Создание виртуальной сервисной инфраструктуры компании на базе приложения VMVARE

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

1. Обзор современных технологий виртуализации

1.1 История развития технологии виртуализации

1.2 Типы виртуализации

1.2.1 Виртуализация представлений

1.2.2 Виртуализация приложений

1.2.3 Виртуализация на уровне операционных систем

1.2.4 Полная виртуализация серверов

1.2.5 Паравиртуализация

1.2.6 Виртуализация инфраструктуры

1.3 Области применения виртуализации

1.4 Преимущества использования виртуализации

2. Анализ средств для виртуализации

2.1 Виртуализация серверов на базе Microsoft Hyper-V

2.2 Виртуализация серверов на платформе VMware

2.3 Обоснование выбора гипервизора

3. Реализация виртуальной серверной инфраструктуры

3.1 Системные требования к хостовой машине

3.2 Развертывание гипервизора

3.3 Виртуализация серверной инфраструктуры компании

3.4 Создание виртуальной среды

3.5 Создание виртуальных машин

3.6 Установка операционных систем

3.7 Установка VMware Tools

3.8 Управление виртуальными машинами

4. Оценка производительности

4.1 Использование памяти.

4.2 Использование ресурсов процессора

Заключение

Список использованных источников



Введение

виртуализация операционный серверный процессор

В настоящее время многие виды деятельности и бизнеса связаны с использованием компьютерных технологий, которые вошли практически во все отрасли деятельности современного общества. Потребность в новых технологиях и доступу к информации растет из года в год и постоянно прогрессирует. Организации и фирмы, использующие или предоставляющие какие-либо информационные и связанные с этим услуги, наиболее остро испытывают потребность в новых технологиях. Сейчас многим очень важен постоянный и быстрый доступ к нужной информации. У крупных компаний существуют мощные дата-центры для контроля и мониторинга информационных потоков и хранения данных. Вопрос управления и поддержания работоспособности привел к необходимости в технологии, которая позволяла бы повысить удобство и ускорить процесс обработки информации, а также эффективно управлять информационной инфраструктурой. Виртуализация является одной из таких технологий. В настоящее время эта технология широко используется как в средних и крупных компаниях, имеющих развитую информационную инфраструктуру.

Высокий интерес к технологиям виртуализации обоснован. Вычислительная мощность современных процессоров быстро растет, современные многоядерные архитектур, которые проникли даже в персональные компьютеры, что легко позволяет реализовать весь потенциал идей виртуализации операционных систем и приложений. Встроенная поддержка технологии виртуализации стала одним из компонентов в большинстве современных процессоров от Intel и AMD, в операционных системах Microsoft и ряда других компаний, что выводит удобство пользования компьютером на новый качественный уровень.

Основные причины для использования технологии виртуализации это:

- недостаточная полнота и эффективность использования серверного оборудования, проблема простоев;

- низкая плотность вычислительных процессов на одну единицу компьютерной техники;

- разнородность платформ, которые используются в компании.

Использование технологии виртуализации позволяет решить все эти проблемы, но порождает другие, такие как поддержание постоянной работоспособности инфраструктуры. Возникает необходимость в выборе функциональной, удобной и простой в управлении платформы для виртуализации информационной инфраструктуры.

При виртуализации серверов часто не важно, какую платформу виртуализации выбирают и используют в организации, скорее вопросы могут появиться в ситуации, когда при наличии в компании специалиста серверная инфраструктура не имеет виртуальных ресурсов. В реальности для внедрения проекта вескими аргументами в пользу предлагаемого решения являются:

- виртуализация серверов обеспечивает непрерывность бизнес процессов компании, что сводит к минимуму вероятность простоя, за счет продуманной архитектуры системы и технологий виртуализации;

- виртуализация серверов позволяет повысить сохранность данных компании, новая архитектура системы предполагает централизованное хранение с использованием системы хранения данных (СХД), защищенность которой от аппаратных сбоев гораздо выше за счет дублирования элементов;

- более эффективное использование дорогостоящего серверного оборудования, покупать его нужно в меньшем количестве, уменьшаются капитальные затраты в долгосрочной перспективе;

- на новое приобретаемое оборудование дается гарантия от поставщиков, что дает возможность бесплатной замены комплектующих.

Для системных администраторов и инженеров причинами для внедрения проекта по виртуализации серверов может быть как, повышение профессиональных навыков, так и оптимизация процессов выполнения работ с оборудованием, которое невозможно обслуживать в рабочее время. [1]

Данная работа посвящена исследованию технологий виртуализации и созданию виртуальной серверной инфраструктуры компании

Целью данной работы является создание виртуальной серверной инфраструктуры компании для более простого и эффективного управления серверами на основе программного обеспечения VMware.

Задачи

- Изучение средств виртуализации.

- Разработка требований к аппаратному и программному обеспечению.

- Реализация средства для виртуализации серверной инфраструктуры.

- Тестирование виртуальной системы.

Объектом исследования являются гипервизоры и виртуальные сервера.

Предметом исследования являются средства виртуализации, методы оценки производительности, результаты работы виртуальной среды.

Обоснование выбора темы. В настоящее виртуализация и связанные с ней облачные технологии переживает период быстрого развития, как метод оптимизации расходов на поддержку информационных систем. Данная технология применяется уже не только в крупных, но и в небольших организациях и предприятиях. Проект может быть полезным и в образовательном плане, как описание технологий виртуализации инфраструктуры и применение их на практике.

Технологии виртуализации в настоящее время становятся одним из ключевых компонентов современной ИТ-инфраструктуры крупных предприятий (организаций). Сейчас сложно представить построение нового серверного узла компании без использования технологии виртуализации. Определяющими факторами, несмотря на некоторые недостатки, можно назвать экономию денег и времени, а также высокий уровень безопасности и обеспечение непрерывности бизнес-процессов.



