Виртуализация серверов

О популярности виртуализационных решений сегодня можно судить хотя бы по такому факту: в 2006 году в мире работало более миллиона виртуализированных серверов

В современных сложных ИТ-средах виртуализация серверов себя оправдывает. Избыточное аппаратное обеспечение может очень быстро заполнить все имеющееся пространство в центрах обработки данных, каждая новая покупка приводит к увеличению затрат на электроэнергию и охлаждение, в результате ухудшаются финансовые показатели. Переход от физических серверов к виртуальным — один из способов восстановить разумное положение вещей и взять под контроль расходы на ИТ.

Благодаря виртуализации можно динамически включать и отключать виртуальные серверы (также называемые виртуальными машинами), каждый из которых, образно говоря, «обманывает» операционную систему (и работающие в ее среде приложения), заставляя воспринимать виртуальную машину как реальное оборудование. Несколько виртуальных машин позволяют полностью задействовать вычислительный потенциал физического сервера и быстро реагировать на меняющиеся потребности в ресурсах в центре обработки данных.

Концепция виртуализации не нова. Еще в 70-е годы на мэйнфреймах одновременно могли работать несколько экземпляров операционной системы, причем каждый функционировал независимо от других. Однако лишь недавно инновации в области программного и аппаратного обеспечения позволили эффективно реализовать виртуализацию в серверах стандартной архитектуры.

Решений в области виртуализации серверов сейчас множество. Есть частные решения, есть решения категории Open Source. Во всех этих решениях реализуется один из трех фундаментальных принципов, позволяющий обеспечить наилучший результат с учетом специфики рабочей нагрузки и других приоритетов.

Полная виртуализация

Самый популярный способ виртуализации предполагает использование программного обеспечения, получившего название «гипервизор», суть которого заключается в создании уровня абстракции между виртуальными серверами и базовым аппаратным обеспечением. Примерами коммерческих решений, в которых реализован данный подход, могут служить программные продукты VMware и Microsoft Virtual PC, а KVM (Kernel Virtual Machine) — это свободно распространяемое решение для ОС Linux.

Гипервизор перехватывает команды центрального процессора и служит посредником для доступа к аппаратным контроллерам и периферии. В результате полная виртуализация позволяет установить на виртуальный сервер практически любую операционную систему без каких-либо изменений, причем сама ОС ничего не будет знать о том, что она работает в виртуализованной среде. Основной недостаток данного подхода связан с накладными расходами, которые несет процессор в связи с работой гипервизора. Эти накладные расходы невелики, но ощутимы.

В полностью виртуализованной среде гипервизор взаимодействует непосредственно с аппаратным обеспечением и серверами в качестве хостовой операционной системы. Операционные системы, работающие на виртуальных серверах, которыми управляет гипервизор, называют гостевыми.

Паравиртуализация

Полная виртуализация предполагает серьезное использование ресурсов процессора, обусловленное наличием гипервизора, управляющего различными виртуальными серверами и обеспечивающего независимость этих серверов друг от друга. Уменьшить эту нагрузку можно, например модифицировав каждую операционную систему таким образом, чтобы она «знала» о том, что она работает в виртуализованной среде, и могла взаимодействовать с гипервизором. Такой подход называют паравиртуализацией.

Примером свободно распространяемой реализации технологии паравиртуализации может служить Xen. Прежде чем операционная система сможет работать в качестве виртуального сервера в гипервизоре Xen, в нее необходимо внести определенные изменения на уровне ядра. Благодаря этому Xen прекрасно работает с BSD, Linux, Solaris и другими свободно распространяемыми операционными системами, но не подходит для виртуализации таких операционных систем, как Windows, которые менять нельзя.

Преимуществом паравиртуализации является более высокая производительность. Паравиртуализованные серверы, работающие вместе с гипервизором, обеспечивают почти такую же скорость, как невиртуализованные серверы. Такое увеличение производительности стало достаточно весомым аргументом для того, чтобы и Microsoft, и VMware начали разрабатывать в дополнение к своим решениям технологии паравиртуализации.

Виртуализация на уровне ОС

Существует еще один способ виртуализации — встроенная поддержка виртуальных серверов на уровне операционной системы. Этот подход использован в Solaris Containers, а Virtuozzo/OpenVZ делает нечто похожее для ОС Linux.

При виртуализации на уровне операционной системы не существует отдельного слоя гипервизора. Вместо этого сама хостовая операционная система отвечает за разделение аппаратных ресурсов между несколькими виртуальными серверами и поддержку их независимости друг от друга. Отличие этого подхода от других проявляется, прежде всего, в том, что в этом случае все виртуальные серверы должны работать в одной и той же операционной системе (хотя каждый экземпляр имеет свои собственные приложения и регистрационные записи пользователей).

То, что виртуализация на уровне операционной системы теряет в гибкости, она восполняет за счет производительности, которая близка к производительности невиртуализованных серверов. Кроме того, архитектурой, которая использует одну стандартную ОС для всех виртуальных серверов, намного проще управлять, чем более гетерогенной средой.

Проще, но труднее

В отличие от мэйнфреймов, аппаратное обеспечение ПК не было изначально рассчитано на виртуализацию — до недавнего времени вся нагрузка ложилась на программное обеспечение. Только в модели последнего поколения своих процессоров в архитектуре x86 корпорации AMD и Intel впервые добавили технологии, поддерживающие виртуализацию.

