomodeset”-parameter which may be a part of the entry for “GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT” in the file “/etc/default/grub”.

For tests of the qxl-driver try loading the qxl-module with “modprobe qxl modeset=1”. After a successful start of a graphical interface use the command “mkinitrd” (whilst the qxl-module is loaded!) to establish a permanent configuration which loads “qxl” during system start.

KVM/qemu mit QXL – hohe Auflösungen und virtuelle Monitore im Gastsystem definieren und nutzen – IV

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Will man auf einer Linux-Workstation den Desktop eines virtualisierten KVM/QEMU-Gastsystems [VM] nutzen, so wird man typischerweise auf die Kombination QXL und Spice-Client-Fenster setzen. Der Desktop des virtualisierten Gastsystems wird dann im Spice-Fenster auf dem normalen Desktop der Workstation dargestellt. In den letzten Artikeln dieser Serie hatten wir uns mit Konfigurationsmöglichkeiten zur Nutzung hoher Auflösungen auseinandergesetzt. Der erste Artikel

KVM/qemu mit QXL – hohe Auflösungen und virtuelle Monitore im Gastsystem definieren und nutzen – I

befasste sich mit Konfigurationsmöglichkeiten des QXL-Devices (memory, heads), die sich nicht direkt über das Tool “virt-manager” beeinflussen lassen. Ich hatte u.a. für die Memory-Dimensionierung Formeln angegeben; die resultierenden Daten kann man in die Konfigurationsdateien der virtuellen “Domäne” (also der VM) einbringen. Im zweiten Artikel

KVM/qemu mit QXL – hohe Auflösungen und virtuelle Monitore im Gastsystem definieren und nutzen – II

hatte ich dann den Einsatz von “xrandr” für hohe Auflösungen des “Desktops auf dem Betrachtersystem” und des darzustellenden “Desktops des QEMU-Gastes” vertieft. Dabei waren wir auch auf den QXL-Treiber und die Bedeutung des “spice-vdagents” (bzw. des zugehörigen Services) im Gastsystem eingegangen. Der letzte Artikel

KVM/qemu mit QXL – hohe Auflösungen und virtuelle Monitore im Gastsystem definieren und nutzen – III

zeigte dann, dass man für den Desktop des QEMU-Gastes auch Auflösungen und Vertikalfrequenzen anfordern kann, die durch den Monitor auf dem Betrachtersystem mit seinen Spice-Clients physikalisch nicht unterstützt werden. Anschließend wurden Möglichkeiten diskutiert, gewünschte Modline- und xrandr-Einstellungen im jeweiligen Linux-System persistent zu verankern.

Wir hatten ferner gesehen, dass man Spice-Fenster auch mit einer speziellen Option „Auto resize VM with window“ benutzen kann. Diese Option sorgt dafür, dass sich die Auflösung des Gast-Desktops automatisch an die Größe des Spice-Fensters anpasst. Das ist u.a. nützlich für den Einsatz von ausgedehnten Spice-Clients auf einem Multi-Monitor-System des Betrachters. Voraussetzung ist für sehr hohe Auflösungen eine hinreichende Ausstattung des QXL-Devices mit Video RAM.

Gibt es Defizite für die Praxis? Ja …

Der Desktop des virtualisierten Systems lässt sich nämlich mit den bisher diskutierten Verfahren nicht angemessen in mehrere Darstellungsflächen unterteilen. Natürlich stehen unter dem Desktop des Linux-Gastes alle Optionen für virtuelle Arbeitsflächen und Aktivitäten innerhalb dieses Desktops zur Verfügung. Aber:

Man kann das Spice-Fenster in der bisher benutzten grafischen “spice-console” des “virt-managers” nicht in mehrere unabhängig positionierbare Fenster auf dem Desktop des Betrachters unterteilen.

So ist es mit der Spice-Konsole nicht möglich, z.B. 2 verschiedene Applikationen des virtualisierten Systems unabhängig voneinander und jede in einer bestimmten Fenstergröße auf dem Desktop des Betrachters (z.B. auf der Workstation) anzuordnen. Wäre das möglich, dann könnte man als Nutzer gleichzeitig etwas in Richtung einer sog. “seamless integration” unternehmen.

Hinweis: Einen echten “Seamless Mode” wie ihn etwa VMware oder Virtual Box anbieten, gibt es zur Zeit nicht. Aber man arbeitet wohl daran: https://www.spinics.net/lists/spice-devel/msg30180.html

Jedenfalls ist es aus prinzipiellen Gründen und wegen einer verbesserten Ergonomie im Umgang mit virtualisierten Systemen interessant, sich den Desktop eines QEMU-Gastes unter Spice und QXL mal mit mehreren “virtuellen Monitoren” anzusehen. In der Spice-Terminologie ist hier von virtuellen “Displays” die Rede. Die sind Thema dieses Artikels.

Voraussetzung 1 der Nutzung mehrere virtueller Displays: Mehrere Heads, hinreichender Speicher des QXL-Devices und aktiver vdagent-Service

Als ich das erste Mal versucht habe, mehrere virtuelle Monitore auszuprobieren, funktionierte überhaupt nichts. Ursache:

Die Standardeinstellungen für das QXL-Device sind so, dass nur 1 Head aktiv ist. Zudem sind die Standardeinstellungen für den QXCL Video RAM unzureichend.

Beides ist zu ändern. Wir hatten die entsprechenden Einstellungen und Formeln für das QXL-Memory bereits im ersten Beitrag der Serie diskutiert. “virt-manager” bietet entsprechende Einstellungsoptionen zum QXL-Device aber nicht an. Man muss also zuerst mal die Domän-Datei “NAME.xml” im Verzeichnis “etc/libvirt/qemu” anpassen. “NAME” ist dabei der Name der virtuellen Maschine [VM]. Typische Memory-Werte für 4 Heads hatte ich bereits im ersten Artikel angegeben; s. dort für die notwendigen Schritte.

Das Gute an Linux-Gastsystemen ist, dass man danach außer der Aktivierung des QXL-Treibers und des “vdagents” (bzw. des zugehörigen Services) nichts anderes tun muss, um eine Unterstützung von bis zu 4 virtuellen Displays unter KVM/QEMU/Spice zu bekommen.

In gewisser Weise und im Gegensatz zu Tools wie X2GO arbeitet das Gastsystem hier keineswegs “headless”. Der Treiber des virtuellen QXL-Devices gaukelt dem Linux-System des Gastes vielmehr vor, dass das dortige QXL-Grafik-Device tatsächlich mehrere Ausgänge besitzt, die ein geeigneter Spice-Client dann (in Kooperation mit dem vdagent und dem QXL-Treiber) dynamisch mit angeschlossenen “Displays” belegt. Für deren Inhalt ist die Desktop-Umgebung des Gastes selbst verantwortlich. Spice übernimmt “nur” den Datenaustausch mit fenstern zur Darstellung dieses Desktops im Betrachtersystem.

Ich setze nachfolgend voraus, dass die QXL-Einstellungen entsprechend den Vorgaben des ersten Artikels für 4 Heads des QXL-Devices vorgenommen wurden. Getestet habe ich konkret mit folgenden QXL-Einstellungen: 

    <video>
      <model type='qxl' ram='262144' vram64='2097152' vgamem='65536' heads='4' primary='yes'/>
      <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x02' function='0x0'/>
    </video>

 
Dem “Debian 9-Gastsystem” selbst hatte ich großzügigerweise 4GB RAM (Hauptspeicher) spendiert.

Voraussetzung 2 für mehrere virtuelle Displays: Nutzung des “remote-viewers”

Die grafische “spice-console” des “virt-managers” unterstützt meines Wissens keine Darstellung des Gastdesktops in mehreren “Displays”. Ein passender Client hierfür ist dagegen der sog. “remote-viewer“.

Man kann den “remote-viewer” von einem Terminalfesnter starten, nachdem man die virtuelle Maschine per “virt-manager” gestartet hat. Wir betrachten hier den Aufruf auf einer Linux-Workstation, die gleichzeitig als KVM-Host dient (Aufrufe über Netz werden Thema eines eigenen Artikels):

myself@mytux:~> remote-viewer spice://localhost:5900 &

Die Portnummer muss man ggf. anpassen, wenn man hierfür eine abweichende Einstellungen vorgenommen hat.

Hinweis: Unter Opensuse und Debian muss man ggf. Mitglied der Gruppe “libvirt” sein, um den remote-viewer erfolgreich ausführen
zu können; unter Ubuntu Mitglied der Gruppe “libvirtd”.

Sollte man vorher bereits einen anderen Spice-Client zur Darstellung des Gast-Desktops gestartet haben, wird diese frühere Spice-Sitzung unvermittelt und ohne Warnung abgebrochen.

Aktivierung zusätzlicher Bildschirme

Ein Blick auf die verfügbaren Menüpunkte zeigt schnell Unterschiede zur “spice-console”. So bietet der Menüpunkt “Ansicht >> Displays” Checkboxen für 4 Monitore (entsprechend den 4 Heads unseres QXL-Devices).

Man sieht, dass ich hier drei (virtuelle) “Displays” aktiviert habe. Der nachfolgende Screenshot zeigt diese “Displays” für die Darstellung des Desktops eines Debian 9-Gast-Systems auf einem von 3 physikalischen Monitoren einer Linux-Workstation, auf der selbst ein KDE-Desktop aktiv ist.

Zusätzliche virtuelle Displays erst nach dem Login aktivieren!

