Введение
Виртуализация - это технология, которая позволяет разделить физические ресурсы системы на изолированные области - логические разделы, предназначенные для установки операционных систем. Виртуальный раздел или "контейнер" с установленной операционной системой, является виртуальной средой, которая предоставляет ресурсы путем эмуляции физических устройств. На одну виртуальную машину можно установить несколько операционных систем, характеристики которых можно динамически изменять, и которые помогают оптимизировать использование ресурсов физического компьютера.
Преимущества виртуализации
Имеющиеся на рынке решения для виртуализации обеспечивают совместную бесперебойную работу нескольких разделов на одном хосте и характеризуются высокой производительностью. В период постоянно растущих требований со стороны бизнеса виртуализация помогает уменьшить нагрузку на управление компьютерными ресурсами путем виртуализации рабочих станций пользователей и их консолидации на централизованных серверах. Данный подход помогает снизить затраты на оборудование рабочих мест и гарантирует высокую безопасность данных, которая достигается за счет возможности восстановления операционных систем в том состоянии, в котором они находились в момент прерывания работы.
Рассмотрим основные преимущества виртуализации:
- снижение затрат на вычислительные ресурсы, благодаря снижению нагрузки на физический компьютер;
- возможность развернуть несколько операционных систем на одном физическом компьютере;
- возможность добиться корректной работы приложений для маломощных компьютеров;
- быстрая настройка виртуального рабочего стола;
- централизация и возможность быстрого получения информации в случае обновления и, как результат, снижение затрат на поддержку и администрирование систем;
- резервное копирование операционных систем, восстановление операционных систем на тех этапах работы, на которых прервалось реализация процесса;
- оптимизация процесса технической поддержки.
Виртуальная машина позволяет разделить один сервер на несколько виртуальных сущностей, для которых можно перераспределять ресурсы. Таким способом можно управлять множеством виртуальных сред, каждая из которых имеет собственные функциональные характеристики. С помощью виртуальной среды можно управлять сразу несколькими серверами, объединив их путем переноса на один компьютер. Несомненно, такая консолидация и легкость в управлении играют немаловажную роль в растущей популярности виртуальных машин, которые стали выгодным решением для провайдеров, позволяя повысить эффективность хостинга.
Каждая виртуальная среда является отдельной сущностью со своими характеристиками:
- имеет собственные файлы и системные библиотеки;
- имеет собственные IP адреса и номера портов;
- может быть перезагружена независимо от других виртуальных сред;
- предоставляет собственную конфигурацию для прикладного ПО;
В виртуальных машинах присутствует возможность восстановить текущее состояние с параметрами сохраненного "среза". Срезом (snapshot) называют снимок состояния виртуальной машины, включая все её настройки, содержимое дисков и памяти. К тому же к виртуальной машине можно подключить все устройства, которые подключаются к обычному компьютеру, включая принтер, любые внешние накопители, модем, USB-устройства. Для некоторых виртуальных машин может потребоваться специальный драйвер, который необходимо будет установить на гостевую ОС.
Виртуальное сетевое устройство в виртуальной машине позволяет назначать IP адреса для виртуальных сред, а так же задавать наборы правил маршрутизации. Виртуализация предоставляет возможности для надежного хранения данных и одновременного предоставления к ним доступа в LAN и WAN сетях. Централизация данных на серверах значительно облегчает управление, установку и обслуживание рабочих машин, а также ограничивает доступ к конфиденциальной информации.
Для более глубокого понимания принципа работы виртуальных машин следует рассмотреть два подхода к виртуализации, которые используются в современных виртуальных машинах - полную виртуализацию и пара-виртуализацию. Пара-виртуализация подразумевает внесение изменений в ядро гостевой системы и используется в таких open source проектах, как Linux-VServer, Xen, UML, Bochs.
