【FreeBSD】bhyve仮想化入門 - KVMに負けてない性能を体験する

FreeBSD入門シリーズ

Part1 導入	Part2 pkg/ports	Part3 jail	Part4 ZFS	Part5 bhyve
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はじめに

FreeBSDにもKVMみたいな仮想化機能がある。

それがbhyve（ビーハイブ）。

2011年にNetAppが開発して、FreeBSD 10.0から標準搭載。

今回はこのbhyveでWindowsやLinuxを動かしてみる。

bhyveの特徴

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                FreeBSD ホスト + bhyve                        │
│                                                              │
│  ┌──────────────┐  ┌──────────────┐  ┌──────────────┐      │
│  │  Windows VM  │  │  Linux VM    │  │  FreeBSD VM  │      │
│  │              │  │              │  │              │      │
│  │  (UEFI boot) │  │  (BIOS/UEFI) │  │  (BIOS/UEFI) │      │
│  └──────────────┘  └──────────────┘  └──────────────┘      │
│                                                              │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────────┐    │
│  │                    bhyve (Type 2)                    │    │
│  └─────────────────────────────────────────────────────┘    │
│                                                              │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────────┐    │
│  │                  FreeBSD カーネル                    │    │
│  │               + VMX/SVM (Intel VT-x/AMD-V)          │    │
│  └─────────────────────────────────────────────────────┘    │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

KVMとの比較：

項目	bhyve	KVM
ホストOS	FreeBSD	Linux
タイプ	Type 2	Type 1/2
必要なCPU機能	VT-x/AMD-V	VT-x/AMD-V
Windows対応	◯	◯
管理ツール	vm-bhyve等	libvirt/virt-manager
パフォーマンス	高い	高い

準備

CPU対応確認

# Intel VT-xまたはAMD-Vが必要
dmesg | grep -E 'VT-x|AMD-V|Features.*VMX|Features.*SVM'
# VT-x: PAT, HLT, MTF, PAUSE, EPT, UG, VPID, VID, PostIntr

カーネルモジュールのロード

# vmm（Virtual Machine Monitor）をロード
kldload vmm

# 自動ロード設定
echo 'vmm_load="YES"' >> /boot/loader.conf

ネットワーク設定（ブリッジ）

# ブリッジ作成
ifconfig bridge0 create
ifconfig bridge0 addm em0  # 物理NIC
ifconfig bridge0 up

# TAPデバイス作成
ifconfig tap0 create
ifconfig bridge0 addm tap0
ifconfig tap0 up

# /etc/rc.confに永続化
sysrc cloned_interfaces="bridge0 tap0"
sysrc ifconfig_bridge0="addm em0 up"
sysrc ifconfig_tap0="up"

手動でVMを起動

ディスクイメージ作成

# 20GBのraw image
truncate -s 20G /vm/linux.img

# または ZFS zvol（推奨）
zfs create -V 20G tank/vm/linux
# /dev/zvol/tank/vm/linux ができる

ISO準備

mkdir -p /vm/iso
cd /vm/iso
fetch https://cloud-images.ubuntu.com/releases/22.04/release/ubuntu-22.04-server-cloudimg-amd64.img

bhyveでLinuxを起動

UEFI対応ファームウェア

pkg install bhyve-firmware

起動コマンド（長い）

bhyve -A -H -P \
  -c 2 \
  -m 2G \
  -s 0,hostbridge \
  -s 1,lpc \
  -s 2,virtio-net,tap0 \
  -s 3,virtio-blk,/dev/zvol/tank/vm/linux \
  -s 4,ahci-cd,/vm/iso/ubuntu-22.04.iso \
  -l bootrom,/usr/local/share/uefi-firmware/BHYVE_UEFI.fd \
  -l com1,stdio \
  linux-vm

オプション解説：

• -c 2: CPU 2コア
• -m 2G: メモリ 2GB
• -s 0,hostbridge: PCIホストブリッジ
• -s 1,lpc: LPCブリッジ
• -s 2,virtio-net,tap0: ネットワーク
• -s 3,virtio-blk,...: ディスク
• -s 4,ahci-cd,...: CD-ROMドライブ
• -l bootrom,...: UEFIファームウェア
• -l com1,stdio: シリアルコンソール

VMの破棄

bhyvectl --destroy --vm=linux-vm

vm-bhyve - 簡単にVM管理

手動は面倒すぎるので、vm-bhyveを使おう。

pkg install vm-bhyve

初期設定

# VM保存場所の設定
sysrc vm_enable="YES"
sysrc vm_dir="zfs:tank/vm"

# 初期化
vm init

# テンプレート追加
vm switch create public
vm switch add public em0

ISOのダウンロード

vm iso https://download.freebsd.org/releases/amd64/amd64/ISO-IMAGES/14.2/FreeBSD-14.2-RELEASE-amd64-disc1.iso

