Виртуализация: новый подход к построению IT-инфраструктуры. Что такое виртуализация и виртуальные машины Виртуализации ресурсов

Информационные технологии принесли в жизнь современного общества множество полезных и интересных вещей. Каждый день изобретательные и талантливые люди придумывают все новые и новые применения компьютерам как эффективным инструментам производства, развлечения и сотрудничества. Множество различных программных и аппаратных средств, технологий и сервисов позволяют нам ежедневно повышать удобство и скорость работы с информацией. Все сложнее и сложнее выделить из обрушивающегося на нас потока технологий действительно полезные и научиться применять их с максимальной пользой. В этой статье пойдет речь о еще одной невероятно перспективной и по-настоящему эффективной технологии, стремительно врывающейся в мир компьютеров - технологии виртуализации.

В широком смысле, понятие виртуализации представляет собой сокрытие настоящей реализации какого-либо процесса или объекта от истинного его представления для того, кто им пользуется. Продуктом виртуализации является нечто удобное для использования, на самом деле, имеющее более сложную или совсем иную структуру, отличную от той, которая воспринимается при работе с объектом. Иными словами, происходит отделение представления от реализации чего-либо. 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. В то время виртуализация была, скорее, интересной технической находкой, чем перспективной технологией. Разработки в сфере виртуализации в шестидесятых-семидесятых годах проводились только компанией IBM. С появлением в компьютере IBM M44/44X экспериментальной системы пэйджинга, впервые был употреблен термин «виртуальная машина» (virtual machine), который заменил более ранний термин «псевдо машина» (pseudo machine). Затем в мэйнфреймах IBM серии System 360/370, можно было использовать виртуальные машины для сохранения предыдущих версий операционных систем. До конца девяностых годов никто кроме IBM так и не решался использовать эту оригинальную технологию всерьез. Однако в девяностых годах стали очевидны перспективы подхода виртуализации: с ростом аппаратных мощностей, как персональных компьютеров, так и серверных решений, вскоре представится возможность использовать несколько виртуальных машин на одной физической платформе.

В 1997 году компания Connectix выпускает первую версию Virtual PC для платформы Macintosh, а в 1998 году VMware патентует свои техники виртуализации. Компания Connectix впоследствии была куплена корпорацией Microsoft, а VMware корпорацией EMC, и на данный момент обе эти компании являются двумя основными потенциальными конкурентами на рынке технологий виртуализации в будущем. Потенциальными - потому что сейчас VMware безоговорочный лидер на этом рынке, однако у Microsoft, как всегда, есть козырь в рукаве.

Со времени своего появления термины «виртуализация» и «виртуальная машина» приобрели множество различных значений и употреблялись в разных контекстах. Давайте попробуем разобраться с тем, что такое виртуализация на самом деле.

Понятие виртуализации условно можно разделить на две фундаментально различающиеся категории:

• виртуализация платформ
  Продуктом этого вида виртуализации являются виртуальные машины - некие 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.

Виртуализация платформ

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. Есть несколько видов виртуализации платформ, в каждом из которых осуществляется свой подход к понятию «виртуализация». Виды виртуализации платформ зависят от того, насколько полно осуществляется симуляция аппаратного обеспечения. До сих пор нет единого соглашения о терминах в сфере виртуализации, поэтому некоторые из приведенных далее видов виртуализации могут отличаться от тех, что предоставят другие источники.

Виды виртуализации платформ:

1. 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. Например, можно запускать виртуальные машины с гостевыми системами для x86-процессоров на платформах с другой архитектурой (например, на RISC-серверах компании Sun). Долгое время такой вид виртуализации использовался, чтобы разрабатывать программное обеспечение для новых процессоров еще до того, как они были физически доступными. Такие эмуляторы также применяют для низкоуровневой отладки операционных систем. 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 неудобной, поэтому, кроме как для разработки системного программного обеспечения, а также образовательных целей, такой подход мало где используется.

   Примеры продуктов для создания эмуляторов: Bochs, PearPC, QEMU (без ускорения), Hercules Emulator.

2. Частичная эмуляция (нативная виртуализация) .

   В этом случае виртуальная машина виртуализует 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. Кроме того, 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. Применение гипервизора, являющегося связующим звеном между гостевыми системами и аппаратурой, существенно увеличивает быстродействие платформы, приближая его к быстродействию физической платформы.

   К минусам данного вида виртуализации можно отнести зависимость виртуальных машин от архитектуры аппаратной платформы.

   Примеры продуктов для нативной виртуализации: VMware Workstation, VMware Server, VMware ESX Server, Virtual Iron, Virtual PC, VirtualBox, Parallels Desktop и другие.

3. Частичная виртуализация , а также «виртуализация адресного пространства» («address space virtualization»).

   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. В данный момент многие из известных операционных систем используют такой подход. Примером может послужить использование UML (User-mode Linux), в котором «гостевое» ядро запускается в пользовательском пространстве базового ядра (в его контексте).

4. 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. Такой подход требует модификации кода гостевой системы, что, с точки зрения сообщества, Open Source не так и критично. Системы для паравиртуализации также имеют свой гипервизор, а API-вызовы к гостевой системе, называются «hypercalls» (гипервызовы). Многие сомневаются в перспективах этого подхода виртуализации, поскольку в данный момент все решения производителей аппаратного обеспечения в отношении виртуализации направлены на системы с нативной виртуализацией, а поддержку паравиртуализации приходится искать у производителей операционных систем, которые слабо верят в возможности предлагаемого им средства. В настоящее время провайдерами паравиртуализации являются компании XenSource и Virtual Iron, утверждающие, что быстродействие паравиртуализации выше.

5. 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.