1. Обзор современных технологий виртуализации

Виртуализация это технология, позволяющая разделить один «железный» сервер на несколько виртуальных. Технологии виртуализации в последнее десятилетие обрели большую популярность, что напрямую связано с ростом вычислительных мощностей компьютеров. Появились многоядерные процессоры, расширяется пропускная способность интерфейсов ЭВМ, растет также емкость систем хранения и скорость доступа к данным. Как итог, складывается ситуация, дающая возможность перенести в виртуальную среду почти все серверы, имеющиеся на предприятии. Это возможно реализовать с помощью сочетания современной технологии виртуализации и имеющихся мощностей на одном физическом сервере.

По определению, виртуализация в вычислениях - это процесс представления набора вычислительных ресурсов, или их логического объединения, который даёт преимущества перед оригинальной конфигурацией, что подразумевает виртуальный взгляд на ресурсы, не обусловленные аппаратной реализацией, местоположением или физической конфигурацией частей. Обычно структура виртуализированных ресурсов включает в себя вычислительные мощности и систему хранения данных. [2]

Итак, основа виртуализации это возможность распределить ресурсы одного компьютера по нескольким изолированным средам и таким образом выполнять работу нескольких компьютеров на одном. Так можно разместить несколько виртуальных серверов с разными операционными системами (ОС) и несколько приложений в едином местоположении. Виртуализацией можно называть и обратную ситуацию, когда несколько компьютеров представляются как один отдельный компьютер, для этого используется термин «серверный кластер» или grid computing.

В общем смысле виртуализации это маскировка настоящей реализации некоего процесса или объекта от истинного его представления для пользователя. Виртуализация абстрагирует программное обеспечение от аппаратной части, что позволяет разделить представление объекта от его реализации. В результате пользователь работает с удобным представлением объекта, даже не догадываясь о действительном устройстве, которое скрыто за абстрактным вычислительным ресурсом. [3]

1.1 История развития технологии виртуализации

Истории развития технологий виртуализации уже несколько десятков лет. Впервые попытка виртуализации вычислительных ресурсов была реализована в 1960-х гг. компанией IBM на мейнфреймах для создания виртуальных сред под различные пользовательские задачи.

Впервые попытка применения виртуализации осуществлена в компьютерах IBM® 7044, в системе разделения времени, созданной в Массачусетском технологическом институте для IBM 704 и в проекте суперкомпьютера Atlas Манчестерского университета, в котором впервые применены выделение страниц по требованию и вызовы супервизора.

Хотя новая технология представляла скорее научный интерес и оставалась просто оригинальным решением, IBM осознала важность виртуализации в 1960-х годах во время разработки компьютера System/360(TM) Model 67, который виртуализировал аппаратные интерфейсы посредством монитора виртуальных машин VMM. На заре развития компьютерных технологий операционные системы называли супервизорами, а с появлением возможности запускать одну операционную систему в другой ОС в 1970-х появился термин «гипервизор». Монитор виртуальных машин (ВМ) работал напрямую с аппаратным обеспечением и позволял запускать несколько виртуальных машин. В каждой виртуальной машине могла быть запущена своя ОС. Виртуальные машины совершенствовались и сейчас они работают на мэйнфреймах серии System z9, они имеют обратную совместимость даже с линейкой System/360. [4]

Стоит упомянуть еще один из ранних вариантов виртуализации, позволяющий эмулировать процессор - это P-коды или псевдокоды, машинный язык, исполняемый в виртуальной машине, а не на реальном процессоре. P-коды разработаны в начале 1970-х, программы на P-кодах были в высшей степени переносимыми, что позволяло их запускать на любых компьютерах, для которых существовали реализующие виртуальные машины. Такая же модель используется в современных компиляторах для языков программирования, что позволяет обеспечить возможность легкого переноса на новые аппаратные архитектуры. Современная виртуальная машина Java использует модель, разработанную для P-кодов, что объясняет распространенность Java-программ, для разных архитектур.

Новый аспект виртуализации был назван командной или бинарной виртуализацией. В данном случае виртуальные команды динамически транслируются в физические команды основного оборудования. [5]

С появлением персональных компьютеров и развитием операционных систем интерес к виртуализации ослаб, а слабое аппаратное обеспечение 1970-80 гг. имело серьезные ограничения по производительности. Ранняя архитектура Intel x86, где все аппаратные устройства проектировались на работу только с одной ОС, не поддерживала виртуализацию, что также сыграло роль в вытеснении этой технологию из практики. Лишь во второй половине 1990-х гг. активный рост аппаратных возможностей компьютеров и быстродействия процессоров позволил вновь вспомнить о технологиях виртуализации программных платформ. [3]

В 1997 году компания Connectix выпускает первую версию Virtual PC для платформы Macintosh. Годом позже компания VMware стала одной из тех, кто впервые сделал серьезный шаг в сторону развития виртуализации. В 1998 г. эта компания представила технологию виртуализации систем для сегмента серверов и рабочих станций на базе архитектуры x86, как эффективное средство, позволяющее получить из системы аппаратную инфраструктуру, дающую разделение и мобильность виртуальных сред, а также большой набор ОС для них. Сейчас VMware предлагает комплекс платформ и решений для виртуализации, включающие средства как для серверов в ЦОД, так и для отдельного ПК. Следом в развития технологий виртуализации стали участвовать такие компании как Citrix Systems (XenSourse), Parallels, Oracle (Sun Microsystems) и Microsoft.

Последние десять лет развитие технологии и рынок виртуализации непрерывно увеличивается, возрастает качество и спектр существующих решений. Недавний мировой финансовый кризис, вызвавший сокращение ИТ-бюджетов, вынудил многие крупные компании заняться виртуализацией инфраструктуры. Компании малого и среднего бизнеса, также интересуются данной технологией, так как существующие комплексные продукты, позволяют с небольшими затратами создать гибкую, отказоустойчивую инфраструктуру.

