АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛИЗАЦИИ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Анализ возможностей применения технологии виртуализации

Тетеркин Максим Андреевич

Инженер 1-й категории, группа «Разработки программных средств», отдел «Перспективные разработки», Научно-технический центр «Гамма», max.teterkin@yandex.ru

Анисимов Александр Романович

магистрант, кафедра «Направляющие телекоммуникационные среды», Московский технический университет связи и информатики, anis656@mail.ru

Сурков Вячеслав Николаевич

студент, кафедра "Математическая кибернетика и информационные технологии", Московский технический университет связи и информатики, survaceslav@gmail.com

Горнаева Наталья Владимировна

студент, кафедра "Телевидение и звуковое вещание", Московский технический университет связи и информатики, ladygornaeva143@gmail.com

Асначев Иван Андреевич

студент, кафедра «Информатика и вычислительная техника», Московский технический университет связи и информатики, drevo.a@mail.ru

Виртуализация превратилась из инструмента повышения эффективности в инструмент 1Т. Интерес к виртуализации подогревается такими результатами ее использования как снижение затрат на оборудование и электроэнергию, повышение эффективности администрирования, повышение доступности и даже снижение клиентских вычислительных затрат. Она не показывает никаких признаков замедления, особенно при нынешнем интересе к облачным вычислениям. Виртуализация использует зарекомендовавшие себя технологии, но ввиду некоторых обстоятельств, происходивших в последние несколько лет, она обрела известность. Сегодня виртуализация широко применяется, показывая лучшие операционные и финансовые результаты, однако она продолжает развиваться и меняться. В данной статье будут проанализированы базовые аспекты технологии виртуализации, рассмотрена виртуализация серверов и хранилищ данных, проведено отслеживание виртуализации через дата-центр, а также наблюдение за тем, как виртуализация реализуется на клиентских устройствах. Ключевые слова: виртуализация, устройство, хранилище, сервер, система, средство, сеть, рабочий стол, приложение, хранение, пользователь, управление, эмуляция, гипервизор, данные.

Виртуализация серверов

Существует 3 основных типа виртуализации серверов:

1) Виртуализация операционной системы (ОС) (зачастую ее называют «контейнерами»);

2) Эмуляция аппаратного средства (АС);

3) Паравиртуализация, разработка которой позволила уменьшить размер программы и увеличить производительность виртуализации.

Эмуляция АС

Во время эмуляции АС программное обеспечение (ПО) виртуализации (называемое гипервизором) эмулирует всю Ас, создавая виртуальную машину. ОС, загруженная в виртуальную машину (ВМ), является стандартным, немодифицированным продуктом. При передаче команд ресурсам системы, ПО эмуляции АС перехватывает команду системы и перенаправляет ее с целью управления структурами данных, предоставленных ги-первизором. Сам гипервизор направляет команды к физическому АС, поддерживающему всю агломерацию ПО. На рисунке 1 наглядно представлена эмуляция АС технологией виртуализации.

Эмуляцию Ас часто называют виртуализацией «на голое железо», это означает, что между гипервизором и «железом» сервера нет никакого ПО. Данный подход к эмуляции основан на том, что гипервизор перехватывает команды системы, проходящие через гостевую ВМ, и координирует доступ непосредственно к лежащему в основе АС.

Application

Operating System

О IIHIUIh E&ffil

Application

Operating System

JIUIUIH

Visualization Layer

кйб Architecture

jET tSffinM EgE1'

X X

о

го А с.

X

го m

о

CPU Memory NIC Disk

Рисунок 1. Эмуляция AC технологией виртуализации

Паравиртуализация

Паравиртуализация не пытается эмулировать аппаратное обеспечение (АО) в ПО. Скорее, гипервизор

2 О

м м

сч сч

0 сч

оэ

01

о ш m

X

3

<

m о х

X

паравиртуализации координирует (или мультиплексирует) доступ к ресурсам сервера лежащего в основе АС. Архитектура паравиртуализации на примере Xen представлена на рисунке 2.