Der nächste Hinweis hat vielleicht nur Gültigkeit für einen Debian-Gast mit gdm3, aber mindestens mal da erweist sich der Tipp als nützlich:

Öffnet man im “remote-viewer” mehrere Displays, wenn noch die primäre Login-Maske von gdm3 angezeigt wird, so verschwindet die bei mir dann nach dem Aktivieren weiterer Displays – bzw. passte sich nicht mehr automatisch an den Fensterrahmen des ersten Displays an. Das ist wirklich unangenehm, weil man sich dann nicht mehr so ohne weiteres einloggen kann und zwischenzeitlich wieder auf die Spice-Konsole von virt-manager ausweichen muss. Also:

Erst einloggen, dann weitere virtuelle Displays aktivieren.

Automatische Auflösungsanpassung an die Größe der virtuellen Displays

Im “remote-viewer” gibt es keinen Menüpunkt zum Aktivieren/Deaktivieren einer automatischen Auflösungsanpassung an die Größe der aktivierten Displays. Das wird automatisch gemacht – unabhängig davon, was man vorher ggf. in der spice-console von virt-manager eingestellt haben sollte. Bei mir führte eine Veränderung der Größe irgendeines der geöffneten Displays zu einem Flackern aller virtuellen Displays, bis sich die neue Desktop-Darstellung aufgebaut hatte. Aber immerhin – die Anpassung funktioniert. Dabei gilt:

Die Spice-Fenster für die virtuellen Displays können völlig unterschiedliche Größen haben. Der Desktop des Gastes passt sich daran an!

Nahtloser Übergang zwischen den Displays

Es ist möglich, Applikationen nahtlos zwischen den verschiedenen Displays hin und her zu schieben. Dabei legt Spice in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren in sehr sinnvoller Weise fest, welches Display sich links oder rechts vom aktuellen Display befindet. Relevant ist dabei zum einen die Positionierung, die bei der letzten Größenänderung eines der Displays gegeben war:

Befand sich etwa “Display 3” bei der letzten links vom “Display 1”, so kann man eine Anwendung nach links aus dem “Display 1” in das “Display 3” bewegen – egal wo Display drei gerade ist.

Ein weiterer Faktor ist aber auch die Position der Maus – kommt die beim Ziehen in ein anderes Display (desselben Gastes), bewegt sich auch die Applikation dorthin.

Quasi-seamless Mode?

Wie gesagt, einen echten “Seamless Mode” bietet Spice noch nicht an. Aber: Wir können zumindest bis zu 4 Applikationen den Rahmen jeweils eines der 4 möglichen virtuellen Displays vollständig
füllen lassen – und auf dem Desktop der Workstation verteilen.

Das Schöne ist: Bei einer Größenänderung des jeweiligen virtuellen Displays passt sich die dort enthaltene Applikation dann automatisch an die Rahmengröße an.

Das nachfolgende Bild zeigt hoffentlich, was ich meine:

Hier sieht man von links nach rechts:

  • 1 virtuelles QXL/Spice-Display eines KVM/QEMU-Debian 9-Gastes mit Gnome, in dem VLC eine aktuelle ARD-Sendung abspielt.
  • 2 Clementine-Fenster, die dem KDE-Desktop der Workstation originär zugehören.
  • 1 virtuelles QXL/Spice-Display des KVM/QEMU-Debian 9-Gastes, in dem Libreoffice Draw geöffnet ist.
  • 1 Libreoffice Draw-Fenster, dass originär im KDE-Desktop der Workstation gestartet wurden.

Auf den ersten Blick sind die verschiedenen “Fenster” aber nicht als originale Fenster des KDE-Desktops der Workstation oder als Spice-Displays für die Darstellung des Gastdesktops einzuordnen. Das ist fast seamless und damit kann ich gut leben …

Multi-Monitor-Support im Gnome-Desktop des Gastes

Obwohl spezifisch für Gäste mit Gnome3-Desktop, hier ein kleiner Hinweis zur Multimonitor-Unterstützung: Man sollte sich hierfür unedingt ein paar aktuelle “Gnome-Extensions” installieren.

Die aktuellste Version von “Dash to dock” etwa erlaubt etwa die Auswahl des Spice-Displays, auf dem das Dock-Panel angezeigt werden soll. Und dann gibt es auch noch die sehr nützliche Erweiterung “Multi-Monitors AddOn”; sie erlaubt es verschiedene Informationsleisten etc. auf allen Displays anzeigen zu lassen:

Off-Topic: Was ist eigentlich mit Sound?

Nachdem ich oben in einer Abbildung einen Fernsehstream in einem Linux-Gast laufen ließ: Ist eigentlich eine Übertragung von Sound aus dem virtualisierten Gast in die Workstation möglich? Ich gehe auf diesen Punkt nur kurz ein, da dieser eigentlich nicht Thema dieser Artikelserie ist. Mir sind zudem auch noch nicht alle Zusammenhänge für den Soundtransfer klar. Es scheint jedoch so zu sein, dass das weniger ein Spice- als vielmehr ein QEMU-Thema ist.

Tja, und dann stolpern wir bei Internet-Recherchen erwartungsgemäß mal wieder über das Thema “Pulseaudio“. Vermutlich muss QEMU nämlich das Sound-Backend des KVM-Hosts unterstützen. Die Unterstützung verschiedener Soundsysteme ist aber etwas, was man bereits bei der Kompilierung von QEMU einstellen muss. In den meisten Distributionen (hier Opensuse) ist das QEMU-Paket aber lediglich mit Pulseaudio- und nicht mit reiner Alsa/Gstreamer-Unterstützung erstellt worden. Ergebnis:

Mit dem Standardpaket von QEMU unter Opensuse habe ich auf einem KVM-Host nur eine problemfreie Soundübertragung hinbekommen, wenn sowohl im Gastsystem als auch im Hostsystem Pulseaudio aktiv waren. Pures Alsa auf einer Linux-Workstation und KVM/QEMU-Virtualisierung sind zusammen wohl nicht ohne experimentellen Aufwand zu haben.

Mit Pulseaudio klappt die Soundübertragung aber gut – soweit Pulseaudio halt selbst mit den Gegebenheiten der Arbeitsstation (Soundkarten, Anwendungen) vernünftig umgehen kann. Und da gibt es nach wie vor Zipperleins. Immerhin kann man den Sound der virtuellen Maschine über Spice dann auch durch den systemweiten Ladspa-Equalizer von PA auf dem Betrachtersystem – hier also der Workstation
selbst – jagen. Das sieht dann etwa so aus:

Man beachte den “Remote Viewer”-Kanal im Lautstärke-Regler und dessen Verlinkung mit dem Ladspa-Equalizer! Das Bild dient nur der Illustration – Clementine würde ich normalerweise direkt auf das Device “Simultaneous Output” abbilden und den in Clementine eingebauten Equalizer nutzen. Der ist nämlich für mein Gefühl in den Übergängen zwischen den verschiedenen Frequenzbereichen besser und sanfter abgestimmt.

Aber PA ist ja ein Thema für sich – auch wenn sich langsam das eine oder andere bessert und die Zahl der Ungereimtheiten im praktischen Betrieb wenigstens ein wenig zurück gegangen ist.

Ausblick

Es gibt zwei Themen, die bisher nur stiefmütterlich behandelt wurden:

  • Die Netzwerkfähigkeit von libvirt und Spice.
  • Der “virtio”-Grafiktreiber, der alternativ zum qxl-Treiber auf Workstations benutzt werden kann, die gleichzeitig als KVM-Host und Client zur Nutzung der VM dienen.

Beide Punkte werde ich in kommenden Artikeln behandeln, sobald ich Zeit dazu finde. In der Zwischenzeit wünsche ich dem Leser viel Spaß beim Einsatz von KVM, QXL, Spice und virtuellen Displays.

Links

Spice-Clients
http://www.datacenter-insider.de/die-besten-spice-clients-zur-erhoehung-der-netzwerk-und-festplatten-performance-a-468322/

virt-viewer
https://access.redhat.com/ documentation/ en-US/ Red_Hat-_Enterprise-_Linux/6/html/Virtualization-_Administration-_Guide/chap-virt-tools.html#sect-virt-viewer

remote-viewer
https://access.redhat.com/ documentation/ en-US/ Red_Hat-_Enterprise-_Linux/6/html/ Virtualization-_Administration-_Guide/sect-Graphic-_User-_Interface-_tools-_for-_guest-_virtual-_machine-_management–remote_viewer.html

In die Links wurden Minus-Zeichen eingefügt, um einen Umbruch zu erreichen. Die korrekte URL muss man sich über einen Rechtsklick besorgen.

 

KVM/qemu mit QXL – hohe Auflösungen und virtuelle Monitore im Gastsystem definieren und nutzen – III

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In den ersten beiden Artikeln dieser Serie

KVM/qemu mit QXL – hohe Auflösungen und virtuelle Monitore im Gastsystem definieren und nutzen – I
KVM/qemu mit QXL – hohe Auflösungen und virtuelle Monitore im Gastsystem definieren und nutzen – II

hatte ich diskutiert, wie man das QXL-Device von Linux-Gastsystemen eines KVM/QEMU-Hypervisors für den performanten Umgang mit hohen Auflösungen vorbereitet.

Ich hatte zudem gezeigt, wie man mit Hilfe der Tools “xrandr” und “cvt” Auflösungen für Monitore unter einem X-Server einstellt.