   Примеры виртуализации уровня ОС: Linux-VServer, Virtuozzo, OpenVZ, Solaris Containers и FreeBSD Jails.

6. 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).

   Примером такого подхода служат: Thinstall, Altiris, Trigence, Softricity.

Виртуализация ресурсов

При описании виртуализации платформ мы рассматривали понятие виртуализации в узком смысле, преимущественно применяя его к процессу создания виртуальных машин. Однако если рассматривать виртуализацию в широком смысле, можно прийти к понятию виртуализации ресурсов, обобщающим в себе подходы к созданию виртуальных систем. Виртуализация ресурсов позволяет концентрировать, абстрагировать и упрощать управление группами ресурсов, таких как сети, хранилища данных и пространства имен.

Виды виртуализации ресурсов:

1. Объединение, агрегация и концентрация компонентов .

   Под таким видом виртуализации ресурсов понимается организация нескольких физических или логических объектов в пулы ресурсов (группы), представляющих удобные интерфейсы пользователю. Примеры такого вида виртуализации:

   • многопроцессорные системы, представляющиеся нам как одна мощная система,
   • RAID-массивы и средства управления томами, комбинирующие несколько физических дисков в один логический,
   • виртуализация систем хранения, используемая при построении сетей хранения данных SAN (Storage Area Network),
   • виртуальные частные сети (VPN) и трансляция сетевых адресов (NAT), позволяющие создавать виртуальные пространства сетевых адресов и имен.
2. Кластеризация компьютеров и распределенные вычисления (grid computing) .

   Этот вид виртуализации включает в себя техники, применяемые при объединении множества отдельных компьютеров в глобальные системы (метакомпьютеры), совместно решающие общую задачу.

3. Разделение ресурсов (partitioning) .

   При разделении ресурсов в процессе виртуализации происходит разделение какого-либо одного большого ресурса на несколько однотипных объектов, удобных для использования. В сетях хранения данных это называется зонированием ресурсов («zoning»).

4. Инкапсуляция .

   Многим это слово известно как сокрытие объектом внутри себя своей реализации. Применительно к виртуализации, можно сказать, что это процесс создания системы, предоставляющей пользователю удобный интерфейс для работы с ней и скрывающей подробности сложности своей реализации. Например, использование центральным процессором кэша для ускорения вычислений не отражается на его внешних интерфейсах.

Виртуализация ресурсов, в отличие от виртуализации платформ, имеет более широкий и расплывчатый смысл и представляет собой массу различных подходов, направленных на повышение удобства обращения пользователей с системами в целом. Поэтому, далее мы будем опираться в основном на понятие виртуализации платформ, поскольку технологии, связанные именно с этим понятием, являются в данный момент наиболее динамично развивающимися и эффективными.

Где применяется виртуализация

Виртуализация операционных систем за последние три-четыре года очень хорошо продвинулась вперед, как в технологическом, так и в маркетинговом смысле. С одной стороны, пользоваться продуктами виртуализации стало намного проще, они стали более надежными и функциональными, а с другой - нашлось немало новых интересных применений виртуальным машинам. Сферу применения виртуализации можно определить, как «место, где есть компьютеры», однако на данный момент можно обозначить следующие варианты использования продуктов виртуализации:

1. Консолидация серверов .

   В данный момент приложения, работающие на серверах в IT-инфраструктуре компаний, создают небольшую нагрузку на аппаратные ресурсы серверов (в среднем 5-15 процентов). Виртуализация позволяет мигрировать с этих физических серверов на виртуальные и разместить их все на одном физическом сервере, увеличив его загрузку до 60-80 процентов и, повысив тем самым коэффициент использования аппаратуры, что позволяет существенно сэкономить на аппаратуре, обслуживании и электроэнергии.

2. Разработка и тестирование приложений .

   Множество продуктов виртуализации позволяют запускать несколько различных операционных систем одновременно, позволяя тем самым разработчикам и тестерам программного обеспечения тестировать их приложения на различных платформах и конфигурациях. Также удобные средства по созданию «снимков» текущего состояния системы одним кликом мыши и такого же простого восстановления из этого состояния, позволяют создавать тестовые окружения для различных конфигураций, что существенно повышает скорость и качество разработки.

3. Использование в бизнесе .

   Этот вариант использования виртуальных машин является наиболее обширным и творческим. К нему относится все, что может понадобиться при повседневном обращении с IT-ресурсами в бизнесе. Например, на основе виртуальных машин можно легко создавать резервные копии рабочих станций и серверов (просто скопировав папку), строить системы, обеспечивающие минимальное время восстановления после сбоев и т. п. К данной группе вариантов использования относятся все те бизнес-решения, которые используют основные преимущества виртуальных машин.

4. Использование виртуальных рабочих станций .

   С приходом эры виртуальных машин будет бессмысленно делать себе рабочую станцию с ее привязкой к аппаратуре. Теперь создав однажды виртуальную машину со своей рабочей или домашней средой, можно будет использовать её на любом другом компьютере. Также можно использовать готовые шаблоны виртуальных машин (Virtual Appliances), которые решают определенную задачу (например, сервер приложений). Концепция такого использования виртуальных рабочих станций может быть реализована на основе хост-серверов для запуска на них перемещаемых десктопов пользователей (нечто подобное мэйнфреймам). В дальнейшем эти десктопы пользователь может забрать с собой, не синхронизируя данные с ноутбуком. Этот вариант использования также предоставляет возможность создания защищенных пользовательских рабочих станций, которые могут быть использованы, например, для демонстрации возможностей программы заказчику. Можно ограничить время использования виртуальной машины - и по прошествии этого времени виртуальная машина перестанет запускаться. В этом варианте использования заложены большие возможности.

