Технологии виртуализации. Особенности виртуализации серверов

Бесплатные серверные платформы виртуализации

Статья:

В последнее время множество различных компаний, работающих не только в IT-секторе, но и в других областях, стали всерьез присматриваться к технологиям виртуализации. Домашние пользователи также почувствовали надежность и удобство платформ виртуализации, позволяющих запускать несколько операционных систем в виртуальных машинах одновременно. На данный момент технологии виртуализации являются одними из самых перспективных по оценкам различных исследователей рынка информационных технологий. Рынок платформ виртуализации и средств управления в данный момент сильно растет, и на нем периодически появляются новые игроки, а также в самом разгаре процесс поглощения крупными игроками мелких компаний, занимающихся разработкой программного обеспечения для платформ виртуализации и средств для повышения эффективности использования виртуальных инфраструктур.

Между тем, многие компании пока не готовы инвестировать серьезные средства в виртуализацию, поскольку не могут точно оценить экономический эффект от внедрения этой технологии и не имеют персонала достаточной квалификации. Если во многих западных странах уже есть профессиональные консультанты, способные проанализировать ИТ-инфраструктуру, подготовить план по виртуализации физических серверов компании и оценить прибыльность проекта, то в России таких людей очень мало. Безусловно, в ближайшие годы ситуация изменится, и в момент, когда различные компании оценят преимущества виртуализации, найдутся специалисты обладающие достаточными знаниями и опытом для внедрения технологий виртуализации в различных масштабах. На данный же момент множество компаний лишь проводят локальные эксперименты по использованию средств виртуализации, применяя, в основном, бесплатные платформы.

К счастью, многие вендоры, помимо коммерческих систем виртуализации, предлагают также и бесплатные платформы с ограниченной функциональностью, для того, чтобы компании могли частично использовать виртуальные машины в производственной среде предприятия и, вместе с тем, оценивать возможность перехода на серьезные платформы. В секторе настольных компьютеров, пользователи также начинают применять виртуальные машины в повседневной деятельности и не предъявляют больших требований к платформам виртуализации. Поэтому бесплатные средства рассматриваются ими прежде всего.

Лидеры в производстве платформ виртуализации

Развитие средств виртуализации на различных уровнях абстракции систем продолжается уже на протяжении более тридцати лет. Однако, только сравнительно недавно аппаратные мощности серверов и настольных ПК позволили всерьез воспринимать эту технологию относительно виртуализации операционных систем. Так уж сложилось, что многие годы, как различные компании, так и энтузиасты разрабатывали различные средства для виртуализации операционных систем, но не все они в данный момент активно поддерживаются и находятся в приемлемом для эффективного использования состоянии. На сегодняшний день, лидерами в сфере производства средств виртуализации являются компании VMware, Microsoft, SWSoft (вместе с принадлежащей ей компанией Parallels), XenSource, Virtual Iron и InnoTek. Помимо продуктов этих вендоров присутствуют также такие разработки как QEMU, Bosch и прочие, а также средства виртуализации разработчиков операционных систем (например, Solaris Containers), которые не получили широкого распространения и используются узким кругом специалистов.

Компании, добившиеся определенного успеха на рынке серверных платформ виртуализации, распространяют некоторые свои продукты бесплатно, делая при этом ставку не на сами платформы, а на средства управления, без которых сложно использовать виртуальные машины в больших масштабах. Кроме того, коммерческие настольные платформы виртуализации, предназначенные для использования IT-профессионалами и компаниями-разработчиками ПО, обладают существенно большими возможностями, чем их бесплатные аналоги.

Тем не менее, если применять виртуализацию серверов в небольших масштабах, в секторе SMB (Small and Medium Business) бесплатные платформы вполне могут заполнить нишу в производственной среде компании и обеспечить существенную экономию денежных средств.

Когда использовать бесплатные платформы

В случае если вам не требуется массовое развертывание виртуальных серверов в организации, постоянный контроль производительности физических серверов при изменяющейся нагрузке и высокая степень их доступности, вы можете использовать виртуальные машины на основе бесплатных платформ для поддержания внутренних серверов организации. При увеличении числа виртуальных серверов и высокой степени их консолидации на физических платформах требуется применение мощных средств управления и обслуживания виртуальной инфраструктуры. В зависимости от того, необходимо ли вам использовать различные системы и сети хранения данных, например, Storage Area Network (SAN), средства резервного копирования и восстановления после сбоев и «горячую» миграцию запущенных виртуальных машин на другое оборудование, вам может не хватить возможностей бесплатных платформ виртуализации, однако, надо отметить, что и бесплатные платформы постоянно обновляются и приобретают новые функции, что расширяет сферу их использования.