Das funktioniert ganz unabhängig von Virtualisierungsaufgaben. So lassen sich u.U. auf Laptops und Workstations Auflösungen “erzwingen”, die trotz gegebener physikalischer Möglichkeiten der Grafikkarte und der angeschlossenen Monitoren nicht automatisch erkannt wurden. “cvt” nutzt man dabei zur Bestimmung der erforderlichen “modelines”.

“xrandr” funktioniert aber auch für X-Server virtualisierter Systeme – u.a. für Linux-Gastsysteme unter KVM/QEMU. Im Verlauf der letzten beiden Artikel hatten wir xrandr dann sowohl auf einem Linux-Virtualisierungs-Host wie auch in einem unter KVM/QEMU virtualisierten Linux-Gastsystem angewendet, um die jeweiligen KDE/Gnome-Desktops in angemessener Auflösung darzustellen.

Als praxisnahes Testobjekt musste dabei ein Laptop unter Opensuse Leap 42.2 herhalten, der mit KVM/QEMU ausgestattet war. Er beherbergte virtualisierte Gastsysteme unter “Debian 9 (Stretch)” und Kali2017. Ein relativ hochauflösender Monitor am HDMI-Ausgang (2560×1440) des Laptops konnte mit Hilfe von xrandr vollständig zur Darstellung der Gastsysteme genutzt werden, obwohl diese Auflösung vom Host nicht erkannt und nicht automatisch unterstützt wurde. Die grafische Darstellung des Gast-Desktops (Gnome/KDE) wurde dabei durch Spice-Clients auf dem Host und QXL-Devices in den virtuellen Maschinen ermöglicht.

Offene Fragen => Themen dieses Artikels

Eine Fragestellung an das bislang besprochene Szenario ist etwa, ob man mit hohen Auflösungen auch dann arbeiten kann, wenn die Spice-Clients auf einem anderen Linux-Host laufen als dem KVM-Virtualisierungshost selbst. Ich werde auf dieses Thema nur kurz und pauschal eingehen. Die Netzwerkkonfiguration von Spice und Libvirt werde ich bei Gelegenheit an anderer Stelle vertiefen.

Ergänzend stellte ein Leser zwischenzeitlich die Frage, ob man im Bedarfsfall eigentlich auch noch höhere Auflösungen für das Gastsystem vorgeben kann als die, die in einem physikalischen Monitor des Betrachter-Hosts unterstützt werden.

Für die Praxis ist zudem folgender Punkt wichtig:
Die bislang beschriebene manuelle Handhabung von QVT und xrandr zur Einstellung von Desktop-Auflösungen ist ziemlich unbequem. Das gilt im Besonderen für den Desktop des Gastsystems im Spice-Fenster. Wer hat schon Lust, jedesmal nach dem Starten eines Gastes “xrandr”-Befehle in ein Terminal-Fenster einzutippen? Das muss doch bequemer gehen! Wie also kann man die gewünschte Auflösung auf dem Betrachter-Host oder im virtualisierten Linux-Gastsystem persistent hinterlegen?

Noch idealer wäre freilich eine Skalierung der Auflösung des Gast-Desktops mit der Größe des Spice-Fensters auf dem Desktop des Anwenders. Lässt sich eine solche automatische Auflösungsanpassung unter Spice bewerkstelligen?

Der nachfolgende Artikel geht deshalb auf folgende Themen ein:

  • Auflösungen und Vertikalfrequenzen für den Desktop des KVM-Gast, die physikalisch am Host des Betrachters nicht unterstützt
    werden.
  • Persistenz der xrandr-Einstellungen für den Gast-Desktop und den dortigen Display-Manager (bzw. dessen Login-Fenster).
  • Automatische (!) Auflösungsanpassung des Gast-Desktops an die Rahmengröße des Spice-Client-Fensters.

Zugriff auf virtualisierte Hosts über Netzwerke

Spice und libvirt sind netzwerkfähig! Siehe hierzu etwa http://www.linux-magazin.de/Ausgaben/2012/10/Spice. Das, was wir in den letzten beiden Artikeln bewerkstelligt haben, hätten wir demnach auch erreichen können, wenn wir xrandr nicht auf dem Virtualisierungshost selbst, sondern auf einem beliebigen Remote-Host zur Darstellung des Gast-Desktops in Spice-Fenstern eingesetzt hätten.

In den nachfolgenden Artikeln unterscheiden wir daher etwas genauer als bisher den “Linux-KVM-Host” vom “Host des Betrachters“. Letzteres liefert dem Anwender den “Desktop des Betrachters“, den wir vom “Desktop des virtualisierten Gastsystems” abgrenzen:

Auf dem “Desktop des Betrachters” werden Spice-Client-Fenster aufgerufen, über die der Anwender den Desktop des KVM-Gast-Systems betrachtet. Der “Linux-Host des Betrachters” kann also der KVM-Virtualisierungshost sein, muss es aber nicht. Die physikalisch mögliche Trennung zwischen dem Host, der den “Desktop des Betrachters” anzeigt, vom Linux-Host, auf dem ein Hypervisor das virtualisierte Gastsystem unterstützt, kommt in folgender Skizze zum Ausdruck:

Der Einsatz von Libvirt und Spice über ein Netzwerk erfordert allerdings besondere System-Einstellungen. Ich werde erst in einem späteren Artikel zurückkommen. Die weiteren Ausführungen in diesem Artikel sind im Moment daher vor allem für Anwender interessant, die virtualisierte Systeme unter KVM auf ihrer lokalen Linux-Workstation betreiben. Leser, die unbedingt jetzt schon remote arbeiten wollen oder müssen, seien darauf hingewiesen, dass X2GO nach wie vor eine sehr performante Alternative zu Spice darstellt, die SSH nutzt, einfach zu installieren ist und headless, d.h. ganz ohne QXL, funktioniert.

Auflösungen und Vertikalfrequenzen des Gastdesktops jenseits der Möglichkeiten eines (einzelnen) physikalischen Monitors

Aufmerksame Leser haben am Ende des letzten Artikels sicherlich festgestellt, dass die in den virt-manager integrierte grafische Spice-Konsole Scrollbalken anbietet, wenn die Auflösung des darzustellenden Gast-Desktops die Rahmengröße des Spice-Fensters übersteigt. Das führt zu folgenden Fragen:

Kann man für den Desktop des Gastsystems auch Auflösungen vorgeben, die die physikalischen Grenzen eines am Betrachter-Host angeschlossenen Monitors übersteigen?

Antwort: Ja, man kann für den Gast durchaus höhere Auflösungen vorgeben als die, die ein physikalischer Monitor unterstützt. Das führt logischerweise zu einer pixelmäßig nicht schärfer werdenden Vergrößerung der Desktop-Fläche des Gastes. Man muss dann eben im Spice-Fenster scrollen, wenn man das Spice-Fenster nicht über die Größe des fraglichen physikalischen Monitors ausdehnen kann.

Haben höhere Gast-Auflösungen als die eines physikalischen Monitors überhaupt einen Sinn?

Antwort: Ja – nämlich dann, wenn man am Linux-Host, von dem aus man den Gast-Desktop betrachtet, mehrere Monitore per “xinerama” zu einem von der Pixelfläche her zusammenhängenden Monitor gekoppelt hat!

An einem von mir betreuten System hängen etwa drei Monitore mit je max. 2560×1440 px Auflösung. Nachfolgend seht ihr ein Bild von einem testweise installierten Debian-Gast, für den mittels CVT und xrandr eine Auflösung von 5120×1080 Pixel eingestellt wurde. Das Spice-Fenster auf dieser Linux-Workstation erstreckt sich dann über 2 von 3 physikalischen Monitoren. Siehe die linke Seite der nachfolgenden Abbildung:

Von der grafischen Performance her ist das auf diesem System (Nvidia 960GTX) überhaupt kein Problem; der Gewinn für den Anwender besteht in komfortablem Platz zum Arbeiten auf dem Desktop des Gastsystems! In der Regel bedeutet das nicht mal eine Einschränkung für das Arbeiten mit dem Desktop des Betrachter-Hosts: Man kann unter KDE oder Gnome ja beispielsweise einfach auf eine weitere, alle drei Monitore überstreckende “Arbeitsfläche” des Betrachter-Desktops ausweichen.

U.a. ist es auch möglich, 4K-Auflösungen, also 4096 × 2160 Pixel, für den Desktop des virtualisierten Systems einzustellen. Man hat dann entweder physikalische Monitore am Betrachter-Host verfügbar, die 4K unterstützen, oder genügend Monitore mit geringerer Auflösung zusammengeschlossen – oder man muss, wie gesagt, eben scrollen. Für manche Grafik-Tests mag selbst Letzteres eine interessante Option sein.

Gibt es Grenzen für die einstellbare QXL-Auflösung des virtualisierten Gast-Systems?

Antwort: Ja; momentan unterstützt das QXL-Device maximal 8192×8192 Pixel.

Geht man so hoch, muss man, wie bereits im ersten Artikel beschrieben, aber auch den Video-RAM des QXL-Devices anpassen und ggf. auf den Parameter “vram64” zurückgreifen!

Nachtrag 15.08.2017:

Nutzt man ein Memory/RAM der VM > 2048 MiB, so gibt es zusätzliche Einschränkungen für den maximalen ram-Wert des QXL-Devices. S. hierzu die inzwischen eingefügten Hinweise im ersten Artikel.

Funktionieren bei den Gastsystem-Einstellungen auch andere Vertikalfrequenzen als solche, die vom physikalischen Monitor unterstützt werden?

Antwort: Ja, auch das funktioniert!