Все перечисленные варианты использования виртуальных машин фактически являются лишь сферами их применения в данный момент, со временем, несомненно, появятся новые способы заставить виртуальные машины работать в различных отраслях IT. Но давайте посмотрим, как сейчас обстоят дела с виртуализацией.

Как работает виртуализация сегодня

На сегодняшний день проекты по виртуализации IT-инфраструктуры активно внедряются многими ведущими компаниями, занимающимися системной интеграцией и являющимися авторизованными партнерами провайдеров систем виртуализации. В процессе виртуализации IT-инфраструктуры создается виртуальная инфраструктура – комплекс систем на основе виртуальных машин, обеспечивающих функционирование всей IT-инфраструктуры, обладающий многими новыми возможностями при сохранении существующей схемы деятельности IT-ресурсов. Вендоры различных платформ виртуализации готовы предоставить информацию об успешных проектах по внедрению виртуальной инфраструктуры в крупных банках, промышленных компаниях, больницах, образовательных учреждениях. Множество достоинств виртуализации операционных систем позволяют компаниям экономить на обслуживании, персонале, аппаратном обеспечении, обеспечении бесперебойной работы, репликации данных и восстановлении после сбоев. Также рынок виртуализации начинает наполняться мощными средствами управления, миграции и поддержки виртуальных инфраструктур, позволяющими использовать преимущества виртуализации наиболее полно. Давайте посмотрим, как именно виртуализация позволяет компаниям, внедряющим у себя виртуальную инфраструктуру, экономить деньги.

10 причин использовать виртуальные машины

1. Экономия на аппаратном обеспечении при консолидации серверов .

   Существенная экономия на приобретении аппаратного обеспечения происходит при размещении нескольких виртуальных продакшен-серверов на одном физическом сервере. В зависимости, от вендора платформы виртуализации, доступны возможности по балансировке рабочей нагрузки, контролю выделяемых ресурсов, миграции между физическими хостами и бэкапу. Все это влечет за собой реальную экономию денежных средств на обслуживании, управлении и администрировании инфраструктуры серверов.

2. Возможность поддержания старых операционных систем в целях обеспечения совместимости .

   При выходе новой версии операционной системы, старую версию можно поддерживать на виртуальной машине, пока не будет полностью обкатана новая ОС. И наоборот, можно «поднять» новую ОС на виртуальной машине и опробовать ее без ущерба для основной системы.

3. Возможность изолировать потенциально опасные окружения .

   Если какое-то приложение или компонент вызывает сомнения в его надежности и защищенности, можно использовать его на виртуальной машине без опасности повредить жизненно важные компоненты системы. Такую изолированную среду называют также «песочницей» (sandbox). Помимо этого, можно создавать виртуальные машины, ограниченные политиками безопасности (например, машина перестанет запускаться через две недели).

4. Возможность создания требуемых аппаратных конфигураций .

   Иногда требуется использовать заданную аппаратную конфигурацию (процессорное время, количество выделяемой оперативной и дисковой памяти) при проверке работоспособности приложений в определенных условиях. Довольно сложно без виртуальной машины «загнать» физическую машину в такие условия. В виртуальных машинах - это пара кликов мыши.

5. Виртуальные машины могут создавать представления устройств, которых у вас нет .

   Например, многие системы виртуализации позволяют создавать виртуальные SCSI диски, виртуальные многоядерные процессоры и т. п. Это может пригодиться для создания различного рода симуляций.

6. На одном хосте может быть запущено одновременно несколько виртуальных машин, объединенных в виртуальную сеть .

   Такая особенность предоставляет безграничные возможности по созданию моделей виртуальной сети между несколькими системами на одном физическом компьютере. Особенно это необходимо, когда требуется смоделировать некую распределенную систему, состоящую из нескольких машин. Также можно создать несколько изолированных пользовательских окружений (для работы, развлечений, работы в Интернет), запустить их и переключаться между ними по мере необходимости выполнения тех или иных задач.

7. Виртуальные машины предоставляют великолепные возможности по обучению работе с операционными системами .

   Можно создать репозиторий готовых к использованию виртуальных машин с различными гостевыми операционными системами и запускать их по мере необходимости в целях обучения. Их можно безнаказанно подвергать всяческим экспериментам, поскольку в случае порчи системы, её восстановление из сохраненного состояния займет пару минут.

8. Виртуальные машины повышают мобильность .

   Папка с виртуальной машиной может быть перемещена на другой компьютер, и там виртуальная машина может быть сразу запущена. Не требуется создавать никаких образов для миграции, и, к тому же, виртуальная машина отвязана от конкретной аппаратуры.

9. Виртуальные машины могут быть организованы в «пакеты приложений» .

   Вы можете создавать виртуальной окружение для конкретного варианта использования (например, дизайнерскую машину, машину менеджера и т. п.), установив в ней все требуемое программное обеспечение, и разворачивать десктопы по мере необходимости.

10. Виртуальные машины более управляемы .

    При использовании виртуальных машин существенно повышается управляемость в отношении создания резервных копий, создания снимков состояний виртуальных машин («снапшотов») и восстановлений после сбоев.

На этом, конечно, достоинства виртуальных машин не исчерпываются, это лишь пища для размышления и исследования их возможностей. Безусловно, как и у всякого нового и перспективного решения, у виртуальных машин есть и свои недостатки:

1. Невозможность эмуляции всех устройств .

   В данный момент все основные устройства аппаратных платформ поддерживаются вендорами систем виртуализации, однако если вы используете, например, какие-либо контроллеры или устройства, не поддерживаемые ими, придется отказаться от виртуализации такого окружения.

2. Виртуализация требует дополнительных аппаратных ресурсов .

