Технологии виртуализации Виртуализация - это отделение логического ресурса от физического. Виртуализация повышает эффективность использования физических. - презентация

1 Технологии виртуализации Виртуализация - это отделение логического ресурса от физического. Виртуализация повышает эффективность использования физических ресурсов, обеспечивает высокую гибкость их использования и упрощает управление изменениями

2 Виртуализация ЦП. Проблемы При прямом доступе гостевая ОС будет работать быстро! (99%) Когда требуется выполнить привилегированную операцию, срабатывает ловушка, и VMM обрабатывает эту операцию в режиме ядра. Проблема: полная виртуализация платформы x86 таким способом невозможна, так как некоторые инструкции ЦП для режима ядра, выполняющие чтение, разрешены не только в нулевом кольце Возможные решения: a)Перекомпилировать ОС и приложения, избегая этих 20 инструкций, т.е. исключить 20 «проблемных» инструкций. b)Воспользоваться исполнением с трансляцией двоичного кода ( модифи- кация кода «на лету» во время выполнения на хосте). c)Установить в гостевой системе VM Additions, что позволит модифицировать код в памяти VM. d)Использовать аппаратную поддержку виртуализации (перехват инструкций в особом кольце -1).

3 Классическое решение Type 1 hypervisor - VMware ESX Server

4 Type 2 hypervisor Типичными представителями этого направления виртуализации являются VMware Server и Microsoft Virtual Server

5 Виртуализация от Microsoft

6

7

8

9

10 Архитектура. Virtual Machine Monitor (VMM) ЦП вынужден переключаться между процессами базовой ОС и гостевой ОС VMM переключает контекст между этими процессами Компьютер работает в контексте хоста либо VMM На одном ЦП может работать только одна ОС Сжатие кода нулевого кольца (ring 0) гостевой ОС Базовая ОС ЯдроVMM Оборудование Гостевые приложения Гостевая ОС Виртуальное оборудование Гостевые приложения Гостевая ОС Виртуальное оборудование Гостевые приложения Гостевая ОС Виртуальное оборудование

11 Решения 1. Преобразование двоичного кода Трансляция инструкций гостевой операционной системы в инструкции базовой ОС. Всегда возможна, но работает очень медленно. 2. VM Additions Специальная надстройка Virtual PC – Virtual Machine Additions для обмена данными между виртуальным ПК и основным. Модифицирует dll-код в памяти VM (невозможно в 64-разрядных версиях Vista и Longhorn). VM Additions поддерживают синхронизацию времени, «пульс», завершение работы, оптимизированный SCSI-диск, лучшие драйверы мыши и видео. 3. Аппаратная виртуализация ЦП с поддержкой технологий Intel VT или AMD Virtualization. ЦП решает проблемы, отслеживая параметры каждой VM (фактически, это «кольцо 1»).

12 Гостевая система (VM) Win2003 или WinXP Ядро VMM.sys Кольцо 0 Оборудование Кольцо 1 Кольцо 3 Windows в VM VM Additions Гостевые приложения Кольцо 3 Служба Virtual Server IIS Веб-сайт Виртуальное оборудование Базовая система Кольцо 1

13 Версии VM Additions СборкаВыпускПримечание 10.21В составе Virtual PC 5.2(дано название – Virtual PC Additions) 13.40В составе Virtual PC (отдельная загрузка)Поддерживает Win XP SP В составе VS В составе Virtual PC 2004 SP В составе VS2005 SP1 beta (отдельная загрузка)Поддерживает Win2003 SP В составе VS2005 R2Поддерживает Win2003 R2 и Vista (-build 5270) В составе VS2005 R2 SP1 beta (отдельная загрузка)Поддерживает Vista B2 (-build 5384) и Longhorn (отдельная загрузка)Поддерживает Vista RC В составе VS2005 R2 SP1 beta2 Поддерживает Vista RTM В составе Virtual PC 2007 beta В составе Virtual PC 2007Загрузка – по адресу