Еще один важный момент – техническая поддержка. Бесплатные платформы виртуализации существуют либо в рамках сообщества Open Source, где множество энтузиастов занимаются доработкой продукта и его поддержкой, либо поддерживаются вендором платформы. Первый вариант предполагает активное участие пользователей в развитии продукта, составление ими отчетов об ошибках и не гарантирует решения ваших проблем при использовании платформы, во втором же случае, чаще всего, техническая поддержка вообще не предоставляется. Поэтому квалификация персонала, разворачивающего бесплатные платформы, должна быть на высоком уровне.

Бесплатные настольные платформы виртуализации наиболее целесообразно применять в целях изоляции пользовательских сред, отвязывания их от конкретного оборудования, образовательных целях для изучения операционных систем и безопасных испытаний различного программного обеспечения. Вряд ли стоит применять бесплатные настольные платформы в больших масштабах для разработки или тестирования программного обеспечения в софтверных компаниях, поскольку они не обладают достаточными для этого функциональными возможностями. Однако для домашнего использования бесплатные продукты виртуализации вполне подходят и можно привести даже примеры, когда виртуальные машины на основе бесплатных настольных систем виртуализации используются в производственной среде.

Бесплатные серверные платформы виртуализации

Практически в любой организации, использующих инфраструктуру серверов, часто возникает необходимость применения как стандартных сетевых сервисов (DNS, DHCP, Active Directory), так и нескольких внутренних серверов (приложений, баз данных, корпоративных порталов), которые не испытывают больших нагрузок и разнесены по разным физическим серверам. Эти сервера могут быть консолидированы в количестве нескольких штук в виртуальных машинах на одном физическом хосте. При этом упрощается процесс миграции серверов с одной аппаратной платформы на другую, уменьшаются затраты на оборудование, упрощается процедура резервного копирования и повышается их управляемость. В зависимости от видов операционных систем, под управлением которых работают сетевые сервисы, и требований к системе виртуализации можно выбрать подходящий бесплатный продукт для корпоративной среды. При выборе серверной платформы виртуализации необходимо учитывать характеристики быстродействия (они зависят как от применяющейся техники виртуализации, так и от качества реализации различных компонентов платформы производителей), простоты развертывания, возможности масштабирования виртуальной инфраструктуры и наличие дополнительных средств управления, обслуживания и мониторинга.

OpenVZ

К сожалению, недавно компания Microsoft объявила о том, что виртуализация на платформе Windows 2008 будет доступна не ранее середины 2008 года, так что у VMware есть еще много времени для того, чтобы захватить еще большую долю рынка технологий виртуализации.

Еще одним плюсом Virtual Server является возможность управления сервером виртуализации через Windows Management Instrumentation (WMI) и тесная его интеграция с другими продуктами и службами Microsoft. Виртуальные машины на основе Virtual Server могут управляться как посредством тонкого, так и толстого клиента.

Безусловно, продукт Virtual Server можно использовать для поддержания внутренней инфраструктуры виртуальных серверов не только в секторе SMB, но и в крупных организациях. Пока неясно, какой же все-таки будет интегрированная виртуализация в платформу Windows Server 2008, но совершенно точно Microsoft составит хорошую конкуренцию платформам VMware.

VMware Server

Компания VMware в данный момент является безусловным лидеров в производстве как серверных, так и настольных платформ виртуализации. В секторе виртуализации серверов VMware предлагает сразу два принципиально различных продукта: бесплатный VMware Server и коммерческий VMware ESX Server. Первый нацелен на сегмент виртуализации для малого и среднего бизнеса, второй же является частью решения для построения виртуальной инфраструктуры в крупной организации. Продукт VMware Server, хотя и имеет в данный момент версию 1.0.3, разрабатывается компанией VMware уже давно, и ранее носил название VMware GSX Server. Став бесплатным в 2006 году, этот продукт приобрел поистине огромную популярность не только как средство виртуализации серверов, но и, зачастую, используется как настольная платформа виртуализации IT-профессионалами и компаниями-разработчиками ПО.

VMware Server обладает всеми необходимыми возможностями для внедрения виртуализации в секторе SMB для поддержания виртуальной инфраструктуры в компании. В качестве хостовых могут использоваться Windows и Linux платформы, что позволяет использовать виртуализацию в гетерогенной среде предприятия. Список поддерживаемых гостевых операционных систем весьма обширен, а удобство использования продукта позволяет применять его самому широкому кругу пользователей. VMware Server поддерживает 32-х и 64-х битные хостовые и гостевые операционные системы и предоставляет возможности по удаленному управлению виртуальными машинами и виртуальным сервером. VMware Server включает в себя поддержку Intel VT, программные интерфейсы для взаимодействия third-party приложений с виртуальными машинами и может быть запущен в качестве сервиса при старте хостовой системы. Виртуальная машина под управлением VMware Server может иметь до 4-х виртуальных сетевых интерфейсов, 3,6 Гб оперативной памяти и управляться несколькими пользователями. При развитой инфраструктуре виртуальных серверов вам могут понадобиться дополнительные средства управления, которые предоставляет продукт VMware Virtual Center .

