Средства виртуализации. Сравнение систем виртуализации. причин использовать виртуальные машины

Специалисты компании Космонова каждый день работают с различными системами виртуализации как при работе с собственным облаком, так и выполняя проектные работы. За это время мы успели поработать с немалым количеством систем виртуализации и определить для себя сильные и слабые стороны каждой из них. В этой статье мы собрали мнения наших инженеров о наиболее часто встречающихся системах виртуализации и их краткие характеристики. Если вы задумались о построении частного облака и рассматриваете различные системы виртуализации для решения этой задачи эта статья для вас.

Для начала давайте разберемся что такое система виртуализации и зачем она нужна. Виртуализация физических машин (серверов, ПК и тд) позволяет разделить мощности одного физического устройства между несколькими виртуальными машинами. Таким образом эти виртуальные машины могут иметь собственную операционную систему и программное обеспечение, никак не зависящее от соседних виртуальных машин. На сегодняшний день существует немало систем виртуализации, каждая из них имеет свои особенности, поэтому давайте рассмотрим каждую из них в отдельности.

VMware vSphere - флагманский продукт компании VMware безусловного лидера по доли рынка виртуализации уже много лет подряд. Имеет широкий функционал и специально создана для дата центров предоставляющих облачные решения и компаний строящих частные облака различных масштабов. Имеет продуманный интерфейс и большое количество технической документации. Если у вас мало опыта в работе с виртуализацией эта система будет хорошим выбором для вас. Лицензируется по количеству физических процессоров в облаке независимо от количества ядер. В виду обширного функционала и множества модулей данная система достаточно требовательна к ресурсам необходимым для ее работы.

WMware Esxi - является бесплатным аналогом VMware vSphere . Так как данный гипервизор бесплатен он обладает более скромным функционалом, однако вполне достаточным для реализации большинства типовых задач виртуализации и управления частным облаком. Так же достаточно прост в использовании

Hyper - V - продукт компании Microsoft разработанный как дополнение к OS Windows server , начиная с версии 2008 года. Так же существует в виде отдельного продукта, однако использующий для работы OS Windows server . Данный гипервизор достаточно прост в настройке и эксплуатации, и разумеется, поддерживает все версии OS Windows для гостевых машин, однако производитель не гарантирует работу многих OS Linux . Обращаем внимание, что сам гипервизор распространяется по бесплатной лицензии, но для работы требует платной OS Windows .

OpenVZ - полностью бесплатная система виртуализации реализованная на ядре Linux . Как большинство Linux систем имеет хорошие показатели продуктивности и потребляемым ресурсам и отлично работает с любыми дистрибутивами Linux в качестве ОС гостевых машин. Однако не поддерживает OS Windows , за счет чего данная система виртуализации не может считаться универсальной.

KVM - система виртуализации так же основана на ядре Linux и распространяющаяся по свободной лицензии. Имеет очень хорошие показатели эффективности по количеству потребляемых ресурсов. Имеет большую функциональность и достаточно универсальна с точки зрения операционных систем гостевых машин, так как поддерживает абсолютно все ОС. Для настройки и поддержки в чистом виде требует определенных знаний и навыков работы с Unix системами. Однако существует множество графических интерфейсов в качестве дополнений к гипервизору с различными способами лицензирования от свободно распространяемых до платных версий.

Xen - продукт разработки Кембриджского университета с открытым исходным кодом. Большинство компонентов вынесены за пределы гипервизора, что позволяет добиться хороших показателей эффективности. Наряду с аппаратной виртуализацией так же поддерживает режим паравиртуализации. Xen поддерживает запуск большинства существующих ОС.

LXC - достаточно новая система виртуализации на уровне операционной системы которая позволяет запускать несколько экземпляров операционной системы Linux на одной физической машине. Особенностью данной системы является то что она оперирует не виртуальными серверами, а приложениями, использующими общее ядро ОС, которые в то же время являются изолированными друг от друга, что дает наивысшие показатели по эффективности потребления ресурсов.

Так же напомним, что в облаке Космонова вы можете реализовать инфраструктуру любой сложности, не погружаясь в тонкости работы систем виртуализации и аппаратного обеспечения с минимальными временными затратами. В облаке Космонова доступны как готовые решения, так и облачные сервера для решения ваших бизнес-задач.

Тема виртуализации очень обширна и существует множество нюансов в работе перечисленных систем виртуализации, наряду с множеством вариаций аппаратного исполнения. Данной статьей мы не отдаем преимущества определенной системе, а приводим их общие характеристики для подбора соответствующей системы на начальном этапе.

Технологии виртуализации позволяют создавать на одном сервере несколько логических систем – изолированных виртуальных машин, с полным набором функций физических устройств. Виртуализация возможна не только в рамках одного физического сервера, но и в рамках нескольких серверов, ЦОД или даже нескольких географически разнесённых ЦОД организации. На современном уровне развития технологий возможна реализация виртуализации не только виртуальных машин, а также систем хранения и полнофункциональной сети.

