Аппаратная виртуализация: от сервера до виртуальной машины

24.05.2023

Технологиям виртуализации уже более 40 лет. Вначале она применялась для расширения памяти компьютеров, а сейчас используется для решения задач связанных с хостингом сайтов и баз данных, созданием удаленных рабочих мест и отказоустойчивой облачной ИТ-инфраструктурой. Методы и технологии виртуализации также шагнули далеко вперед.

Сейчас в основном используется аппаратная и контейнерная виртуализация. Каждый вид виртуализации имеет свои преимущества и области применения. Так как в 1cloud применяется аппаратная виртуализация, основанная на технологиях VMware, мы рассмотрим именно этот вид виртуализации, познакомимся с типами гипервизоров и их особенностями, а также разберемся в том, что такое виртуальные машины.

Производительность аппаратной виртуализации сравнима с производительностью физической машины. Одни из самых популярных решений аппаратной ваиртуализации предлагают Intel и AMD.

Чтобы было легче ориентироваться в материале, мы подготовили специальный интуитивно понятный навигатор в виде блок-схемы, подсветка элементов которого указывает на рассматриваемую тему. Давайте начнем наше знакомство с виртуализацией с её физической составляющей — сервером.

Сервер

Сервер является первым и базовым уровнем любого типа виртуализации, так как виртуализация подразумевает программное отделение физических ресурсов сервера от виртуальных, однако обработка данных все равно происходит на физическом оборудовании.

Сервер — это компьютер, собранный из специализированных серверных комплектующих, рассчитанных на бесперебойную работу 24/7 под постоянными нагрузками.

Серверы устанавливаются в ЦОДах, обеспечиваются бесперебойным питанием и интернетом. ЦОДы подразделяются по уровням надежности систем обеспечения бесперебойности работы. Уровни называются TIER, а степень уровня обозначается римскими цифрами: от I (самый низкий уровень надежности) до IV (самый высокий уровень надежности). Серверное оборудование 1cloud размещено в ЦОДах уровня TIER III России и Европы. Это гарантирует высокий уровень надежности и безопасности предоставляемых сервисов.

На качество и надежность работы сервера, а значит и виртуализации, влияет не только его месторасположение, но и качество комплектующих. Лидерами рынка серверного оборудования является Lenovo (IBM), HPE, Huawei, DELL, Supermicro, Fujitsu. Для сборки серверов в 1cloud используется преимущественно оборудование HI-END класса от компании Supermicro.

После сборки сервера на него устанавливается ОС или гипервизор. Если модель инфраструктуры подразумевает использование всех мощностей одного сервера под одну задачу, то на него устанавливается ОС и необходимое ПО, а если требуется выполнение множества разнородных задач на нескольких виртуальных серверах с разными операционными системами, то устанавливается гипервизор 1 типа.

Мы рассматриваем вариант построения инфраструктуры с использованием гипервизора и виртуальных машин.

Гипервизор

Теперь, когда мы разобрались с аппаратной частью виртуализации можно переходить ко второму элементу нашей схемы — гипервизору.

Гипервизор — это программа, которая создает наборы виртуального оборудования и обеспечивает управление виртуальными машинами. Гипервизоры бывают двух типов:

Каждый тип гипервизора обладает своими преимуществами и особенностями. Раскроем вкратце специфику каждого типа гипервизора.

Гипервизоры 1 типа

Так как гипервизор 1 типа — это своеобразная операционная система, она позволяет выполнять код гостевых операционных систем виртуальных машин непосредственно на процессоре сервера без дополнительной виртуальной прослойки. Остальные устройства виртуальных машин, за исключением виртуальной памяти, синтетические (виртуальные) и обрабатываются гипервизором.

У виртуальных машин, созданных гипервизором 1 типа, есть несколько важных свойств:

Гипервизор 1 типа отличается высокой производительностью, безопасностью, отказоустойчивостью, масштабируемостью. Некоторые гипервизоры 1 типа имеют возможности дополнительного внешнего управления. Например, у VMware это vCenter, а для клиентов 1cloud доступна удобная, безопасная и производительная среда управления виртуальным ЦОДом — Cloud Director.