   В настоящее время использование различных техник виртуализации позволило приблизить показатели быстродействия виртуальных машин к реальным, однако, чтобы физический хост смог запускать хотя бы пару виртуальных машин, требуется достаточное для них количество аппаратных ресурсов.

3. Некоторые платформы виртуализации требовательны к конкретному аппаратному обеспечению .

   В частности, замечательная платформа компании VMware, ESX Server, была бы и вовсе замечательной, если бы не предъявляла жестких требований к аппаратному обеспечению.

4. Хорошие платформы виртуализации стоят хороших денег .

   Порой, стоимость развертывания одного виртуального сервера равна стоимости еще одного физического, в определенных условиях это может оказаться нецелесообразным. К счастью, есть множество бесплатных решений, но они, в основном, ориентированы на домашнего пользователя и малый бизнес.

Несмотря на перечисленные и вполне устранимые недостатки, виртуализация продолжает набирать обороты, и в 2007 году ожидается существенное расширение, как рынка платформ виртуализации, так и средств управления виртуальными инфраструктурами. За последние несколько лет интерес к виртуализации вырос в разы, что можно увидеть по статистике Google Trends:

Статистика тренда «виртуализация»

Тем не менее, в связи со сложностью и высокой стоимостью развертывания и поддержки виртуальной инфраструктуры, а также трудностью правильной оценки возвращения инвестиций, многие проекты по виртуализации увенчались неудачей. По результатам исследований, проведенных Computer Associates среди различных компаний, предпринявших попытки виртуализации, 44 процента не могут охарактеризовать результат как успешный. Это обстоятельство сдерживает многие компании, планирующие проекты по виртуализации. Проблему составляет также факт отсутствия по-настоящему грамотных специалистов в этой области.

Что ждет виртуализацию в будущем

2006 год стал для технологий виртуализации ключевым: множество новых игроков пришли на этот рынок, множество релизов платформ виртуализации и средств управления, а также немалое количество заключенных партнерских соглашений и альянсов, говорят о том, что в будущем технология окажется очень и очень востребованной. Рынок средств виртуализации находится в заключительной стадии своего формирования. Множество производителей аппаратного обеспечения заявили о поддержки технологий виртуализации, а это верный залог успеха любой новой технологии. Виртуализация становится ближе к людям: упрощаются интерфейсы для использования виртуальных машин, появляются, не закрепленные пока официально, соглашения об использовании различных средств и техник, упрощается миграция с одной виртуальной платформы на другую. Безусловно, виртуализация займет свою нишу в списке необходимых технологий и инструментальных средств при проектировании IT-инфраструктуры предприятий. Обычные пользователи также найдут свое применение виртуальным машинам. С ростом производительности аппаратных платформ настольных компьютеров появится возможность поддерживать на одной машине несколько пользовательских окружений и переключаться между ними.

Производители аппаратного обеспечения также не собираются оставаться на месте: помимо существующих техник аппаратной виртуализации, вскоре появятся аппаратные системы, нативно поддерживающие виртуализацию и предоставляющие удобные интерфейсы для разрабатываемого программного обеспечения. Это позволит быстро разрабатывать надежные и эффективные платформы виртуализации. Возможно, что любая устанавливаемая операционная система будет сразу виртуализовываться, а специальное низкоуровневое ПО, при поддержке аппаратных функций, будет осуществлять переключение между запущенными операционными системами без ущерба для производительности.

Сама идея, заложенная в технологиях виртуализации, открывает широкие возможности по их использованию. Ведь, в конечном счете, все делается для удобства пользователя и упрощения использования привычных ему вещей. А можно ли на этом существенно экономить деньги, покажет время.

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.

Проект представляет собой платформу виртуализации с открытым исходным кодом, развитие которого осуществляет сообщество независимых разработчиков, поддерживаемое компанией SWSoft. Распространяется продукт под лицензией GNU GPL. Ядро платформы OpenVZ входит в состав продукта Virtuozzo, коммерческого продукта SWSoft, обладающего большими, нежели OpenVZ, возможностями. Оба продукта используют оригинальную технику виртуализации: виртуализацию на уровне экземпляров операционной системы. Такой способ виртуализации обладает меньшей гибкостью по сравнению с полной виртуализацией (можно запускать только ОС семейства Linux, поскольку используется одно ядро для всех виртуальных окружений), однако позволяет достичь минимальных потерь производительности (около 1-3 процентов). Системы под управлением OpenVZ нельзя назвать полноценными виртуальными машинами, это скорее виртуальные среды (Virtual Environments, VE), в которых не происходит эмуляции компонентов аппаратуры. Такой подход позволяет лишь устанавливать различные дистрибутивы Linux в качестве виртуальных сред на одном физическом сервере. При этом каждое из виртуальных окружений имеет свои собственные деревья процессов, системные библиотеки и пользователей и может по-своему использовать сетевые интерфейсы.

Виртуальные окружения представляются для пользователей и приложений, работающих в них, практически полностью изолированными средами, которые могут управляться независимо от других окружений. Благодаря этим факторам и высокой производительности, продукты OpenVZ и SWSoft Virtuozzo получили наибольшее распространение при поддержке виртуальных частных серверов (Virtual Private Servers, VPS) в системах хостинга. На основе OpenVZ можно предоставлять клиентам несколько выделенных виртуальных серверов на основе одной аппаратной платформы, на каждом из которых могут быть установлены различные приложения и которые могут быть перезагружены отдельно от других виртуальных окружений. Архитектура OpenVZ представлена ниже:

Некоторые независимые эксперты проводили сравнительных анализ производительности виртуальных серверов на основе коммерческих платформ SWSoft Virtuozzo и VMware ESX Server для целей хостинга и выносили заключение, что Virtuozzo лучше справляется с этой задачей. Безусловно, платформа OpenVZ, на которой построен Virtuozzo, обладает такой же высокой производительностью, однако ей не хватает расширенных средств управления, которые есть в Virtuozzo.

