Table of Contents
Virtualizace, virtualizační nástroje
Historie virtualizace
Virtualizace byla poprvé implementována na počítačích mainframe firmou IBM v šedesátých letech v projektu označeném M44/44X. Historie virtualizace jako takové však začala až kolem roku 1998 s příchodem firmy WMware, která jako první vyřešila virtualizaci platformy x86, dokázala virtualizovat na procesorech bez jejich jakékoliv podpory. Dlouho byla WMvare jediná, kdo toho byl schopen. V roce 2001 pak přibývá další virtualizační nástroj Virtual PC for Windows a v roce 2003 pak open-source Xen.Pak jako by se s virtualizačními nástroji roztrhl pytel a přibývá jedno řešení za druhým. Hlavním leadrem však nadále zůstává VMware, z původních 20 zaměstnanců v roce 1999 má nyní přes 10 000 zaměstnanců po celém světě a více než 250 000 zákazníků.
Úrovně virtualizace
Kontejnerová virtualizace (Virtualizace na úrovni OS)
Kontejnerové techniky virtualizace na úrovni OS navazují většinou na funkci chroot (slouží ke změně kořenového adresáře) nebo jail (rozdělení OS do nezávislých mini-sysémů, FreeBSD). Tyto techniky umožuňjí oddělit virtuální prostředí na úrovni OS (vlastní strom procesů, vlastní souborový systém apod)
Výhody:
- minimální režie,
- malá technická náročnost řešení,
- možnost velkého množství prostředí.
Nevýhody:
- nedokonalé oddělení virtualizovaných OS,
- není to “pravá virtualizace”, pouze oddělení prostoru (stejný OS, stejné jádro, paměť…)
Softwarová virtualizace (emulace)
Hardwarová platforma, na které běží virtualizovaný server, je kompletně softwarově emulována. V hostitelském OS běží speciální software - emulátor, který umožňuje virtualizaci.
Výhody:
- Podpora libovolných platforem, nezávisle na hostitelském HW.
- Snadná správa a instalace virtualizovaných OS.
Nevýhody:
- Velká režie emulátoru.
- Nízký výkon virtuálních strojů, až 10 000x menší.
Paravirtualizace
O paravirtualizaci mluvíme, pokud se část instrukcí zpracovává přímo reálným HW a část je emulována hostitelským prostředím. Je tedy nutné, aby hostitelský i virtualizovaný stroj spolupracovali. Toho se dociluje přidáním velmi tenké vrstvy - hypervisoru, který zprostředkovává komunikaci virtualizovaného OS a HW.
Výhody:
- malá režie,
- výkon je podobný fyzickému HW (většina instrukcí se provádí přímo).
Nevýhody:
- nutná modifikace virtualizovaného OS,
- omezení při virrtualizaci výrazně odlišných architektur.
Plná virtualizace
Při plné virtualizaci nemusíme narozdíl od paravirtualizace nemusíme měnit virtualizovaný OS. To ale vyžaduje podporu procesoru, postupem času přidali hlavní výrobci procesorů podporu virtualizace (AMD-V a Intel VT). Bohužel to každý provedl trochu jinak a instrukční sady AMD a Intelu liší, virtualizařní nástroje tak mají oddělený kód pro každou architekturu. Hypervisor se stará pouze o rozdělování prostředků hostitele.
Výhody:
- virtualizovaný OS nemusí být modifikován,
- vysoký výkon.
Nevýhody:
- konzumace zdrojů Hypervisorem
- shodná platforma virtualizovaných strojů.
Výhody virtualizace
Obvyklým přístupem v IT je (nebo ještě donedávna bylo), že každá aplikace (nebo sada aplikací zajišťující určitou úlohu) běží na vlastním fyzickém serveru. To má za následek lineární nárůst počtu serverů s počtem aplikací v podniku. Využití serverů je pak velmi nízké, pohybuje se obvykle do 10%. Virtualizace umožňuje provozovat více aplikací na jediném fyzickém serveru s rozloženou zátěží. Tím umožní rapidně snižit počet serverů a zvýšit jejich efektivitu.