Virealization Stack

Guest OS

L

Guest OS

//

Хег Hypcrcall API

Xen™ Hyp с rv is or

Hardware f

Рисунок 2. Архитектура паравиртуализации

Гипервизор паравиртуализации работает напрямую с АС (поэтому паравиртуализация так же относится к виртуализации «на голое железо»). Дополнительная гостевая ОС (эквивалент ВМ, использующийся при эмуляции АС) работает над гипервизором. Привилегированная гостевая ОС работает как гостевая ВМ, но имеет привилегию прямого доступа к конкретным ресурсам, лежащим в основе АС.

Средства воспроизведения виртуализации

Существует три основных средства воспроизведения виртуализации на серверах х86: VMware, Citrix и Microsoft. Кроме того, есть производители, создающие средства воспроизведения для своих собственных платформ, например, Hewlett-Packard (HP). Важно знать, какие возможности для перемещения какого-либо дата-центра на виртуализированную ОС, способно представить то или иное средство.

- VMware: лучший поставщик средств виртуализации с огромной базой покупателей виртуализации серверов. Ведущая платформа VMware - vSppere - использует эмуляцию АС.

- Citrix: представляет XenServer - средство виртуализации серверов, работающих по принципу паравиртуализации. Привилегированная гостевая система (Control Domain, по терминологии Xen) и гипервизор Xen работают вместе, чтобы обеспечить взаимодействие ВМ и лежащего в основе АС.

- Microsoft: средство виртуализации Microsoft называется Hyper-V. Архитектура Hyper-V во многом походит на Xen. Гостевые ВМ, называемые «доменами» в Xen, обозначаются термином «разделы» в Hyper-V. Аналог Control Domain называется родительский раздел (Parent partition).

- HP: обеспечивает обширный ассортимент продуктов для виртуализации - сервера, хранилища, сети, клиентские АС, ПО для управления, консультирующие и аутсорсинговые сервисы. Работа HP тесно связана с сотрудничеством с другими лидирующими представителями технологии виртуализации. Благодаря этому создаются продукты с интегрированными возможностями

этих технологий. Интегрированные возможности аутсорсинга HP могут повысить эффективность активов и окупить инвестиции.

Виртуализация хранилища

Количество данных, которые создаются и хранятся организациями, постоянно растет. Огромный рост потребности в хранилищах увеличил важность их виртуализации.

Виртуализация хранилища - это процесс абстрагирования логического хранилища от физического. Ресурсы физического хранилища (например, дисковый накопитель) объединяются в пулы хранения, на основе которых логическое хранилище создается и функционирует в среде прикладной системы.

Виртуализация хранилища может функционировать как в самих массивах хранилища (виртуализация массива), так и в многоуровневой сети, состоящей из дисковых массивов или сетевых систем хранения от разных поставщиков, разбросанных по сети и объединенных в единое монолитное устройство хранения. Это позволяет единообразно управлять несколькими массивами, как если бы они были единым пулом.

По сравнению с традиционными, виртуализирован-ные массивы хранилища более гибкие, обладают упрощенным управлением, улучшенной производительностью и вместительностью.

Существует два основных типа сетевых систем хранения, к которым применяется виртуализация хранилищ: NAS (англ. Network Attached Storage - «Хранилище, подключенное к сети») и SAN (англ. Storage Area Network - «Сеть хранения данных»).

NAS

Хранилище, подключенное к сети (NAS) - это устройство, подключенное к сети и предлагающее хранение ее серверам. NAS позволяет иметь множественные клиенты, такие как пользователи портативных компьютеров (ПК), и распространять файлы хранилища по LAN (англ. Local Area Network «Локальная вычислительная сеть). NAS оперирует файловыми протоколами, такими как NFS (англ. Network File System «Сетевая файловая система) или SMB (англ. Server Message Block «Блок сообщений сервера») / CIFS (от англ. Common Internet File System «Единая Файловая Система Интернета»), при использовании которых очевидно, что хранилище удалено, и компьютер запрашивает файл, а не блок диска. Более того, поскольку все файлы и данные находятся в одном месте, управлять ими намного проще. Консолидация файлов позволяет осуществлять резервное копирование, архивирование и прочие функции не отслеживая файлы, распределенные по десяткам, сотням или даже тысячам машин.