При этом, большая часть функционала виртуализации может быть реализована на обычном оборудовании без необходимости покупки узкоспециализированного аппаратного обеспечения, либо сетевых компонент.

Для чего это нужно?

Виртуализация значительно упрощает работу ИТ-инфраструктуры, повышая производительность за счёт оптимизации использования ресурсов, сокращения затрат на обслуживание и управление. Радикально сокращается время создания типовой инфраструктуры и рационально используются ИТ-ресурсы, как аппаратные, так и человеческие.

Немаловажный момент – это создание постоянно функционирующей ИТ-инфраструктуры, защищённой от сбоев и устойчивой к катастрофам. За счёт грамотно построенной среды виртуализации происходит сокращение внеплановых простоев и абсолютное исключение плановых отключений на обслуживание серверов либо хранилищ данных. При этом, все ИТ-службы могут уйти от привязки к конкретному поставщику.

Для компаний любого уровня и на любой стадии развития ИТ-инфраструктуры возможно внедрение автоматизации процессов, так или иначе связанных с выделением вычислительных ресурсов для различных подразделений внутри компании, либо для своих заказчиков.

Для каких категорий пользователей подходит решение

Виртуализация подходит для любой компании, стремящейся создать гибкую и современную вычислительную инфраструктуру. Простота внедрения и обслуживания, надёжность и функциональность, снижение рисков для предприятия, делают обоснованными инвестиции в эту технологию. При современном уровне развития сторонних облачных систем, виртуализация открывает неограниченные возможности по объединению этих технологий и дальнейшего развития, направленного на бизнес компании, а не на постоянную заботу об ИТ-инфраструктуре.

Преимущества

Для руководства компаний:

• сокращение стоимости поддержки ИТ-систем;
• сокращение стоимости внедрения новых ИТ-сервисов.

Для руководителей ИТ-подразделений:

• сокращение сроков внедрения новых ИТ-сервисов;
• простота обслуживания инфраструктуры;
• повышение надежности ИТ-систем в целом.

Для ИТ-персонала:

• повышение удобства управления инфраструктурой;
• сокращение низкоквалифицированных работ;
• повышение собственной квалификации.

Виртуализация вычислительных ресурсов

Первые системы виртуализации возникли в рамках операционных систем и позволяли создать виртуальные ПК параллельно с выполнением основных задач. Развитие данного направления привело к появлению отдельного класса программного обеспечения – гипервизоров. Гипервизор устанавливается напрямую на аппаратную платформу и представляет все доступные ресурсы – мегагерцы процессора, мегабайты оперативной памяти, гигабайты места хранения и пропускную полосу сети для большого количества виртуальных машин. Гипервизор не только создаёт эти ресурсы для каждой виртуальной машины, но и перераспределяет ресурсы между большим количеством потребителей и обеспечивает полный жизненный цикл виртуального сервера.

Основные решения для виртуализации вычислительных ресурсов на сегодняшний день:

• VMware vSphere
• Microsoft Windows Server
• Virtuozzo
• Citrix XenServer
• Oracle VM
• Red Hat Enterprise Virtualization
• Linux KVM
• Huawei FusionSphere

Виртуализация систем хранения данных

Современные ИТ-архитектуры обязательно содержат подсистему хранения данных. Она может быть реализована несколькими способами – от хранения на вычислительном узле до устройств, выделенных исключительно под хранение. Кроме того, хранение может происходить на различных носителях: от шпиндельных дисков и лент до твердотельных накопителей.

Для виртуальной инфраструктуры система хранения также является неотъемлемой частью. Чтобы оптимизировать работу гипервизора с системой хранения, производители аппаратных СХД оснащают свои решения специализированными драйверами, которые позволяет перенести выполнение некоторых операций на СХД, что экономит вычислительные ресурсы. Но есть ещё один путь – использование виртуализированного хранилища, применяемого в гиперконвергентных инфраструктурах. Такое хранилище создается на базе тех же самых вычислительных узлов и использует серверные диски как часть единого хранилища. Это позволяет радикально сократить затраты на построение и обслуживание, выделить оптимизированные ресурсы хранения для каждой ВМ. В дополнение, система виртуализации СХД сама строит отказоустойчивую схему хранения с балансировкой нагрузки и в соответствии с политикой обслуживания для каждой ВМ. Системы виртуализации СХД могут применяться как в масштабах ЦОД, так и при выполнении небольших локальных задач.

