Виртуализация в задачах оптимизации нагрузок на компьютерные системы

Оглавление
Введение. 2
1. Технологии виртуализации. 3
1.1 Виртуализация сегодня. 3
1.1.1 Монолитный гипервизор. 3
1.1.2 Микроядерный гипервизор. 3
1.2 Программная Паравиртуализация. 3
1.3 Программная полная виртуализация. 3
1.4 Аппаратная виртуализация. 3
2. Основные задачи и область применения виртуализации. 3
2.1 Основные задачи, которые решаются с помощью виртуализации. 3
2.2 Виртуализация серверов.3
2.2.1 Виртуализация серверов на базе VMware vSphere. 3
2.2.2 Виртуализация серверов на базе Microsoft Hyper-V.. 3
2.2 Виртуализация серверов уровня операционной системы.3
2.3 Виртуализация приложений.3
2.4 Виртуализация представлений.3
2.5 Виртуализация рабочих столов. 3
Заключение. 3
Список использованных источников. 3

Введение
Бурное развитие рынка технологий виртуализации за последние несколько лет произошло во многом благодаря увеличению мощностей аппаратного обеспечения, позволившего создавать по-настоящему эффективные платформы виртуализации, как для серверных систем, так и для настольных компьютеров. Технологии виртуализации позволяют запускать на одном физическом компьютере (хосте) несколько виртуальных экземпляров операционных систем (гостевых ОС) в целях обеспечения их независимости от аппаратной платформы и сосредоточения нескольких виртуальных машин на одной физической. Виртуализация предоставляет множество преимуществ, как для инфраструктуры предприятий, так и для конечных пользователей. За счет виртуализации обеспечивается существенная экономия на аппаратном обеспечении, облуживании, повышается гибкость ИТ-инфраструктуры, упрощается процедура резервного копирования и восстановления после сбоев. Виртуальные машины, являясь независимыми от конкретного оборудования единицами, могут распространяться в качестве предустановленных шаблонов, которые могут быть запущены на любой аппаратной платформе поддерживаемой архитектуры.
Виртуализация является одной из ключевых технологий, позволяющей уже сегодня построить и эксплуатировать управляемую, надежную, безопасную и максимально эффективную ИТ-инфраструктуру. По мере развития ее возможностей все отчетливее просматривается путь к полностью динамическому предприятию, в котором информационные технологии будут гибко и быстро настраиваться на практически любые изменения в бизнесе.
Преимущества виртуальных машин очевидны, особенно если принять во внимание, что большинство рабочих нагрузок используют лишь малую часть общей мощности оборудования. При согласовании нагрузок в отношении процессорной мощности и потребления памяти ИТ-организация может сократить количество физических серверов, необходимых для поддержки бизнеса. Типичный уровень загрузки сервера составляет 15%, а 85% общей мощности сервера не используются. Повышение уровня использования даже до 60% означает четырехкратное уменьшение занимаемой площади, количества оборудования и энергопотребления для питания и охлаждения таких серверных ферм. Обычно этот процесс называется консолидацией серверов.

1. Технологии виртуализации
1.1 Виртуализация сегодня
Идея виртуализации была предложена еще фирмой IBM, задолго до появления Windows. Но архитектура процессора x86 фирмы Intel, не поддерживающей виртуализацию, незаслуженно вытеснила эту технологию из широкой IT-практики. Дело в том, что в архитектуре x86 все аппаратные устройства (контроллеры жестких дисков, видеоконтроллеры, таймеры и прочее) проектировались на работу только с одной ОС.
В наши дни виртуализация на платформах Windows принимает одну из двух форм: тип 2 и гибридная (hybrid). Типичным примером виртуализации типа 2 является виртуальная машина Java. Еще один пример — общеязыковая среда выполнения (commonlanguageruntime, CLR) платформы .NETFramework. В обоих случаях все начинается с базовой ОС, то есть, с ОС, которая устанавливается непосредственно на физическое оборудование. Поверх базовой ОС работает монитор виртуальных машин (VirtualMachineMonitor, VMM), в задачу которого входит создание виртуальных машин и управление ими, распределе­ние ресурсов между машинами, обеспечение изоляции машин друг от друга. Иными словами, в данном сценарии VMM играет роль уровня виртуализации (virtualizationlayer). Затем поверх VMM работают уже гостевые приложения, в данном случае, приложения Java или .NET. Эта архитектура показана на рис. 3-1.Очевидно, что ее производитель­ность оставляет желать лучшего, поскольку приложениям на пути к оборудованию при­ходится проходить как через VMM, так и через базовую ОС.