KVM
KVM - технология полной виртуализации, которая изначально интегрирована в ядро Linux, но поддерживает и другие гостевые системы. Данная технология, продукт компании RedHat, позволяет создавать производительные виртуальные машины. KVM основана на технологии аппаратной виртуализации, то есть эмулирует слой аппаратного обеспечения и для бесперебойной работы требует процессоры Intel-VT и AMD-V. Управлять KVM можно через командную строку или через графический интерфейс с помощью таких программ как Witsbits, Eucalyptus, RHEV, Virtual Machine Manager и т.д. В зависимости от процессора Intel-VT или AMD-V, KVM загружает модули kvm-amd.ko или kvm-intel.ko, вместе с компонентами для пользователя (Qemu). Qemu используется для запуска и управления виртуальной машиной, эмуляции устройств и отвечает за работу устройств ввода-вывода. Технология KVM демонстрирует высокую производительность при одновременной работе сразу нескольких операционных систем.
OpenVZ
Программа виртуализации OpenVZ позволяет создать несколько виртуальных сред на одном сервере, чтобы добиться снижения нагрузки на жесткий диск и повысить эффективность управления системой. OpenVZ использует модифицированное ядро Linux, и каждая установленная виртуальная среда (т.е. контейнер), функционирует как автономный сервер. Каждая такая система имеет собственный корневой каталог, IP-адрес, системные библиотеки и конфигурационные файлы. Все контейнеры работают под одним ядром хост-системы. В этом случае все установленные гостевые системы считаются независимыми системами, которые управляют тем же ядром операционной системы, что и хост-система. Такая технология, основанная на общем ядре, позволяет управлять виртуальными серверами с минимальными расходами. Поэтому виртуальные серверы OpenVZ характеризуются высокой эффективностью. В OpenVZ выполняется оптимальное распределение ресурсов процессора и памяти между всеми виртуальными серверами, и каждый сервер использует только необходимый объем ресурсов, а остальная память остается свободной. Но если выделенные ресурсы окажутся полностью занятыми, то можно будет наблюдать некорректную работу виртуальной операционной системы. Ядро OpenVZ обеспечивает виртуализацию, возможности сохранения текущего состояния и управления ресурсами. Эта технология демонстрирует высокую производительность наряду с простым и удобным управлением ресурсами.
Xen
Xen - это гипервизор, основанный на технологии пара-виртуализации. Недостатком пара-виртуализации является необходимость изменения гостевой операционной системы, для чего гостевые операционные системы должны иметь открытый исходный код с возможностью внесения изменений согласно лицензии. Пара-виртуализация координирует доступ операционных систем и программ к аппаратным ресурсам и значительно экономит ресурсы системы по сравнению с полной виртуализацией, и как результат повышается производительность систем. Xen поддерживает большинство драйверов для устройств Linux и позволяет переносить работающей гипервизор на другой хост с целью балансировки нагрузки. Гипервизор Xen напрямую управляет гостевыми системами, каждая из которых выполнятся в безопасной виртуальной машине, называемой доменом. Каждая установленная гостевая операционная система управляет собственными программами и приложениями, планирует выполнение каждого приложения в течение временного интервала, выделенного Xen.
Версии Xen включаются в дистрибутивы различных Linux-систем, что позволяет пользователям сразу использовать виртуальные машины для инкапсуляции программного обеспечения в гостевых операционных системах с целью тестирования и проверки уязвимостей.
Несомненным преимуществом Xen является то, что при совместном использовании процессора каждый контейнер имеет свое ядро, файловою систему, IP адреса, то есть каждый контейнер получает свое персональное ядро операционной системы.
VirtualBox
VirtualBox - это одно из решений для виртуализации, позволяющее создавать виртуальные машины, на которые можно устанавливать любую операционную систему. В качестве гостевой системы можно использовать Windows, Linux, Solaris и др. VirtualBox характеризуется высоким уровнем производительности и понятным интерфейсом на нескольких языках.
Виртуальную машину VirtualBox можно интегрировать в локальную сеть, с правом доступа ко всем ресурсам, а также организовать доступ к её ресурсам для других компьютеров в локальной сети. При этом виртуальная машина должна иметь IP-адрес из диапазона существующей локальной сети.
По умолчанию VirtualBox проста и интуитивна в настройках, но в коммерческих пакетах добавляется много дополнительных функций. На рисунке 1 изображено главное окно VirtualBox, откуда можно настраивать/запускать операционные системы, а при выборе контейнера с гостевой системой, можно просмотреть его параметры, такие как системные параметры, выделенная память, сетевые и аудио настройки.