Компания International Data Corporation (IDC) выделяет несколько этапов развития виртуализационных технологий:

- этап Virtualization 1.0, для которого были типичны базисные задачи, такие как инкапсуляция ресурсов в виртуальных машинах и распределение ресурсов физических машин, динамическое объединение ресурсов в общие пулы.

- этап Virtualization 2.0 вывел в приоритет задачи, связанные с повышением рабочих характеристик: увеличение времени наработки на отказ, повышение готовности, восстановление после сбоев, балансировка нагрузки, управление виртуальными клиентами.

- этап Virtualization 3.0 подразумевает создание автоматизированных ЦОД, ориентацию на наборы определенных правил, имеющиеся шаблоны решений и предоставление разнообразных сервисов на их комбинации. [2]

Современные системы виртуализации обеспечивают возможность добавления серверов или СХД, проведения технических работ, перемещения систем и данных на другие серверы и даже в другие ЦОД, не прерывая работу виртуальных систем, так что для клиентов все эти изменения останутся незамеченными.

1.2 Типы виртуализации

Когда производится виртуализация, существует несколько способов ее осуществления, с помощью которых достигаются одинаковые результаты через разные уровни абстракции. У каждого способа есть свои достоинства и недостатки, но главное что каждый из них находит свое место в зависимости от области применения.

Понятие виртуализации сейчас условно включает в себя две фундаментально различающиеся категории: виртуализация ресурсов и виртуализация платформ, представленные на рисунке 1.

Рисунок 1 Типы виртуализации

Виртуализация ресурсов - это более широкий, обобщающий подход к созданию виртуальных систем. Она позволяет концентрировать, абстрагировать и упрощать управление группами ресурсов, таких как сети, хранилища данных и пространства имен и предоставляет пользователю некие упрощенные абстракции оборудования, пространств имен, сетей и т.?д. за счет комбинирования и изменения представления реальных аппаратных ресурсов. Примерами такой виртуализации являются СХД, RAID-массивы, технологии VPN и NAT, кластеры и мультипроцессорные системы.

Результатом виртуализации платформ являются виртуальные машины - программные абстракции, работающие на оборудовании реальных программно-аппаратных систем. [6]

Пользуясь другой терминологией можно выделить два основных подхода в реализации виртуализации: аппаратную и программную. Аппаратная виртуализация основана на особенностях оборудования, и использовать ее на устройствах другого производителя, как правило, не удается. Примерами этого являются мэйнфреймы с разбиением по разделам, blade-серверы и др., в которых один «железный» сервер можно разделить на несколько, за каждым сервером, закрепляется набор ресурсов; и приложения не могут менять это распределение.

Программные решения виртуализации предполагают создание в рамках одной операционной системы нескольких виртуальных окружений или сред (Virtual Environment - VE), в которых работают приложения без возможности напрямую взаимодействовать с другими средами. [7]

В настоящее время существует несколько основных разновидностей виртуализации:

- виртуализация представлений;

- виртуализация приложений;

- виртуализация на уровне операционных систем;

- виртуализация серверов (паравиртуализация и полная);

- виртуализация инфраструктуры. [2, 8]

Далее рассмотрим эти разновидности подробнее.

1.2.1 Виртуализация представлений

Виртуализация представлений подразумевает эмуляцию интерфейса рабочего места пользователя. При этом сами приложения выполняются на сервере удалённо, а пользователь видит только картинку на экране и работает с ним на своём терминале как обычно. В зависимости от режима работы пользователь может быть доступен как весь удалённый рабочий стол со всем содержимым, так и только окно работающего приложения.

Многим виртуализация представлений знакома по работе с терминальными службами MS Windows Server. Клиенты пользуются вычислительными ресурсами сервера терминалов, клиентское приложение выполняется на сервере, клиент получает только изображение на экране - представление, как на рисунке 2. Такая модель работы снижает требования к программно-аппаратному обеспечению клиента и к пропускной способности сети. В качестве терминальных клиентов могут использоваться слабые компьютеры, смартфоны или специальные тонкие клиенты.

Рисунок 2 Виртуализация представлений

Использование клиентов позволяет повысить информационную безопасность, т.к. пользователям доступен ограниченный набор приложений и прав (например, запрет на копирование информации с внешних источников). Еще один плюс такого решения - снижение сложности администрирования, простота централизованного обновления приложений и резервного копирования, т.к. все осуществляется только на сервере, упрощается удаленная техподдержка пользователей. Доступ пользователей к рабочей среде можно обеспечить из любого места, где есть возможность дистанционно подключиться к серверу после выполнения процедуры авторизации. [8]

Одним из типов виртуализации представлений является виртуализация рабочих столов. Применение технологии виртуализации рабочих мест пользователей на базе инфраструктуры виртуальных ПК (Virtual Desktop Infrastructure, VDI) позволяет отделить пользовательские приложения от аппаратной части персонального компьютера, и предоставлять доступ к клиентским приложениям через терминальные устройства. По сути VDI - это комбинация соединений с удаленным рабочим столом и виртуализации. VDI изолирует виртуальную среду пользователей, и каждый пользователь подключается к отдельной виртуальной машине. Инфраструктура VDI может быть как статическая, так и динамическая, что зависит от способа подключения пользователя: каждый раз к той же виртуальной машине или к разным, когда виртуальные машины создаются по мере необходимости. При использовании такой схемы важно хранить данные пользователей вне виртуальных машин и быстро предоставлять приложения. [3]

Из недостатков таких конфигураций стоит отметить повышенные требования к мощности серверов, а также то, что терминальный сервер это единая точка отказа, что также решается дублированием или кластеризацией и требует дополнительных денежных вложений.