Среда OpenVZ отлично подходит также для целей обучения, где каждый может экспериментировать со своим изолированным окружением без опасности для других сред этого хоста. Между тем, применение платформы OpenVZ для других целей не является в данный момент целесообразным ввиду очевидной негибкости решения виртуализации на уровне операционной системы.

Компания сравнительно недавно вышла на рынок платформ виртуализации, однако быстро включилась в конкурентную борьбу с такими серьезными вендорами серверных платформ, как VMware, XenSource и SWSoft. Продукты компании Virtual Iron основываются на бесплатном гипервизоре Xen, поддерживаемым Open Source сообществом Xen-community. Virtual Iron представляет собой платформу виртуализации, не требующую хостовой операционной системы (так называемая bare-metal платформа), и направлена на использование в корпоративной среде крупных предприятий. Продукты Virtual Iron обладают всеми необходимыми средствами для создания виртуальных машин, управления ими и их интеграции в производственную информационную среду компании. Virtual Iron поддерживает 32- и 64-битные гостевые и хостовые операционные системы, а также виртуальный SMP (Symmetric Multi Processing), предоставляющий возможность использования нескольких процессоров виртуальными машинами.

Изначально Virtual Iron использовала техники паравиртуализации для запуска гостевых систем в виртуальных машинах, так же как и продукты компании XenSource на основе гипервизора Xen. Использование паравиртуализации предполагает использование в виртуальных машинах специальных версий гостевых систем, исходный код которых модифицирован для запуска их платформами виртуализации. При этом требуется внесение изменений в ядро операционной системы, что для ОС с открытым исходным кодом не является большой проблемой, в то время, как для проприетарных закрытых систем, таких как Windows, это неприемлемо. Большого же прироста производительности в системах паравиртуализации не наблюдается. Как показала практика, производители операционных систем неохотно идут на включение поддержки паравиртуализации в свои продукты, поэтому эта технология не завоевала большой популярности. Вследствие этого, компания Virtual Iron одной из первых стала использовать техники аппаратной виртуализации, позволяющие запускать немодифицированные версии гостевых систем. В данный момент, последняя версия платформы Virtual Iron 3.7 позволяет использовать виртуальные машины на серверных платформах только с поддержкой аппаратной виртуализации. Официально поддерживаются следующие процессоры:

• Intel® Xeon® 3000, 5000, 5100, 5300, 7000, 7100 Series
• Intel® Core™ 2 Duo E6000 Series
• Intel® Pentium® D-930, 940, 950, 960
• AMD Opteron™ 2200 or 8200 Series Processors
• AMD Athlon™ 64 x2 Dual-Core Processor
• AMD Turion™ 64 x2 Dual-Core Processor

К тому же, на сайте Virtual Iron можно найти списки сертифицированного компанией оборудования для своей платформы виртуализации.

Продукты Virtual Iron существуют в трех изданиях:

• Single Server Virtualization and Management
• Multiple Server Virtualization and Management
• Virtual Desktop Infrastructure (VDI) Solution

На данный момент бесплатным решением является решение Single Server, которое позволяет установить Virtual Iron на одном физическом хосте в инфраструктуре организации. При этом поддерживается протокол iSCSI, сети SAN и локальные системы хранения.

Бесплатное издание Single Server имеет следующие минимальные требования к установке:

• 2 ГБ RAM
• Привод CD-ROM
• 36 ГБ места на диске
• Сетевой интерфейс Ethernet
• Сетевой интерфейс Fibre channel (не обязательно)
• Поддержка аппаратной виртуализации в процессоре

Virtual Iron позволяет по достоинству оценить все возможности аппаратной виртуализации и средства управления виртуальными машинами. Бесплатное издание в первую очередь предназначено для того, чтобы оценить эффективность и удобство платформы виртуализации и средств управления. Однако и оно может использоваться в производственной среде предприятия для поддержки внутренних серверов компании. Отсутствие отдельной хостовой платформы позволит, во-первых, не тратится на приобретение лицензии на хостовую ОС, а во-вторых, снижает потери производительности на поддержку гостевых систем. Типичные применения бесплатного издания Virtual Iron - развертывание нескольких виртуальных серверов в инфраструктуре небольшой организации сектора SMB в целях отделения от аппаратуры жизненно важных серверов и повышения их управляемости. В дальнейшем, при покупке коммерческой версии платформы инфраструктура виртуальных серверов может быть расширена, а также могут быть использованы такие возможности, как эффективные средства резервного копирования и «горячей» миграции виртуальных серверов между хостами.

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, ).

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
	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 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	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)

В наше время в организациях любого размера перед генеральными директорами и руководителями ИТ-отделов стоят задачи эффективного использования существующих ресурсов организации, а также сокращения расходов материальных активов на аппаратное обеспечение, электроэнергию и на аренду площадей центра обработки данных. Все эти задачи можно решить при помощи серверной виртуализации. Виртуализацией называется представление набора вычислительных ресурсов или их логического объединения, предназначенного для изоляции отдельных ресурсов, приложений или компьютеров друг от друга, позволяющий уменьшить зависимости между ними. Средства виртуализации включают множество методов для одновременного совместного использования разнообразных ресурсов на одной безопасной физической системе. Для обеспечения разных способов виртуализации компания Microsoft предоставляет решения, отображенные на следующей иллюстрации:

Рис. 1 Принципиальная схема решений виртуализации компании Microsoft

Перед подробным описанием и практическим применением каждого из решений виртуализации компании Microsoft, хотелось бы сказать несколько слов о самой технологии виртуализации. Понятие виртуализация появилось еще до создания х86 операционных систем, а именно в середине 60-х годов компанией IBM путем создания двух операционных систем - Virtual Machine (VM) и Conversational Monitor System (CMS). В 90-х годах появились 32- и 64-разрядные операционные системы. В 2006 году компаниями Intel и AMD были разработаны новые инструкции для процессоров, позволяющие им поддерживать аппаратную виртуализацию. Не углубляясь в детали инструкций, технологии называются AMD Virtualization (AMD-V) и Intel Virtualization Technology (Intel-VT). С их помощью можно разворачивать аппаратную схему, обеспечивающую или позволяющую одновременное параллельное выполнение нескольких или даже многих операционных систем на одном и том же хост-компьютере, который называется гипервизором.