С точки зрения удобства и простоты использования VMware Server является безусловным лидером, а по производительности не отстает от коммерческих платформ (особенно в хостовых системах Linux). К недостаткам можно отнести отсутствие поддержки горячей миграции и отсутствие средств резервного копирования, которые, однако, предоставляются, чаще всего, только коммерческими платформами. Безусловно, VMware Server лучший выбор для быстрого развертывания внутренних серверов организации, включая предустановленные шаблоны виртуальных серверов, которых в избытке можно найти на различных ресурсах (например, Virtual Appliance Marketplace).

Итоги

Подводя итоги обзора бесплатных серверных платформ виртуализации, можно сказать, что каждая из них на данный момент занимает свою нишу в секторе SMB, где за счет использования виртуальных машин можно существенно повысить эффективность ИТ-инфраструктуры, сделать ее более гибкой и уменьшить затраты на приобретение оборудования. Бесплатные платформы, в первую очередь, позволяют оценить возможности виртуализации не на бумаге и ощутить все преимущества этой технологии. В заключение, приведем сводную таблицу характеристик бесплатных платформ виртуализации, которая поможет вам выбрать подходящую серверную платформу для своих целей. Ведь именно через бесплатную виртуализацию лежит путь к дальнейшему вложению денег в проекты по виртуализации на основе коммерческих систем.

Название платформы, разработчик	Хостовая ОС	Официально поддержи- ваемые гостевые ОС	Поддержка нескольких виртуальных процессоров (Virtual SMP)	Техника виртуализации	Типичное использование	Производи- тельность
OpenVZ	Открытый проект сообщества Open Source при поддержке SWSoft Linux	Различные дистрибутивы Linux	Да	Виртуализация уровня операционной системы	Изоляция виртуальных серверов (в том числе для услуг хостинга)	Без потерь
Virtual Iron 3.7 Virtual Iron Software, Inc	Не требуется	Windows, RedHat, SuSE	Да (до 8)		Виртуализация серверов в производственной среде	Близка к нативной
Virtual Server 2005 R2 SP1 Microsoft	Windows	Windows, Linux (Red Hat и SUSE)	Нет	Нативная виртуализация, аппаратная виртуализация	Виртуализация внутренних серверов в корпоративной среде	Близка к нативной (при установленных Virtual Machine Additions)
VMware Server VMware	Windows, Linux	DOS, Windows, Linux, FreeBSD, Netware, Solaris	Да	Нативная виртуализация, аппаратная виртуализация	Консолидация серверов небольших предприятий, разработка /тестирование	Близка к нативной
Xen Express и Xen XenSource (при поддержке Intel и AMD)	NetBSD, Linux, Solaris	Linux, NetBSD, FreeBSD, OpenBSD, Solaris, Windows, Plan 9	Да	Паравиртуализация, аппаратная виртуализация	Разработчики, тестировщики, IT-профессионалы, консолидация серверов небольших предприятий	Близка к нативной (некоторые потери при работе с сетью и интенсивном использовании дисков)

Please enable JavaScript to view the

Слово «виртуализация» в последнее время стало какой-то «модой» в ИТ-среде. Все вендоры железа и ПО, все ИТ-компании в один голос кричат, что виртуализация – это круто, современно, и нужно всем. Но, давайте, вместо того, чтобы идти на поводу у маркетинговых лозунгов (а иногда бывают такими, что сам Геббельс умер бы от зависти), попытаемся посмотреть на это модное слово с точки зрения простых «технарей» и решить, нужно нам это или нет.

Типы виртуализации

Итак, начнем с того, что виртуализация делится на три типа:

• Виртуализация представлений
• Виртуализация приложений
• Виртуализация серверов