Гипервизоры 2 типа

Гипервизор 2 типа — это дополнительный программный слой, расположенный поверх ОС физического сервера (хоста). То есть гипервизор — это программа, которая работает в среде хостовой ОС и управляет всеми процессами, происходящими в виртуальных машинах.

В такой схеме есть несколько серьезных изъянов:

Гипервизоры 2 типа не используются в производственных системах. Однако они хорошо подходят для быстрой развертки тестовых сред и окружений — песочниц для разработчиков. Можно быстро создать синтетические наборы оборудования с гостевыми ОС.

Многие гипервизоры 2 типа распространяются бесплатно и могут быть установлены на маломощные серверы или на рабочие компьютеры для создания тестовых сред или сред разработки. К примеру, Microsoft Virtual PC, VMware Workstation, QEMU, Parallels, VirtualBox.

Вот мы и подошли к последней составляющей нашей схемы — виртуальной машине.

Виртуальная машина

Виртуальная машина в глазах пользователя ничем не отличается от настоящего сервера. Однако физически виртуальная машина состоит из виртуального диска, представленного 1 файлом и другими файлами, описывающими характеристики виртуальной машины.

Виртуальные машины работают в оперативной памяти сервера и могут в любой момент быть выгружены из неё в виде файлов. Собственно, это и происходит, когда виртуальная машина выключается.

Виртуальная машина эмулирует аппаратное обеспечение компьютера, доступ к которому можно получить через сетевой интерфейс по протоколам: SSH, ICA, PCoIP, RDP. Виртуальные машины не зависят от друг друга и не привязаны к определенному гипервизору, поэтому они портативны и могут быть легко мигрированы между разными физическими серверами.

Такая гибкость и портативность виртуальных машин предоставляет множество преимуществ:

Обычно виртуальные машины используют для облачных вычислений, хостинга сайтов и баз данных, создания тестовых окружений. Однако есть более редкие и интересные задачи: изучение вредоносных программ, запуск несовместимых программ, тестирование виртуальных сетевых устройств и протоколов, прототипирование и тестирование инфраструктур.

Вместо вывода

Итак, мы рассмотрели все составляющие элементы аппаратной виртуализации: сервер, на котором развернуто ПО для виртуализации, гипервизор и виртуальные машины. Отметим дополнительно, что существуют разные типы аппаратной виртуализации, о которых мы расскажем в следующих материалах.

Закрепим основные моменты и понятия. 

Сервер — это компьютер со укомплектованный специализированными сервисными комплектующими, рассчитанными на бесперебойную работу 24/7 под постоянными нагрузками. На сервер устанавливается программное обеспечение для виртуализации — это либо гипервизор 1 типа, либо хостовая ОС с установленным сверху неё гипервизором 2 типа.

Гипервизор — это программное обеспечение, которое создает программную абстракцию физических мощностей сервера, предоставляет их виртуальным машинам, а также управляет ими. Гипервизоры бывают 2 типов: 1 тип — гипервизор, ставящейся на голое железо (Hyper-V, ESXi); 2 тип — гипервизор, ставящейся на ОС сервера (VMware Workstation, Oracle Virtualbox).

Виртуальная машина — это набор файлов, исполняемых на физическом сервере. Виртуальные машины используются для решения задач, связанных с хостингом сайтов, баз данных, размещением приложений, тестированием и их разработкой.

Виртуализацию выгодно использовать там, где требуется построить виртуальную инфраструктуру, чувствительную к безопасности, с большим количеством, взаимодействующих элементов. Однако финальный выбор конкретного инфраструктурного решения зависит от конкретной бизнес-задачи.

Обратитесь за бесплатной консультацией к нашим специалистам — они предложат наиболее подходящие решение исходя из особенностей вашей задачи.

Зарегистрироваться