14 Linux VM Additions Добавляется поддержка: –Синхронизации времени –«Пульса» –Завершения работы –SCSI-дисков –Драйвер мыши и видео –Поддержки прямого исполнения кода нет! Дистрибутивы (9x): –Red Hat 7.3/9.0, Enterprise 2.1/3/4 –SuSE Linux 9.2/9.3/10.0, Enterprise Server 9 В выпуске VS 2005 R2 SP1 поддерживаются гостевые ОС : Red Hat Enterprise Linux 2.1 (update 7), Red Hat Enterprise Linux 3.0 (update 8), Red Hat Enterprise Linux 4.0 (update 4), Red Hat Enterprise Linux 5.0, SuSE Linux Enterprise Server 9.0, SuSE Linux Enterprise Server 10.0, Red Hat Linux 9.0, SuSE Linux 9.3, SuSE Linux 10.0, SuSE Linux 10.1, SuSE Linux 10.2.

15 Win2003 или WinXP Ядро VMM.sys Кольцо 0 Оборудование Базовая ОСГостевая система ( VM ) Кольцо 1 Кольцо 3 Windows в VM VM Additions Гостевые приложения Кольцо 3 Служба Virtual Server IIS Веб-сайт Виртуальное оборудование ЦП Кольцо "-1" Архитектура виртуализации с аппаратной поддержкой

16 Виртуализация с аппаратной поддержкой (Intel VT или AMD Virtualization) Поддерживается в: Virtual PC 2007 Virtual Server 2005 R2 SP1 Windows Virtualization (обязательно) Необходимо включить в BIOS и в параметрах Virtual PC 2007 Скорость работы гостевых ОС Windows не повышается Последние версии VM Additions уже поддерживают прямой доступ к ЦП Установка Windows выполняется в 2-3 раза быстрее Гостевые ОС типа Linux и Netware работают быстрее

17 Спецификации Virtual Server 2005 R2 Базовая система: VS2005 Standard Edition: до 4 ЦП (1- или 2-ядерные), VS2005 Enterprise Edition: до 32 ЦП (1- или 2-ядерные), ОЗУ: до 64 Гб Гостевая система: ЦП: до 1, ОЗУ: до 3,6 Гб, Сетевые адаптеры: до 4, (неограниченная пропускная способность). USB: нет, поддерживаются USB-клавиатура и USB-мышь, можно также подключить USB-устройство для чтения смарт-карт. Дополнительные возможности Server 2005 R2 SP1: Поддержка Intel VT и AMD Virtualization, Поддержка 64-х разрядных базовых систем: Win2003 и WinXP. Поддержка теневого копирования томов (Volume Shadow Copy, VSS), Интеграция с Active Directory средствами Service Connection Points, Поддержка Vista как гостевой ОС, Утилита для монтирования VHD, Емкость по умолчанию VHD Гб (ранее – 16 Гб), Исправление Virtual SCSI для гостевых ОС Linux 2.6.x, Кластеризация VM, Передача VM при ее сбое в пределах того же хоста, Общий SCSI- (iSCSI-) диск для гостевых систем.

18 Virtual PC / Virtual Server 2005 R2 Win2003 или WinXP Ядро VMM.sys Кольцо 0 Оборудование Базовая система Гостевая система (VM ) Кольцо 1 Кольцо 3 Windows в VM VM Additions Гостевые приложения Кольцо 3 Служба Virtual Server IIS Веб-сайт Виртуальное оборудование Поставщик Windows Virtual Server Другие компоненты