С виртуализацией представлений знакомы многие из вас: самый яркий пример – это терминальные службы Windows Server. Терминальный сервер предоставляет свои вычислительные ресурсы клиентам, и клиентское приложение выполняется на сервере, клиент же получает только «картинку», то бишь представление. Такая модель доступа позволяет, во-первых – снизить требования к программно-аппаратному обеспечению на стороне клиента, во-вторых – снижает требования к пропускной способности сети, в-третьих – позволяет повысить безопасность. Что касается оборудования – то в качестве терминальных клиентов могут использоваться даже смартфоны или старые компьютеры вплоть до Pentium 166, не говоря уже о специализированных тонких клиентах. Существуют, к примеру, тонкие клиенты в форм-факторе розетки Legrand , монтируемые в короб. На клиентских рабочих местах достаточно установить только монитор, клавиатуру и мышь – и можно работать. Для работы с терминальным сервером не обязательно иметь высокоскоростное подключение к локальной сети, вполне достаточно даже низкоскоростного подключения с пропускной способностью 15-20 кбит/с, поэтому терминальные решения очень подходят фирмам, имеющим сильно распределенную структуру (к примеру – сети небольших магазинов). Кроме того, при использовании тонких клиентов значительно повышается безопасность, потому что пользователям можно разрешить запускать только ограниченный набор приложений, и запретить устанавливать свои собственные приложения. В принципе, то же самое можно сделать и с полноценными клиентскими рабочими станциями, но с использованием терминальных служб это будет сделать гораздо проще, особенно – не предоставляя доступ целиком к рабочему столу, а лишь публикуя отдельные приложения (возможно в Citrix Metaframe/PS, а так же в Windows Server 2008 и выше). Более того, никакую информацию нельзя будет скопировать на и с внешнего носителя, если это явно не разрешено в настройках терминальных служб. То есть проблема «вирусов на флэшках» отпадает автоматически. Еще одно неоспоримое достоинство – снижение сложности администрирования: упрощается обновление приложений (достаточно обновить их на сервере), и упрощается работа служб поддержки: к терминальной сессии любого пользователя можно подключиться удаленно без установки дополнительного ПО.
Недостатков у таких систем два: во-первых – необходимость покупки более мощных серверов (хотя это может быть дешевле, чем множество клиентских рабочих станций с ТТХ, достаточными для запуска приложений локально), во-вторых – появление единой точки отказа в виде терминального сервера. Эта проблема решается за счет использования кластеров, или ферм серверов, но это приводит к еще большему удорожанию системы.

Виртуализация приложений – достаточно интересное, и относительно новое направление. Рассказывать здесь подробно о нем я не буду, поскольку это тема для целой отдельной статьи. Коротко говоря, виртуализация приложений позволяет запускать отдельное приложение в своей собственной изолированной среде (иногда называется «песочница», sandbox). Такой способ помогает решить множество проблем. Во-первых – опять же безопасность: приложение, запущенное в изолированной среде – не способно нанести вред ОС и другим приложениям. Во-вторых – все виртуализированные приложения можно обновлять централизованно из одного источника. В-третьих – виртуализация приложений позволяет запускать на одном физическом ПК несколько разных приложений, конфликтующих друг с другом, или даже несколько разных версий одного и того же приложения. Более подробно о виртуализации приложений можно посмотреть, к примеру, в этом вебкасте: www.techdays.ru/videos/1325.html Возможно, однажды я даже напишу статью на эту тему.

И, наконец, перейдем к виртуализации серверов и остановимся на ней подробно.
Виртуализация серверов – это программная имитация с помощью специального ПО аппаратного обеспечения компьютера: процессор, память, жесткий диск, и т.д. Далее, на такой виртуальный компьютер можно установить операционную систему, и она будет на нем работать точно так же, как и на простом, «железном» компьютере. Самое интересное достоинство этой технологии – это возможность запуска нескольких виртуальных компьютеров внутри одного «железного», при этом все виртуальные компьютеры могут работать независимо друг от друга. Для чего это можно применять?
Первое, что приходит в голову – виртуализацию серверов можно использовать в целях обучения и в тестовых целях. К примеру, новые приложения или ОС можно протестировать перед запуском в промышленную эксплуатацию в виртуальной среде, не покупая специально для этого «железо» и не рискуя парализовать работу ИТ-инфраструктуры, если что-то пойдет не так.

Но кроме этого, виртуализация серверов может использоваться и в продакшн-среде. Причин тому много.
Виртуализация позволяет сократить количество серверов благодаря консолидации, то есть там, где раньше требовалось несколько серверов – теперь можно поставить один сервер, и запустить нужное число гостевых ОС в виртуальной среде. Это позволит сэкономить на стоимости приобретения оборудования, а так же снизить энергопотребление, а значит и тепловыделение системы – и, следовательно, можно использовать менее мощные, и, соответственно – более дешевые системы охлаждения. Но у этой медали есть и обратная сторона, и не одна. Дело в том, что при внедрении решений на базе виртуализации, скорее всего придется покупать новые сервера. Дело в том, что виртуальные сервера используют аппаратные ресурсы физического сервера, и, соответственно – понадобятся более мощные процессоры, большие объемы оперативной памяти, а так же более скоростная дисковая подсистема, и, скорее всего – большего объема. Кроме того, некоторые системы виртуализации (в частности – MS Hyper-V) требуют поддержки процессором аппаратных технологий виртуализации (Intel VT или AMD-V) и некоторых других функций процессора. Многие процессоры, которые выпускались до недавнего времени, в частности – все x86_32bit – этим требованиям не удовлетворяют, и поэтому от старых, хотя и вполне рабочих серверов придется отказаться. Однако же, один более мощный сервер скорее всего будет стоить намного дешевле нескольких менее мощных, да и старые сервера, скорее всего давно пора менять из-за морального устаревания.

