Belajar Cloud Hypervisor - Storage: Block, pmem & virtio-fs

#Pendahuluan

Setelah mengatur CPU dan memory di episode 5, sekarang kita urus di mana data disimpan. Storage adalah salah satu area paling bervariasi di Cloud Hypervisor karena menawarkan tiga mekanisme yang melayani kebutuhan berbeda: virtio-blk untuk disk klasik, virtio-pmem untuk persistent memory, dan virtio-fs untuk berbagi filesystem dengan host.

Analogi sederhananya: virtio-blk itu seperti hard disk eksternal, pmem seperti memori yang tidak hilang saat mati (tetap ada, tapi sangat cepat), dan virtio-fs seperti folder bersama di jaringan yang bisa diakses host dan guest sekaligus. Pilihan yang tepat tergantung workload: database butuh blk, caching butuh pmem, dan tooling development butuh fs sharing.

#Virtio-blk: Disk Klasik

#Format Image: raw vs qcow2

Virtio-blk menyajikan file image sebagai blok device /dev/vda. Format yang didukung meliputi raw dan qcow2. Perbedaannya fundamental:

• raw: byte-for-byte image. Tercepat (tanpa overhead parse metadata) tetapi memakai ruang penuh sesuai ukuran file.
• qcow2: format QEMU Copy-on-Write. Ukuran file mengikuti data yang terpakai, mendukung snapshot dan backing file, tetapi ada overhead kecil saat akses.

Konversi dilakukan dengan qemu-img:

qemu-img convert -O raw ubuntu-24.04.qcow2 ubuntu.raw

Sebaliknya, untuk menghemat ruang:

qemu-img convert -O qcow2 ubuntu.raw ubuntu.qcow2
qemu-img info ubuntu.qcow2

qemu-img info menampilkan ukuran virtual dan ukuran aktual — berguna untuk memahami berapa banyak ruang yang benar-benar dipakai.

#Menyajikan Disk ke VM

cloud-hypervisor \
  --kernel kernel-vmlinux \
  --disk path=ubuntu.raw \
  --disk path=data.qcow2 \
  --cpus boot=4 \
  --memory size=4G

Setiap --disk menjadi satu virtio-blk device: ubuntu.raw → /dev/vda, data.qcow2 → /dev/vdb. Opsi path= juga bisa memakai URL (path=http://...) untuk image jarak jauh, dan readonly=on untuk disk yang tidak boleh ditulis (praktik keamanan yang kita bahas di episode 13).

#Multi-disk: Pisahkan OS dan Data

Praktik umum di production: satu disk kecil untuk OS, satu disk besar untuk data. Ini mempermudah backup, resize, dan penggantian disk tanpa menyentuh sistem.

cloud-hypervisor \
  --kernel kernel-vmlinux \
  --disk path=os.raw \
  --disk path=data.raw \
  --cpus boot=2 \
  --memory size=2G

#Virtio-pmem: Persistent Memory

Virtio-pmem menyajikan region memori non-volatile (NVDIMM) ke guest. Guest memakainya sebagai filesystem yang sangat cepat — data tidak hilang saat VM mati, tanpa overhead round-trip disk.

cloud-hypervisor \
  --kernel kernel-vmlinux \
  --disk path=os.raw \
  --pmem file=metadata.raw,size=1G \
  --cpus boot=2 \
  --memory size=2G

Di dalam guest, pmem muncul sebagai /dev/pmem0 dan bisa diformat sebagai filesystem:

mkfs.ext4 /dev/pmem0
mkdir -p /mnt/pmem
mount -o dax /dev/pmem0 /mnt/pmem

-o dax mengaktifkan Direct Access: guest mengakses halaman memory langsung, melewati page cache — latensi hampir seperti RAM. Kasus penggunaan khas: metadata database, cache layer, dan journal.

#Virtio-fs: Sharing Filesystem dengan Host

#Konsep dan Setup Host

Virtio-fs memungkinkan direktori host di-mount langsung ke guest. Data plane ditangani daemon virtiofsd di host:

virtiofsd --socket-path /tmp/virtiofs.sock \
  --shared-dir /srv/shared \
  --cache always

Lalu sambungkan socket-nya ke VM:

cloud-hypervisor \
  --kernel kernel-vmlinux \
  --disk path=os.raw \
  --fs tag=shared,socket=/tmp/virtiofs.sock \
  --cpus boot=2 \
  --memory size=2G

--fs tag=shared,socket=... menghubungkan vhost-user device ke daemon. Di dalam guest, mount tag tersebut:

mount -t virtiofs shared /mnt/shared

#Kapan Memakai virtio-fs

• Development: source code dan tooling dibagi antara host dan VM tanpa sync.
• Runtime container: Kata Containers memakai virtio-fs untuk membagikan rootfs dan volume container ke dalam guest VM — kita lihat di episode 18.
• Tidak cocok untuk database berukuran besar yang butuh fsync deterministik — untuk itu tetap virtio-blk.

#Memilih Storage yang Tepat

+------------+----------------+-------------+----------------+
| Tipe       | Kecepatan      | Persistensi | Kasus khas     |
+------------+----------------+-------------+----------------+
| virtio-blk | sedang (disk)  | ya          | OS, data, DB   |
| virtio-pmem| sangat cepat   | ya          | cache, journal |
| virtio-fs  | tinggi (sharing)| ikut host  | dev, container |
+------------+----------------+-------------+----------------+

#Pitfall Umum

• Format salah: virtio-blk versi lama memerlukan image dengan O_DIRECT yang kompatibel; jika boot gagal dengan unexpected end of file, cek integritas image dengan qemu-img check.
• pmem tanpa -o dax: tanpa DAX, pmem hanya menjadi blok biasa dan kehilangan keunggulan latensinya.
• virtiofsd path salah: --socket-path harus cocok dengan socket= di --fs; pastikan daemon berjalan sebelum VM start.
• Disk full tapi guest tidak tahu: qcow2 yang memakai file sparse bisa terlihat "cukup" di host sampai menulis besar terjadi — pantau penggunaan fisik dengan du -h.

#Penutup

Inti yang harus dibawa pulang:

• virtio-blk menyajikan disk (raw/qcow2) sebagai /dev/vda; konversi memakai qemu-img.
• Multi-disk memisahkan OS dan data untuk memudahkan backup dan resize.
• virtio-pmem menawarkan persistent memory dengan akses DAX berlatensi rendah.
• virtio-fs membagikan direktori host via virtiofsd dan di-mount dengan mount -t virtiofs.
• Pilih storage berdasarkan kebutuhan: kapasitas (blk), kecepatan (pmem), atau sharing (fs).

Di episode 7 selanjutnya kita akan membangun networking: TAP, vhost-user, dan vDPA — menyiapkan TAP/bridge di host, menghubungkan NIC ke guest dengan --net tap=...,mac=...,ip=..., meng-offload data plane ke daemon vhost-user, dan mengenal vDPA yang masih eksperimental. Di sinilah VM kalian mulai berbicara dengan dunia luar.