1.2.2 Виртуализация приложений

Этот особый вид виртуализации позволяющий запускать отдельное приложение в своей собственной изолированной среде. Его основное отличие от других видов виртуализации в том, что в этом случае не используются виртуальные среды или виртуальные машины. Применение такой модели подразумевает изоляцию прикладных программ от ресурсов операционной системы, при этом виртуализируется каждый экземпляр приложения и все его основные компоненты: файлы (даже системные), реестр, шрифты, INI-файлы, COM-объекты, службы.

Приложение как бы помещается в контейнер («песочница», sandbox) с необходимыми компонентами для своей работы. В результате получается программа, которая запускается без инсталляции в обычном ее понимании и может исполняться с внешних носителей. При переносе и запуске такой программы на другой машине, созданное виртуальное окружение разрешает все конфликты с операционной системой и другими приложениями. [8]

Этот подход дает определенные преимущества с точки зрения организации информационной инфраструктуры:

- пользователи запускают одно и то же заранее сконфигурированное приложение или несколько программ с сервера;

- централизованное обновление из одного источника;

- ускорение развертывания настольных систем;

- не вносятся изменения в операционную систему;

- повышается уровень безопасности;

- на одном компьютере в одной и той же операционной системе можно запускать несколько разных приложений, несовместимых или конфликтующих друг с другом, или разные версий одного приложения.

Таким образом, виртуализация приложений позволяет упростить управление приложениями, свести к минимуму конфликты между программами и снижает потребность в тестировании приложений на совместимость, т.к. приложения работают независимо друг от друга. [6]

Данный вариант виртуализации похож на поведение интерпретаторов различных языков программирования и используется в Sun Java Virtual Machine, Microsoft Application Virtualization (ранее называлось Softgrid), Thinstall (в начале 2008 г. вошла в состав VMware), Symantec/Altiris. [3]

1.2.3 Виртуализация на уровне операционных систем

Эта технология подразумевает виртуализацию серверов непосредственно над операционной системой. Виртуализация на уровне ядра операционной системы (operating system-level virtualization) использует одно ядро хостовой ОС для создания независимых друг от друга параллельно работающих операционных сред. Гостевая система разделяет использование одного ядра хостовой ОС с другими гостевыми системами. Виртуальная машина представляет собой окружение для изолированных приложений, под гостевое ПО создается собственное сетевое и аппаратное окружение. [3]

Виртуализация на уровне основной ОС предполагает создание единого уровня распределения системных ресурсов среди всех виртуальных серверов (контейнеров). При таком подходе дополнительная нагрузка на сервер составляет всего 2%. Преимущества такого метода - высокая производительность и эффективное использование аппаратных ресурсов, хорошая управляемость, минимизация накладных технических и лицензионных расходов. Основной недостаток - это возможность реализовать только однородные виртуальные среды. Виртуализация уровня операционной системы также требует внесения определенных изменений в ядро ОС. [8]

Данный тип виртуализации часто используется в системах хостинга, когда на одном ядре поддерживается несколько виртуальных серверов клиентов. Примеры виртуализации уровня ОС: Linux-VServer, Virtuozzo (для Linux и Windows), OpenVZ (бесплатный вариант Virtuozzo), Solaris Containers и FreeBSD Jails, FreeVPS, VDSmanager. [6]

1.2.4 Полная виртуализация серверов

Виртуализация серверов является базовым направлением виртуализации платформ и обеспечивает работу на одном физическом сервере нескольких виртуальных машин. Виртуальная машина (сервер) это окружение, которое представляется для «гостевой» операционной системы, как аппаратное. На самом деле это программное окружение, которое симулируется программным обеспечением хостовой системы. Эта симуляция должна быть достаточно надёжной, чтобы драйверы гостевой системы могли стабильно работать. На виртуальной машине может работать своя операционная система, на которой в свою очередь могут быть запущены приложения и службы. Взаимодействие между гостевой операционной системой и оборудованием осуществляется посредством гипервизора, позволяющего гостевой системе напрямую обращаться к ресурсам аппаратного обеспечения. Использование гипервизора существенно влияет на быстродействие платформы, приближая его к быстродействию физической платформы. [6]

В настоящее время этот режим виртуализации реализация реализован с помощью двух принципиально разных подходов: полной виртуализации и паравиртуализации, что связано с преодолением исторически унаследованных особенностей программно-аппаратной архитектуры x86.

Полная (или нативная) виртуализация (Full, Native Virtualization) использует не модифицированные экземпляры гостевых операционных систем, для поддержки которых служит общий слой эмуляции их исполнения поверх хостовой ОС (рисунок 3). Основные аппаратные средства не принадлежат гостевой операционной системе, а разделяются гипервизором. Такая технология применяется в VMware Workstation, VMware Server, Parallels Desktop, Parallels Server, MS Virtual PC, MS Virtual Server.

Рисунок 3 Полная виртуализация

Полная виртуализация работает быстрее, чем эмуляция оборудования, но производительность меньше, чем у просто оборудования из-за наличия прослойки-гипервизора. Плюсы такого подхода - это относительная простота реализации, универсальность и надежность решения. В гостевую ОС не вносится изменений, функции управления принадлежат хостовой ОС. Недостатки - дополнительные расходы на аппаратные ресурсы, меньшая гибкость в использовании аппаратных средств. [5, 3]

При построении крупных корпоративных систем, как правило, используется именно полная виртуализация. При этом крупные вендоры такие как VMware, IBM и Microsoft разрабатывают свои платформы виртуализации на базе технологий аппаратной виртуализации Intel VT (VT-x), AMD-V. Единственное ограничение состоит в том, что операционная система должна поддерживать основные аппаратные средства. Основные представители - это продукты VMware Workstation, Parallels Desktop, Parallels Server, MS Virtual PC, MS Virtual Server, Virtual Iron.

1.2.5 Паравиртуализация

Паравиртуализация (paravirtualization) - это широко используемы метод, который также использует гипервизор для разделения доступа к основным аппаратным средствам, но требует модификации кода гостевой системы (рисунок 4). При использовании паравиртуализации, виртуальная машина не эмулирует аппаратное обеспечение, а предлагает использовать специальное Application Programming Interface (API).