Есть еще один очень важный момент: виртуализация северов позволяет до предела упростить администрирование инфраструктуры. Главное преимущество, которое оценят все сисадмины – это возможность удаленного доступа к консоли виртуальных серверов на «аппаратном», точнее – «вирутально-аппаратном» уровне, независимо от установленной гостевой ОС и ее состояния. Так, чтобы перезагрузить «зависший» сервер, теперь не нужно бежать в серверную, или покупать дорогостоящее оборудование типа IP-KVM-переключателей, достаточно просто зайти в консоль виртуального сервера и нажать кнопку «Reset». Помимо этого, виртуальные сервера поддерживают технологию моментальных снимков (о ней см. мою предыдущую статью), а так же бэкап и восстановление виртуальных систем намного легче.

Еще одно неоспоримое преимущество – ОС, запущенная внутри виртуальной машины (гостевая ОС) понятия не имеет, какое оборудование установлено на физическом сервере, внутри которого она работает (хост). Поэтому, при замене железа, при апгрейде или даже переезде на новый сервер необходимо обновить драйверы только на ОС самого хоста (хостовой ОС). Гостевые ОС по будут работать как и раньше, поскольку «видят» только виртуальные устройства.

Так же, хочется напомнить, что в виртуальной среде могут действовать особые правила лицензирования ПО (в частности, покупка лицензии на Microsoft Windows Server 2008 Enterprise позволяет использовать бесплатно четыре копии ОС в качестве гостевой, а Microsoft Windows Server 2008 Datacenter вообще разрешает использовать неограниченное число гостевых ОС при условии полного лицензирования по процессорам).

Еще нельзя не упомянуть о технологиях отказоустойчивости. Физические сервера, на которых запускаются виртуальные машины, могут быть объединены в кластер, и в случае отказа одного из серверов – автоматически «переезжать» на другой. Полной отказоустойчивости добиться не всегда возможно (в частности, в MS Hyper-V такой «внезапный переезд» будет выглядеть так же, и иметь такие же возможные последствия, как внезапное обесточивание сервера), но возможные простои сильно сократятся: «переезд» занимает несколько минут, тогда как ремонт или замена самого сервера может занять часы, а то и дни. Если же «переезд» виртуальных машин происходит в штатном режиме, то он может пройти совершенно незаметно для пользователей. Такие технологии у разных вендоров называются по-разному, к примеру у MS она называется «Live Migration», у VMware – Vmotion. Использование таких технологий позволит проводить работы, связанные с выключением сервера (к примеру – замену некоторых аппаратных компонент, или перезагрузку ОС после установки критических обновлений) в рабочее время и не выгоняя пользователей из их любимых приложений. Кроме этого, если инфраструктура построена соответствующим образом – запущенные виртуальные машины могут автоматически перемещаться на менее нагруженные сервера, или же наоборот «разгружать» наиболее загруженные. В инфраструктуре на базе технологий Microsoft для этого используются System Center Virtual Machine Manager и Operations Manager.

В заключение темы по виртуализации серверов - отмечу, что виртуализация не всегда одинаково полезна. В частности, не всегда будет хорошей идеей переносить в виртуальную среду высоконагруженные сервера, а особенно - высоконагруженные по дисковой подсистеме - это «тяжелые» СУБД, Exchange Server, особенно - роль Mailbox Server, и прочие высоконагруженные приложения. А вот сервера с меньшей нагрузкой (контроллеры доменов AD, WSUS, всевозможные System Center * Manager, веб-сервера) виртуализировать можно и даже нужно. Замечу, кстати, что именно с контроллерами доменов - очень желательно, чтобы хотя бы один из контроллеров был «железным», то есть не виртуальным. Нужно это потому, что для корректной работы всей инфраструктуры желательно, чтобы при запуске всех остальных серверов хотя бы один КД уже был доступен в сети.

Резюме

Итак, давайте подведем итоги: какая именно виртуализация когда может пригодиться, и какие у нее есть плюсы и минусы.
Если у вас есть много пользователей, работающих с одинаковым набором ПО, и система сильно распределена территориально – то стоит подумать об использовании виртуализации представлений, сиречь – терминальных службах.

Достоинства такой системы:

• Снижение требований к «железу» на стороне клиентов
• Снижение требований к пропускной способности сети
• Повышение безопасности
• Значительное упрощение администрирования и поддержки

Недостатки:

• Повышения требований к серверам, как по производительности, так и по надежности
• Возможная единая точка отказа

Если у вас существует множество приложений, которые некорректно работают в новой ОС, либо же конфликтуют между собой, или необходимо запускать на одном компьютере несколько версий одной и той же программы – то нужна виртуализация на уровне приложений.

Достоинства:

• Безопасность
• Простота администрирования - централизованное обновление и разграничение прав на доступ к приложениям

Недостатки:

• Некоторая сложность в понимании технологий и в практическом внедрении.

Если же вам нужно освободить место в стойке, снизить энергопотребление систем, избавиться от «серверного зоопарка» - то ваше решение – виртуализация серверов.