Одним из преимуществ NAS является то, что оно работает с использованием протокола IP (англ. Internet Protocol «Интернет-протокол»), что делает его простым в управлении и использовании. NAS находит применение в быстром хранении медиафайлов, электронных писем, документов и резервных копий.

SAN

SAN - это устройство хранения (такое как дисковый массив или ленточная библиотека), подключаемое к серверам, поэтому оно отображается как локально подключенные к ОС. SAN свойственно иметь собственную сеть хранилищ, недоступных для входа с обычных устройств.

Само по себе, SAN не занимается абстрагированием файлов, как NAS, а оперирует ими на уровне блока.

Большинство устройств SAN используют соединение FC (англ. Fibre Channel «Оптоволоконный канал»), сетевую технологию, разработанною с целью поддерживать связь между хранилищами, или iSCSI (англ. Internet Small Computer Systems Interface «Интерфейс малых компьютерных систем интернета»), стандартное сетевое соединение, использующее протокол IP для соединения устройств хранения.

Компании выбирают SAN для консолидации управления корпоративными данными. Обычно SAN используется для предоставления данных с транзакционным доступом, требующих высокоскоростного доступа к жестким дискам хранилищ на уровне блоков, таким как серверы электронной почты, базы данных и файловые серверы с высокой нагрузкой.

Виртуализация ввода-вывода

Виртуализация сервера предназначена для машин, работающих на физическом сервере, что делает возможным функционирование нескольких виртуальных машин на основе одной физической системе. Виртуализация хранилищ позволяет переносить данные в централизованный пул хранения, что позволяет управлять ими эффективно и экономично. Как бы то ни было, получение данных с устройства невозможно без прохождения через конечные точки сети и хранилища сервера, что создает ряд сложностей.

Управление ключевым ресурсом в виртуализирован-ной среде вручную означает, что эффективность работы ИТ-организации напрямую зависит от качества ручного управления устройствами ввода-вывода.

Данные устройства так же подверглись виртуализации, в результате чего удалось сделать их более «разумными» и способными регулировать контекст ввода-вывода различных физических устройств, обеспечивая тем самым быструю миграцию системы и устраняя необходимость настраивать их вручную.

Виртуализация сети

Что ж, если все подвергается виртуализации, то и сеть обязана быть более гибким и управляемым виртуальным ресурсом, а не требовать ручного управления для реагирования на изменяющиеся рабочие нагрузки или условия бизнеса.

Поэтому, чтобы избежать осуществления изменений путем замены кабелей между различными физическими устройствами сети, технология виртуализации применяется к самой сети.

Виртуализация сети позволяет перенастраивать сеть моментально, не прикасаясь ни к одному кабелю или устройству. Вместо этого сетевые устройства с поддержкой виртуализации управляются удаленно и могут быть корректно перенастроены.

Эта способность удаленно и виртуально модифицировать сеть завершает виртуализацию дата-центра. Все типы ресурсов - от сервера до хранилища, включая все, что между ними - больше не привязаны к тому или иному компоненту аппаратного устройства. Напротив, каждым из типов можно управлять виртуально и перенастраивать их не прикладывая физических усилий.

Виртуализация клиентских устройств

В компаниях используется огромное количество клиентских устройств - в большинстве организаций почти

каждый сотрудник имеет свой ПК, стационарный или ноутбук, вдобавок к этому - смартфоны или планшеты.

