Виртуализация в вычислительных системах

Итак, понятие «Виртуализация» достаточно часто используется в ИТ-отрасли. Виртуализация применяется к разным ИТ-сферам, таким как облачные вычисления, компьютерные сети и т.д. Анализ научной и публицистической литературы позволяет констатировать, что единого термина “виртуализация” не существует. По большей своей сущности определения достаточно обобщены и расплывчаты. Слово “виртуализация” имеет созвучие со словом “виртуальный”. Разные словари определяют определение «виртуальный» схоже: «виртуальный» - несуществующий. При этом, в ИТ-отрасли под «виртуальными» технологиями подразумевают вполне определенные сервисы и часто используют сопряженное определение - виртуализация. В публицистической литературе под виртуализацией понимают процесс создания виртуальной среды [1, 2]. Таким образом, под виртуализацией можно подразумевать процесс создания виртуальной версии, например, сервера или операционной системы.

Стоит отметить, что термин “виртуализация” в ИТ-отрасли сфере существует давно, но с развитием данной отрасли, он несколько изменился. В 1950-1960 годах произошло зарождение данной технологии [1]. Наиболее первое ее использование связывают с IBM® 7044, Compatible Time Sharing System (CTSS). Данное зарождение было вызвано с соответствием продуктов ИТ-компаний требованиям сопровождения и запросу со стороны пользователей. К первым проектам принято относить оптимизацию вычислительных ресурсов Multiple Access Computer. Данный проект был разработан в Кембриджском центре корпорации IBM [1]. Он работал на основе мейнфрема IBM System/360-67 под управлением ОС CP/CMS и управляющей программы CP-67. Следующий этап развития технологии виртуализации принято относить к 1995-96 годам, когда IBM признала необходимость виртуализации при помощи System/360™ Model 67. В 1970 году был разработан P-code, представляющий собой машинный язык, выполняющийся на виртуальной машине. Его разработчиком стала Pascal system из University of California города San Diego США. С развитием ИТ-отрасли виртуализация стала все более чаще использоваться в разных ее областях: виртуализация серверов, виртуализация сети, виртуализация хранения данных.

Системы виртуализации используют разные методы исполнения кода, современные гипервизоры позволяют автоматически и вручную производить изменения объема оперативной памяти доступной для гостевой системы. Гипервизоры направлены на обеспечение доступа гостевых операционных систем к оборудованию, характеризуются наличием возможности эмулировать отсутствующее оборудование на настоящий момент времени.

В рамках данного исследования под определением “виртуализация” будем понимать серверные технологии виртуализации. Данные технологии представляют экономический интерес в оптимизации ИТ-инфраструктуры организации.

Виртуализация - это технология, которая обеспечивает абстрагирование и представление процессов от вычислительных ресурсов. Серверная виртуализация разделяет ресурсы одной физической вычислительной системы для нескольких процессов, которые используют выделенные им ресурсы для исполнения собственного набора задач. Цель виртуализации - это централизация административных задач, которые связаны с процессом улучшения балансировки и масштабируемости нагрузки на физические сервера.

С развитием современных технологий и систем виртуализации появляются новые подходы по направлению организации серверной инфраструктуры организаций. Актуальность виртуализации приводит к тому, что разработчики постоянно работают над совершенствованием ее программных и аппаратных технологий в общем целом и в частности, серверные.

Достаточно широкое распространение получили такие способы виртуализации, как при VirtualBox, VMWare, Qemu. (табл. 1)

Таблица 1 – Общая характеристика VirtualBox, VMWare, Qemu

Каждый из выше приведенных способов виртуализации характеризуется преимуществами и недостатками. VMware имеют разные типы программного обеспечения виртуализации. Некоторые из них теперь доступны бесплатно, при этом не обязательно бесплатно, как в открытом исходном коде. Каждый бесплатный вариант обладает собственными преимуществами и недостатками. Выбор версии зависит от цели проекта и необходимого набора функций.

Сервера VMware позволяют использовать несколько гостевых виртуальных машин. Многие поддерживаемые операционные системы, Linux и Unix (*nix), BSD-поддерживают гостей и разные доступные версии Windows. У каждой виртуальной машины в наличие собственный адрес в локальной сети, она отображается на любой другой машине. К недостаткам сервера VMware можно отнести то, что он не ориентирован на использование рабочего стола. Структура настроена больше на сетевые и серверные приложения, как следствие, работа на рабочем столе может происходить немного медленнее. К серьезным ограничениям можно отнести то, что не получится быстро создать виртуальные машины при помощи VMware Player. При этом, можно создать новую виртуальную машину.