- Konsolidace serverů, konsolidace málo využitých serverů.
- Lepší využití existujícího hardwaru - úspora nákladů.
- Snížení náročnosti správy jednotlivých zařízení.
- Zapouzdření, zálohování a snadná náhrada hardwaru.
- Rychlá implementace nových serverů.
- Vývoj, testování.
Staré servery, které byly nahrazeny novými, není vždy možné zcela vypnout, ať již z důvodu kompatibility dalších napojených aplikací, nebo kvůli datům, či z jiných podstatných důvodů. Zde se přímo nabízí virtualizovat tyto servery a přidělit jim jen nezbytně nutnou kapacitu. Nemusí to být jen staré a nahrazené servery, které jsou málo využité. Mohou to být také servery, které mají minimální využití avšak jejich neustálý chod je ve firmě nezbytný. Jak již bylo řečeno výše využití serverů je velmi nízké i při běžném využívání, kde se jejich zatížení pohybuje kolem 10%. Tyto servery je vhodné virtualizovat, snížit počet fyzických strojů a přímo tak zjednodušit jejich správu a údržbu.
Virtualizace vede ke snížením počtu serverů v datovém centru. Méně strojů znamená méně správy, méně místa, nižší denní spotřebu energie a samozřejmě lepší využití a efektivitu serverů z čehož musí jasně plynout i nižší náklady na jejich provoz.
Není to jen snížení počtu a zvýšení efektivity serverů, čímž usnadňuje Virtualizace IT oddělením práci. Konsolidace a virtualizace serverů také velmi zefektivňuje zálohování strojů, migraci virtuálních serverů mezi fyzickými, vytváření nových serverů, nebo například obnovu serverů po havárii. Poslední zmíněné je velmi důležitou výhodou virtualizace, doba obnovy virtualizovaného systému je řádově nižší než obnova pádu systému na fyzickém serveru a spočívá v podstatě v pouhém spuštění zálohy serveru či obnovení snapshotu. Možnost rychlé obnovy systému vedla k dalším využitím v IT a to zejména v oblasti vývoje a testování, kdy se předpokládá velká nestabilita systému a doba obnovy do původního stavu je kritická veličina.
Problémy spojené s virtualizací a nevýhody virtualizace
S veškerými jmenovanými superlativy nám virtualizace přináší i jisté nevýhody a nové problémy, se kterým je potřeba se vypořádat. Ty nejdůležitější jsou:
- výpadek fyzického stroje znamená výpadek všech virtuálních serverů,
- stanovení vhodného počtu virtuálních serverů na fyzický server je složité - maximalizace využití serveru,
- virtualizační nástroje nás činí závislými na dodavateli.
Otázkami maximalizace využití serverů se dnes zabývá mnoho firem, například vmware vyvýjí řady nástrojů pro mapování virtuálních serverů na fyzické, nebo nástroje pro automatické přesouvaní nevyužitých serverů, vypnutí fyzických apod.
Budoucnost virtualizace
Virtualizace se od svých počátků značně vyvinula a dnešním trendem v poli virtualizace už není pouze konsolidace serverů, ale v poslední době zejména zvyšování efektivity virtualizovaných serverů a snižování provozních nákladů. Aby bylo možné dosáhnout jejich maximální efektivity, musí být pro potřeby virtualizace přizpůsobena (plně virtualizovaná) infrastruktura, jež umožní vysokou pružnost, škálovatelnost a elasticitu, a plně automatizované procesy správy, konfigurace, plánování kapacity apod. To už se ale dostáváme k architektuře privátního cloudu. Právě private cloud je vyústění postupného zdokonalování a rošiřování virtualizace a nejspíš také velkou částí její budoucnosti.
Virtualizační nástroje
- VMware
- Microsoft Hyper-V
- XEN
- Virtual Box