Виртуализация: Как превратить один сервер в десятки виртуальных машин

Что такое виртуализация?

Виртуализация — это технология, которая позволяет создавать виртуальные версии физических вычислительных ресурсов, таких как серверы, хранилища и сети. Она позволяет запускать несколько операционных систем и приложений на одном физическом сервере, разделяя его ресурсы на изолированные виртуальные среды.

Представьте, что ваш компьютер — это пицца: виртуализация делит её на кусочки, и каждый кусочек может быть с разной начинкой (операционной системой), но всё это на одном корже — физическом сервере. В итоге вы получаете несколько виртуальных машин (ВМ), которые работают как отдельные компьютеры, не вынуждая вас покупать новый "корж" для каждой.

История виртуализации уходит корнями в 1960-е годы, когда на мейнфреймах использовались виртуальные машины для максимального использования вычислительных мощностей. Одним из ранних примеров является система IBM CP/CMS, которая позволяла нескольким пользователям запускать свои виртуальные System/360 на одном мейнфрейме. Однако широкое распространение виртуализация получила в начале 2000-х годов благодаря развитию современных гипервизоров и доступности серверов на базе x86, что сделало ее популярной среди организаций для управления центрами данных.

Как работает виртуализация?

В центре всей этой магии стоит гипервизор — программа, которая координирует работу виртуальных машин, подобно умелому дирижёру, руководящему сложным оркестром. Гипервизор управляет распределением ресурсов, таких как процессор, память и хранилище, между ВМ, обеспечивая их независимую работу.

Существуют два основных типа гипервизоров:

• На голом железе: Эти гипервизоры, такие как VMware ESXi, Microsoft Hyper-V и Citrix XenServer, работают напрямую на физическом оборудовании, что обеспечивает лучшую производительность и безопасность, так как отсутствует промежуточная операционная система, которая могла бы стать точкой отказа или целью атак. Это серьёзные ребята для серьёзных задач.
• На базе хоста: Эти гипервизоры, такие как Oracle VirtualBox, VMware Workstation и Parallels Desktop, устанавливаются поверх существующей операционной системы, что упрощает установку и управление, но может снижать производительность из-за дополнительного программного слоя. Отлично подойдут для тех, кто хочет поиграться с виртуалками на домашнем компе.

Каждая ВМ живёт в своём маленьком изолированном мире, как квартирант, который не знает, что творится за стенкой. Это делает систему безопасной и стабильной — если одна ВМ рухнет, остальные даже не заметят, продолжая жевать свои "кусочки пиццы".

Роль виртуализации в современных ИТ-системах

Виртуализация стала неотъемлемой частью современных ИТ-систем, предлагая множество преимуществ, которые трансформировали управление вычислительными ресурсами:

• Консолидация серверов: Запуск нескольких ВМ на одном физическом сервере позволяет организациям сократить количество необходимых серверов, что снижает затраты на оборудование, потребление электроэнергии и требования к охлаждению. Исследование Агентства по охране окружающей среды США (EPA) показывает, что виртуализация может снизить энергопотребление в центрах данных на 50%.

Вместо кучи серверов, которые жужжат и греют офис, можно запустить всё на одном. Это как сложить все свои носки в один ящик вместо десяти.

• Гибкость и масштабируемость: Виртуальные машины легко создавать, копировать и перемещать между физическими серверами. Это дает ИТ-командам возможность быстро адаптироваться к изменениям в бизнесе, например, увеличивать ресурсы в периоды пиковой нагрузки или уменьшать их в периоды затишья. Также это упрощает выполнение технического обслуживания и обновлений без прерывания работы.

Нужна новая ВМ? Щёлк — и готово. Это проще, чем собрать мебель из IKEA.

• Восстановление после сбоев и непрерывность бизнеса: Виртуализация облегчает создание моментальных снимков и резервных копий ВМ, которые можно быстро восстановить в случае сбоев системы или потери данных. Кроме того, ВМ можно реплицировать в разных локациях, обеспечивая высокий уровень избыточности и доступность критически важных приложений даже в случае катастроф.

Виртуализация позволяет делать резервные копии, как сохраняться в видеоигре перед битвой с боссом.

• Облачные вычисления: Виртуализация лежит в основе облачных вычислений, позволяя предоставлять вычислительные ресурсы как услугу через интернет. Публичные облачные провайдеры, такие как Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure и Google Cloud Platform, активно используют виртуализацию для управления своей инфраструктурой. Частные и гибридные облака также полагаются на виртуализацию для предоставления масштабируемых и доступных по запросу ресурсов в собственных центрах данных организаций.

Без виртуализации не было бы облаков типа AWS или Azure. Это как доставка ресурсов прямо к вам домой, только без курьера.

• Виртуализация рабочих столов: Эта технология используется для доставки рабочих столов пользователям с централизованного сервера, что известно как инфраструктура виртуальных рабочих столов (VDI). Это снижает потребность в мощных клиентских устройствах, упрощает задачи управления, такие как обновления программного обеспечения и повышения уровня безопасности.

Представьте, что ваш рабочий компьютер живёт на сервере, а вы подключаетесь к нему с любого устройства. Это как если бы ваш офис был в кармане.