Z.B. unterstützt der in den vorhergehenden Artikeln angesprochene Laptop die Auflösung 2560×1440 physikalisch nur mit 44Hz. Dennoch kann ich für den virtualisierten Gast-Desktop auch Modelines für eine Vertikalfrequenz von 60Hz oder 20Hz anfordern. Das macht in der finalen Darstellung auf dem Host des Betrachters nichts aus – die Grafik-Information wird ja lediglich in das dortige Spice-Fenster eingeblendet; die Abfrage von Änderungen am virtuellen Desktop erfolgt von Spice und QEMU (vermutlich) mit eigenen, intern definierten Frequenzen und wird entsprechend zwischen Spice-Server und -Client übertragen. Aber es schadet nicht, bei der Wahl der Vertikalfrequenz für die Video-Modes des Gastsystems einen vernünftigen Wert wie 60Hz oder 50HZ zu wählen.

Persistenz der Auflösungseinstellungen

Es gibt verschiedene Wege, per CVT gefundene Auflösungen und deren Modelines permanent in einem Linux-System zu hinterlegen und diese Modes beim Start einer graphischen Desktop-Sitzung direkt zu aktivieren. Der Erfolg des einen oder anderen Weges ist aber immer auch ein wenig distributions- und desktop-abhängig.

Ich konzentriere mich nachfolgend nur auf ein Debian-Gast-System mit Gnome 3 und gdm3 als Display Manager. Ich diskutiere dafür auch nur 2 mögliche Ansätze. Für KDE5 und SDDM gibt es allerdings ähnliche Lösungen ….

Warnhinweis:

Am Beispiel des bereits diskutierten Laptops sollte klargeworden sein, dass solche
Einstellungen ggf. sowohl im virtualisierten Gastsystem als auch auf dem Linux-Host, an dem die physikalischen Monitore hängen, dauerhaft hinterlegt werden müssen. Bzgl. der physikalisch wirksamen Einstellungen auf dem eBtrachter-Host ist allerdings Vorsicht geboten; man sollte seine Video-Modes und Frequenzen dort unbedingt im Rahmen der unterstützten Monitor- und Grafikartengrenzen wählen.

Variante 1 – rein lokale, userspezifische Lösung: Eine distributions- und desktop-neutrale Variante wäre etwa, die xrandr-Kommandos in einer Datei “~/.profile” für den Login-Vorgang oder (besser!) in einer Autostart-Datei für das Eröffnen der graphischen Desktop-Sitzung zu hinterlegen. Siehe hierzu etwa:
https://askubuntu.com/ questions/ 754231/ how-do-i-save-my-new-resolution-setting-with-xrandr

Der Nachteil dieses Ansatzes ist, dass der User bereits wissen muss, welche Auflösungen man für seinen Monitor per “xrandr” sinnvollerweise einstellen kann und sollte. Beim “.profile”-Ansatz kommt hinzu, dass sich das bei jedem Login auswirkt. Falsche Modes sind auf der physikalischen Host-Seite aber, wie gesagt, problematisch. Es wäre besser, die User nutzten nur vom Admin vordefinierte Auflösungen und dies mit den üblichen Desktop-Tools. Einen entsprechenden Ausweg bietet die nachfolgende Methode.

Variante 2 – zentrale und lokale Festlegungen:
Dieser Weg führt über 2 Schritte; er ist ebenfalls neutral gegenüber diversen Linux-Varianten. Bei diesem Weg wird globale Information mit user-spezifischen Setzungen kombiniert:

Unter Opensuse Leap ist ein zentrales Konfigurationsverzeichnis “/etc/X11/xorg.conf.d/” für X-Sitzungen bereits vorhanden. Man kann dieses Verzeichnis aber auch unter Debian-Systemen manuell anlegen. Dort hinterlegt man dann in einer Datei “10-monitor.conf” Folgendes: 

Section "Monitor"
	Identifier "Virtual-0"
	Modeline "2560x1440_44.00"  222.75  2560 2720 2992 3424  1440 1443 1448 1479 -hsync +vsync
	Option "PreferredMode" "2560x1440_44.00"
EndSection

Section "Screen"
	Identifier "Screen0"
	Monitor "Virtual-0"
	DefaultDepth 24
	SubSection "Display"
		Modes "2560x1440_44.00"
	EndSubsection
EndSection

 
Diese Statements hinterlegen eine definierte Auflösung – hier 2560×1440 bei 44Hz – für unseren virtuellen Schirm “Virtual-0” permanent. Die Modline haben wir, wie in den letzten Artikeln beschrieben, mittels CVT gewonnen. (Die angegebene Werte für die Modline und die Auflösung sind vom Leser natürlich dem eigenen System und den eigenen Wünschen anzupassen.)

Die obigen Festlegungen bedeuten nun aber noch nicht, dass nach einem weiteren Login eine neue Gnome- oder KDE-Sitzung unter Debian bereits die hohe Auflösung produzieren würde. Die “PreferredMode” wird vielmehr ignoriert. Warum ist mir, ehrlich gesagt, nicht klar. Egal: Die Auflösung steht immerhin in den lokalen Konfigurationstools des jeweiligen Desktops zur Auswahl zur Verfügung. Damit kann der Anwender dann die lokalen Auflösungswerte in persistenter Weise festlegen:

Unter “Gnome 3” rufen wir dazu im KVM-Gastsystem etwa das “gnome-control-center” auf: 

myself@debian8:~$ gnome-control-center &

Dort wählen wir unter der Rubrik “Hardware” den Punkt “Bildschirme” und stellen die gewünschte Auflösung ein. Die Einstellung landet dann in einer Datei “~/.config/monitors.xml” – und ist X-Session-übergreifend verankert.

Im Falle von “KDE 5” wählen wir dagegen 

myself@debian8:~$ systemsettings5 &

und dort dann den Punkt “Hardware >&
gt; Anzeige und Monitor”. Die dort getroffenen Einstellungen werden in einer Datei “~/.local/kscreen/” in einem JSON-ähnlichen Format gespeichert.

Diese 2-te Lösung hat den Vorteil, dass die maximale Auflösung systemweit vorgegeben wird. Der jeweilige User kann jedoch die von ihm gewünschte Einstellung wie gewohnt lokal hinterlegen und dafür die gewohnten Desktop-Tools einsetzen.

Persistenz der Auflösungseinstellungen für den “Display Manager” bzw. den Login-Schirm

Nachdem wir nun die Desktop-Sitzung unter Kontrolle haben, wäre es doch schön, auch das Login-Fenster des Display-Managers dauerhaft auf eine hohe Auflösung setzen zu können. Das geht am einfachsten für “gdm3”. 2 Varianten sind möglich:

Variante 1 – Globale Nutzung der Datei “monitors.xml”:
Die Festlegungen für den Gnome-Desktop wurden in einer Datei “~/.config/monitors.xml” festgehalten. Wir kopieren die “monitors.xml”-Datei nun als User “root” in das Verzeichnis “/var/lib/gdm3/.config/”: 

root@debian8:~# cp /home/myself/.config/monitors.xml /var/lib/gdm3/.config/

Dort wird eine Konfigurationsdatei im XML-Format für den gdm3-Schirm ausgewertet. Unter Debian 8/9 hat sich hier allerdings ein Problem eingeschlichen:
gdm3 läuft dort bereits unter Wayland – und dieser X-Server ignoriert leider die getroffenen Einstellungen. Das lässt sich aber leicht beheben, indem man für gdm3 die Nutzung des klassischen X11-Servers erzwingt! In der Datei “/etc/gdm3/daemon.conf” muss dazu folgender Eintrag auskommentiert werden: 

[daemon]
WaylandEnable=false

Danach wird dann beim nächsten gdm3-Start auch die “monitors.xml” akzeptiert – und die vorgeschlagene Auflösung übernommen. Leider ist es hier Benutzern ohne Root-Rechte nicht möglich, eigene Einstellungen zu treffen. Als Administrator sollte man hier natürlich zur HW passende Einstellungen wählen.

Links zum Thema “Ignoring monitors.xml in /var/lib/gdm3/.config/”
https://bugzilla.redhat.com/ show_bug.cgi? id=1184617
https://bugzilla.gnome.org/ show_bug.cgi? id=748098
In letzterem ist für Wayland auch ein Workaround beschrieben; ich habe das vorgeschlagene Vorgehen aber nicht getestet.

Variante 2: Nutzung von xrandr-Befehlen in Startup-Scripts des Display Managers
Man kann die “xrandr”-Befehle auch in den Startup-Scripts des jeweiligen Display Managers hinterlegen (xorg-Einstellungen werden leider grundsätzlich ignoriert). Für gdm3 also in der Datei “/etc/gdm3/Init/Default”. Dort kann man die xrandr-Anweisungen etwa am Dateiende anbringe. Siehe hierzu: https://wiki.ubuntu.com/X/ Config/ Resolution#Setting-xrandr-commands-in-kdm.2Fgdm_startup_scripts

Für mich ist das die präferierte Art, fixe Einstellungen für den Desktop-Display/Login-Manager vorzunehmen. Man muss sich allerdings für jeden der populären Manager (gdm3, ssdm, lightdm) kundig machen, in welcher Form Startup-Skripts eingebunden werden können. Leider gibt es dafür keinen Standard.