Другое ограничение заключается в том, что отсутствует простой способ запуска виртуальной машины при загрузке системы. Для этого потребуется, чтобы другой пользователь щелкнул и запустил виртуальную машину. Таким образом, если пользователь планирует настроить виртуальную машину как «сервис», то данный сервер не рекомендуется выбирать.

Стоит отметить VMware ESXi – последнее бесплатное предложение от VMware. Он ограничен оборудованием класса сервера, и пользователь должен будет произвести проверку требования для определения наличия у него совместимого оборудования. Она предоставляет платформу виртуализации корпоративного класса. В VMware Workstation можно создать виртуальные машины, существует список поддерживаемых операционных систем. 3D ускорение возможно в последнем выпуске для настольного применения, сети.

Qemu - это кросс-эмуляция платформы и программное обеспечение для виртуальной машины. Qemu является открытым исходным кодом и, несмотря на относительно небольшой размер, может позволить получить неплохие результаты для виртуализации.

VirtualBox (далее VB) - это технология виртуализации с открытым исходным кодом, которая доступная в операционных системах Windows, Linux, Mac OS. Стоит отметить, что у VB некоторые расширения предоставляются бесплатно, при этом у них нет открытого исходного кода.

VB предоставляет возможность в получение доступа к функции аппаратной виртуализации (Intel с целью виртуализации VT-x или AMD от AMD-V с целью виртуализации оборудования) в большей части микропроцессоров ПК. Технология работает только на компьютерах с x86-совместимых процессоров (Intel, AMD). При этом, данное ограничение не является проблемой в большинстве случаев, когда требуется применять GNS3 на ПК или ноутбуке, так как компьютеры, работающие в Windows, Linux, Mac OS используют процессор, который совместим с VB.

При работе в VirtualBox возникает трудность, которая заключается в том, что надо создать виртуальную уникальную машину с образа диска для каждого узла, который используют в моделировании и, если надо сохранить изменения, внесенные в узлы, или повторно использовать эти образы дисков виртуальных машин в других GNS3 проектов, то данные внесенные изменения в одном проекте могут привести к изменению поведения моделируемой сети в GNS3 другом проекте.

С целью создания большей имитации сетей, надо будет создать множество виртуальных машин в VB. После этого каждый из них настраивается отдельно в GNS3, перед его использованием. Эти действия не сложные, но менее удобные в использовании VB, по сравнению с использованием Qemu. Данное решение фактически использует некоторые компоненты в Qemu. У него есть уникальные функции, такие как наличие кросс-платформенной совместимости (установление на компьютерах Linux, Mac, Windows, Solaris), взаимодействия с командной строкой, специальных драйверов и утилит для облегчения переключения между системами, бесшовного режима (запуск виртуальных приложений рядом с обычными), ограниченной поддержки 3D-графики (OpenGL до версии 3.0), обмен образами дисков при помощи VMware и т.д.

Стоит отметить следующие недостатки VB по сравнению с набором функций VMware. Он не предлагает одинаковый уровень поддержки трехмерной графики. Несмотря на то, что VB может обмениваться образами дисков с VMware, он не интегрируется с ESXi, vSphere, vCloud Air. Пользовательский интерфейс VMware более дружественный по сравнению с VB

VB в отличие от VMware обладает хорошими кросс-платформенными возможностями за счет отдельных выпусков, которые характерны для одной ОС, основной версии VB, которую можно установить и использовать на любом компьютере x86. Обратим внимание, что нельзя констатировать, что один продукт лучше, а другой хуже в использовании, так как все зависит от целей и задач использования.

Стоит отметить, что помимо выше обозначенных серверов на ИТ-рынке представлено достаточно большое количество других продуктов (SimNow, Xen и т.д.) Все это свидетельствует о том, что виртуализация стала неотъемлемой частью ИТ-инфраструктуры организаций вне зависимости от их масштаба. Она позволяет осуществить запуск приложений Windows в другой операционной системе, снизить риск возможного возникновения негативного оказания влияния на уязвимость одной серверной платформы на целую ИТ-инфраструктуру. Виртуализация является эффективным инструментом консолидации необходимых служб с нескольких компьютеров на одном компьютере, что позволяет повысить экономическую эффективность за счет экономии финансовых средств и пространства организации.