19 Windows Virtualization Поддержка виртуализации для Windows Server Windows Hypervisor (Гипервизор), кодовое имя - "Viridian: Поддержка виртуализации для Windows Server Windows Hypervisor (Гипервизор), кодовое имя - "Viridian: «Тонкий» (~160 Кб) программный уровень, «внутренняя базовая ОС», Родительский раздел – управляет дочерними разделами, Дочерний раздел включает любое число ОС, управляемых родительским разделом. Стек виртуализации: Стек виртуализации: Работает в корневом (= родительском) разделе, Обеспечивает виртуализацию устройств, WMI-интерфейс для управления Провайдеры служб виртуализации (Virtualization Service Providers, VSPs) Провайдеры служб виртуализации (Virtualization Service Providers, VSPs) Архитектура совместного использования оборудования, В гостевой ОС устанавливаются драйверы "viridian«. Windows Virtualization Windows Virtualization Server требует x64-совместимого оборудования, ЦП с поддержкой Intel VT или AMD-V Поддерживает: Поддерживает: 32- и 64-разрядные гостевые ОС; до 8 ЦП на VM; горячее добавление» ЦП, ОЗУ, сетевых адаптеров, дисков; > 32 Гб ОЗУ на VM; возможность переноса VM без отключения; т радиционную модель драйверов; использование существующих драйверов Windows; прежний же набор эмулируемого оборудования; Server Core в качестве родительской ОС 32 Гб ОЗУ на VM; возможность переноса VM без отключения; т радиционную модель драйверов; использование существующих драйверов Windows; прежний же набор эмулируемого оборудования; Server Core в качестве родительской ОС">

20 Windows Virtualization Схемы VMM Оборудование Базовая ОС VMM Гостевая ОС 1 Гостевая ОС 2 Оборудование VMM (Hypervisor) Гостевая ОС 1 Гостевая ОС 2 Оборудование VMM Гостевая ОС 1 Гостевая ОС 2 Базовая ОС VMM типа 2 Примеры: - JVM -.NET CLR ПРимеры: - Virtual PC - Virtual Server Примеры: - Виртуализация - Windows ("Viridian") VMM типа 1 Hypervisor Гибридный VMM

21 Windows Virtualization Windows (Core) Ядро Windows Hypervisor Кольцо 0 Оборудование Родительский раздел Дочерний раздел Кольцо 3 Гостевые приложения Кольцо "-1" Windows VMBus Enlightment Ядро VSPVSC Стек виртуализации Служба VM WMI Рабочий процесс VM Драйверы Поставщик Windows Win Virtualizaton Другие компоненты Virtual Service Provider (VSP) Virtual Storage Miniport (VSC) Windows Management Infrastructure (WMI)

22 Windows Server Core Установлены только набор исполняемых файлов и библиотеки DLL Не установлен графический интерфейс пользователя Доступно для части серверных ролей Можно управлять с помощью удаленных средств 12/24

23 Версии продуктов ПродуктВыпускБазовые системыГостевые системы ** Virtual PC 2004Октябрь 2003 Win2000 Pro SP4 Win XP Pro (Tablet, SP1) MS-DOS 6.22 * / OS/2 Win 95, 98, 98SE, ME * Win NT4 SP6a (workstation) * Win2000 Pro SP4 Win XP (Tablet, SP1) Virtual Server 2005Июль 2004 Win XP Pro Win2003 SBS Win2003 (SE, EE, Data) Win NT4 SP6a (server) * Win2000 Server Win2003 (SE, EE, Web) Virtual PC 2004 SP1Октябрь 2004 То же, что и для Virtual PC Win2003 SE То же, что и для Virtual PC Win XP SP2 Virtual Server 2005 R2Ноябрь 2005 То же, что и для Virtual Server Win XP Pro SP2 (non prod) + Win2003 (SP1, R2) + Win XP / Win2003 x64 То же, что и для Virtual Server Win XP Pro SP2 + Win2003 (SP1, R2) + Linux (9x) - Apr 2006 Virtual PC 2004 ExpressМарт 2006 То же, что и для Virtual PC 2004 SP1 + Поддерживает не более одной VM + в Vista Enterprise / только для участников программы Software Assurance Virtual PC февраля Поддержка ЦП с технологиями Intel VT и AMD Virtualization + Поддержка Vista (гостевые и хост-системы) Virtual Server 2005 R2 SP1 Март Поддержка виртуализации процессоров Intel VT и AMD Virtualization +Поддержка Volume Shadow Copy Service (для резервного копирования) Windows Virtualization Longhorn + < 180 дней Реализация Windows Hypervisor Новая модель виртуализации, требует аппаратной поддержки VT/Virtualization Кодовое имя "Viridian"