Сами решения могут быть дополнениями к гипервизору или включаться в его состав по умолчанию. Все основные производители имеют в своём арсенале подобные решения:

• VMware Virtual SAN
• Microsoft Storage Spaces, входящий в Microsoft Windows Server
• Virtuozzo Storage
• Red Hat Ceph
• StarWind Virtual SAN
• Huawei FusionStorage
• EMC ScaleIODataCore
• Virtual SAN

Виртуализация сети

Чтобы построить полностью программно-определяемый ЦОД, необходимо иметь возможность не только виртуализировать стандартные устройства для сервера, но и гибко управлять конфигурацией сетевой топологии и правил межсетевых экранов. Для этого существует отдельный класс продуктов в среде виртуализации – решения для виртуализации сети.

На данный момент на рынке представлено ограниченное количество решений, позволяющих виртуализировать сразу все аспекты сети:

• VMware NSX
• Microsoft Windows Server 2016 Datacenter вместе с System Center
• Cisco
• Huawei

Виртуализация рабочих мест

Важнейшая область применения технологий виртуализации – создание рабочих мест пользователей, когда основная рабочая нагрузка приходится на общий сервер, а пользователь видит на экране устройства доступа только изображение происходящего в виртуальном ПК. Эта технология получила название VDI (Virtual Desktop Infrastructure).

Виртуальные рабочие места позволяют выделять для каждого пользователя нужные именно ему рабочие инструменты, рационально распределять лицензии на программное обеспечение, иметь доступ к рабочему пространству со стационарных и мобильных устройств, обеспечивая удобное администрирование и соответствие политикам безопасности.

Если в компании необходимо использовать стационарные ПК или ноутбуки для удаленной работы, технологии VDI позволяют доставлять на устройства сотрудников только рабочие приложения, находящиеся на общем сервере, и не создавать полнофункциональные удаленные рабочие столы.

Решения для VDI, представленные на рынке:

• VMware Horizon
• Citrix XenApp и XenDesktop
• Parallels VDI и RAS
• Huawei FusionAccess

Управление и автоматизация виртуализации

Дальнейшее развитие технологий виртуализации и облачных сервисов привело к созданию новых ИТ-инфраструктур, гибридных и гиперконвергентных. Эти инфраструктуры полностью программно-определяемые и имеют глубокую интеграцию с частными или публичными облаками.

Для управления такими инфраструктурами необходимы мощные инструменты, которые с одной стороны будут учитывать специфику установленного физического оборудования, с другой иметь возможность быстро предоставлять ресурсы для нужд бизнеса, и с третьей стороны, быть прозрачными и защищёнными. Для этих целей и служат системы управления и автоматизации виртуализацией.

Среди основных продуктов можно выделить:

• VMware vCenter и vRealize
• Microsoft System Center
• Red Hat Enterprise Virtualization Manager
• Citrix Systems XenCenter
• SolarWinds Virtualization Manager
• DELL Foglight

Пакет vRealize Suite, представляет собой платформу для управления гибридным облаком на решениях VMware.

Под брендом vRealize компания VMware объединяет все решения, предназначенные для управления гибридной инфраструктурой, в том числе средства управления ресурсами на стороне облачных провайдеров (не только VMware), а также средства управления инфраструктурами на базе различных гипервизоров.

Стек VMware vRealize Suite отвечает требованиям компании Gartner, предъявляемым к средствам управления облаками – Evaluation Criteria for Cloud Management Platforms, а именно:

• доставка приложений или ресурсов инфраструктуры по требованию через портал самообслуживания или каталог сервисов;
• обсчет стоимости ресурсов облака и прозрачное планирование финансовых показателей его эффективности.

Технологии

• Parallels
• VMware
• Microsoft
• Citrix
• Red Hat
• OpenStack

О виртуализации сегодня не слышал разве что ленивый. Можно без преувеличения сказать, что сегодня это один из основных трендов развития IT. Однако многие администраторы до сих пор имеют весьма отрывочные и разрозненные знания о предмете, ошибочно полагая что виртуализация доступна только крупным компаниям. Учитывая актуальность темы, мы решили создать новый раздел и начать цикл статей о виртуализации.

Что такое виртуализация?

Виртуализация сегодня - понятие весьма обширное и разноплановое, однако мы не будем сегодня рассматривать все его аспекты, это выходит далеко за рамки данной статьи. Тем, кто только знакомится с данной технологией будет вполне достаточно упрощенной модели, поэтому мы постарались максимально упростить и обобщить данный материал, не вдаваясь в подробности реализации на той или иной платформе.

Так что-же такое виртуализация? Это возможность запустить на одном физическом компьютере несколько изолированных друг от друга виртуальных машин, каждая из которых будет "думать" что работает на отдельном физическом ПК. Рассмотрим следующую схему:

Поверх реального аппаратного обеспечения запущено специальное ПО - гипервизор (или монитор виртуальных машин), который обеспечивает эмуляцию виртуального железа и взаимодействие виртуальных машин с реальным железом. Он также отвечает за коммуникации виртуальных ПК с реальным окружением посредством сети, общих папок, общего буфера обмена и т.п.