Рисунок 4 Паравиртуализация

Ядро гостевой ОС модифицируется включением нового набора API, через который система может напрямую работать с аппаратурой без конфликтов с другими виртуальными машинами. API-вызовы к гостевой системе, называются «hypercalls» (гипервызовы). При этом нет необходимости задействовать полноценную ОС в качестве хостового ПО, функции которого исполняет гипервизор, также нет необходимости эмулировать аппаратное обеспечение.

Недостаток метода в сложности реализации подхода, необходимости модификации гостевой операционной системы и создании специализированной ОС - гипервизора. Достоинство паравиртуализации в производительности почти как у реальной не виртуализированной системы, эффективном использовании аппаратных ресурсов, одновременной поддержке различных операционных систем. Данный метод является сегодня весьма актуальным вектором развития технологий виртуализации и применяется в различных продуктах компаний VMware (ESXi), Xen, Microsoft (Hyper-V). [3, 6, 8]

1.2.5 Виртуализация инфраструктуры

Под этим термином чаще всего понимается создание ИТ-инфраструктуры, не зависимой от аппаратной части. Например, когда некий сервис располагается на гостевой виртуальной машине и клиенту в принципе не особо важно, на каком физическом сервере он находится.

Для создания подобной независимой инфраструктуры существует множество методов, комбинируется виртуализация серверов, десктопов, приложений и представлений. В самом распространенном случае на одном физическом сервере посредством гипервизора, размещается несколько виртуальных или "гостевых" машин. Большинство современных систем виртуализации, в частности, VMware и Citrix XenServer работают по принципу bare metal, то есть ставятся прямо на «голое железо». [2]

По статистике средняя нагрузка на процессор у серверов под управлением Windows не выше 10%, этот показатель чуть лучше у Unix-систем, там он в среднем не более 20%. Принятый классический подход «один сервер - одно приложение» обуславливает эту низкую эффективность использования серверных ресурсов, когда каждый раз под внедрение нового приложения, покупается очередной сервер. В реальности это приводит к быстрому разрастанию серверного парка и увеличению затрат на электроэнергию, системы охлаждения и обслуживающий персонал, потребности в новых помещениях для установки оборудования и покупке серверных лицензий. [3]

Виртуализация ресурсов физического сервера дает возможность гибко распределять их между приложениями, каждое из которых при этом получает только предназначенные ему ресурсы и «считает», что ему выделен отдельный сервер. Так в данном случае реализуется подход «один сервер - много приложений», но без падения скорости работы, доступности и безопасности серверных приложений. Также, решения виртуализации позволяют одновременно запускать в разных разделах разные ОС с помощью эмуляции их системных вызовов к аппаратным ресурсам сервера.

При использовании виртуализации инфраструктуры становится проще перенос приложений с одного сервера другой. Этот процесс выполняется операцией перемещения виртуальной среды. В результате, можно физически передвигать приложения к месту, где они наиболее востребованы, что актуально для крупных компаний с распределенной структурой и множеством филиалов. [4]

1.3 Области применения виртуализации

Сейчас уже сложно представить себе ИТ-отрасль без виртуализации, развитие информационных систем организаций тесно связано с применением технологий виртуализации. Виртуализация даёт множество удобств и выгод, что особенно заметно на «тяжелых» системах, где используются аппаратные разделы. Помимо этого данная технология позволяет значительно уменьшить расходы, связанные с приобретением и обслуживанием серверных систем, сократить время на восстановление информации или развертывания аналогичных систем в новом оборудовании.

Основные варианты применения виртуализированных продуктов:

- Консолидация серверов

Часто виртуальные машины используют для объединения множества физических машин на меньшем числе более мощных в качестве виртуальных. Размещение нескольких серверов на одном физическом заметно повышает эффективность его использования. На современных многоядерных процессорах со специальными наборами инструкций снижения в производительности либо нет, либо оно минимально.

- Минимизация затрат

При виртуализации инфраструктуры организации может хватить одного сервера вместо четырех. Экономия заметна: снижение затрат на оборудование, на электроэнергию, на площади размещения.

- Тестовые стенды и обучение

За счёт простоты в развёртывании виртуальных машин, они часто используются для построения тестовых стендов, а также для обучения новым продуктам и технологиям. Новые программы или ОС можно протестировать перед внедрением в виртуальной среде, не покупая специально для этого оборудование и не рискуя нарушить работу ИТ-инфраструктуры, если возникнут проблемы.

- Разработка ПО и ОС

Используя возможности современных ПК можно развернуть виртуальный сервер даже на домашнем компьютере, а затем перенести его на другое оборудование. Виртуализация позволяет управлять несколькими операционными системами, и если одна из них терпит крах из-за ошибки, то гипервизор и другие ОС продолжают работать. Это позволяет сделать отладку ядра подобной отладке пользовательских приложений.

- Распространение предустановленного софта

Многие разработчики программ создают готовые образы виртуальных машин с предустановленными программными продуктами и распространяют их бесплатно или на коммерческих условиях.

- Использование в продакшн-среде

При консолидации систем, один более мощный сервер скорее всего будет стоить дешевле нескольких менее мощных, особенно когда старые сервера пора менять из-за морального устаревания. [2, 8]

- Виртуальные рабочие станции

Такое применение продуктов виртуализации позволяет создать и использовать рабочее пространство без привязки к аппаратуре, созданную однажды виртуальную машину пользователь сможет запускать на любом компьютере при этом, не синхронизируя с ним данные. При этом возможно использование готовых шаблонов виртуальных машин даже с ограничением времени работы. Кроме перечисленных, у данного способа есть и другие варианты использования широких возможностей виртуализации.