Nachtrag vom 02.03.2018:
Da “gdm3” im Moment unter aktuellen Debian- wie Kali-Installationen Probleme beim Shutdown macht (hängender Prozess, der von systemd nicht gestoppt werden kann), habe ich auch mal den simplen Login-Manager “lightdm” ausprobiert. Dort findet man Möglichkeiten zum Starten von Skripten in der Datei /etc/lightdm/lightdm.conf”. Siehe dort etwa die Option “display-setup-script”. Dort kann man auf bereits definierte Modes unter “/etc/X11/xorg.conf.d/10-monitor.conf” zurückgreifen – z.B. per “xrandr –output
Virtual-0 –mode 2560x1440_44.00”.

Automatische (!) Auflösungsanpassung des Gast-Desktops an die Größe des Spice-Client-Fensters

Die oben vorgeschlagenen Lösungen funktionieren zwar und mögen für den einen oder anderen Leser durchaus einen gangbaren Weg zur dauerhaften Nutzung hoher Auflösungen (genauer: großer Spice-Fenster-Abmessungen) von KVM/QEMU-Gastsystemen darstellen. Aber das ganze Procedere ist halt immer noch relativ arbeitsintensiv. Leute, die VMware nutzen, kennen dagegen die Möglichkeit, die Auflösung des Gastsystems direkt an die VMware-Fenstergröße anpassen zu lassen. Voraussetzung ist dort die Installation der sog. “VMware Tools” im Gastsystem. Gibt es etwas Korrespondierendes auch unter KVM/QXL/Spice ?

Antwort: Ja, aber …

Eine Voraussetzung ist, dass der QXL-Treiber und der spice-vdagent im Gastsystem installiert und aktiv sind. Eine andere ist aktuell aber auch, dass der jeweilige grafische Desktop des KVM-Gastes (Gnome, KDE, …) mit diesem Duo und den von ihm bereitgestellten Informationen in sinnvoller Weise umgehen kann (s.u.).

Die dynamische Desktop-Anpassung an die Spice-Fenstergröße kann durch KVM-Anwender über die Option

View >> Scale Display >> Auto resize VM with window

aktiviert werden. Die grafische Spice-Konsole (von virt-manager) bietet den entsprechenden Haupt-Menüpunkt in ihrer Menüleiste an.

Nachtrag 02.03.2018:

Es gibt übrigens noch einen zweiten Spice-Client, den man über ein Terminal-Fenster starten kann – nämlich den sog. “Remote-Viewer” (siehe hierzu auch den nächsten Artikel dieser Serie). Je nach Versionsstand bietet der “Remote Viewer” entweder einen ähnlichen Menüpunkt an – oder aber der dargestellte Desktop des KVM-Gastes reagiert bei laufendem vdagent automatisch richtig, wenn im “Remote-Viewer” die Option “Ansicht (View) => Zoom => Normal Size” gewählt wird.

Nun verhält es sich leider so, dass sich das gewünschte Verhalten beim Aktivieren des Menüpunktes in einigen Fällen nicht unmittelbar einstellen mag.

Diesbzgl. sind als erstes 2 wichtige Punkte festzuhalten:

Hinweis 1: Die Funktionalität zur automatischen Auflösungsanpassung ist nicht völlig kompatibel mit den obigen Ansätzen zur Hinterlegung persistenter Auflösungseinstellungen! Im Besonderen muss man die Datei “/etc/X11/xorg.conf.d/10-monitor.conf” zunächst auf ein absolutes Minimum beschränken:

Section "Monitor"
	Identifier "Virtual-0"
	Modeline "2560x1440_44.00"  222.75  2560 2720 2992 3424  1440 1443 1448 1479 -hsync +vsync
EndSection

 
Oder man muss diese Datei gleich ganz entfernen.

Hinweis 2:
Manchmal passiert nichts, wenn man seine Spice-Screen-Größe schon verändert hat und erst dann die Option zur automatischen Anpassung an die Fenstergröße anklickt. Das irritiert den Anwender womöglich, der eine unmittelbare Reaktion erwartet. Die Informationen des Duos “vdagent/QXL-Treiber” zur Änderung der Größe des Spice-Client-Fensters werden offenbar aber erst dann erstmalig verarbeitet, wenn die Ausdehnung des Spice-Fensters tatsächlich durch den Nutzer geändert wird! Das Anklicken der Option im Menü allein ist also für eine erste Anpassung noch nicht ausreichend. Daher der Rat: Bitte testweise mit der Maus eine erste Größenänderung des Spice-Fensters vornehmen. Danach sollte der Desktop reagieren.

Ich zeige den Effekt in den nachfolgenden Bildern mal für ein “Debian 9”-Gast-System. Ich habe zwischen den Bildern dabei mit der Maus die Breite die Breite des Spice-Fensters auf dem KVM-Host von 1700px auf 1200px reduziert.

Aber auch das Beachten der oben genannten zwei Punkte ist im Moment in vielen Fällen nicht hinreichend. Zur Erläuterung muss man leider ein wenig ausholen. Früher war eine automatische Auflösungsanpassung u.a. Aufgabe des spice-vdagent. Im Moment gelten jedoch folgende Feststellungen:

  • Politikwechsel: Red Hat hat aus (hoffentlich guten) Gründen die Politik bzgl. der Auflösungsanpassung geändert. Inzwischen nimmt nicht mehr der spice-vdagent die Auflösungsänderung vor, sondern überlässt dies dem aktuell laufenden Desktop (bzw. bzgl. des Login-Screens dem Desktop-Manager). Das Duo aus vdagent und QXL-Treiber übermittelt hierzu nur noch ein Signal samt der notwendigen Auflösungsinformationen an den aktuell laufenden Desktop (genauer an dessen kontrollierendes Programm) und überlässt ihm weitere Maßnahmen. Wobei die zugehörigen Programme vermutlich wiederum xrandr einsetzen. Für diesen Vorgang muss der QXL-Treiber (Kernelmodul!) aber auch geladen sein.
  • Versionsabhängigkeiten: Eine automatische Auflösungsanpassung funktioniert aufgrund des Umbruchs bzgl. der Verantwortlichkeiten nicht mit allen Host- und Gast-Dristibutionen bzw. Programmständen von libvirt/spice bzw. QXL so wie erwartet.

Unter https://bugzilla.redhat.com/ show_bug.cgi? id=1290586 lesen wir entsprechend:

spice-vdagent used to be doing something like this, but this was racing with desktop environments keeping track of the current resolution/monitors/.., so we are now informing the desktop environment that a resolution change would be desirable, and let it handle it.
… It’s no longer going through spice-vdagent if you use the QXL KMS driver (although it needs spice-vdagent to be started iirc).

Dadurch ergeben sich aber neue Abhängigkeiten – denn wenn der QXL-Treiber und vdagent in einer aktuellen Version geladen sind, aber die jeweilige Desktop-Umgebung das Anliegen von QXL nicht unterstützt, geht halt nix. Mit den QXL-Anforderungen zur Auflösungsskalierung können nur neuere Versionen von Gnome und KDE vernünftig umgehen. Unter LXDE funktioniert im Moment leider überhaupt keine automatische Auflösungsanpassung mehr. Ein Beispiel für die etwas vertrackte Übergangssituation liefert etwa Debian 8:

Unter Debian Jessie mit Kernel 3.16 etwa funktionierte eine automatische Auflösungsanpassung noch – das lag aber damals daran, dass der QXL-Treiber gar nicht geladen werden konnte. Installiert man dagegen Kernel 4.9 unter Debian 9 “Jessie”, dann lässt sich das QXL-Modul laden – aber weder der Gnome-, noch der KDE-, noch ein LXDE-Desktop ziehen dann bzgl. der Auflösungsanpassung mit. Entlädt man das QXL-Treibermodul (mit Performance-Nachteilen) funktioniert die automatische Auflösungsanpassung dagegen wieder (nämlich über die alte Funktionalität des spice-vdagent.

Es ist leider ein wenig chaotisch. Erst unter Debian 9 passt alles wieder zusammen – zumindest unter den dort aktualisierten Gnome3- und KDE5-Versionen.

Die neue Politik abseits des vdagents wird primär durch aktuelle Versionen des QXL-Treiber umgesetzt. Teilweise kann man Probleme mit einer automatischen Auflösungsanpassung deshalb umgehen, indem man das qxl-drm-Kernel-Modul “blacklisten” ließ/lässt. Siehe hierzu:
https://bugs.debian.org/ cgi-bin/ bugreport.cgi? bug=824364
Ein Nichtverwenden des QXL-Treibers hat aber leider auch Performance-Nachteile.

Mit welchen Gastsystemen funktioniert die automatische Auflösungsanpassung?

  • Unter Debian 8 Jessie mit Kernel 3.16, aber ohne geladenen QXL-Treiber (nicht jedoch mit Kernel 4.9, libvirt und qxl aus den Backports)
  • Unter Kali2017 mit Gnome 3.
  • Unter Debian 9 “Stretch” mit Gnome3 und KDE5 – aber nicht mit Mate, nicht mit LXDE.
  • Unter Opensuse Leap 42.2 mit upgedatetem Gnome3 (nicht aber mit KDE5).

Wenn Sie also mit einer automatischen Auflösungsanpassung an die Spice-Fenstergröße experimentieren wollen, dann sollten Sie am besten mit Debian 9 (Stretch) basierten Gast-Systemen arbeiten oder entsprechend upgraden.

Nachtrag 1 vom 02.03.2018:
Die automatische Auflösungsanpassung funktioniert auch mit Kali 2018.1, aktuellem 4.14-Kernel und Gnome3 in der Version 3.26.