Начиная с 2007 года, компания Microsoft совместно с Citrix, создали свой гипервизор 1 типа, который называется Microsoft Hyper-V Server 2008. В понятии виртуализации огромную роль играет монитор виртуальных машин (VMM - Virtual Machine Monitor). Это программный уровень абстракции, разделяющий аппаратную платформу на несколько виртуальных машин. VMM отвечает за создание, изоляцию и сохранение виртуальных машин, а также за реализацию доступа к ресурсам хостовой системы. Данный механизм привязывается к архитектуре процессора, предназначенной для запуска виртуальных машин в системах, работающих непосредственно на аппаратном уровне. На следующей иллюстрации вы можете увидеть три основных типа архитектур, предназначенных для осуществления VMM:

Рис. 2 Основные типы виртуализации

Существует три основных типа, используемых для создания интерфейсов между виртуальными машинами и системами виртуализации ресурсов: полная виртуализация (эмуляция), аппаратная (родная) виртуализация, а также паравиртуализация:

• Полная виртуализация . Это технология, используемая для предоставления определенной виртуальной среды, которая обеспечивает полное симулирование базового оборудования. Полная виртуализация была возможна не в полной мере до добавления технологий AMD-V и Intel-VT. Компания Microsoft использует эту технологию в программе Virtual Server 2005 R2 и Virtual PC. Для технологии полной виртуализации компания Microsoft не является монополистом. Также доступны решения при помощи следующих продуктов: ADEOS, Mac-на-Linux, Parallels Desktop для Mac, Parallels Workstation, VMware Workstation, VMware Server (бывший GSX Server), VirtualBox, Win4BSD и Win4Lin Pro;
• Аппаратная виртуализация . Эта технология позволяет запускать на одном физическом компьютере (хосте) несколько экземпляров операционных систем (гостевых ОС) в целях обеспечения их независимости от аппаратной платформы и эмуляции нескольких (виртуальных) машин на одной физической. Аппаратная виртуализация получила свое признание с появлением инструкций Intel-VT и AMD-V. Решениями этой технологии являются Windows Hyper-V Server 2008/2008 R2 от компании Microsoft, а также VMware ESX и Xen от компании Citrix;
• Паравиртуализация . Паравиртуализация - это 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. Долгое время термин паравиртуализации ассоциировался с компанией Citrix, в частности с технологией XenSource. В июле 2006 года компания Microsoft заключила договор с Citrix для реализации внедрения API в инфраструктуру Hyper-V для возможности использования Linux-based операционных систем.

Рассмотрим каждое решение виртуализации Microsoft подробнее.

Виртуализация профилей

К первому решению виртуализации от компании Microsoft можно отнести виртуализацию профилей. Виртуализация профилей предполагает разделение профилей пользователей, их данных и настроек приложений на пользовательском компьютере. Виртуализация профилей основывается на нескольких технологиях: перенаправление папок, автономные файлы, а также технологии Active Directory совместно с использованием групповых политик. Перенаправление папок - это технология, выполняемая на стороне клиента, что позволяет прозрачно изменять целевое расположение предопределения папок, расположенных в профиле пользователя. Автономные файлы обеспечивают для пользователей доступ к файлам, расположенных на сетевом ресурсе и продолжение работы с файлами в том случае, когда компьютер не подключен к сети.

Технология Active Directory позволяет хранить данные инфраструктурных единиц предприятия, а именно информацию о пользователях, компьютерах и службах, объединяя их в леса, домены и подразделения, и позволяет управлять всеми настройками рабочих станций предприятия. Помимо этого данное решение позволяет отслеживать изменения и действия, выполняемые в инфраструктуре идентификации и доступа предприятия, используя механизмы управления аудитом.

Структура Active Directory включает в себя пять следующих компонентов:

Доменные службы Active Directory (AD DS) . Доменные службы AD DS обеспечивают централизованный репозиторий, предназначенный для управления идентификацией в организации или виртуализацией профилей. Основная его задача - проверка подлинности и авторизации инфраструктурной единицы в сети, а также управление объектами при помощи групповых политик;

Службы облегченного доступа к каталогам (AD LDS) . Эта серверная роль обеспечивает поддержку приложений каталогов и является поднабором AD DS, так как они основаны на одном ядре. AD LDS позволяет разворачивать настраиваемую схему для поддержки приложения без модификации всей схемы AD DS;

Службы сертификации Active Directory (AD CS) . Эта серверная роль используется для выдачи цифровых сертификатов, которые привязывают объект идентификации или поддержки проверки подлинности пользователя, компьютера или службы к соответствующему частному ключу;

Службы управления правами Active Directory (AD RDS) . Данная серверная роль обеспечивает защиту информации, при помощи которой можно задавать разрешенное и неавторизованное применение в сети, а также внутри и вне области применения брандмауэров. Это гарантирует целостность генерируемых данных и защищает интеллектуальную собственность организации;

Службы федерации Active Directory (AD FS) . Эта серверная роль поддерживает партнерские отношения, избавляя от необходимости создавать множество отдельных объектов идентификации для одного принципа безопасности.