- Применение в бизнесе

Это наиболее обширный вариант применения виртуальных машин. Сюда относятся все бизнес-решения, использующие основные преимущества виртуальных машин и повседневные обращения к IT-ресурсам. Используя виртуальные машины, можно легко создавать резервные копии серверов и рабочих станций, создавать системы для быстрого восстановления после сбоев и т. п. [6]

Однако, стоит отметить, что виртуализация не всегда одинаково эффективна в применении. Например, всё, что связано с сервисами интернет/интранет, может быть виртуализировано, эти задачи не требуют значительных ресурсов. Файл-серверы, службы печати, а также обслуживающие системы коллективной работы, для бизнеса более значимы, но и тут виртуализация не вызовет проблем. Сервера с небольшой нагрузкой (контроллеры доменов AD, WSUS, всевозможные веб-сервера) виртуализировать можно и нужно, однако стоит отметить, что один из контроллеров доменов желательно оставить не виртуальным.

Однако для серверов баз данных, начиная с определенного объема хранимых данных («тяжелые» СУБД), виртуальные серверы уже подходят плохо. Неудачным вариантом будет перенос в виртуальную среду высоконагруженных, особенно по дисковой подсистеме, серверов, таких как Exchange Server и прочих ресурсоемких приложений. [2]

Основная причина - это определенные ограничения на объем ресурсов, которые гипервизор может выделить виртуальной машине. Поэтому BI-системы, а также высококритичные приложения вроде ERP или CRM не рекомендуют развертывать на виртуальных серверах. Соблюдение этих рекомендаций положительно скажется на корректной работе всей сетевой инфраструктуры. Также стоит отметить, что физический сервер становится единой точкой отказа, и его выход из строя будет влиять на все размещенные в нем виртуальные серверы. По мнению аналитиков из Gartner виртуализация применима лишь к 40% всех серверов. [8]

1.4 Преимущества использования виртуализации

В целом можно выделить следующие основные преимущества использования виртуализации:

- Сокращение затрат на приобретение и поддержку оборудования.

В современных условиях в каждой организации можно найти один или два сервера имеющие несколько ролей, например, почтовый сервер, файловый сервер, сервер базы данных и т.д. Часто это некритично, но встречаются ситуации, когда установка нового ПО требует независимой серверной единицы. В таком случае понадобится виртуальная машина с нужной операционной системой. Сюда относятся те случаи, когда необходимо иметь несколько независимых виртуальных серверов со своими наборами служб и характеристик.

- Сокращение серверного парка.

Установив в компании один производительный и надежный сервер, можно заменить им несколько маломощных ЭВМ, при этом общая стоимость владения таким высокопроизводительным сервером оказывается ниже. В результате меньше времени и денег тратится на поиск, закупку и замену оборудования. Сокращаются площади, выделяемые под содержание серверной базы. Однако, может уменьшиться общая надежность системы.

- Сокращение штата IT-сотрудников.

На обслуживание меньшего количества ЭВМ требуется меньше людей. Следствие - сокращение серьезной статьи расходов предприятия.

- Простота в обслуживании.

Добавить оперативной памяти, сетевой контроллер, заменить жесткий диск или увеличить их количество, все это представляет определенные сложности и занимает время в случае с физическим сервером. При использовании виртуальных машин все эти действия значительно упрощаются и сводятся к нескольким командам в интерфейсе гипервизора.

- Клонирование и резервирование.

Простота клонирования виртуальных машин является большим плюсом виртуализации. Развертывание инфраструктуры сводится к простому копированию образов на новый сервер, конфигурированию сетевого оборудования и изменению настроек прикладных программ. [5]

- Изолирование потенциально опасных приложений.

При сомнении в надежности какого-либо приложения, его можно запустить в виртуальной машине, не опасаясь повредить важные системные компоненты. Такую изолированную среду часто называют «песочницей».

- Создание различных аппаратных конфигураций.

Это позволяют произвести проверку работоспособности приложений в конкретных условиях. Возможность формирования виртуальных устройств: дисков, процессоров и т. д., вплоть до организации виртуальных сетей между различными системами на одном физическом компьютере.

- Возможность поддержки старых и новых ОС одновременно для обеспечения совместимости.

- Применение в целях обучения, тестирования и проведения различных экспериментов с гостевыми операционными системами.

Помимо этого, достоинствами технологии являются: быстрота и простота управления, повышение мобильности. Для работы с виртуальной машиной достаточно поместить папку на любой компьютер, чтобы запустить систему. Однако при всех достоинствах использования виртуальных машин здесь есть и определенные недостатки:

- невозможность использования в виртуализации всех систем;

- применение дополнительных аппаратных ресурсов;

- жесткие требования к аппаратному обеспечению;

- возможная единая точка отказа;

- высокая стоимость качественных продуктов виртуализации. [6]

Кроме того выгода от внедрения виртуализации начинается при достижении некоторого значимого количества освобождаемых физических серверов. Общая стоимость системы с виртуализацией и учетом лицензий на программное обеспечение может быть выше, чем нескольких «однозадачных» физических серверов, причем эту разницу не всегда можно компенсировать за счет снижения стоимости владения.



2. Анализ средств для виртуализации

Самый популярный способ виртуализации предполагает использование гипервизора, который создает уровень абстракции между виртуальными серверами и базовым аппаратным обеспечением. Примерами коммерческих решений, в которых реализован данный подход, могут служить программные продукты VMware и Microsoft Hyper-V, а также KVM (Kernel Virtual Machine) - свободно распространяемое решение для ОС Linux. Примером свободно распространяемой реализации технологии паравиртуализации может служить Xen. Компании сейчас имеют большой выбор вариантов виртуализации для развертывания виртуальных серверов - от полной виртуализации до паравиртуализации и модификации ядра ОС (таблица 1).