Гипервизор может работать как непосредственно поверх железа, так и на уровне операционной системы, существуют также гибридные реализации, которые работают поверх специально сконфигурированной ОС в минимальной конфигурации.

С помощью гипервизора создаются виртуальные машины, для которых эмулируется минимально необходимый набор виртуального железа и предоставляется доступ к разделяемым ресурсам основного ПК, называемого "хостом ". Каждая виртуальная машина, как и обычный ПК, содержит свой экземпляр ОС и прикладного ПО и последующее взаимодействие с ними ничем не отличается от работы с обычным ПК или сервером.

Как устроена виртуальная машина?

Несмотря на кажущуюся сложность виртуальная машина (ВМ) представляет собой всего лишь папку с файлами, в зависимости от конкретной реализации их набор и количество может меняться, но в основе любой ВМ лежит один и тот-же минимальный набор файлов, наличие остальных не является критически важным.

Наибольшую важность представляет файл виртуального жесткого диска, его потеря равносильна отказу жесткого диска обычного ПК. Вторым по важности является файл с конфигурацией ВМ, который содержит описание аппаратной части виртуальной машины и выделенных ей разделяемых ресурсов хоста. К таким ресурсам относится, например, виртуальная память, которая является выделенной областью общей памяти хоста.

В принципе потеря файла конфигурации не является критическим, имея в наличии один только файл виртуального HDD можно запустить виртуальную машину создав ее конфигурацию заново. Точно также, как имея только один жесткий диск, можно подключить его к другому ПК аналогичной конфигурации и получить полностью работоспособную машину.

Кроме того в папке в виртуальной машиной могут содержаться и другие файлы, но они не являются критически важными, хотя их потеря может быть также нежелательна (например снимки состояния, позволяющие откатить состояние виртуального ПК назад).

Преимущества виртуализации

В зависимости от назначения разделяют настольную и серверную виртуализацию. Первая используется преимущественно в учебных и тестовых целях. Теперь, чтобы изучить какую нибудь технологию или протестировать внедрение какого-либо сервиса в корпоративную сеть достаточно лишь довольно мощного ПК и средства настольной виртуализации. Количество виртуальных машин, которые вы можете иметь в своей виртуальной лаборатории ограничено только размерами диска, количество одновременно запущенных машин ограничивается в основном количеством доступной оперативной памяти.

На рисунке ниже окно средства настольной виртуализации из нашей тестовой лаборатории в окне которого запущена ОС Windows 8.

Серверная визуализация широко используется в IT инфраструктурах любого уровня и позволяет использовать один физический сервер для запуска нескольких виртуальных серверов. Преимущества данной технологии очевидны:

Оптимальное использование вычислительных ресурсов

Не секрет, что вычислительные мощности даже серверов начального уровня и просто средних ПК для многих задач и серверных ролей избыточны и не используются полностью. Обычно это решается добавлением дополнительных серверных ролей, однако такой подход значительно усложняет администрирование сервера и повышает вероятность отказов. Виртуализация позволяет безопасно использовать свободные вычислительные ресурсы, выделив под каждую критичную роль свой сервер. Теперь, чтобы произвести обслуживание, скажем, веб-сервера, вам не придется останавливать сервер баз данных

Экономия физических ресурсов

Использование одного физического сервера вместо нескольких позволяет эффективно экономить электроэнергию, место в серверной, затраты на сопутствующую инфраструктуру. Особенно это важно небольшим компаниям, которые могут значительно сократить расходы на аренду ввиду уменьшения физических размеров оборудования, например отпадает необходимость иметь хорошо вентилируемую серверную с кондиционером.

Повышение масштабируемости и расширяемости инфраструктуры

По мере роста фирмы все большее значение приобретает возможность быстро и без существенных затрат увеличить вычислительные мощности предприятия. Обычно данная ситуация предусматривает замену серверов на более мощные с последующей миграцией ролей и сервисов со старых серверов на новые. Провести подобный переход без сбоев, простоев (в т.ч. и запланированных) и разного рода "переходных периодов" практически невозможно, что делает каждое такое расширение маленьким авралом для фирмы и администраторов, которые зачастую вынуждены работать ночами и по выходным.

Виртуализация позволяет решить данный вопрос гораздо более эффективно. При наличии свободных вычислительных ресурсов хоста их можно легко добавить нужной виртуальной машине, например увеличить объем доступной памяти или добавить процессорные ядра. При необходимости поднять производительность более существенно создается новый хост на более мощном сервере, куда переносится нуждающаяся в ресурсах виртуальная машина.

Время простоя в данной ситуации кране мало и сводится ко времени необходимому для копирования файлов ВМ с одного сервера на другой. Кроме того многие современные гипервизоры содержат функцию "живой миграции", которая позволяет перемещать виртуальные машины между хостами без их остановки.