Достоинства такого решения:

• Экономия места в стойках
• Снижение энергопотребления и тепловыделения
• Упрощение администрирования
• Широкие возможности по автоматизации развертывания и управления серверами
• Снижение вынужденных и запланированных простоев системы за счет failover-кластеров и live migration
• Позволяет (при использовании ОС Microsoft Windows Server) сэкономить на лицензиях на гостевые ОС

Недостатки – в принципе, те же, что и у терминальных решений:

• Повышение требований к аппаратному обеспечению серверов
• Возможная единая точка отказа – физический хост и хостовая ОС

Надеюсь, моя статья окажется для кого-то полезной. Благодарность и конструктивную критику, как всегда, можно высказать в комментариях.

Для виртуализации операционных систем применяется серия подходов, которые по типу реализации подразделяются на программные и аппаратные.

Рассмотрим каждую из данных типов виртуализации по отдельности. Начнем с программных методов.

Динамическая трансляция подразумевает под собой перехват команд гостевой операционной системы, вследствие чего гипервизор модифицирует их и возвращает гостевой ОС. Таким образом, гостевая операционная система фактически становится одним из приложений основной операционной системы, из-под которой она запущена. Гостевая система фактически считает, что работает на реальной физической платформе.

Паравиртуализация - технология 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. Делается это для того, чтобы различные виртуальные машины могли работать с аппаратурой не конфликтуя с другими виртуальными машинами. Метод паравиртуализации позволяет добиться более высокой производительности, чем метод динамической трансляции. Основным недостатком данного метода является то, что он применим лишь в том случае, если гостевые операционные системы имеют открытые исходные коды, которые можно модифицировать согласно лицензии. Или же гипервизор и гостевая операционная система разработаны одним производителем, с учётом возможности паравиртуализации гостевой системы (хотя при условии того, что под гипервизором может быть запущен гипервизор более низкого уровня, то и паравиртуализации самого гипервизора). Из плюсов можно выделить отсутствие необходимости использования полноценной операционной системы в качестве основной, достаточно использовать специальную систему (гипервизор). И, как следствие, аппаратные ресурсы используются виртуальными средами более эффективно, так как фактически работают напрямую, практически без посредничества основной операционной системы.

Рисунок 1 Схема паравиртуализации

В случае полной виртуализации используются не модифицированные экземпляры гостевых операционных систем. С целью поддержки работы этих гостевых систем используют общий слой эмуляции поверх основной операционной системы. Подобная технология применяется, к примеру, в таких приложениях как VMware Workstation, Parallels Desktop, MS Virtual PC, Virtual Iron. Среди достоинств данного метода виртуализации можно выделить относительную простоту реализации. Данное решение является достаточно надежным и универсальным. Все функции управления берет на себя основная операционная система. Помимо преимуществ, есть и недостатки. Среди них — высокие дополнительные нагрузки на аппаратные ресурсы и достаточно слабая гибкость в использовании аппаратных средств.

Рисунок 2 Схема полной виртуализации

Встроенная виртуализация — новый метод, базирующийся на применении аппаратно-поддерживаемых возможностей виртуализации, что позволяет пользователям использовать любые версии ОС в сочетании с различными вариантами рабочих сред. По сути, встроенная виртуализация представляет собой полную виртуализацию, реализованную на аппаратном уровне. Данный подход был реализован в рамках проекта BlueStacks Multi-OS.

Рисунок 3 Схема виртуализации операционной системы

Наиболее распространенным, в данный момент, формой виртуализации является виртуализация операционной системы. Виртуальная операционная система представляет собой совмещение нескольких операционных систем, функционирующих на одной аппаратной основе. Основным достоинством данного метода является высокая эффективность использования аппаратных ресурсов. Схематически принцип работы представлен на рисунке 3.

Результатом виртуализации приложения является преобразование из требующего установки в операционной системы приложения в не требующее, автономное приложение. Программное обеспечение виртуализатора определяет при установке виртуализируемого приложении необходимые для работы компоненты операционной системы и эмулирует их. В результате данных действий создается специализированная среда для конкретного приложения, что обеспечивает полную изолированность работы запускаемого приложения. Для создания подобного приложения, виртуализируемое обеспечение помещается в специальную папку. При запуске виртуального приложения запускается само программное обеспечение и папка, являющаяся для него рабочей средой. Таким образом, создается некий барьер между приложением и операционной системой, что позволяет исключить возникновение конфликтов между программным обеспечением и операционной системой. Виртуализацию приложений осуществляют такие программы, как Citrix XenApp, SoftGrid и VMWare ThinApp.

Классический процесс программной виртуализации подразумевает под собой наличие основной операционной системы, поверх которой запускается платформа виртуализации. Именно эта платформа берет на себя работу по эмуляции аппаратных компонентов и управляет ресурсами в отношении гостевой системы.

Данные методы достаточно сложны в реализации. Их основным недостатком является существенные потери производительности, связанные с потреблением ресурсов основной системой.

Также следует отметить факт значительного снижения безопасности, ведь вследствие получения контроля над базовой операционной системой, автоматически перехватывается контроль над гостевыми системами.