Поддержка всех этих устройств в рабочем состоянии с исправно работающей ОС и патчами, обновлениями приложений, определениями вирусов и шпионских программ и т. д. - практически бесконечная задача. Все усложняется тем, что устройства находятся рядом с пользователем - зачастую, в разных офисах, все чаще - в домашних офисах или временных рабочих местах, таких как Starbucks. Отслеживание самих устройств и обеспечение их безопасности дало толчок к переходу на виртуализацию клиентов.

Виртуализация приложений

Виртуализация приложений - это разделение процесса выполнения программы от его отражения, иными словами, программа, например - Microsoft Word - работает на сервере в дата-центре, но графическое отражение выводится на удаленное клиентское устройство. Конечный пользователь видит полный графический дисплей программы и может взаимодействовать с ней с помощью клавиатуры и мыши.

Вариант виртуализации приложения - это вариант, в котором приложение работает не на сервере в дата-центре, а на клиентском устройстве. В отличии от традиционного режима использования, в данном случае используется другой способ управления приложением: вместо постоянной установки на клиентское устройство, оно отправляется (потоковые приложения) на него при каждом запуске. Этот режим «установки при каждом использовании» может показаться монотонным, но он позволяет ИТ-организациям лучше контролировать приложения, чтобы обеспечить его актуальные версии, исправления и всем остальным.

Виртуализация рабочего стола

В отличие от виртуализации приложений, когда одно или несколько приложений отображаются или передаются с центрального сервера, при виртуализации рабочего стола весь ПК пользователя работает на центральном сервере с выводом графического изображения на клиентское устройство. Одна из наиболее распространенных форм виртуализации клиента - это VDI (англ. Virtual Desktop Infrastructure «Инфраструктура виртуальных рабочих столов»).

Преимущество данного подхода заключается в простоте поддержания клиентской системы, ее обновления, патчей и так далее. Оно связано с тем, что вместо управления отдельными системами, расположенными здесь и сейчас, ИТ-группы могут управлять ими централизованно.

Новые разработки в этой области оптимизировали виртуализацию рабочих столов. Вместо того, чтобы хранить одно изображение рабочего стола для каждого пользователя - иными словами, для 4000 пользователей необходимо 4000 изображений на диске, что требует большого (очень большого) объема памяти, даже если большинство изображений идентичны - в виртуа-лизированной форме используется одно единственное изображение, которое клонируется по мере необходимости, что значительно сокращает объем необходимого хранилища и делает экономичность виртуализирован-ных рабочих столов еще более привлекательной.

Отдельные параметры и данные можно хранить отдельно, и применять их к клонированному изображению

X X

о го А с.

X

го m

о

2 О M

to

для обеспечения сохранности и запуска любимых приложений и данных при запуске рабочего стола.

Виртуализация рабочего стола часто использует недорогие клиентские устройства для отображения рабочего стола и взаимодействия с конечным пользователем. Эти так называемые «тонкие» клиенты могут быть дешевыми устройствами с небольшой вычислительной мощностью и без локального дискового хранилища, что позволяет значительно снизить затраты на покупку устройств для конечного пользователя в расчете на каждого сотрудника - оборудование дешевле, но обычно оно потребляет меньше энергии, занимает меньше места и требует меньше внимания службы поддержки.

Стриминг рабочего стола

Как вариант, виртуализация рабочего стола может протекать сеансами, ограничивающимися входом клиента и выходом. В этой форме текущее хранилище клиентской системы централизовано, но, при готовности конечного пользователя начать работу, клиентская система переносится на клиентское устройство, где она используется как традиционный ПК. По окончании сеанса пользователь закрывает систему, и образ ПК записывается в центральный архив данных, не внося никаких изменений в АС конечного пользователя.

Заключение

Сеансовая форма виртуализации клиента только начинает использоваться, но она очень перспективна для сред, в которых доступность высокоскоростного сетевого подключения сомнительна. Например, во время удаленной работы из дома соединение может быть недостаточно надежным, чтобы обеспечить виртуализацию приложений или традиционную виртуализацию рабочего стола. В таких случаях однократная загрузка рабочего стола на клиентское устройство может стать удобным выходом.