Nachtrag 2 vom 02.03.2018:
Ein leidiger Punkt ist die Frage einer automatischen Auflösungsanpassung der Desktop-Display/Login-Manager an das Fenster der grafischen Spice-Konsole. Hierzu habe ich sehr gemischte Erfahrungen:

Während “gdm3” sich als fähig erweist, mit dem “spice-vdagent” zu kooperieren, gilt dies etwa für “lightdm” nicht. Hinweise aus früheren Zeiten zum vorherigen Start von “spice-vdagent” über ein “Wrapper-Skript” (s. etwa: https://www.spinics.net/lists/spice-devel/msg24986.html) funktionieren dabei wegen der oben beschriebenen Politik-Änderung nicht:
Der Display-Manager muss so programmiert sein, dass er die Dienste des vdagent auch nutzt und Screen-Änderungen kontinuierlich abfragt. So wird die aktuelle Screen-Größe i.d.R. nur genau einmal – nämlich beim Starten des Desktop-Managers übernommen. Danach bleibt die Größe des Greeter-Fensters konstant, egal ob man den Spice-Fenster-Rahmen ändert oder nicht.

Fazit

Wir haben gesehen, dass man Auflösungseinstellungen für die Desktops, die man sich über xrandr auf dem Betrachter-Host bzw. im Gastsystem mühsam zurechtgebastelt hat, auch persistent in den betroffenen Systemen hinterlegen kann. Ein u.U. sehr viel einfachere Methode zur Nutzung hoher Auflösungen – nämlich eine automatische Anpassung der Auflösung des Gast-Desktops an die Fenstergröße des Spice-Fensters funktioniert optimal im Moment nur mit Gastsystemen, die aktuelle Versionen des KDE5- oder des Gnome3-Desktops integriert haben. Dort macht diese Option aber ein mühsames Handtieren mit xrandr-befehlen im Gastsystem weitgehend überflüssig.

Ausblick

Im nächsten Artikel dieser Serie

https://linux-blog.anracom.com/ 2017/08/15/ kvmqemu-mit-qxl-hohe-aufloesungen-und-virtuelle-monitore-im-gastsystem-definieren-und-nutzen-iv/

befasse ich mich mit der Möglichkeit, mehrere virtuelle Desktop-Schirme für die Gastsysteme auf (mehreren) realen Monitoren des Betrachter-Hosts zu nutzen.

 

KVM/qemu mit QXL – hohe Auflösungen und virtuelle Monitore im Gastsystem definieren und nutzen – II

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Diese Artikelserie befasst sich mit der Möglichkeit, hohe Monitor-Auflösungen auch beim Arbeiten mit Linux-Gastsystemen unter einem KVM/QEMU-Hypervisor zu nutzen. Dabei sollen das Spice-Protokoll und ein QXL-Device als virtuelle Grafikkarte des Gastsystems genutzt werden.

Wenn man mit einem virtualisierten System arbeitet, kann der Zugriff auf dessen Desktop entweder am KVM-Host selbst oder aber von einem Remote-System aus erfolgen. Bis auf weiteres konzentrieren wir uns auf das erstere Szenario, d.h. wir greifen unter einem Desktop des KVM-Hostes auf den Desktop des Gastes zu. Wir betrachten also den Fall mehrerer am Host selbst angeschlossener, hochauflösender Monitore, auf dem die Desktop-Umgebung des virtualisierten Gastsystems in einem oder mehreren Fenstern dargestellt werden soll. In einem solchen Szenario ist der durch Netzwerkprotokolle entstehende zusätzliche Komplexitätsgrad irrelevant.

Ausgangspunkt unserer Überlegungen des ersten Artikels war die Feststellung, dass nicht immer alle Möglichkeiten der physikalischen Monitore automatisch und richtig erkannt werden. Und selbst wenn das geschehen sollte, wird die Information nicht unbedingt korrekt an das Gastsystem weitergegeben. Dies gilt u.a. für externe Monitore. Dann ist Handarbeit angesagt. Besondere Vorkehrungen sind i.d.R. auch erforderlich, wenn man ggf. mehrere virtuelle Monitore eines Gastsystems nutzen und auf die physikalischen Schirme des Hosts verteilen will.

Im letzten Beitrag

KVM/qemu mit QXL – hohe Auflösungen und virtuelle Monitore im Gastsystem definieren und nutzen – I

hatte ich das Universaltool xrandr zur Konfiguration von Auflösung und Orientierung von Bildschirmen unter X-Window vorgestellt und bereits auf einem exemplarischen KVM-Host (Laptop mit Opensuse) eingesetzt. Danach hatten wir uns dem mittels “virt-manager” und QEMU virtualisierten Gastsystem zugewandt und uns ein wenig damit befasst, wie denn eine virtuelle Grafikkarte vom Typ QXL aussieht und wie man den dortigen Video RAM für hohe Auflösungen konfiguriert.

Wir gehen nun auf die Frage ein, welche Vorkehrungen im Gastsystems noch erforderlich sind, um einen oder mehrere hochauflösende virtuelle Monitore performant nutzen zu können. Abschließend wenden wir dann “xrandr” im Gastsystem an.

Zusammenspiel benötigter Komponenten

Wie greifen eigentlich die in unserem Szenario benötigten Komponenten Spice, virt-manager, libvirt, Qemu, QXL ineinander? Ich habe mal versucht, das in einer Skizze zu verdeutlichen:

Die Skizze stellt die Situation für einen Virtualisierungshost dar, an dem 3 physikalische Monitore angeschlossen sind. Ein auf diesem KVM-Host angemeldeter User greift mittels Spice-Clients auf das dort installierte Gastsystem zu. (Das ist ein typisches Szenario für Entwickler-Laptops oder Linux-Workstations, in dem man mittels Virtualisierung Eigenschaften eines Zielsystems darstellt.) Das Gast-OS läuft in einer virtualisierten Umgebung, die durch QEMU im Zusammenspiel mit KVM bereitgestellt wird; das virtualisierte System (also der “Gast”) wurde in der Skizze als QEMU VM (Virtual Machine) bezeichnet.

Die Spice-Komponenten sind gelblich dargestellt. “virt-viewer” und “remote-viewer” sind verschiedene Spice-Clients, die mit dem Spice-Server kommunizieren können. Diese Clients ermöglichen die Darstellung des grafischen Outputs des Gastsystems in einem Fenster. Ähnliches leistet auch die in “virt-
manager” integrierte “grafische Spice-Konsole“.

Ich habe versucht, in der Skizze anzudeuten, dass der Spice-Client “remote-viewer” ganz unabhängig von libvirt-Komponenten funktioniert (s. hierzu etwa Red Hat Virtualization Guide für RHEL 6, Kap. 17.2 .

Eine Skizze zur genaueren Struktur des QXL-Devices der QEMU VM mit bis zu vier “heads” für vier virtuelle Monitore von Linux-Gastsystemen hatte ich bereits im vorhergehenden Artikel geliefert. In der hiesigen Skizze habe ich die Situation für 2 “heads” angedeutet; 2 virtuelle Monitore des Gastes werden auf zwei physikalischen Monitoren in Spice-Client-Fenstern angezeigt.

Anmerkungen zur Client-Server-Struktur

Aus der Skizze geht die Client/Server-Struktur der Komponenten nicht so recht hervor, da im dargestellten Fall ja alles auf dem Virtualisierungshost abläuft. Aber sowohl Spice als auch libvirt/qemu sind netzwerkfähig und somit als Client/Server-Systeme ausgelegt. Der “Spice-Server” wie auch der Dämon “libvirtd” sind dabei immer auf dem Virtualisierungs-Server (also dem KVM-Host) zu installieren. Zur Konfiguration der Protokoll-Einstellungen auf einem Linux-Remote-System, von dem aus die Spice-Clients “Spice Console des virt-managers” bzw. der stand-alone Spice-Client “remote-viewer” über ein Netz mit ihren Gegenparts auf dem Virtualisierungshost kommunizieren sollen, siehe
https://www.spice-space.org/spice-user-manual.html
bzw.
https://libvirt.org/docs.html
https://wiki.ubuntuusers.de/virt-manager/.
Virtualization-Administration-Guide von Red Hat für RHEL 6

Im virt-manager bietet der Punkt “File” > Add new connection” Felder zur Konfiguration einer Verbindung an. Spice kann über SSH getunnelt werden; für virt-manager wird eh’ qemu+ssh angeboten.

Wie einleitend festgestellt, werden uns in dieser Artikelserie zunächst mit einer Konfiguration, wie sie auf der Skizze dargestellt ist, begnügen. Spezielle Netzwerk-Einstellungen entfallen dann.

QXL-Treiber und spice-vdagent

Auf der rechten Seite der obigen Skizze erkennt man das virtuelle QXL-Device. Die Skizze deutet hier an, dass im Betriebssystem [OS] des Gastes zwei Komponenten erforderlich sind, um die notwendige Unterstützung zu liefern – ein Treiber und ein sogenannter “spice-vdagent”. Wir müssen uns nun mit deren Bereitstellung im Gastsystem befassen. Es gilt:

  • Der qxl-Treiber ist, wie Video-Treiber für reale Karten auch, ein drm-fähiges Kernelmodul. “drm” steht dabei für “direct rendering manager”; https://de.wikipedia.org/ wiki/ Direct_Rendering_Manager).
  • Der spice-vdagent wird dagegen als Dämon bereitgestellt und ist als Service zu aktivieren.