Повышение отказоустойчивости

Пожалуй, физический выход сервера из строя, один из самых неприятных моментов в работе системного администратора. Осложняет ситуацию тот факт, что физический экземпляр ОС практически всегда является аппаратно зависимым, что не дает возможности быстро запустить систему на другом железе. Виртуальные машины лишены такого недостатка, при отказе сервера-хоста все виртуальные машины быстро и без проблем переносятся на другой, исправный, сервер.

При этом различия в аппаратной части серверов не играют никакой роли, вы можете взять виртуальные машины с сервера на платформе Intel и успешно запустить их несколько минут спустя на новом хосте, работающем на платформе AMD.

Это же обстоятельство позволяет временно выводить сервера на обслуживание или изменять их аппаратную часть без остановки работающих на них виртуальных машин, достаточно временно переместить их на другой хост.

Возможность поддерживать устаревшие ОС

Несмотря на постоянный прогресс и выход новых версий ПО корпоративный сектор часто продолжает использовать устаревшие версии ПО, хорошим примером может служить 1С:Предприятие 7.7. Виртуализация позволяет без лишних затрат вписать такое ПО в современную инфраструктуру, также она может быть полезна, когда старый ПК, работавший под управлением устаревшей ОС вышел из строя, а на современном железе запустить ее не представляется возможным. Гипервизор позволяет эмулировать набор устаревшего железа для обеспечения совместимости со старыми ОС, а перенести физическую систему в виртуальную среду без потери данных позволяют специальные утилиты.

Виртуальные сети

Трудно представить современный ПК без подключения к какой-либо сети. Поэтому современные технологии виртуализации позволяют виртуализировать не только компьютеры но и сети. Как и обычный компьютер, виртуальная машина может иметь один или несколько сетевых адаптеров, которые могут быть подключены либо к внешней сети, через один из физических сетевых интерфейсов хоста, либо к одной из виртуальных сетей. Виртуальная сеть представляет собой виртуальный сетевой коммутатор к которому подключаются сетевые адаптеры виртуальных машин. При необходимости, в такой сети, средствами гипервизора, могут быть реализованы сервисы DHCP и NAT, для доступа к интернету через интернет-подключение хоста.

Возможности виртуальных сетей позволяют создавать достаточно сложные сетевые конфигурации даже в пределах одного хоста, для примера обратимся к следующей схеме:

Хост подключен к внешней сети посредством физического сетевого адаптера LAN 0 , посредством этого же физического интерфейса к внешней сети подключена виртуальная машина VM5, через сетевой адаптер VM LAN 0 . Для остальных машин внешней сети хост и VM5 два разных ПК, каждый из них имеет свой сетевой адрес, свою сетевую карту со своим MAC-адресом. Вторая сетевая карта VM5 подключена к виртуальному коммутатору виртуальной сети VM NET 1 , к нему же подключены сетевые адаптеры виртуальных машин VM1-VM4. Таким образом мы в пределах одного физического хоста организовали безопасную внутреннюю сеть, которая имеет доступ к внешней сети только через роутер VM5.

На практике виртуальные сети позволяют легко организовать в пределах одного физического сервера несколько сетей с разным уровнем безопасности, например вынести потенциально небезопасные хосты в DMZ без дополнительных затрат на сетевое оборудование.

Моментальные снимки

Еще одна функция виртуализации полезность которой сложно переоценить. Суть ее сводится к тому, что в любой момент времени, не останавливая работы виртуальной машины, можно сохранить снимок ее текущего состояния, да еще и не один. Для неизбалованного админа это просто праздник какой-то, иметь возможность легко и быстро вернуться к первоначальному состоянию, если что-то вдруг пошло не так. В отличии от создания образа жесткого диска с последующим восстановлением системы с его помощью, что может занять значительное время, переключение между снимками происходит в течение считанных минут.

Другое применение моментальные снимки находят в учебных и тестовых целях, с их помощью можно создать целое дерево состояний виртуальной машины, имея возможность быстро переключаться между различными вариантами конфигурации. На рисунке ниже приведено дерево снимков роутера из нашей тестовой лаборатории с которым вы прекрасно знакомы по нашим материалам:

Заключение

Несмотря на то, что мы старались дать лишь краткий обзор, статья получилась довольно объемной. В тоже время мы надеемся, что благодаря данному материалу вы сможете реально оценить все возможности, которые предоставляет технология виртуализации и осмысленно, представляя те преимущества, которые способна получить именно ваша IT-инфраструктура, приступить к изучению наших новых материалов и практическому внедрению виртуализации в повседневную практику.

Тема: Знакомство с виртуальными машинами. Способы инсталляции Unix-подобных и Windows-подобных ОС на виртуальную машину.

Цель: ознакомиться с программными продуктами для виртуализации, научиться устанавливать на виртуальную машину различные ОС и получить навыки их настройки.