В отличии от программных методов, с помощью аппаратных средств виртуализации возможно получение изолированных гостевых система, управляемых гипервизором напрямую.

Аппаратный процесс виртуализации практически не имеет никаких кардинальных отличий от программного. По факту, это процесс виртуализации, подкрепленный аппаратной поддержкой.

Также следует рассмотреть основные типы виртуализации различных компонентов IT-инфраструктуры.

Когда речь идет о виртуализации ресурсов подразумевается разделение одного физического сервера на несколько. Каждая отдельная часть отображается у пользователя как отдельный сервер. Данный метод реализуется на уровне ядра операционной системы. Основным достоинством подобного метода является тот факт, что виртуальные серверы, функционирующие на уровне ядра операционной системы, являются такими же быстродействующими, что позволяет запускать на одном физическом сервере сотни виртуальных.

Примером реализации разделения ресурсов можно отнести проект OpenSolaris Network Virtualization and Resource Control, позволяющий создавать несколько виртуальных сетевых интерфейсов на основе одного физического.

Также данный процесс подразумевает слияние, распределение и объединение ресурсов. К примеру, симметричные мультипроцессорные системы объединяют множество процессоров; RAID и дисковые менеджеры объединяют множество дисков в один большой логический диск. Зачастую к данному подтипу также относятся сетевые файловые системы, абстрагированные от хранилищ данных, на которых они построены (Vmware VMFS, Solaris/OpenSolaris ZFS, NetApp WAFL).

Нет похожих статей.

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

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

Аппаратная виртуализация

• 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

Виртуализация - это технология, обеспечивающая абстрагирование процессов и их представления от вычислительных ресурсов. Понятие виртуализации далеко не новое и было введено ещё в 60-х годах компанией IBM.

Можно выделить следующие разновидности виртуализации:

Типичными представителями виртуальных машин являются VMware Workstation и Microsoft Virtual PC, которые в основном используются в тестовых целях системными администраторами и разработчиками программного обеспечения. Компания VMware выпустила также бесплатную версию VMware Server, которая позволяет на одном физическом сервере запускать несколько виртуальных серверов, объединять их в сети, использовать их как обычные серверы в компании. Но данные продукты имеют один существенный недостаток – это производительность. Так как все виртуальные машины работают как приложения, им соответственно выделяются ресурсы операционной системы, которая в свою очередь выделяет ресурсы физического сервера. В итоге производительность даже одной виртуальной машины оказывается в несколько раз ниже, чем производительность физического сервера.

Ситуация кардинально изменилась, когда в процессорах появилась аппаратная поддержка виртуализации – Гипервизор. Были выпущены VMware vSphere 5(ESXi) и Microsoft Hyper-V. Эти продукты являются полноценными решениями виртуализации серверов, позволяющие получить производительность виртуальных машин практически аналогичную производительности физического сервера на котором они запущены. Эти решения позволяют использовать виртуализацию в масштабах предприятия. Таким образом, можно на ограниченном количестве высокопроизводительных серверов создать довольно мощную среду, состоящую из сотен виртуальных серверов, на которых будут работать корпоративные приложения, ERP системы, сервера баз данных и т.д. В данный момент ни один ЦОД не обходится без систем виртуализации серверов.

Преимущества виртуализации:

• Снижение затрат на оборудование. Благодаря консолидации нескольких виртуальных серверов на одном физическом сервере, виртуализация позволяет значительно сократить расходы на серверное оборудование. На одном физическом сервере могут одновременно функционировать десятки и даже сотни виртуальных серверов.
• Снижение затрат на программное обеспечение. Некоторые производители программного обеспечения ввели отдельные схемы лицензирования специально для виртуальных сред. Так, например, покупая одну лицензию на Microsoft Windows Server 2008 R2 Enterprise, вы получаете право одновременно её использовать на 1 физическом сервере и 4 виртуальных (в пределах одного сервера), а Windows Server 2008 R2 Datacenter лицензируется только на количество процессоров и может использоваться одновременно на неограниченном количестве виртуальных серверов.
• Снижение затрат на обслуживание. Меньшее количество оборудования легче и дешевле обслуживать.
• Снижение затрат на электроэнергию. В среднем 70% времени сервера работают в пустую, потребляя электроэнергию и выделяя большое количества тепла. Виртуализация позволяет более эффективно использовать процессорное время и увеличить утилизацию до 90%.
• Увеличение гибкости инфраструктуры. Виртуализация позволяет программному обеспечению абстрагироваться от физического оборудования. Таким образом, появляется возможность миграции виртуальных машин между различными физическими серверами. Раньше при выходе сервера из строя приходилось переустанавливать ОС, восстанавливать данные из резервных копий, что занимало часы. Сейчас достаточно мигрировать виртуальную машину с одного сервера на другой, без каких-либо переустановок. Также как VmWare, так и Hyper-V предоставляют средства миграции физических машин на виртуальные.
• Повышение уровня отказоустойчивости. Виртуализация предоставляет средства кластеризации целого сервера, независимо от работающего на нём программного обеспечения. Предоставляется возможность кластеризовать некластеризуемые сервисы. В данном случае получается не кластеризация в чистом виде, т.к. фактически происходит перезапуск виртуальной машины. Но в случае выхода из строя физического сервера, виртуальная машина автоматически запустится на другом сервере без вмешательства системного администратора.