Versionsabhängigkeiten und Test-Setup

Leider muss ich vor weiteren Details vorausschicken, dass sowohl das Laden des qxl-Kernel-Moduls als auch die faktische Wirkungsweise von qxl-Treiber und spice-vdagent stark von der Art/Version des Linux-Gastsystems, dessen Kernel und zu allem Überfluss auch noch von der dortigen Desktop-Version abhängen. Ich nehme als Beispiel mal Debian 8 “Jessie”:

Unter dem ursprünglichen Kernel 3.16 von Jessie lässt sich das qxl-Modul nicht ohne weiteres laden. Es verlangt einen mir
unbekannten Parameter. In Installationen, die Debian-Backport-Pakete nutzen, wird ab Kernelversion 4.2 das qxl-Modul dagegen automatisch geladen. Ferner hat das Laden des qxl-Moduls – je nach Kernelversion und Desktop-Version unterschiedliche Auswirkungen auf automatische Auflösungsanpassungen. Ich komme darauf in einem weiteren Artikel zurück.

Wer die nachfolgend beschriebenen Punkte in einer konsistenten Weise nachvollziehen will, sollte bzgl. der Gastsysteme deshalb auf ein aktuelles Debian 9 (“Stretch”) (mit Gnome, KDE 5) oder aber ein Kali 2017 (mit Gnome) zurückgreifen. Diese Systeme bilden im Moment aus meiner Sicht den Sollzustand am besten ab.

Wählt man dagegen Opensuse Leap 42.2, so bitte mit Gnome. Mit debian-8-basierten Systemen, neueren Kernel-Versionen, unterschiedlichen libvirt/spice-Versionen aus Backport Repositories sowie mit dem offiziellen Plasma5-KDE5/KDE4-Mix unter Opensuse 42.1/42.2 kann es dagegen abweichende Resultate geben. “Red Hat”-Gastsysteme habe ich bislang nicht getestet.

Test-Setup

  • KVM-Gast: Debian 9 “Stretch” (mit Gnome und KDE5) / Kali2017 (Gnome). Virtuelles Grafik-Device: QXL mit maximaler ram/vram-Bestückung.
  • KVM-Host: Linux-Systeme mit Opensuse Leap 42.2 und dem dortigen KDE5/Plasma5/KDE4-Mix; darunter auch der im letzten Artikel angesprochene Laptop mit einem externen HDMI-Schirm.
  • Grafischer Spice-Client für einen virtuellen Monitor: die “grafische Spice Konsole”, die in virt-manager integriert ist.
  • Grafischer Spice-Client für mehrere virtuelle Monitore: “remote-viewer” (muss ggf. über das Paket “virt-viewer” nachinstalliert werden).

Bereitstellung QXL-Treiber im Gastsystem

Die Kapazitäten und die Performance einer Grafikkarte können nur mit einem geeigneten Treiber vollständig genutzt werden. Das ist für virtuelle Grafik-Devices wie das QXL-Device nicht anders.

Für einen KVM-Gast kann man in einem Spice-Client in jedem Fall Auflösungen bis zu 1024×768 erreichbar – auch wenn der device-spezifische QXL-Treiber im Gastystem gar nicht installiert ist. (Dies wird durch einen Fallback auf einen “standard vga”-Treiber bzw. ein VESA Framebuffer-Device ermöglicht.) Will man dagegen mit höheren Auflösungen arbeiten, so kann dies ggf. auch ohne QXL-Treiber funktonieren; allein aus Performancegründen lohnt es sich aber zu überprüfen, ob der QXL-Treiber im Gastsystem geladen ist: 

root@deb11:~# lsmod | grep -iE "(video|qxl|drm)"
qxl                    69632  3
ttm                    98304  1 qxl
drm_kms_helper        155648  1 qxl
drm                   360448  6 qxl,ttm,drm_kms_helper

 
Falls das nicht der Fall sein sollte, muss man ggf. SW-Pakete nachinstallieren. Das Kernelmodul wird unter Debian über das Paket “xserver-xorg-video-qxl” bereitgestellt; unter Opensuse ist dagegen das Paket “xf86-video-qxl” erforderlich. (Zudem sollte “qemu-vgabios” installiert sein).

U.a. unter Opensuse Leap 42.2 lädt das Gastsystem den QXL-Treiber dann aber immer noch nicht zwingend automatisch. Das Modul ist in solchen Fällen also von Hand über “modprobe qxl” zu laden; den X-Server muss man dann neu starten. Ferner muss man sich darum kümmern, in welcher Weise man in seinem (Gast-) Betriebssystem dafür sorgen kann, dass Kernelmodule bereits beim Booten geladen werden:

Automatisches Laden des qxl-Kernelmoduls unter Opensuse Leap
Unter Opensuse kann man etwa “dracut -f” oder “mkinit” bemühen, nachdem man einer Datei “/etc/dracut.conf.d/01-dist.conf” einen Eintrag
force_drivers+=”qxl”
hinterlassen hat. Dabei wird das initramfs bemüht.
 
Alternativ und soweit systemd aktiv ist:
Im Verzeichnis “/etc/modules-load.d/” eine Datei “qxl.conf” anlegen und dort einfach “qxl” eintragen.
 
Als weitere Möglichkeit, die ich aber nicht getestet habe, legt man unter “/etc/X11/xorg.conf.d/50-device.conf” einen Eintrag der Form

Section "Device"
 Identifier "device0"
 Driver "qxl"
EndSection

an.

Automatisches Laden des qxl-Kernelmoduls unter Debian
Unter Debian-Systemen nimmt man dagegen einfach einen Eintrag in der Datei “etc/modules” vor. Debian 9 lädt das qxl-Modul aber eh’ schon automatisch, wenn es erkennt, dass es unter KVM/QEMU virtualisiert läuft und ein QXL-Device vorhanden ist .

OS-unabhängig über einen systemd-Service
Persönlich finde ich eigentlich ein kleines eigenes Skript, das man mit einer Service-Datei (qxl.service) versieht, am besten. Dort kann man nämlich z.B. über “lspci” vorab analysieren, ob überhaupt ein QXL Device zur Verfügung steht. Ich gehe auf diese Lösung aus Platzgründen aber nicht weiter ein.

Für alle Varianten gilt: Der Treiber sollte jedenfalls geladen sein, bevor der X- oder Wayland-Server gestartet wurde.

Bedeutung und Aktivierung des spice-vdagent

Der sog. “spice-vdagent” hat/hatte mehrere wichtige Aufgaben; ich stelle sie mal nach meinem Verständnis dar:

  • Kommunikations- und Event-Support: Der vdagent triggert und optimiert die Kommunikation zwischen dem Gast OS über den Spice-Server mit dem (remote) Spice-Client auf dem KVM-Host oder auf einem Remote-Host. U.a. werden Mouse-Positionen zwischen KVM-Gastsystem und Host abgeglichen und interpretiert – das ermöglicht u.a. ein nahtloses Verlassen von Spice-Fenstern auf dem Host.
  • Copy/Paste: Der vdagent ermöglicht beidseitiges Copy/Paste zwischen Applikationen des (Remote-) Host-Systems, auf dem das Spice-Fenster zur Ansicht des Gast-Desktops läuft, und Applikationen des KVM-Gast-Systems.
  • Multi-Monitor-Support: Er unterstützt im Zusammenspiel mit dem qxl-Treiber Gast-Systeme mit mehreren virtuellen Monitoren, deren Output in mehreren Spice-Remote-Viewer-Fenstern dargestellt werden kann. U.a. übernimmt er dabei das korrekte Mouse-Handling auf der Gast- wie der (Remote-) Host-Seite.
  • Auflösungsanpassung: Er ermöglichte eine automatische Anpassung der Auflösung des Gast-Desktops an die gewählte Größe des Spice-Client-Fensters auf dem (Remote-) Host.
    Hinweis: Das wird in aktuelleren Linux-Systemen aber wohl anders gemacht; s. hierzu den nächsten Artikel.
  • File-Transfer: Freigabe eines Zugriff des Gastsystems auf bestimmte Verzeichnisse des (Remote-) Hostes; File-Transfer mittels Drag & Drop

Man sieht: Der spice-vdagent hat etwa solche Aufgaben wie die “VMmware-Tools”, die in einem VMware-Gastsystem zu installieren sind.

Einen detaillierteren Überblick verschaffen die Web-Seiten https://www.spice-space.org/spice-user-manual.html#agent und https://www.spice-space.org/features.html
Die Platzierung des Agents im KVM-Gast und in der Kommunikationsstruktur entnimmt man der Skizze auf der Seite https://www.spice-space.org/index.html.

Die Nutzung des spice-vdagent erfordert bestimmte Voraussetzungen:

Vorbereitung der QEMU VM auf dem KVM-Host
Der Einsatz des spice-vdagents erfordert bestimmte Features der virtuellen Maschine und zugehörige Startoptionen für die QEMU VM. So muss ein bestimmtes Serial-Device vorhanden sein (s. die Skizze oben) und ein Kommunikationskanal für den Spice-Agent reserviert werden (https://wiki.archlinux.org/ index.php/ QEMU#SPICE). Man kann sich einige händische Arbeit durch das Anlegen der virtuellen Maschinen (“Domänen” im QEMU-Slang) mittels “virt-manager” ersparen:
“virt-manager” gibt die notwendigen Features automatisch vor und konfiguriert die zugehörigen QEMU-Optionen für den Start der virtuellen Maschine.