Рисунок 1. Главное окно VirtualBox.
На вкладке Storage можно настроить параметры использования внешних носителей и CD/DVD-дисков, как показано на рисунке 2.
Рисунок 2. Настройка параметров внешних носителей.
На вкладке System настраиваются параметры аппаратного обеспечения: тип материнской платы и процессора, указывается порядок загрузки носителей, количество процессоров.
Для выхода в Интернет потребуется настроить сетевой адаптер, выбрав одну из пяти моделей для подключения сети, которые показаны на рисунке 3.
Рисунок 3. Настройка сети в VirtualBox
VMware
Компания VMware выпустила новую версию продукта VMware Workstation 10. Новая версия содержит усовершенствованный пакет утилит, который повышает производительность гостевых операционных систем.
Каждый контейнер с установленной операционной системой на VMware Workstation, представляет собой независимый компьютер со своими аппаратными ресурсами, часть из которых эмулируется программно. Все настройки и параметры виртуального компьютера сохраняются в файл VMX, который при необходимости можно перенести на другой физический сервер с целью дальнейшего использования виртуальной машины.
Несомненным преимуществом данной виртуальной машины является возможность увеличения размера диска уже после установки и обширный перечень операционных систем, которые могут быть установлены на данную машину. Файл install.chm дает полную информацию обо всех операционных системах, которые могут быть установлены на VMware. Администрирование осуществляется через Web-интерфейс, поэтому управлять виртуальными машинами можно как локально, так и удалённо.
VMware vSphere
С помощью этого продукта из линейки компании VMware можно объединить виртуальные системы и построить развитую сетевую инфраструктуру из виртуальных и физических систем, обеспечив устойчивость и управляемость всего решения. vSphere помогает сэкономить дисковое пространство и задействует только необходимые ресурсы, а удобный интерфейс позволяет централизованно настраивать узлы. Внедряя технологии сетевой работы и "облачных" вычислений, vSphere позволяет добиться эффективного развития ИТ-инфраструктуры, обеспечивая разделение физических и логических компонентов, обособленность приложений и операционных систем.
Сегодня VMware vSphere является одним из самых интересных решений для виртуализации серверов. Гипервизоры ESX или ESXi, как часть VMware vSphere, обладают очень интересными возможностями, так как способны балансировать нагрузку как для систем, развёрнутых на одном сервере, так и между несколькими серверами. Благодаря общей системе хранения данных VMware vSphere позволяет перемещать виртуальную машину на другой физический сервер. Технология Enhanced vMotion позволяет перемещать машины между системами хранения данных. Компоненты vSphere выполняют автоматический перезапуск виртуальной машины при выходе из строя физического сервера. VMware vSphere имеет ряд привлекательных возможностей, например, быстрое развертывание новых сервисов, упрощенное резервное копирование и легкое управление инфраструктурой. vSphere Storage Appliance позволяет объединить дисковые подсистемы нескольких серверов в один отказоустойчивый ресурс. Все эти характеристики повышают доступность и безопасность приложений, установленных в виртуальной среде. В большинстве решений на базе vSphere используется SAN или NAS для подключения внешних устройств хранения данных, таким образом, что каждая операционная система распознает все подключенные хранилища данных как локальные. Чтобы удовлетворять растущим потребностям бизнеса в ИТ-инфраструктуре VMware vSphere предлагает следующие возможности:
- обеспечение высокоскоростными вычислительными сервисами с любого устройства;
- мониторинг и управление всеми важными аспектами инфраструктуры с любого компьютера в сети;
- обеспечение безопасности компонентов инфраструктуры и данных;
- масштабирование предоставляемых ресурсов, путем выделения дополнительных серверов и пропускной способности сети;
- управление системой с большим количеством вычислительных запросов;
- централизованное управление приложениями.
Заключение
В данной статье мы рассмотрели наиболее популярные решения для виртуализации, присутствующие в данный момент на рынке. Эти решения основаны на разных подходах, поэтому обладают различными преимуществами, но их общая цель совпадает и сводится к созданию ИТ-инфраструктуры, способной за счёт инкапсуляции ресурсов облегчить вычислительные процессы, обеспечить безопасность данных и снизить нагрузку на физические ресурсы.