Компания ЛанКей является ведущим российским системным интегратором, а также обладает статусом золотого партнёра Microsoft (Microsoft Gold Certified Partner) и VMware VIP Partner. Мы предлагаем решения виртуализации серверов в масштабах предприятия на базе и Microsoft Hyper-V . Компания ЛанКей предлагает услуги по построению центров обработки данных (ЦОД) с применением технологий виртуализации. Мы успешно завершили ряд проектов по внедрению систем виртуализации на базе данных продуктов, с которыми можно ознакомиться в разделе Выполненные проекты .

Сертифицированные специалисты ЛанКей проконсультируют вас по любым вопросам, связанным с технологиями виртуализации, помогут выбрать оптимальное решение для вашей ИТ-инфраструктуры, а также выполнят внедрение и обеспечат поддержку любых решений виртуализации.

Примеры некоторых проектов по виртуализации VMware и Hyper-V, реализованных компанией ЛанКей:

Заказчик	Описание решения
	В рамках плановой модернизации ИТ-инфраструктуры компания ЛанКей произвела развёртывание кластера виртуальных машин на базе гипервизора Microsoft Hyper-V из состава Windows Server 2012 Datacenter. В качестве серверной платформы использовались Blade-серверы и системы хранения данных HP. В качестве системы резервного копирования данных был развёрнут Microsoft System Center Data Protection Manager (DPM) 2012. А в целях автоматизации управления виртуальной средой был развёрнут Microsoft System Center Virtual Machine Manager (SCVMM) 2012. По результатам проекта от заказчика получен отзыв .
	В связи с открытием нового производственного комплекса в Московской области, стояла задача построить серверную инфраструктуру для автоматизиции процессов в складских помещениях. Компания ЛанКей построила кластер виртуальных машин на базе гипервизора VMware vSphere 5, а также серверов и систем хранения данных IBM. По результатам выполненных работ от заказчика получен положительных отзыв .
	Построен отказоустойчивый и масштабируемый кластер виртуальных машин на базе Hyper-V из состава Windows Server 2012 Datacenter. Аппаратная платформа кластера была основана на блэйд-серверах HP c7000 и системах хранения данных NetApp FAS2240.
	В рамках проекта по созданию ИТ-инфраструктуры построен кластер виртуальных машин на базе Windows Server 2012 Hyper-V. Для построения кластера использовались сервера и системы хранения данных IBM. В качестве системы резервного копирования был развёрнут Symantec BackUp Exec 2012 V-Ray Edition. Изначально вся инфраструктура была развёрнута на базе облачных сервисов IaaS компании ЛанКей, после чего все виртуальные машины были смигрированы из облачной инфраструктуры в локальный кластер заказчика.
	ООО «РН-Энерго» - крупнейшая независимая энергосбытовая компания, осуществляющая поставки электроэнергии потребителям по всей территории Российской Федерации. В рамках проекта модернизации ЦОД «РН-Энерго», компания ЛанКей построила отказоустойчивый кластер виртуальных машин на базе VMware vSphere 5.1. Была произведена модернизация существующих блэйд-систем, а также установка новых серверов и систем хранения данных. Существующие серверные мощности и критические бизнес-системы были мигрированы на новый кластер виртуальных машин с соблюдением непрерывности бизнес-процессов. Для реализации задач бизнеса по хранению, резервированию и восстановлению информации была внедрена система резервного копирования данных для виртуальной среды на базе Veeam BackUp, что позволило достигнуть необходимых показателей RTO и RPO.
	В рамках проекта по созданию ИТ-инфраструктуры ОАО "Квадра-Р" выполнено построение отказоустойчивого кластера виртуальных машин на базе VMware vSphere 5.1. Использовались сервера и системы хранения данных производства HP. Для обеспечения задач по резервному копированию было выполнено внедрение системы резервного копирования на базе Veeam BackUp & Replication, являющегося одним из лидеров рынка. Резервирование электропитания было реализовано на базе ИБП производства APC. Все сопутствующие сервисы были развёрнуты на базе построенного кластера виртуальных машин.
	В связи с совершением сделки по покупке 100% акций компании ОАО «СИБУР-Минудобрения» (впоследствии переименован в ОАО "СДС-Азот") Холдинговой компаний "Сибирский деловой союз" в декабре 2011 года, возникла необходимость в отделении ИТ-инфраструктуры ОАО «СДС-Азот» от сети Холдинга СИБУР.