Теоретические сведения

Виртуализация - это изоляция вычислительных процессов и ресурсов друг от друга. Это новый виртуальный взгляд на ресурсы составных частей, не ограниченных реализацией, физической конфигурацией или географическим положением. Обычно виртуализированные ресурсы включают в себя вычислительные мощности и хранилище данных. В широком смысле, понятие виртуализации представляет собой сокрытие настоящей реализации какого-либо процесса или объекта от истинного его представления для того, кто им пользуется. В компьютерных технологиях под термином «виртуализация » обычно понимается абстракция вычислительных ресурсов и предоставление пользователю системы, которая «инкапсулирует» (скрывает в себе) собственную реализацию. Проще говоря, пользователь работает с удобным для себя представлением объекта, и для него не имеет значения, как объект устроен в действительности.

Сам термин «виртуализация» в компьютерных технологиях появился в шестидесятых годах прошлого века вместе с термином «виртуальная машина» , означающим продукт виртуализации программно-аппаратной платформы .

Виды виртуализации

Понятие виртуализации условно можно разделить на две фундаментально различающиеся категории:

виртуализация платформ

Продуктом этого вида виртуализации являются виртуальные машины - программные абстракции, запускаемые на платформе реальных аппаратно-программных систем.

виртуализация ресурсов

Данный вид виртуализации преследует своей целью комбинирование или упрощение представления аппаратных ресурсов для пользователя и получение неких пользовательских абстракций оборудования, пространств имен, сетей и т.п.

В ходе выполнения лабораторной работы мы ознакомимся с виртуализацией платформ для организации гостевых ОС.

Под виртуализацией платформ понимают создание программных систем на основе существующих аппаратно-программных комплексов, зависящих или независящих от них. Система, предоставляющая аппаратные ресурсы и программное обеспечение, называется хостовой (host) , а симулируемые ей системы – гостевыми (guest) . Чтобы гостевые системы могли стабильно функционировать на платформе хостовой системы, необходимо, чтобы программное и аппаратное обеспечение хоста было достаточно надежным и предоставляло необходимый набор интерфейсов для доступа к его ресурсам.

Виртуальная машина (virtual machine):

Программная и/или аппаратная система, эмулирующая аппаратное обеспечение некоторой платформы (target - целевая, или гостевая платформа) и исполняющая программы для target-платформы на host-платформе (host - хост-платформа, платформа-хозяин);

Или виртуализирующая некоторую платформу и создающая на ней среды, изолирующие друг от друга программы и даже операционные системы (песочница, sandbox).

Есть несколько видов виртуализации платформ, в каждом из которых осуществляется свой подход к понятию «виртуализация».

Полная эмуляция (симуляция)

При таком виде виртуализации виртуальная машина полностью виртуализует все аппаратное обеспечение при сохранении гостевой операционной системы в неизменном виде. Такой подход позволяет эмулировать различные аппаратные архитектуры. Основной минус данного подхода заключается в том, что эмулируемое аппаратное обеспечение весьма и весьма существенно замедляет быстродействие гостевой системы, что делает работу с ней очень неудобно.

Частичная эмуляция (нативная виртуализация)

В этом случае виртуальная машина виртуализирует лишь необходимое количество аппаратного обеспечения, чтобы она могла быть запущена изолированно. Такой подход позволяет запускать гостевые операционные системы, разработанные только для той же архитектуры, что и у хоста. Таким образом, несколько экземпляров гостевых систем могут быть запущены одновременно. Этот вид виртуализации позволяет существенно увеличить быстродействие гостевых систем по сравнению с полной эмуляцией и широко используется в настоящее время. Также, в целях повышения быстродействия, в платформах виртуализации, использующих данный подход, применяется специальная «прослойка» между гостевой операционной системой и оборудованием (гипервизор ), позволяющая гостевой системе напрямую обращаться к ресурсам аппаратного обеспечения. Гипервизор, называемый также «Монитор виртуальных машин» (Virtual Machine Monitor) - одно из ключевых понятий в мире виртуализации.

Примеры продуктов для нативной виртуализации: продукты VMware (Workstation, Server, Player), Microsoft Virtual PC, VirtualBox, Parallels Desktop и другие.

Частичная виртуализация , а также «виртуализация адресного пространства»

При таком подходе, виртуальная машина симулирует несколько экземпляров аппаратного окружения (но не всего), в частности, пространства адресов. Такой вид виртуализации позволяет совместно использовать ресурсы и изолировать процессы, но не позволяет разделять экземпляры гостевых операционных систем. Строго говоря, при таком виде виртуализации пользователем не создаются виртуальные машины, а происходит изоляция каких-либо процессов на уровне операционной системы.

Паравиртуализация

При применении паравиртуализации нет необходимости симулировать аппаратное обеспечение, однако, вместо этого (или в дополнение к этому), используется специальный программный интерфейс (API) для взаимодействия с гостевой операционной системой.

