Технології віртуалізації

1. Вступ

• Віртуалізація - процес представлення набору обчислювальних ресурсів  або їх логічного об'єднання, який дає які-небудь переваги перед оригінальною конфігурацією.

• Віртуальна машина - програмне або апаратне середовище, яке приховує справжню реалізацію якого-небудь процесу або об'єкту від його видимого представлення.

• Повна віртуалізація – віртуалізація, при якій використовуються не модифіковані екземпляри гостьових операційних систем, а для підтримки роботи цих ОС служить загальний шар емуляції їх виконання поверх хостовой ОС, в ролі якої виступає звичайна операційна система.

• Паравиртуализация - віртуалізація при якій робиться модифікація ядра гостьової ОС таким чином, що в неї включається новий набір API, через який вона може безпосередньо працювати з апаратурою, не конфліктуючи з іншими віртуальними машинами.

2. Віртуалізація

Віртуалізація ресурсів фізичного сервера дозволяє гнучко розподіляти їх між додатками, кожне з яких при цьому " бачить" тільки призначені йому ресурси і " вважає", що йому виділений окремий сервер, тобто в даному випадку реалізується підхід "один сервер - декілька застосувань", але без зниження продуктивності, доступності і безпеки серверних застосувань. Крім того, рішення віртуалізації дають можливість запускати в розділах різні ОС за допомогою емуляції їх системних викликів до апаратних ресурсів сервера.

Переваги віртуалізації

• Ефективне використання обчислювальних ресурсів. Замість 3х, а то 10 серверів, завантажених на 5-20% можна використати один, використовуваний на 50-70%. Окрім іншого, це ще і економія  електроенергії, а також значне скорочення фінансових вкладень : отримується один високотехнологічний сервер, що виконує функції 5-10 серверів. За допомогою віртуалізації можна досягти значно ефективнішого використання ресурсів, оскільки вона забезпечує об'єднання стандартних ресурсів інфраструктури в єдиний пул і долає обмеження застарілої моделі "один додаток на сервер".

• Скорочення витрат на інфраструктуру. Віртуалізація дозволяє скоротити кількість серверів і пов'язаного з ними ІТ-устаткування в інформаційному центрі. В результаті цього потреби в обслуговуванні, електроживленні і охолодженні матеріальних ресурсів скорочуються, і на ІТ витрачається значно менше засобів.

• Зниження витрат на програмне забезпечення. Деякі виробники програмного забезпечення ввели окремі схеми ліцензування спеціально для віртуальних середовищ. Підвищення гнучкості і швидкості реагування системи. Віртуалізація пропонує новий метод управління ІТ-інфраструктурою і допомагає ІТ- администраторам витрачати менше часу на виконання завдань, що повторюються, - наприклад, на ініціацію, налаштування, відстежування і технічне обслуговування.

• Несумісні додадки можуть працювати на одному комп'ютері. При використанні віртуалізації на одному сервері можлива установка linux і windows серверів, шлюзів, баз цих і інших абсолютно несумісних у рамках однієї не віртуалізованої системи застосувань.

• Підвищення доступності додатків і забезпечення безперервності роботи підприємства. Завдяки надійній системі резервного копіювання і міграції віртуальних середовищ цілком без перерв в обслуговуванні ви зможете скоротити періоди планового простою і забезпечити швидке відновлення системи в критичних ситуаціях.

• • Можливості легкої архівації. Оскільки жорсткий диск віртуальної машини зазвичай представляється у вигляді файлу певного формату, розташований на якому-небудь фізичному носії, віртуалізація дає можливість простого копіювання цього файлу на резервний носій як засіб архівації і резервного копіювання усієї віртуальної машини цілком

  • 
    

  • Підвищення керованості інфраструктури. Використання  централізованого управління віртуальною інфраструктурою дозволяє скоротити час на адміністрування серверів, забезпечує балансування навантаження і " живу" міграцію віртуальних машин.

  
  

3. Віртуальна машина

• Віртуальною машиною називатимемо програмне або апаратне  середовище, яке приховує справжню реалізацію якого-небудь процесу або об'єкту від його видимого представлення.

• Віртуальна машина - це повністю ізольований програмний контейнер, який працює з власною ОС і додатками, подібно до фізичного комп'ютера. Віртуальна машина діє так само, як фізичний комп'ютер і містить власні віртуальні (тобто програмні) ОЗУ, жорсткий диск і мережевий адаптер.

4. Віртуалізація

Віртуалізація ресурсів фізичного сервера дозволяє гнучко розподіляти їх між додатками, кожне з яких при цьому " бачить" тільки призначені йому ресурси і " вважає", що йому виділений окремий сервер, тобто в даному випадку реалізується підхід "один сервер - декілька застосувань", але без зниження продуктивності, доступності і безпеки серверних застосувань. Крім того, рішення віртуалізації дають можливість запускати в розділах різні ОС за допомогою емуляції їх системних викликів до апаратних ресурсів сервера.

Переваги віртуалізації

• Ефективне використання обчислювальних ресурсів. Замість 3х, а то 10 серверів, завантажених на 5-20% можна використати один, використовуваний на 50-70%. Окрім іншого, це ще і економія  електроенергії, а також значне скорочення фінансових вкладень : отримується один високотехнологічний сервер, що виконує функції 5-10 серверів. За допомогою віртуалізації можна досягти значно ефективнішого використання ресурсів, оскільки вона забезпечує об'єднання стандартних ресурсів інфраструктури в єдиний пул і долає обмеження застарілої моделі "один додаток на сервер".

• Скорочення витрат на інфраструктуру. Віртуалізація дозволяє скоротити кількість серверів і пов'язаного з ними ІТ-устаткування в інформаційному центрі. В результаті цього потреби в обслуговуванні, електроживленні і охолодженні матеріальних ресурсів скорочуються, і на ІТ витрачається значно менше засобів.