Analysis of the possibilities of using visualization technology Teterkin M.A., Anisimov A.R., Surkov V.N., Gornaeva N.V., Asnachev I.A.

Scientific and Technical Center "Gamma", Moscow Technical University of

Communications and Informatics JEL classification: C10, C50, C60, C61, C80, C87, C90_

Virtualization has turned from an efficiency tool into an IT tool. Interest in vir-tualization is fueled by such results of its use as lower costs for equipment and electricity, increased administration efficiency, increased availability and even reduced client computing costs. It shows no signs of slowing down, especially with the current interest in cloud computing. Virtualization uses proven technologies, but due to some circumstances that have occurred in the last few years, it has gained popularity. Virtual-ization is widely used today, showing the best operational and financial results, but it continues to evolve and change. This article will analyze the basic aspects of virtualization technology, consider the virtualization of servers and data warehouses, monitor virtual-ization through the data center, as well as monitor how virtualization is implemented on client devices. Keywords: virtualization, device, storage, server, system, facility, network, desktop, application, storage, user, management, emulation, hypervisor, data. Referenses

1. Windows Server 2012 R2. Complete guide. Volume 2. Remote administra-

tion, installation of an environment with multiple domains, virtualization, monitoring and server maintenance. - Moscow: Williams, 2015. - 864 p.

2. Dittner, Roger Majors Ken Mathias ten Seldan Majors Ken Grotenius Tuan

Rule David Jr. Virtualization and Microsoft Virtual Server 2005 / Dittner Roger , Majors Ken , Mathias ten Seldan, Majors Ken, Grotenius Tuan , Rule David , Jr., Jeffrey Green. - Moscow: Binom-Press, 2008. - 432 p.

3. Yezhova, Elena Nikolaevna Virtualization As A Means Of Deformation And

Transformation Of Space And Time In The Media Advertising Picture Of The World / Elena Nikolaevna Yezhova. - Moscow: RSUH, 2010. - 303 p.

4. Ivanov, D. V. Virtualization of society. Version 2.0 / D.V. Ivanov. - M.: Pe-

tersburg Oriental Studies, 2002. - 224 p.

5. Langone, D. Virtualization of desktop computers using VMware View 5:

monogr. / D. Langone. - M.: DMK Press, 2013. - 268 p.

6. Natalia Elmanova, Sergey Pakhomov Virtual Machines 2007. Computer-

Press 9'2007.

СЧ СЧ

о

СЧ <0

о ш m

X

J

<

m О X X

Литература

1. Windows Server 2012 R2. Полное руководство. Том 2. Дистанционное администрирование, установка среды с несколькими доменами, виртуализация, мониторинг и обслуживание сервера. - М.: Вильямс, 2015. - 864 с.

2. Диттнер, Роджер Мейджорз Кен Матиас тен Сел-дан Мейджорз Кен Гротениус Туан Рул Дэвид мл. Виртуализация и Microsoft Virtual Server 2005 / Диттнер Роджер , Мейджорз Кен , Матиас тен Селдан, Мейджорз Кен , Гротениус Туан , Рул Дэвид , мл., Джеффри Грин. - М.: Бином-Пресс, 2008. - 432 с.

3. Ежова, Елена Николаевна Виртуализация Как Средство Деформации И Трансформации Пространства И Времени В Медиа-Рекламной Картине Мира / Ежова Елена Николаевна. - Москва: РГГУ, 2010. - 303 с.

4. Иванов, Д. В. Виртуализация общества. Версия 2.0 / Д.В. Иванов. - М.: Петербургское Востоковедение, 2002. - 224 с.

5. Лэнгоун, Д. Виртуализация настольных компьютеров с помощью VMware View 5: моногр. / Д. Лэнгоун. - М.: ДМК Пресс, 2013. - 268 с.

6. Наталия Елманова, Сергей Пахомов Виртуальные машины 2007. КомпьютерПресс 9'2007.