На практике это выглядит следующим образом. Допустим, в вашей организации работают 500 человек в 15 различных отделах в трех офисах. Разумеется, в каждом офисе есть определенное количество отделов, и у каждого отдела всех ваших офисов есть свои руководители. Вам, как администратору этого предприятия, необходимо централизованно управлять всеми офисами, а также учетными записями пользователей, их компьютеров и групп, в которых они состоят. Вам нужно настраивать их рабочие места, при этом запрещая пользователям изменять некоторые настройки безопасности. Например, запретить пользователям отдела продаж во всех офисах открывать командную строку и редактор реестра. А также на компьютерах, предназначенных для показа конференций, отображать на рабочем столе только обои с корпоративным логотипом. Кроме того, нужно моментально реагировать на перемещение пользователей по организации, изменяя их настройки, изменение фамилий в связи с женитьбами/разводами и прочее.

Настроив в центральном офисе контроллер домена, а в филиалах контроллеры домена только для чтения, вы тем самым решите множество проблем, связанных с безопасностью, целостностью службы каталогов и администрированием инфраструктуры вашего предприятия.

В вашей организации может использоваться почтовый сервер Microsoft Exchange Server, при установке которого расширяется схема Active Directory. Со временем схема AD может разрастись, по меньшей мере, вдвое. Возможно, кроме почтового сервера, при установке приложений сторонних производителей вам тоже понадобится интеграция в схему AD DS. Для того чтобы избежать многих проблем, вам также понадобится установить службы облегченного доступа к каталогам (AD LDS).

Расширяя влияние организации за пределами вашей сети, кроме доменных служб вам предстоит также развернуть службы сертификации. Простейшим примером является публикация служб Outlook Web Access, чтобы предоставить возможность использования сервера электронной почты вне сети организации.

Пример реализации такой инфраструктуры можно увидеть на следующей иллюстрации:

Рис. 3 Топология доменной инфраструктуры предприятия

Виртуализация представлений

Виртуализация представлений позволяет отделить процесс обработки информации от графического интерфейса приложения и системы ввода с клавиатуры и мыши. Другими словами, виртуализация представлений отделяет пользовательский интерфейс приложения от физического компьютера, на котором выполняется приложение. Таким образом, представления позволяют запускать приложения в одном ресурсе (пользовательском компьютере или мобильном устройстве), которое на самом деле установлено в другом расположении (например, в центре обработки данных). Тем самым, виртуализация представлений вписывается в общую концепцию виртуализации как технология, которая изолирует одни слои компьютерных ресурсов от других.

Службы удаленных рабочих столов Windows Server 2008/2008 R2 (или службы терминалов) обеспечивают возможность пользователям работать с программами Windows, установленными на сервере, или со всем рабочим столом Windows. Реализация решения виртуализации представлений довольно проста. По окончании планирования администратор настраивает Windows Server 2008/2008 R2 в качестве терминального сервера путем установки одной или нескольких служб терминалов на отдельном сервере. После этого администратору нужно установить на терминальном сервере соответствующие приложения, которые необходимы пользователям для работы.

Службы терминалов также могут использоваться для предоставления пользователям удаленного доступ к рабочим станциям, а также безопасного доступ к приложениям и рабочему столу при помощи веб-доступа, реализованного к удаленным рабочим столам и возможности локальной печати с удаленных приложений. Узел виртуализации удаленных рабочих столов можно настроить таким образом, чтобы каждому пользователю в организации назначался индивидуальный рабочий стол или чтобы пользователи перенаправлялись в общий пул с динамическим назначением виртуальных рабочих столов.

Виртуализация серверов

Серверная виртуализация предполагает создание виртуальных машин на хост-серверах для размещения серверных нагрузок. Специально для этих целей компания Microsoft разработала средство для виртуализации на аппаратном уровне, которое называется Hyper-V и внедрено во все редакции Windows Server 2008/2008 R2 x64 кроме Windows Web Server 2008/2008 R2. Hyper-V - это платформа виртуализации, основанная на гипервизоре, которая позволяет разворачивать серверные операционные системы. Виртуализация серверов обычно соответствует следующим требованиям:

• Интерфейсы управления . Для виртуализации серверов существуют интерфейсы управления, благодаря которым администраторы могут создавать, настраивать и наблюдать за виртуальными машинами, работающими на компьютере. К тому же, всеми виртуальными машинами вы можете управлять дистанционно.
• Управление памятью . Для виртуализации серверов также используется менеджер памяти, который распределяет ресурсы оперативной памяти хостовой машины между всеми изолированными гостевыми виртуальными машинами.
• Планирование управления . Для виртуализации серверов также используется планирование управления доступом к физическим ресурсам для разных виртуальных машин. Планировщик настраивается администратором так, что различные виртуальные машины могут распределять аппаратные ресурсы по своей необходимости.
• Управление жесткими дисками и сетью . Для виртуализации серверов используются абстрактные системы хранения и управления сетевыми ресурсами, чтобы у каждой виртуальной машины можно было создавать собственные жесткие диски, а также настраивать сетевые интерфейсы.
• Виртуализация устройств . Обеспечивает использование существующих устройств в виртуальных машинах.

Для виртуализации серверных операционных систем компания Microsoft разработала технологию полной и аппаратной виртуализации.

К средству аппаратной виртуализации относится Microsoft Hyper-V Server 2008/2008 R2, который был выпущен 1 октября 2008 года и является абсолютно бесплатным решением от компании Microsoft. Бесплатная 64-разрядная «Core»-версия Hyper-V ограничена интерфейсом командной строки (CLI), где конфигурация текущей операционной системы, физического аппаратного и программного оборудования выполняется при помощи команд оболочки. Администрирование и конфигурирование сервера осуществляется при помощи RSAT, установленного на компьютеры под управлением Windows Vista или Windows Server 2008/2008 R2 с установленным дополнением для администрирования Hyper-V из MMC.