24 Основные области применения : Тестирование программного обеспечения и средств разработки ( тестирование создаваемых приложений, тестирование конфигураций и настроек готового программного обеспечения, а также действий администраторов серверов и сети с целью проверки работоспособности той или иной конфигурации серверного ПО перед началом ввода его в реальную эксплуатацию. Хостинг унаследованных приложений. Зачастую наиболее удачные бизнес-приложения эксплуатируются десятилетиями, поэтому вполне может случиться так, что платформа, для которой они написаны, в компании уже практически не применяется из-за отсутствия нормальной технической поддержки со стороны производителей оборудования. Консолидация загрузки серверов. Идея консолидации загрузки серверов заключается в создании виртуальных машин с разными операционными системами и программным обеспечением, реализующими выполнение указанных задач, и в размещении одного и того же набора этих виртуальных машин на нескольких физических серверах. Благодаря этому число самих серверов можно уменьшить, да и выход из строя одного из серверов не будет столь критичен для компании, поскольку его нагрузку может взять на себя виртуальная машина на каком-либо другом сервере. Моделирование распределенных серверных приложений на одном физическом сервере. Данный способ применения серверных виртуальных машин предназначен для разработчиков, специалистов по тестированию и специалистов по внедрению приложений масштаба предприятия. С его помощью можно создавать распределенные приложения, тестировать их, а также моделировать реальные условия внедрения, используя для этой цели один-единственный компьютер, что позволяет сократить расходы на приобретение аппаратного обеспечения для разработки приложений.

25 Запуск VMM Подготовка гостевой ОС к запуску VMPTRLD VMLAUNCH Работа гостевой ОС VMON Обработка возникшего в гостевой ОС или во внешнем мире события Сохранение текущего состояния виртуальной машины или ее уничтожение VMREAD VMWRITE Настройка свойств виртуальной машины Событие, требующее обработки, либо вызов VMMCALLVMRESUME VMPTRST VMCLEAR Остановка VMM VMOFF Схема работы Intel Virtualization Technology

26 Проверка и запуск безопасного загрузчика SKINIT Загрузчик Обычная загрузка ОС Запуск VVM Загрузка виртуального компьютера и системная подготовка VMLOAD VMRUN Работа гостевой ОС VMMCALL Событие VMRUN Обработка события в гостевой ОС или во внешнем мире STGI, CLGI, INVLPGA Сохранение текущего состояния виртуальной машины или ее уничтожение

27 В 2006 году объемы продаж компании увеличились в 10 раз по сравнению с 2004 годом. Подразделение Parallels, входящее в SWSoft, разработало платформу для виртуального исполнения Windows OC на платформе Mac, которая входит в десятку лучших продуктов 2006 года и является наиболее продаваемым на Amazon. В России сегодня работает свыше 750 инженеров компании. SWsoft - это мировой лидер в области программного обеспечения для виртуализации серверов и автоматизации, которое помогает потре- бителям, бизнесменам и провайдерам услуг оптимизировать процесс ис- пользования технологии. Программное обеспечение компании поддержи- вает работу более серверов и рабочих станций по всему миру. Линейка продуктов компании SWsoft включает Virtuozzo - передовое решение для виртуализации операционных систем, Parallels - передовой продукт виртуализации рабочих станций и Plesk - ведущую панель управ- ления серверами. Компания основана в 1999 году, офисы расположены по всей территории Северной Америки, Европы и Азии. Технология Virtuozzo

28 В модели гипервизора имеется базовый слой (обычно это тонкий слой ядра Linux, представленный здесь гипервизором или стандартной ОС), который загружается непосредственно на чистый сервер. Для выделения оборудования и ресурсов виртуальным машинам требуется виртуализация всего аппаратного обеспечения на сервере. В следующем слое показаны все чипы, платы и другие устройства, которые необходимо виртуализировать, чтобы их можно было предоставлять виртуальным машинам. В самой виртуальной машине содержится полная копия операционной системы и, наконец, приложение или рабочая нагрузка. Virtual Machine Monitor Аппаратная модель виртуализации (гипервизор) VMM/Hypervisor VM3 Guest OS VM2 Guest OS VM1 Guest OS HARDWARE Virtual Hardware Hipervisor of Standard Host OS