• Зниження витрат на програмне забезпечення. Деякі виробники програмного забезпечення ввели окремі схеми ліцензування спеціально для віртуальних середовищ. Підвищення гнучкості і швидкості реагування системи. Віртуалізація пропонує новий метод управління ІТ-інфраструктурою і допомагає ІТ- администраторам витрачати менше часу на виконання завдань, що повторюються, - наприклад, на ініціацію, налаштування, відстежування і технічне обслуговування.

• Несумісні додадки можуть працювати на одному комп'ютері. При використанні віртуалізації на одному сервері можлива установка linux і windows серверів, шлюзів, баз цих і інших абсолютно несумісних у рамках однієї не віртуалізованої системи застосувань.

• Підвищення доступності додатків і забезпечення безперервності роботи підприємства. Завдяки надійній системі резервного копіювання і міграції віртуальних середовищ цілком без перерв в обслуговуванні ви зможете скоротити періоди планового простою і забезпечити швидке відновлення системи в критичних ситуаціях.

• • Можливості легкої архівації. Оскільки жорсткий диск віртуальної машини зазвичай представляється у вигляді файлу певного формату, розташований на якому-небудь фізичному носії, віртуалізація дає можливість простого копіювання цього файлу на резервний носій як засіб архівації і резервного копіювання усієї віртуальної машини цілком

  • 
    

  • Підвищення керованості інфраструктури. Використання  централізованого управління віртуальною інфраструктурою дозволяє скоротити час на адміністрування серверів, забезпечує балансування навантаження і " живу" міграцію віртуальних машин.

  
  

5. Основні різновиди віртуалізації

• віртуалізація серверів (повна віртуалізація і паравиртуалізація)

• віртуалізація на рівні операційних систем

• віртуалізація додатків

• віртуалізація представлень

5.1. Віртуалізація серверів

• підтримка неоднорідних операційних середовищ (у тому числі, для роботи успадкованих застосувань). Цей випадок найчастіше зустрічається у рамках корпоративних інформаційних систем. Але реалізація цього режиму виконувалася за допомогою двох принципово різних підходів: повній віртуалізації і паравиртуалізації.

• підтримка однорідних обчислювальних середовищ має на увазі ізоляцію служб у рамках одного екземпляра ядра операційної системи (віртуалізація на рівні ОС), що найхарактерніше для хостингу додатків провайдерами послуг.

5.2. Повна віртуалізація

• Повна віртуалізація (Full, Native Virtualization). Використовуються немодифіковані екземпляри гостьових операційних систем, а для підтримки роботи цих ОС служить загальний шар емуляції їх виконання поверх хостовой ОС, в ролі якої виступає звичайна операційна система.

• Недоліки - високі додаткові накладні витрати на використовувані апаратні ресурси, відсутність обліку особливостей гостьових ОС, менша, ніж треба, гнучкість у використанні апаратних засобів.

5.3. Паравіртуалізація

• Паравіртуалізація (paravirtualization). Модифікація ядра гостьової ОС виконується таким чином, що в неї включається новий набір API, через який вона може безпосередньо працювати з апаратурою, не конфліктуючи з іншими віртуальними машинами. При цьому немає необхідності задіяти повноцінну ОС в якості хостового ПЗ, функції якого в даному випадку виконує спеціальна система, що дістала назву гіпервізора (hypervisor).

5.4. Віртуалізація на рівні ядра ОС

• Віртуалізація на рівні ядра ОС (operating system - level virtualization). Цей варіант має на увазі використання одного ядра хостовой ОС для створення незалежних паралельно працюючих операційних середовищ. Для гостьового ПО створюється тільки власне мережеве і апаратне оточення. Такий варіант використовується в Virtuozzo (для Linux і Windows), OpenVZ (безкоштовний варіант Virtuozzo) і Solaris Containers.

• Переваги -висока ефективність використання апаратних ресурсів, низькі накладні технічні витрати, відмінна керованість, мінімізація витрат на придбання ліцензій. Недоліки – реалізація тільки однорідних обчислювальних середовищ.

5.5. Віртуалізація додатків

Віртуалізація додатків має на увазі застосування моделі сильної ізоляції застосовних програм з керованою взаємодією з ОС, при якій віртуалізується кожен екземпляр додатків, усі його основні компоненти : файли (включаючи системні), реєстр, шрифти, INI- файли, COM- об'єкти, служби. Додаток виконується без процедури інсталяції в традиційному її розумінні і може запускатися прямо із зовнішніх носіїв (наприклад, з флэш-карт або з мережевих тек).

Віртуалізація представлень (робочих місць) Віртуалізація представлень має на увазі емуляцію інтерфейсу користувача. Тобто користувач бачить додаток і працює з ним на своєму терміналі, хоча насправді додаток виконується на видаленому сервері, а користувачеві передається лише картинка видаленого застосування. Залежно від режиму роботи користувач може бачити видалений робочий стіл і запущене на нім застосування, або тільки саме вікно додатка.

• База інфраструктури віртуальних ПК - Virtual Desktop Infrastructure (VDI). VDI дозволяє відокремити призначене для користувача ПЗ від апаратної частини - персонального комп'ютера, - і здійснювати доступ до клієнтських застосувань через термінальні пристрої.

• VDI - комбінація з'єднань з видаленим робочим столом і віртуалізації. На обслуговуючих серверах працює безліч віртуальних машин, з такими клієнтськими операційними системами, як Windows 7, Windows Vista і Windows XP або Linux-операційними системами. Користувачі дистанційно підключаються до віртуальної машини свого настільного середовища.