Дополнительные типы виртуализации

Помимо перечисленного, виртуализация применяется и в других областях:

• Сетевая виртуализация: Позволяет создавать виртуальные сети, которые отделены от физической сетевой инфраструктуры, что обеспечивает большую гибкость и упрощает управление.

• Виртуализация хранилища: Объединяет физические устройства хранения в пул, который можно распределять между ВМ или приложениями по мере необходимости.
• Виртуализация приложений: Позволяет запускать приложения в изолированной виртуальной среде, не устанавливая их на устройство пользователя, что упрощает развертывание и управление.

Реальные примеры

Примеры использования виртуализации включают:

• Amazon Web Services (AWS): Один из королей облаков, широко использующий виртуализацию для предоставления своих услуг.
• Google Cloud Platform: Ещё один облачный тяжеловес, полагающийся на виртуализацию для управления инфраструктурой.
• Microsoft Azure: Облачная платформа от Microsoft, где виртуализация — основа всего.
• VMware vSphere: Классика серверной виртуализации, используемая во многих центрах данных для серверной виртуализации.
• Citrix Virtual Apps and Desks: Решение для виртуализации приложений и рабочих столов. Это как портативный офис в кармане — достал, поработал, убрал, а начальник даже не заметил, что ты на диване.

Виртуализация в DmitrievLab

В нашей компании DmitrievLab, занимающейся предоставлением услуг разработки программного обеспечения и ИТ-аутсорсинга, виртуализация играет ключевую роль в оптимизации нашей инфраструктуры. Мы используем комбинацию Hyper-V от Microsoft и Citrix Hypervisor (ранее известного как XenServer) для управления нашими виртуальными машинами, и наш опыт с этими гипервизорами предоставляет ценный взгляд на их применение в реальных условиях.

Наша инфраструктура включает как локальные, так и облачные ресурсы, и мы решили виртуализировать наши серверы для снижения затрат, повышения гибкости и улучшения возможностей восстановления после сбоев.

Мы оценили несколько гипервизоров, включая Hyper-V, Citrix Hypervisor, VMware ESXi и другие, и выбрали Hyper-V для наших Windows-серверов из-за его интеграции с продуктами Microsoft, а Citrix Hypervisor — для Linux из-за его сильной поддержки Linux-гостей.

Почему мы выбрали виртуализацию и эти гипервизоры

Наш выбор виртуализации был продиктован необходимостью консолидации серверов, масштабируемости и обеспечения непрерывности бизнеса. Hyper-V стал очевидным выбором для Windows-гостей, поскольку он включен в лицензии Windows Server и обеспечивает тесную интеграцию с нашей существующей инфраструктурой.

Для Linux-гостей мы выбрали Citrix Hypervisor, так как исследования показывают, что он обеспечивает лучшую производительность для ВМ на базе Linux благодаря поддержке таких функций, как PV on HVM, которая сочетает парвиртуализацию и полную аппаратную виртуализацию для улучшения производительности ввода-вывода. Это было критически важно для наших баз данных и веб-серверов, где быстрый доступ к диску имеет решающее значение.

Вызовы виртуализации

Несмотря на многочисленные преимущества, виртуализация также имеет свои вызовы, которые организации должны учитывать:

1. Производственная нагрузка: Запуск виртуальных машин действительно добавляет некоторую нагрузку на производительность, так как гипервизор выступает посредником между ВМ и физическим оборудованием. Это можно сравнить с небольшим "налогом" на ресурсы системы. Однако современные гипервизоры, такие, как VMware ESXi или Microsoft Hyper-V, оптимизированы настолько хорошо, что для большинства рабочих нагрузок — например, веб-серверов, баз данных или офисных приложений — эта разница в производительности практически незаметна. Тем не менее, для приложений, критически зависящих от максимальной производительности (например, высокопроизводительные вычисления или игровые серверы), эта нагрузка может быть ощутимой. В таких случаях можно рассмотреть использование выделенных физических серверов или настройку ВМ с прямым доступом к аппаратным ресурсам (например, через технологии вроде SR-IOV).
2. Сложность: Управление виртуализированной средой может быть сложнее, чем работа с физическими серверами, особенно если количество ВМ увеличивается. Представьте, что вы жонглируете мячиками: чем больше их становится, тем труднее удерживать контроль. Чтобы справиться с этой сложностью, ИТ-командам необходимы соответствующие инструменты — такие как VMware vCenter или Microsoft System Center — для автоматизации задач, мониторинга производительности и управления ресурсами. Кроме того, важно обучать персонал, чтобы он понимал архитектуру гипервизора, настройки сети и распределение ресурсов.
3. Безопасность: Хотя виртуализация может повысить безопасность за счет изоляции, существует риск атак, которые могут использовать уязвимости в гипервизоре или ВМ. Важно поддерживать все программное обеспечение в актуальном состоянии и следовать лучшим практикам безопасности.
4. Лицензирование: Лицензирование программного обеспечения в виртуальных средах может быть запутанным. Некоторые лицензии привязаны к количеству физических процессоров или ядер, другие — к числу ВМ, а условия могут различаться в зависимости от поставщика ПО. Это создаёт риск непредвиденных расходов или нарушений, если не разобраться в деталях

Несмотря на эти вызовы, преимущества виртуализации, как правило, перевешивают недостатки для большинства организаций, делая ее критически важной технологией в современных ИТ-системах.