29 SWsoft Virtuozzo - это запатентованное решение по виртуализации ОС. Virtuozzo позволяет создавать изолированные виртуальные среды (VE) или контейнеры на одном физическом сервере и экземп-ляре ОС. По сравнению с другими технологиями виртуализации Virtuozzo обеспечивает наиболее высокий уровень плотности, произ- водительности и управляемости.виртуализации ОС Интеллектуальное разбиение на разделы - разделение сервера на сотни виртуальных сред, функционирующих как самостоятельные серверы. Абсолютная изоляция - гарантируется безопасность, полная изоляция функций, ошибок и производительности виртуальных сред. Динамическое выделение ресурсов - можно изменять ресурсы процес- сора, объем памяти, сетевых ресурсов, дискового пространства и под- системы ввода-вывода без перезагрузки. Миграция в реальном времени - функции обеспечения непрерывности бизнес-процесса, включая миграцию в реальном времени, гарантиру- ют доступность и восстановимость данных. Групповое управление - комплекс инструментов и шаблонов для авто- матизированного администрирования множеством виртуальных сред и серверов.

30

31 Виртуализация ОС заключается в создании виртуальных серверов на уровне операционной системы (ядра). Такой метод виртуализации предпо- лагает создание изолированных разделов, или виртуальных окружений, на одном физическом сервере и одной копии ОС, чтобы добиться максималь- но эффективного использования ресурсов оборудования, программ, центров обработки данных и возможностей управленческого персонала. Модель виртуализации ОС подверглась модернизации с целью дос- тижения более высокой производительности, управляемости и эффектив- ности. В основе находится стандартная главная операционная система, в случае с Virtuozzo это может быть Windows и Linux. Далее идет слой вир- туализации (Virtuozzo Layer) с внутренней файловой системой и слой аб- страгирования служб, которые обеспечивают изоляцию и безопасность ресурсов, выделенных для различных виртуальных окружений. Слой вир- туализации служит для того, чтобы виртуальное окружение появилось как автономный сервер. Наконец, в самом виртуальном окружении размещается приложение или рабочая нагрузка. Поддерживаемые архитектуры микропроцессоров: Virtuozzo для Linux: x86, ia64, AMD64, EM64T, Itanium; Virtuozzo для Windows: 32 и 64 бит Минимальные требования к серверу: не менее 1 ГБ памяти и 4 ГБ свободного дискового пространства. Чем больше производительность процессора и объем памяти сервера, тем больше виртуальных частных серверов и приложений он может поддерживать.

32 В 2006 году немецкая компания InnoTek представила продукт VirtualBox для виртуализации десктопов с открытым исходным кодом, в разработке которого (за исключе- нием некоторых компонентов) может принять участие любой желающий. Открытая платформа виртуализации VirtualBox

33 Платформа VirtualBox представляет собой настольную систему виртуализации для Windows, Linux и Mac OS хостов, поддерживающую операционные системы Windows, Linux, OS/2 Warp, OpenBSD и FreeBSD в качестве гостевых.

34

35

36

37 При старте виртуальной машины VirtualBox обычно запускается три процесса, которые можно наблюдать в диспетчере задач в Windows- системах или системном мониторе Linux: 1. Графический интерфейс окна управления. 2. Еще один похожий процесс, запущенный с параметром startvm, который означает, что GUI будет работать в качестве оболочки для виртуальной машины. 3. Автоматически создаваемый сервисный процесс VBoxSVC, необходимый для того, чтобы отслеживать количество и статусы запущенных виртуальных машин (поскольку они могут быть запущены различными способами). Виртуальная машина с запущенной в ней гостевой системой инкапсулирует в себе необходимые детали реализации гостевой ОС и ведет себя по отношению к хостовой системе как обычное приложение. Преимущества и недостатки VirtualBox Эксперты считают, что у этой платформы виртуализации определенно есть будущее, поскольку она готова занять пустующую нишу в сфере настольных систем виртуализации как мощная, производительная, удобная и, главное, бесплатная платформа. Безусловным плюсом системы является ее кроссплатформенность и поддержка со стороны сообщества Open Source. Большой список поддерживаемых гостевых и хостовых операционных систем открывает широкие возможности по применению VirtualBox в контексте различных вариантов использования.

38