Рис. 1. 1 Архитектура виртуализации типа 2

Большинству ИТ-профессионалов, вероятно, более знакома гибридная виртуализации, проиллюстрированная на рис. 3-2. Здесь непосредственно с
оборудованием общаются как базовая ОС, так и VMM (хотя к различным аппаратным компонентам они имеют разный доступ), а гостевые ОС работают поверх уровня виртуализации. Если говорить точнее, в этой конфигурации VMM также должен проходить через базовую ОС, чтобы получить доступ к оборудованию. Однако как базовая ОС, так и VMM работают в режиме ядра и потому, по сути, конкурируют за обладание ресурсами ЦП. Базовой системе циклы процессора выделяются по мере надобности в ее контексте, затем циклы передаются VMM, aVMM передает циклы гостевым ОС. Процесс повторяете снова. Гибридная форма работает быстрее формы типа 2, поскольку в первом случае VMM работает в режиме ядра, а во втором — в пользовательском режиме.
Именно гибридный подход к VMM используется в двух популярных решениях вир­туализации от Microsoft: в MicrosoftVirtualPC 2007 и в MicrosoftVirtualServer 2005 R2. И хотя производительность его выше, чем у виртуальных систем типа 2, она все еще не так высока, как была бы у двух раздельных физических компьютеров.
VMM типа 2 называют еще машинами с виртуализацией процессов, посколь­ку в них в качестве «гостей» физической системы изолируются процессы (службы или при­ложения). Гибридные VMM называют машинами с виртуализацией системы, поскольку на них в качестве «гостей» изолируются целиком операционные системы, например Windows или Linux.
В наши дни имеется и третий тип технологии виртуализации — VMM типа 1 или технология гипервизора. Гыпервизор (hypervisor) — это программный уровень, распо­ложенный непосредственно над оборудованием и под одной или несколькими ОС. Его основное назначение — организовать изолированные среды выполнения, называемые разделами (partition), внутри которых будут работать виртуальные машины с гостевы­ми ОС. Каждому разделу выделяется собственный набор аппаратных ресурсов, в кото­рый входят память, процессорное время и устройства, а гипервизор отвечает за орга­низацию доступа к реальному оборудованию.
На рис. 3-3 показана простая форма VMM типа 1, в которой VMM (гипервизор) ра­ботает непосредственно на «голом железе» (на оборудовании), а поверх VMM работает несколько гостевых ОС.
Рис. 1.3 Архитектура виртуализации типа 1
Забегая вперед, виртуализация, основанная на гипервизоре, обладает наилучшей производительностью. Она реализована в WindowsServer 2008. Можно сравнить два варианта VMM типа I: монолитный и мик­роядерный.
1.1.1 Монолитный гипервизор
В монолитной (monolithic) модели гипервизор использует для доступа к оборудованию собственные драйверы (рис. 3-4). Гостевые ОС работают на виртуальных машинах поверх гипервизора. Когда гостевой системе нужен доступ к оборудованию, она должна пройти через гипервизор и его модель драйверов. Обычно одна из гостевых ОС играет роль ад­министратора или консоли, в которой вы запускаете компоненты для предоставления ресурсов, управления и мониторинга всех гостевых ОС, работающих на компьютере.
Модель монолитного гипервизора обеспечивает прекрасную производительность, но «хромает» с точки зрения защищенности и устойчивости. Это связано с тем, что она по своей сути обладает более широким фронтом нападения и подвергает систему большему потенциальному риску, поскольку разрешает работу драйверов (а иногда даже программ сторонних производителей) в очень чувствительной области. Скажем, вредоносная программа способна установить в гипервизоре под видом драйвера устройства регистратор нажатий клавиш. Если такое случиться, под контролем регистратора окажутся все гостевые ОС системы. Хуже того, этот «жучок» будет совершенно невозможно обнаружить сред­ствами гостевых ОС: гипервизор им по определению не видим!
Рис. 1.4 Монолитный гипервизор