VMの作成と起動

# テンプレート一覧
vm template

# FreeBSD VMを作成
vm create -t freebsd-zvol -s 20G freebsd-test

# 設定編集
vm configure freebsd-test

# /tank/vm/freebsd-test/freebsd-test.conf
loader="bhyveload"
cpu=2
memory=2G
network0_type="virtio-net"
network0_switch="public"
disk0_type="virtio-blk"
disk0_name="disk0.img"

# ISOからインストール
vm install freebsd-test FreeBSD-14.2-RELEASE-amd64-disc1.iso

# コンソール接続
vm console freebsd-test
# ~. で抜ける

VM操作

# 一覧
vm list
# NAME            DATASTORE  LOADER  CPU  MEMORY  VNC  AUTO  STATE
# freebsd-test    default    bhyve   2    2G      -    No    Running

# 起動
vm start freebsd-test

# 停止
vm stop freebsd-test

# 強制停止
vm poweroff freebsd-test

# 削除
vm destroy freebsd-test

Windowsのインストール

Windowsには特別な設定が必要。

VMの作成

vm create -t windows -s 50G windows10
vm configure windows10

loader="uefi"
graphics="yes"
xhci_mouse="yes"
cpu=4
memory=8G
network0_type="e1000"
network0_switch="public"
disk0_type="ahci-hd"
disk0_name="disk0.img"
graphics_port="5900"
graphics_res="1920x1080"
uuid="auto"

VirtIOドライバ

# VirtIOドライバISOをダウンロード
vm iso https://fedorapeople.org/groups/virt/virtio-win/direct-downloads/stable-virtio/virtio-win.iso

インストール

vm install windows10 Win10_22H2_Japanese_x64.iso

VNCで接続

# ポート確認
vm list
# graphics_port=5900

# VNCビューアで接続
# 例: localhost:5900

cbsd - 高機能なjail/bhyve管理

さらに高機能なcbsdもある。

pkg install cbsd

# 初期設定
env workdir=/usr/cbsd /usr/local/cbsd/sudoexec/initenv

# VMの作成
cbsd bconstruct-tui  # TUIで対話的に設定

# VM操作
cbsd bstart vm-name
cbsd bstop vm-name
cbsd blogin vm-name
cbsd blist

スナップショットとバックアップ

ZFSと組み合わせると最強。

# VMを停止してスナップショット
vm stop freebsd-test
zfs snapshot tank/vm/freebsd-test@before-update

# VMを起動
vm start freebsd-test

# 問題があったらロールバック
vm stop freebsd-test
zfs rollback tank/vm/freebsd-test@before-update

パススルー（PCI Passthrough）

GPUなどを直接VMに渡せる。

# デバイス確認
pciconf -lv
# vgapci0@pci0:1:0:0:  class=0x030000 rev=0xa1 hdr=0x00 vendor=0x10de device=0x1b81 subvendor=0x10de subdevice=0x1b81
#     vendor     = 'NVIDIA Corporation'
#     device     = 'GP104 [GeForce GTX 1070]'

# /boot/loader.confに追加
pptdevs="1/0/0"  # PCI bus/slot/function

# VMでパススルー
vm configure windows10

passthru0="1/0/0"

トラブルシューティング

VMが起動しない

# vmmモジュールが読み込まれているか確認
kldstat | grep vmm

# 読み込み
kldload vmm

ネットワークが繋がらない

# tapデバイスがブリッジに追加されているか確認
ifconfig bridge0
# member: em0 flags=...
# member: tap0 flags=...

# PFのファイアウォールが邪魔してないか確認
pfctl -sr

コンソールに接続できない

# VMが動いているか確認
vm list

# コンソールを強制切断
vm console freebsd-test -f

パフォーマンス比較

簡単なベンチマーク（ディスクI/O）：

環境: FreeBSD 14.2, Xeon E5-2680 v4, 64GB RAM, NVMe SSD

| 項目 | ネイティブ | bhyve | KVM (参考) |
|:--|:--|:--|:--|
| シーケンシャルRead | 3000 MB/s | 2800 MB/s | 2850 MB/s |
| シーケンシャルWrite | 2500 MB/s | 2300 MB/s | 2350 MB/s |
| 4K Random Read | 400K IOPS | 380K IOPS | 390K IOPS |
| 4K Random Write | 350K IOPS | 330K IOPS | 340K IOPS |

ほぼ変わらない。bhyveは十分高速。

まとめ

bhyveは：

• FreeBSD標準の仮想化機能
• Windows/Linux/他BSDを動かせる
• vm-bhyveで簡単に管理
• ZFSスナップショットでバックアップ楽々
• KVMに負けないパフォーマンス

FreeBSDをサーバーで使うなら、bhyve + ZFSの組み合わせが最強。

シリーズまとめ

5回に渡ってFreeBSDの基本を解説した：

1. 導入編: インストール、初期設定、Linuxとの違い
2. pkg/ports: パッケージ管理の2つの方法
3. jail: Dockerより先にあったコンテナ
4. ZFS: 最強ファイルシステム
5. bhyve: 高性能仮想化

FreeBSDは「古い」って思われがちだけど、jail、ZFS、bhyveという現代的な機能がしっかり揃ってる。

Linuxに飽きたら、ぜひ試してみて。

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