Таблица 1

Сравнение платформ виртуализации

Продукт	Метод	Решение с открытым кодом	Платформа
Виртуальная машина на базе ядра (KVM)	Полная виртуализация с поддержкой ЦП	Да	Linux, Windows
MS Virtual Server / MS Hyper-V	Полная виртуализация	Нет	Linux, Windows
OpenVZ / Virtuozzo	Виртуализация на уровне ОС	Да	Linux, Windows
Solaris Containers / Zones	Виртуализация на уровне ОС	Да	Sun Solaris
VMware	Полная виртуализация	Нет	Linux, Windows, NetWare, Solaris
Xen	Паравиртуализация, полная виртуализация с поддержкой ЦП	Да	Linux, BSD, Solaris, Plan 9, ReactOS

В настоящее время продукты VMware vSphere и Microsoft Hyper-V являются мировыми стандартами в виртуализации серверов, их функциональные возможности в базовой части можно назвать очень близкими, об этом же говорит объективный рейтинг от Gartner, представленный на рисунке 5.

Рисунок 5 Рейтинг платформ виртуализации от компании Gartner на 2014 г

Microsoft Hyper-V и пакет VMware ESX / ESXi (VMware Hypervisor) являются конкурирующими продуктами, ориентирующимися на рынок систем виртуализации масштаба предприятия. В данный момент решение VMware превосходит по возможностям Microsoft, однако Microsoft Hyper-V обладает некоторыми преимуществами: Hyper-V бесплатен, легче настраивается, а поскольку Hyper-V является ролью Windows Server, то он будет работать на любом оборудовании, поддерживающем Windows Server, а продукт VMware построен на базе UNIX и имеет ограниченный набор драйверов и поддерживаемого оборудования.

2.1 Виртуализация серверов на базе Microsoft Hyper-V

Корпорация Microsoft долго не занималась технологиями виртуализации, пока 2003 года не приобрела компанию Connectix, вместе с которой был куплен продукт Virtual PC, конкурировавший тогда с разработками VMware в среде систем виртуализации. В 2005 году Microsoft выпустила свой продукт Virtual Server 2005, позже ставший бесплатным. Однако к тому времени лидерство в этом сегменте рынка захватила компания VMware. Для исправления сложившейся ситуации Microsoft пришлось поменять стратегию в отношении виртуализации, и в 2008 года был выпущен финальный релиз платформы виртуализации Microsoft Hyper-V, интегрированной в ОС Windows Server 2008. Теперь роль сервера виртуализации доступна всем пользователям серверной операционной системы Microsoft. Стоит также упомянуть продукт Microsoft Virtual PC поддерживающий установку настольных операционных систем на виртуальные машины.

Microsoft Hyper-V это продукт для виртуализации серверов в корпоративных средах. Hyper-V является ролью 64-х битной версии Windows Server 2008 и более поздних релизов. В отличие от Microsoft Virtual Server или Virtual PC, Hyper-V обеспечивает виртуализацию на аппаратном уровне, с использованием технологий, встроенных в процессоры. Hyper-V представляет собой гипервизор с микроядерной архитектурой, т.е. прослойку между оборудованием и виртуальными машинами уровнем ниже операционной системы. Так Hyper-V обеспечивает высокую производительность, почти равную производительности системы, работающей на физическом сервере.

Microsoft Hyper-V позволяет консолидировать несколько серверов, абстрагировать операционные системы и приложения от оборудования и конфигурации серверов, что позволяет легко осуществлять миграцию с одного физического сервера на другой. Виртуализация на базе Hyper-V обеспечивает функционирование множества ОС или несовместимых приложений. Технология Hyper-V может быть развернута как в полной установке, так и в режиме Server Core.

Возможности Microsoft Hyper-V можно расширить при помощи Microsoft System Center Virtual Machine Manager 2008 (SC VMM) - это отдельный продукт семейства System Center для управления виртуальной инфраструктурой, эффективного использования ресурсов физических серверов, а также упрощения создания новых виртуальных систем. Продукт обеспечивает поддержку консолидации физических серверов в виртуальной инфраструктуре, быстрое преобразование физических машин в виртуальные, миграцию виртуальных машин, распределение нагрузки по узлам, а также центр управления ресурсами и кластерами Hyper-V.

2.2 Виртуализация серверов на платформе VMware

Американская компания VMware, специализирующаяся на производстве решений виртуализации и облачных инфраструктур, является одним из ведущих лидеров в своем сегменте. Компания была основана в 1998 году. Название VMware произошло от словосочетания «Virtual Machine (VM)» (виртуальная машина) и вторая часть была взята от слова «software» (программное обеспечение). Впервые VMware запатентовала свои технологии в 1998 году, за прошедшее время было выпущено множество эффективных продуктов для виртуализации: от VMware Workstation для обычных компьютеров, до профессиональных пакетов, таких как VMware ESX/ESXi для консолидации серверной инфраструктуры целого предприятия в виртуальной среде.

Для решения проблемы с виртуализацией на процессорах архитектуры x86 компания VMware разработала свою адаптивную технологию виртуализации, основанную на перехвате «проблемных» инструкций. В результате была получена производительная виртуальная машина, с поддержкой полной аппаратной и программной совместимости. Компания VMware в настоящее время является неоспоримым лидером в разработке и внедрении инновационных технологий виртуализации.

Широкий спектр продуктов VMware содержит много средств оптимизации ИТ-инфраструктуры, повышения эффективности управления виртуальными серверами, инструменты для миграции с физических платформ на виртуальные среды. Продукты виртуализации компании VMware зачастую имеют преимущество перед конкурентами по многим параметрам по результатам различных тестов производительности. [3]

VMware vSphere (в прошлом Virtual Infrastructure) - это общее имя продуктов серверной виртуализации от VMware, представляет собой пакет программных продуктов, предназначенных для создания и функционирования систем виртуализации в масштабах предприятия. Виртуализация на базе VMware vSphere позволяет всем приложениям и серверам предприятия абстрагироваться от аппаратной платформы. Благодаря этому появляется возможность запуска множества разнородных несовместимых между собой приложений и серверов на одном и том же оборудовании одновременно. Решения на базе VMware vSphere широко используются при построении центров обработки данных (ЦОД), так как основными требованиями там являются: высокая плотность установки серверов, гибкость и надёжность информационных систем, высокая доступность и производительность приложений, оптимизация энергопотребления и тепловыделения.