Maßnahmen im Gast-OS
Der spice-vdagent ist als systemd-Service ausgelegt und kann als solcher im KVM-Gastsystem enabled (über den nächsten Reboot hinaus) und gestartet werden.

root@guest:~#  systemctl enable spice-vdagentd.service
root@guest:~#  systemctl start spice-vdagentd.service

 
(Nachtrag 22.02.2018: Natürlich muss man den Agent erstmal installieren; hierzu nutzt man das Paket-Management des Gastsystems; unter Debian mittels “apt-get install spice-vdagent”. Um nach dem “Enablen” des zugehörigen Service z.B. Copy/Paste in beide (!) Richtungen zwischen Spiece-Konsole und der Umgebung ausführen zu können, muss man zudem die virtuelle Maschine und deren Konsole neu starten.)

Damit haben wir alles erledigt, was zur Performance-Optimierung, einer vernünftigen Mouse-Steuerung etc. notwendig war.

Einsatz von xrandr für unerkannte Auflösungsmodes im Gastsystem

Wir kommen nun wieder auf unser Laptop-Problem mit einer unerkannten Auflösung von 2560x1440_44Hz aus dem letzten Artikel zurück. Dort hatten wir bereits beschrieben, wie man den KVM-Host vorbereitet und die dort bislang unerkannte Auflösung auf einem externen HDMI1-Monitor mittels xrandr aktiviert. Wird dann die für den Host-Desktop bereitgestellte Auflösung auch auf dem Gastsystem automatisch erkannt?

Wir starten über “virt-manager” z.B. einen “Kali2017”-Gast und betrachten ihn über die grafische Spice-Konsole des virt-managers auf dem HDMI-Monitor; dabei unterbinden wir zunächst eine automatische Skalierung der Gastauflösung (darauf kommen wir später zurück):

Leider bieten dann weder ein Kali2017- noch ein Debian-Stretch-Gast die maximal mögliche Auflösung an:

Der Einsatz des QXL-Treibers und des vdagents hat in dieser Hinsicht also nichts verbessert. Dass beide SW-Komponenten samt QXL-Device im Gastsystem vorhanden sind, belegt folgender Output: 

root@kali2017-1:~# lsmod | grep qxl
qxl                    69632  3
ttm                    98304  1 qxl
drm_kms_helper        155648  1 qxl
drm                   360448  6 qxl,ttm,drm_kms_helper
root@kali2017-1:~# 

root@kali2017-1:~# systemctl status spice-vdagentd.service
● spice-vdagentd.service - Agent daemon for Spice guests
   Loaded: loaded (/lib/systemd/system/spice-vdagentd.service; enabled; vendor p
   
Active: active (running) since Thu 2017-07-13 09:49:54 CEST; 5min ago
  Process: 397 ExecStart=/usr/sbin/spice-vdagentd $SPICE_VDAGENTD_EXTRA_ARGS (co
  Process: 390 ExecStartPre=/bin/rm -f /var/run/spice-vdagentd/spice-vdagent-soc
 Main PID: 427 (spice-vdagentd)
    Tasks: 1 (limit: 4915)
   CGroup: /system.slice/spice-vdagentd.service
           └─427 /usr/sbin/spice-vdagentd

root@kali2017-1:~# dmesg | grep drm
[    2.272876] [drm] Initialized
[    2.391864] [drm] Device Version 0.0
[    2.391865] [drm] Compression level 0 log level 0
[    2.391866] [drm] Currently using mode #0, list at 0x488
[    2.391866] [drm] 114686 io pages at offset 0x4000000
[    2.391867] [drm] 67108864 byte draw area at offset 0x0
[    2.391867] [drm] RAM header offset: 0x1fffe000
[    2.391868] [drm] rom modes offset 0x488 for 142 modes
[    2.391916] [drm] qxl: 64M of VRAM memory size
[    2.391917] [drm] qxl: 511M of IO pages memory ready (VRAM domain)
[    2.391917] [drm] qxl: 512M of Surface memory size
[    2.392479] [drm] main mem slot 1 [a0000000,1fffe000]
[    2.392479] [drm] surface mem slot 2 [c0000000,20000000]
[    2.392481] [drm] Supports vblank timestamp caching Rev 2 (21.10.2013).
[    2.392482] [drm] No driver support for vblank timestamp query.
[    2.392739] [drm] fb mappable at 0xA0000000, size 3145728
[    2.392740] [drm] fb: depth 24, pitch 4096, width 1024, height 768
[    2.392772] fbcon: qxldrmfb (fb0) is primary device
[    2.405136] qxl 0000:00:02.0: fb0: qxldrmfb frame buffer device
[    2.418839] [drm] Initialized qxl 0.1.0 20120117 for 0000:00:02.0 on minor 0

 
Hinweis:

Ob der spice-vdagent tatsächlich seinen Job tut, verifiziert man am einfachsten dadurch, indem man Copy/Paste-Übertragungen von Text zwischen Host- und Gast-System ausprobiert.

Einsatz von xrandr

Wir greifen im Gast nun zum gleichen Trick wie auf dem Host. Ein Absetzen des Befehls xrandr zeigt, dass der relevante (virtuelle) Monitor des Gastsystems “Virtual_0” heißt:

root@kali2017-1:~# xrandr
Screen 0: minimum 320 x 200, current 1024 x 768, maximum 8192 x 8192
Virtual-0 connected primary 1024x768+0+0 0mm x 0mm
   1024x768      59.92*+
   1920x1200     59.88  
   1920x1080     59.96  
   1600x1200     59.87  
   1680x1050     59.95  
   1400x1050     59.98  
   1280x1024     59.89  
   1440x900      59.89  
   1280x960      59.94  
   1280x854      59.89  
   1280x800      59.81  
   1280x720      59.86  
   1152x768      59.78  
   800x600       59.86  
   848x480       59.66  
   720x480       59.71  
   640x480       59.38  
Virtual-1 disconnected
Virtual-2 disconnected
Virtual-3 disconnected

 
Also: 

root@kali2017-1:~# cvt 2560 1440 44
# 2560x1440 43.99 Hz (CVT) hsync: 65.06 kHz; pclk: 222.75 MHz
Modeline "2560x1440_44.00"  222.75  2560 2720 2992 3424  1440 1443 1448 1479 -hsync +vsync

root@kali2017-1:~# xrandr --newmode 2560x1440_44  222.75  2560 2720 2992 3424  1440 1443 1448 1479 -hsync +vsync
root@kali2017-1:~# xrandr --addmode Virtual-0 2560x1440_44
root@kali2017-1:~# xrandr --output Virtual-0 --mode 2560x1440_44

 

Und schon ist unsere gewünschte hohe Auflösung nach ein wenig Flackern im Spice-Fenster aktiv : 

root@kali2017-1:~# xrandr --current
Screen 0: minimum 320 x 200, current 2560 x 1440, maximum 8192 x 8192
Virtual-0 connected primary 2560x1440+0+0 0mm x 0mm
   1024x768      59.92 +
   1920x1200  
   59.88  
   1920x1080     59.96  
   1600x1200     59.87  
   1680x1050     59.95  
   1400x1050     59.98  
   1280x1024     59.89  
   1440x900      59.89  
   1280x960      59.94  
   1280x854      59.89  
   1280x800      59.81  
   1280x720      59.86  
   1152x768      59.78  
   800x600       59.86  
   848x480       59.66  
   720x480       59.71  
   640x480       59.38  
   2560x1440_44  43.99* 
Virtual-1 disconnected
Virtual-2 disconnected
Virtual-3 disconnected

 

Das im Bildausschnitt erkennbare farbige Hintergrundsbild außerhalb der Spice-Konsole stammt vom KDE-Desktop des Opensuse-Hosts; es wurde für den HDMI-Schirm festgelegt. Man erkennt, dass das Fenster der grafischen Spice-Konsole Scrollbalken anbietet, wenn der aktuelle Fensterrahmen zu klein für die Auflösung des Gast-Desktops ist. Wegen meines GTK-Themes werden die Scrollbalken nur angezeigt, wenn die Maus dem jeweiligen Fensterrand nahe kommt. Deshalb ist im Bild nur der vertikale Balken sichtbar.

Natürlich kann man das Spice-Fenster auf dem externen HDMI-Monitor auch im Vollbild-Modus betreiben. Am einfachsten geht das, indem man die Fenstergröße an die Gastauflösung anpassen lässt; die Spice-Konsole bietet aber unter “View” zudem einen eigenen Menüpunkt zum Wechsel in den Vollbild-Modus an:

Mein HDMI-Schirm mit 2560×1440 zeigt dann folgendes Bild:

Genau das war aber unser erstes Ziel:

Wir können die hohe Auflösung eines physikalischen Host-Monitors, auf dem ein Spice-Client-Fenster im Vollbild-Modus läuft, nun für die Darstellung des Desktops eines unter KVM/QEMU virtualisierten Gastsystems nutzen.

Anzumerken bleibt auch, dass die Spice/QXL-Performance selbst mit der relativ schwachbrüstigen Intel HD4000, die in der Laptop-CPU integriert ist, völlig annehmbar ist. Zu verdanken ist das vor allem dem Einsatz des QXL-Treibers.

Ausblick

Im nächsten Artikel

KVM/qemu mit QXL – hohe Auflösungen und virtuelle Monitore im Gastsystem definieren und nutzen – III

befassen wir uns damit, wie man die mit CVT und xrandr gefundenen bzw. definierten Modes persistent im Gast-System hinterlegt, so dass sie auch einen Boot-Vorgang überstehen. Zudem wollen wir die Auflösung auch für den Display-Manager (etwa gdm3) hinterlegen. Danach wenden wir uns der Frage zu, ob und wie eine automatische Auflösungsanpassung an den Fensterrahmen der Spice-Clients möglich ist.