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

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.

Properties 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

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 "1680x1050":

GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT=" .... OTHER PARAMETERS ...... video=1680x1050"
GRUB_GFXMODE="1680x1050"
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

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.