Основой пакета VMware vSphere является гипервизор первого типа VMware ESX / ESXi, разбивающий физические серверы на множество виртуальных машин, входит во все выпуски VMware vSphere как решение для полной виртуализации. Начиная с версии 5.0 ESX заменен на продукт ESXi, дальнейшая разработка ESX прекращена на версии 4.1 update 3. Гипервизор находится между гостевой операционной системой и оборудованием как слой абстрагирования, что позволяет любой ОС работать на аппаратных средствах, не имея информации о какой-либо другой гостевой операционной системе. Вся виртуализированная среда сохраняется как файл, и это означает, что полная система (включая гостевую операционную систему, VM и виртуальное оборудование) может быть легко и быстро перенесена на другой сервер для распределения загрузки. [8]

VMware также виртуализирует в гипервизоре доступные устройства ввода/вывода и соответствующие драйверы для высокоэффективных устройств. Продукт является бесплатным, доступен для загрузки с сайта VMware и является простейшим способом для начала работы с виртуализацией. Имеется определённый набор требований к аппаратному обеспечению, например, является обязательным наличие поддержки виртуализации со стороны процессора и материнской платы. ESXi для своей установки требует не менее 4 ГБ (для версии 5.0 достаточно 2Гб) оперативной памяти. Практически все остальные продукты направлены на обслуживание vSphere и добавляют различный функционал к ней.

Продукция VMware также включает следующие платформы виртуализации:

VMware Server - бесплатная серверная платформа, гипервизор 2го типа, может быть запущена на серверах под управлением хостовых операционных систем Windows и Linux, предназначена для поддержания виртуальных серверов в инфраструктуре небольших предприятий.

VMware Workstation - платформа для использования разработчиками ПО, desktop-пользователей и профессионалов в IT-сфере.

VMware Player - бесплатное средство для запуска виртуальных машин, готовых конфигураций и шаблонов.

Отдельного внимания заслуживают продукты семейства vCenter, включающего VMware vCenter Server - сервер централизованного управления ESX/ESXi серверами и виртуальными машинами, а также сопутствующие решения, расширяющие возможности комплексной системы виртуализации от компании VMware.

VMware предлагает решения, позволяющие снизить расходы на ИТ путем перехода на виртуальные технологии и облачные вычисления. Благодаря продуктам VMware компании могут повысить эффективность ИТ-инфраструктуры за счет более гибкой, адаптивной и надежной модели предоставления услуг, позволяющей решать необходимые задачи.

2.3 Обоснование выбора гипервизора

Существует множество продуктов виртуализации, и универсального продукта виртуализации, который всем подходит, не существует. У каждого продукта есть свои преимущества и недостатки. Многие организации выбирают решения для виртуализации между продуктами KVM, VMware или Hyper-V исходя из потребностей бизнеса.

Напомним, что существует два типа гипервизоров. Гипервизоры первого типа запускаются непосредственно на «железе» и не требуют установки какой-либо операционной системы. Для работы гипервизора второго типа нужна операционная система, через которую производится доступ к аппаратной части. Лучшим считается гипервизор первого типа, т. к. его производительность выше, поскольку они работают напрямую с оборудованием. Нас интересуют только системы виртуализации первого типа, так как вторые больше ориентированы для индивидуального использования, чем в качестве решений уровня предприятия. Примеры гипервизоров 1-го типа: Hyper-V, KVM, VMwareESXi. Гипервизоры 2-го типа: VMware Workstation, Oracle Virtual Box, OpenVZ.

Hyper-V и VMware - это проприетарные решения, существует продукт с открытым исходным кодом - KVM.

При выборе Hyper-V нужно понимать, что сейчас есть Windows Server 2016 со стандартной ролью Hyper-V и есть Hyper-V Server 2016. Windows Server 2016 поставляется в двух редакциях -- Datacenter и Standard, которые аналогичны с точки зрения виртуализации, но имеют различия в лицензировании. В редакции Standard по одной серверной лицензии можно поднять только две виртуальных машины, а в Datacenter разрешено любое количество виртуальных машин. Лицензируется не сам факт создания виртуальной машины, а только ОС внутри ее. Например, можно запустить любое количество виртуальных Linux-серверов даже в стандартной версии Windows Server. Начиная с 2016 года, стоимость лицензии на сервер напрямую зависит от количества ядер на физическом сервере.

Hyper-V Server 2016 - абсолютно бесплатный продукт от компании Microsoft, но у него есть свои минусы:

- Нужно лицензировать все виртуальные машины с ОС Windows.

- Отсутствует графический интерфейс, есть удаленная консоль.

- Отсутствие поддержки производителя, хотя есть обновления.

Данное решение можно назвать бесплатным, если разворачивать только Linux-серверы.

VMware ESXi гипервизор это операционная система, которая устанавливается на оборудование. ESXi во многом похож на Linux, но он работает на собственном проприетарном ядре VMkernel. ESXi поставляется с пакетом VMware vSphere, отдельно купить его нельзя. Лицензия покупается на каждый физический процессор на сервере. Оперативная память и число виртуальных машин на стоимость не влияет.

Vmware также предлагает VMware ESXi Free или VMware Free vSphere Hypervisor. Бесплатный VMware ESXi требует регистрации и может работать в режиме полной пробной версии 60 дней, после этого нужно или принять ограничения бесплатной версии или же купить полноценную. На данный момент у бесплатной версии нет ограничений для хоста по процессорам и памяти, минусы следующие:

- Виртуальная машина может иметь не более 8 vCPU;

...