Виртуализация уровня операционной системы

Сутью данного вида виртуализации является виртуализация физического сервера на уровне операционной системы в целях создания нескольких защищенных виртуализованных серверов на одном физическом. Гостевая система, в данном случае, разделяет использование одного ядра хостовой операционной системы с другими гостевыми системами. Виртуальная машина представляет собой окружение для приложений, запускаемых изолированно. Данный тип виртуализации применяется при организации систем хостинга, когда в рамках одного экземпляра ядра требуется поддерживать несколько виртуальных серверов клиентов.

Виртуализация уровня приложений

Этот вид виртуализации не похож на все остальные: если в предыдущих случаях создаются виртуальные среды или виртуальные машины, использующиеся для изоляции приложений, то в данном случае само приложение помещается в контейнер с необходимыми элементами для своей работы: файлами реестра, конфигурационными файлами, пользовательскими и системными объектами. В результате получается приложение, не требующее установки на аналогичной платформе. При переносе такого приложения на другую машину и его запуске, виртуальное окружение, созданное для программы, разрешает конфликты между ней и операционной системой, а также другими приложениями. Такой способ виртуализации похож на поведение интерпретаторов различных языков программирования (недаром интерпретатор, Виртуальная Машина Java (JVM), тоже попадает в эту категорию).

Краткая справка по виртуальным машинам:

Oracle VirtualBox – кроссплатформенный свободный (GNU GPL) программный продукт виртуализации для операционных систем Microsoft Windows, Linux, FreeBSD, Mac OS X, Solaris/OpenSolaris, ReactOS, DOS и других. Поддерживаются как 32-битные, так и 64-битные версии ОС.

VMware Workstation - позволяет создавать и запускать одновременно несколько виртуальных машин (x86-архитектуры), в каждой из которых работает своя гостевая операционная система. Поддерживаются как 32-битные, так и 64-битные версии ОС.

VMware Player - бесплатный (для личного некоммерческого использования) программный продукт, предназначенный для создания (начиная с версии 3.0) и запуска готовых виртуальных машин (созданных в VMware Workstation, либо VMware Server). Бесплатное решение с ограниченным, по сравнению с VMware Workstation, функционалом.

Microsoft Virtual PC - программный пакет виртуализации для операционной системы Windows.

Концепция виртуальной среды

Новое направление виртуализации, которое дает общую целостную картину всей инфраструктуры сети с помощью техники агрегации.

Типы виртуализации

Виртуализация - это общий термин, охватывающий абстракцию ресурсов для многих аспектов вычислений. Типы виртуализации приводятся ниже.

Программная виртуализация

Динамическая трансляция

При динамической трансляции (бинарной трансляции ) проблемные команды гостевой OC перехватываются гипервизором . После того как эти команды заменяются на безопасные, происходит возврат управления гостевой ОС.

Паравиртуализация

Паравиртуализация - техника виртуализации, при которой гостевые операционные системы подготавливаются для исполнения в виртуализированной среде, для чего их ядро незначительно модифицируется. Операционная система взаимодействует с программой гипервизора, который предоставляет ей гостевой API , вместо использования напрямую таких ресурсов, как таблица страниц памяти.

Метод паравиртуализации позволяет добиться более высокой производительности, чем метод динамической трансляции.

Метод паравиртуализации применим лишь в том случае, если гостевые ОС имеют открытые исходные коды, которые можно модифицировать согласно лицензии, или же гипервизор и гостевая ОС разработаны одним производителем с учетом возможности паравиртуализации гостевой ОС (хотя при условии того, что под гипервизором может быть запущен гипервизор более низкого уровня, то и паравиртуализации самого гипервизора).

Впервые термин возник в проекте Denali.

Встроенная виртуализация

Преимущества:

• Совместное использование ресурсов обеими ОС (каталоги, принтеры и т.д.).
• Удобство интерфейса для окон приложений из разных систем (перекрывающиеся окна приложений, одинаковая минимизация окон, как в хост-системе)
• При тонкой настройке на аппаратную платформу производительность мало отличается от оригинальной нативной ОС. Быстрое переключение между системами (менее 1 сек.)
• Простая процедура обновления гостевой ОС.
• Двухсторонняя виртуализация (приложения одной системы запускаются в другой и наоборот)

Реализации:

Аппаратная виртуализация

Преимущества:

• Упрощение разработки программных платформ виртуализации за счет предоставления аппаратных интерфейсов управления и поддержки виртуальных гостевых систем. Это уменьшает трудоемкость и время на разработку систем виртуализации.
• Возможность увеличения быстродействия платформ виртуализации. Управление виртуальными гостевыми системами осуществляет напрямую небольшой промежуточный слой программного обеспечения, гипервизор, что дает увеличение быстродействия.
• Улучшается защищённость, появляется возможность переключения между несколькими запущенными независимыми платформами виртуализации на аппаратном уровне. Каждая из виртуальных машин может работать независимо, в своем пространстве аппаратных ресурсов, полностью изолированно друг от друга. Это позволяет устранить потери быстродействия на поддержание хостовой платформы и увеличить защищенность.
• Гостевая система становится не привязана к архитектуре хостовой платформы и к реализации платформы виртуализации. Технология аппаратной виртуализации делает возможным запуск 64-битных гостевых систем на 32-битных хостовых системах (с 32-битными средами виртуализации на хостах).