Еще одна проблема — устойчивость: если в обновленную версию драйвера затеса­лась ошибка, в результате обновления сбои начнутся во всей системе, во всех ее вирту­альных машинах. Иными словами, в этой модели критическое значение приобретает устойчивость драйверов, а они зачастую создаются сторонними производителями, что может стать причиной проблем При этом оборудование серверов постоянно эволюци­онирует, и потому драйверы обновляются довольно часто, что увеличивает риск различ­ных неприятностей. Можно считать монолитную модель моделью «толстого гипервизора» — из-за количества драйверов, поддержка которых ему требуется.
1.1.2 Микроядерный гипервизор
Альтернативу монолитному подходу составляет микроядерная (microkernelized) модель (рис. 3-5). В ней можно говорить о «тонком гипервизоре» — в этом случае в нем совсем нет драйверов. Вместо этого драйверы рабо­тают в каждом индивидуальном разделе, чтобы любая гостевая ОС имела возможность получить через гипервизор доступ к оборудованию. При такой расстановке сил каждая виртуальная машина занимает совершенно обособленный раздел, что положительно сказывается на защищенности и надежности.
В микроядерной модели (в виртуализации WindowsServer 2008 используется имен­но она) один раздел является родительским (parent), остальные — дочерними (child). Раздел — наименьшая изолированная единица, поддерживаемая гипервизором. Он со­стоит из пространства физических адресов и одного или нескольких виртуальных про­цессоров. Каждому разделу назначаются конкретные аппаратные ресурсы — долю процессорного времени, память, устройства и пр. Родительский раздел создает дочерние разделы и управляет ими, а также содержит стек виртуализации (virtualizationstack), используемый для управления дочерними разделами. Родительский раздел, является также корневым (root), поскольку он создается первым и владеет всемиресурсами, не принадлежащими гипервизору. Обладание всеми аппаратными ресурса­ми означает среди прочего, что именно корневой (то есть, родительский) раздел управ­ляет питанием, подключением самонастраивающихся устройств, ведает вопросами ап­паратных сбоев и даже управляет загрузкой гипервизора.
Рис. 1.5 Микроядерный гипервизор
В родительском разделе содержится стек виртуализации — набор программных ком­понентов, расположенных поверх гипервизора и совместно с ним обеспечивающих работу виртуальных машин. Стек виртуализации обменивается данными с гипервизором и выполняет все функции по виртуализации, не поддерживаемые непосредственно гипервизором. Большая часть этих функций связана с созданием дочерних разделов и управлением ими и необходимыми им ресурсами (ЦП, память, устройства).
Стек виртуализации также обеспечивает доступ к интерфейсу управления, который в случае WindowsServer 2008 является поставщиком WMI.
Преимущество микроядерного подхода, примененного в WindowsServer, по сравне­нию с монолитным подходом состоит в том, что драйверы, которые должны распола­гаться между родительским разделом и физическим сервером, не требуют внесения никаких изменений в модель драйверов. Иными словами, в системе можно просто при­менять существующие драйверы. В Microsoft этот подход избрали, поскольку необходи­мость разработки новых драйверов сильно затормозила бы развитие системы. Что же касается гостевых ОС, они будут работать с эмуляторами или синтетическими устрой­ствами. Необходимое ПО для этого Microsoft предоставит.
С другой стороны микроядерная модель может несколько про­игрывать монолитной модели в производительности. Однако в наши дни главным при­оритетом стала безопасность, поэтому для большинства компаний вполне приемлема потеря пары процентов в производительности ради сокращения фронта нападе­ния и повышения устойчивости.
На данный момент весь рынок виртуализации для платформы x86 можно поделить согласно методу виртуализации, на следующие классы:
1. Программная паравиртуализация
2. Программная полная виртуализация
3. Аппаратная виртуализация
4. Технология виртуализации уровня операционной системы - виртуализация ресурсов.
Основным действующим лицом в любой технологии виртуализации является гипервизор: программная прослойка между гостевыми операционными системами и аппаратным обеспечением. Реализация гипервизора может быть разной.

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать полную версию