К полным средствам виртуализации компании Microsoft относится Microsoft Virtual Server, а также роль Hyper-V в Windows Server 2008/2008 R2. Роль Hyper-V позволяет создать виртуализованную вычислительную серверную среду и управлять ею с использованием встроенной технологии Windows Server 2008 R2. Эта роль доступна в 64-разрядных редакциях Windows Server 2008 Standard, Enterprise и Datacanter как в полном режиме, так и в режиме ядра.

На практике это выглядит следующим образом. Перед вами стоит задача развернуть контроллер домена, почтовый сервер Microsoft Exchange Server, сервер служб сертификации, а также службы удаленных рабочих столов. Купив четыре отдельных сервера, вы будете тратить немало средств на систему охлаждения и аренду помещения для их расположения. Устанавливать все эти роли на одну физическую машину нецелесообразно. Решить эту задачу вам поможет роль Hyper-V серверной операционной системы Windows Server 2008/2008 R2.

После установки хостовой серверной 64-разрядной операционной системы любой редакции, кроме Windows Web Server 2008/2008 R2, установите роль контроллера домена, DNS и Hyper-V. В гипервизоре создайте столько виртуальных машин, сколько вам нужно для реализации всех ваших ролей. Например, создав первую виртуальную машину, вы можете установить на нее Microsoft Exchange Server с ролями сервера почтовых ящиков, транспортного сервера и сервера клиентского доступа. Для этой машины вам нужно будет выделить достаточно ресурсов, так как этот почтовый сервер будут использовать все пользователи вашей организации. На второй виртуальной машине вы можете развернуть роли служб сертификации и удаленных рабочих столов, тем самым создав три отдельных сервера на одной физической машине.

Виртуализация ПК

Также существует решение по созданию изолированных виртуальных операционных систем для компьютеров, оснащенных клиентскими операционными системами. В отличие от предыдущих технологий, технология виртуализации ПК распространяется как на серверные, так и на клиентские операционные системы Microsoft Windows. Технологии виртуализации ПК все еще развиваются, существуют только две технологии виртуализации ПК: Microsoft Enterprise Desktop Virtualization (MED-V) и Microsoft Virtual Desktop Infrastructure (Microsoft VDI).

Дополняя друг друга, эти две технологии виртуализации ПК размещенные как на клиентских, так и на серверных операционных системах, вместе обеспечивают комплексное решение. Microsoft предоставляет решение MED-V, предназначенное для виртуализации настольных ПК, а также Microsoft VDI, предназначенное для серверной виртуализации настольных ПК.

MED-V - это технология виртуализации рабочих станций, которая опирается на популярный среди пользователей и простой в использовании Microsoft Virtual PC. MED-V увеличивает возможности развертывания и управления Virtual PC на клиентских системах Windows, обеспечивая плавный переход пользователей к виртуальной среде при помощи нововведения Windows XP Mode. Тем самым совместимость приложений операционных систем сводится к минимальным действиям и ускоряется миграция операционных систем. MED-V предоставляет административные инструменты для запуска приложения в виртуальной среде. Технологию MED-V можно внедрять только в 32-разрядных операционных системах.

Microsoft Virtual Desktop Infrastructure является новой архитектурной моделью для виртуализации настольных компьютеров, которая позволяет на клиентских операционных системах использовать виртуальные машины серверных систем. Microsoft VDI предназначается для решения виртуализации ПК, которые могут предоставлять богатые индивидуальные средства, обеспечивающие централизованное хранение данных, и управление всеми компьютерами в центрах обработки данных.

На практике это выглядит следующим образом. В вашей организации может появиться необходимость использовать одновременно несколько операционных систем на клиентских компьютерах. Например, тестировщики программного обеспечения должны проверять работоспособность программных продуктов на различных операционных системах. Установив операционную систему Windows 7, им нужно тестировать программы также и под предыдущими операционными системами, например Windows Vista и Windows XP. После установки Windows Virtual PC, они могут создать изолированные гостевые виртуальные системы и тестировать программный продукт непосредственно под данными ОС.

Виртуализация приложений

Виртуализация приложения позволяет создать изолированную среду для работы приложения, включающую специфические для приложения библиотеки, реестр и другие системные элементы. С помощью Microsoft Application Virtualization (App-V) приложения можно сделать доступными для пользовательских компьютеров без необходимости устанавливать их непосредственно на эти компьютеры. Это стало возможным благодаря процессу, называемому виртуализацией приложений, который позволяет каждому приложению работать в собственной автономной виртуальной среде на клиентском компьютере. Виртуализированные приложения изолированы друг от друга. Это позволяет избежать конфликтов между приложениями, но они по-прежнему могут взаимодействовать с клиентским компьютером.

Клиент App-V Client — это компонент, который позволяет пользователю взаимодействовать с приложениями после того, как они будут опубликованы на компьютере. Клиент управляет виртуальной средой, в которой работают виртуализированные приложения на каждом компьютере. Установив клиента на компьютер, приложения необходимо сделать доступными для этого компьютера с помощью процесса, называемого публикацией, который позволяет пользователю запускать виртуальные приложения.

Заключение

Из этой статьи вы узнали о решениях виртуализации, которые предоставляет компания Microsoft. Способы виртуализации делятся на следующие группы: виртуализация профилей, виртуализация представления, виртуализация серверов, виртуализация ПК и виртуализация приложений. Также в этой статье приведены некоторые примеры внедрения технологий виртуализации в производственную среду.

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

• 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