Примеры применения:

• тестовые лаборатории и обучение: Тестированию в виртуальных машинах удобно подвергать приложения, влияющие на настройки операционных систем, например инсталляционные приложения. За счёт простоты в развёртывании виртуальных машин, они часто используются для обучения новым продуктам и технологиям.
• распространение предустановленного ПО: многие разработчики программных продуктов создают готовые образы виртуальных машин с предустановленными продуктами и предоставляют их на бесплатной или коммерческой основе. Такие услуги предоставляют Vmware VMTN или Parallels PTN

Виртуализация серверов

1. размещение нескольких логических серверов в рамках одного физического (консолидация)
2. объединение нескольких физических серверов в один логический для решения определенной задачи. Пример: Oracle Real Application Cluster , grid-технология , кластеры высокой производительности.

• SVISTA
• twoOStwo
• Red Hat Enterprise Virtualization for Servers
• PowerVM

Кроме того, виртуализация сервера упрощает восстановление вышедших из строя систем на любом доступном компьютере, вне зависимости от его конкретной конфигурации.

Виртуализация рабочих станций

Виртуализация ресурсов

• Разделение ресурсов (partitioning). Виртуализация ресурсов может быть представлена как разделение одного физического сервера на несколько частей, каждая из которых видна для владельца в качестве отдельного сервера. Не является технологией виртуальных машин, осуществляется на уровне ядра ОС.

В системах с гипервизором второго типа обе ОС (гостевая и гипервизора) отнимают физические ресурсы, и требует отдельного лицензирования. Виртуальные серверы, работающие на уровне ядра ОС, почти не теряют в быстродействии, что дает возможность запускать на одном физическом сервере сотни виртуальных, не требующих дополнительных лицензий.

Разделяемое дисковое пространство или пропускной канал сети на некоторое количество меньших составляющих, легче используемых ресурсов того же типа.

Например, к реализации разделения ресурсов можно отнести (Проект Crossbow), позволяющий создавать несколько виртуальных сетевых интерфейсов на основе одного физического.

• Агрегация, распределение или добавление множества ресурсов в большие ресурсы или объединение ресурсов. Например, симметричные мультипроцессорные системы объединяют множество процессоров; RAID и дисковые менеджеры объединяют множество дисков в один большой логический диск; RAID и сетевое оборудование использует множество каналов, объединённых так, чтобы они представлялись, как единый широкополосный канал. На мета-уровне компьютерные кластеры делают все вышеперечисленное. Иногда сюда же относят сетевые файловые системы абстрагированные от хранилищ данных на которых они построены, например, Vmware VMFS, Solaris /OpenSolaris ZFS , NetApp WAFL

Виртуализация приложений

Достоинства:

• изолированность исполнения приложений: отсутствие несовместимостей и конфликтов;
• каждый раз в первозданном виде: не загромождается реестр, нет конфигурационных файлов - необходимо для сервера;
• меньшие ресурсозатраты по сравнению с эмуляцией всей ОС.

См. также

Ссылки

• Обзор методов, архитектур и реализаций виртуализации (Linux) , www.ibm.com
• Виртуальные машины 2007.Наталия Елманова, Сергей Пахомов , КомпьютерПресс 9’2007

• Виртуализация серверов. Нейл Макаллистер , InfoWorld
• Виртуализация серверов стандартной архитектуры. Леонид Черняк , Открытые системы
• Альтернативы лидерам в канале 2009 г , 17 августа 2009

• Технологии аппаратной виртуализации , ixbt.com
• Спирали аппаратной виртуализации. Александр Александров , Открытые системы

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Виртуализация" в других словарях:

виртуализация - В трудах ассоциации SNIA дается следующее общее определение. "Виртуализация — это действие (act) по объединению нескольких устройств, служб или функций внутренней составляющей инфрастуктуры (back end) с дополнительной внешней (front… …

виртуализация - Разделение физического уровня сети (расположение и соединения устройств) от ее логического уровня (рабочие группы и пользователи). Настройка конфигурации сети по логическим критериям вместо физических. … Справочник технического переводчика

Виртуализация сети процесс объединения аппаратных и программных сетевых ресурсов в единую виртуальную сеть. Виртуализация сети разделяется на внешнюю, то есть соединяющую множество сетей в одну виртуальную, и внутреннюю, создающую… … Википедия