Techniky virtualizace

Co je to „virtualizace“?

Jedná se o softwarovou technologii, která zásadním způsobem mění fungování IT prostředí. Dnešní výkonné x86 počítače byly navrženy tak, aby na nich běžel pouze jeden operační systém, což bohužel nechává většinu zdrojů zcela nevyužitých. Virtualizace umožňuje spuštění více různých operačních systémů s různými aplikacemi na jednom fyzickém stroji, což umožňuje lepší využití výkonu a tím i snížení nákladů na hardware. Dá se tak říci, že primárním cílem virtualizace je schovat technické detaily systému pod virtualizační vrstvu, prostřednictvím které je pak k dispozici pouze jeho "výkon". Na trhu existuje poměrně hodně technologií zaměřujících se na serverovou virtualizaci a minimálně tři produkty již dosahují nebo se blíží k enterprise úrovni pro nasazení v datovém centru. Mezi tyto platformy patří VMware Virtual Infrastructure 3 (případně nejnovější verze VMware vSphere 4), Citrix Xen Server a Microsoft Hyper-V.

Virtualizační architektury

Nejprve je vhodné si objasnit typy architektur a metod používaných pro virtualizaci x86 serverů. Serverová virtualizace začala tak, že virtualizační produkty pracovaly nad obecnými operačními systémy. Obecný operační systém však bude mít vždy vyšší režii, než jednoúčelový tenký operační systém vyvinutý a vyladěný pro virtualizaci. Takovýto tenký operační systém se označuje jako hypervisor. Hypervisor je zodpovědný za rozdělování celkového výpočetního výkonu, management paměti a management I/O operací. Vlastní virtualizaci obstarává pro každý virtuální server samostatná komponenta VMM – Virtual Machine Monitor, zajišťující komunikaci mezi virtuálním serverem a hypervisorem pracujícím přímo nad fyzickým hardwarem. V principu se v rámci VMM používají tři typy vitualizačních metod:

Softwarová emulace hardwaru (Full Virtualization-Binary Translation) – Výhodou emulace je absolutní nezávislost na hardwaru a možnost provozovat ve virtuálních serverech nezměněné operační systémy. Nevýhodou je výkonnostní režie.

Virtualizace s hardwarovou asistencí (Hardware Assisted Virtualization) – S rostoucími požadavky na virtualizaci se výrobci hardwarových komponet zaměřili na hardwarovou podporu virtualizace na úrovni procesorů, chipsetů, paměti, síťových karet a host bus adaptérů. Pomocí přenechání některých činností hardwarovým komponentám je možné minimalizovat virtualizační režii hypervisorů.

Paravirtualizace – Metoda virtualizace, která vyžaduje zásah do jádra operačního systému provozovaného ve virtuálním prostředí. V jádře paravirtualizovaného operačního systému existují speciální rutiny, které přesměrovávají určité instrukce, které by jinak byly vykonány hardwarem do hypervisoru přes tzv. root partition (často nazývanou Domain0, nebo kontrolní doménou). Výhodou paravirtualizace je obecně nižší výkonnostní režie než u plné softwarové emulace.

Každá z výše uvedených metod má své výhody i nevýhody.

Hypervisor VMware ESX používá všech třech metod a podle použitého hardwaru a nainstalovaného operačního systému ve virtuálním serveru se rozhoduje, které metody virtualizace bude pro konkrétní virtuální server používat.

Xen Server a Hyper-V používají hardwarovou asistenci a paravirtualizaci, a proto tyto produkty vyžadují hardwarovou podporu virtualizace minimálně na úrovni procesoru. Pro paravirtualizaci musí mít procesor 64 bitovou podporu (Intel EM64T nebo AMD64), musí podporovat virtualizační instrukce (INTEL VT nebo AMD-V) a podporovat bezpečnostní rozšíření (NX - non eXecute nebo XD – eXecute Disable). U nových enterprise serverů patří tyto vlastnosti k běžnému standardu a tudíž reálně nepředstavují žádná omezení.

Zdroj: http://connect.zive.cz