К сожалению, обе корпорации создавали свои технологии (AMD-V и Intel VT соответственно) независимо, в силу чего они несовместимы на уровне кода, хотя дают схожие преимущества. Поскольку благодаря поддержке аппаратной виртуализации всю ответственность за управление доступом виртуальных серверов к каналам ввода/вывода и аппаратным ресурсам берет на себя процессор, то гипервизор освобождается от выполнения самых ресурсоемких задач. Помимо увеличения производительности при таком подходе операционные системы без изменений могут работать в паравиртуализованных средах, в том числе и Windows.

Виртуализация на уровне процессора не происходит автоматически. Необходимо создать специальное программное обеспечение, которое ее бы поддерживало. Однако, учитывая насколько значительны преимущества, которые дают такие технологии, программное обеспечение виртуализации для их поддержки неизбежно будет создано.

Инструментарий виртуализации

Каждый метод виртуализации дает свои преимущества в зависимости от ситуации. Группа серверов на одной и той же операционной платформе может считаться кандидатом на виртуализацию на уровне операционной системы. Другие технологии также могут иметь свои плюсы.

Паравиртуализация сочетает в себе целый ряд достоинств, особенно при ее реализации вместе с процессорами, поддерживающими виртуализацию. Этот подход не только поддерживает высокую производительность, но и позволяет формировать гетерогенную среду, в которой работает несколько гостевых операционных систем.

Полная виртуализация обеспечивает самую низкую производительность из трех технологий, но она позволяет полностью изолировать гостевые ОС друг от друга и от хостовой операционной системы. Это решение подходит для обеспечения качества и тестирования программного обеспечения, помимо того, что она поддерживает самый широкий спектр гостевых операционных систем.

Важно помнить, что виртуальные серверы требуют постоянной поддержки и обслуживания точно так же, как и физические серверы. Растущая популярность виртуализации серверов способствует развитию рынка соответствующих инструментальных средств. Все больше компаний начинают предлагать утилиты для перехода с физических серверов на виртуальные, предназначенные для ориентированных на виртуализацию вариантов основных консолей управления ИТ-системами. Такие инструменты позволяют упростить переход от традиционной ИТ-инфраструктуры к эффективной и менее затратной виртуализованной среде.

Виртуализация серверов становится массовой

Согласно опросу, проведенному Forrester Research, доля организаций, использующих технологию виртуализации или реализовавших соответствующие пилотные проекты, в 2006 году превысила 50%.

Результаты опроса показывают, что, если в 2005 году виртуализацию серверов реализовали 29% компаний, то в 2006 году их доля составила 40%. Количество компаний, реализующих пилотные проекты, по-прежнему сохраняется на уровне 11%.

В Forrester пришли к выводу, что интерес к технологии виртуализации в 2006 году вырос. Согласно данным опроса, доля компаний, которым известно о виртуализации серверов, но которых она не заинтересовала, за год сократилось с 23 до 17%, а доля таких, которым неизвестно о данной технологии, снизилась с 19 до 8%. 92% респондентов заявили, что они, по крайней мере, слышали об этой технологии.

Возможно, рост информированности и все более широкое применение виртуализации серверов объясняется предложением как коммерческих, так и свободно распространяемых решений, а также активным маркетингом производителей.

«Виртуализация серверов перестала быть специализированной технологией, и в последние годы ее стали широко применять на серверах архитектуры x86, — говорится в отчете. — В результате наиболее популярное средство виртуализации серверов, разработанное компанией VMware, вынуждено соперничать с Microsoft Virtual Server и свободно распространяемой технологией виртуализации Xen».

Впрочем, хотя соответствующие решения сегодня стараются предложить многие, решение VMware по-прежнему остается самым популярным.

Свыше половины участников опроса (53%) назвали VMware единственным производителем, продукты которого они готовы использовать для виртуализации серверов с процессорами архитектуры x86.

Предприятия малого и среднего бизнеса внедряют эту технологию почти вдвое реже, несмотря даже на то, что более крупные компании из этой категории, как правило, располагают достаточным количеством серверов архитектуры x86 для того, чтобы виртуализация серверов себя оправдала, говорится в отчете.

Виртуализация серверов: реальная экономия

Виртуализация серверов сейчас переживает пик своей популярности: три из четырех компаний в самых разных отраслях уже используют эту технологию в своих центрах обработки данных или планируют это сделать в ближайшее время. Таковы результаты опроса, проведенного компанией Yankee Group. Из 700 фирм, принявших участие в этом исследовании, только 4% заявили, что виртуализация не входит в их ближайшие планы.

Цель применения этой технологии ясна: добиться существенного сокращения расходов. Но многие компании не в состоянии подсчитать размера реальной экономии, которую дает виртуализация, и это приводит к некорректному планированию будущих закупок аппаратного и программного обеспечения и сервисов.

Преимущества виртуализации серверов сегодня совершенно очевидны. Участники опроса особо отметили, что данная технология позволяет уменьшить потребность в площадях, выделяемых для центров обработки данных, сократить количество обслуживающего персонала и снизить затраты на энергоносители, а также спасти положение в случае природных катастроф или при сбоях оборудования. Почти 50% компаний, использующих виртуализацию, уверены, что эта технология позволяет существенно сократить расходы.

Среди тех, кто придерживается такой точки зрения, 28% пока не пытались оценить размер экономии, а 25% не знают, как приступить к решению данной задачи. Еще 26% подтвердили, что они видят прямую выгоду от внедрения виртуализации.

Однако значительная часть респондентов, почти 39%, не представляют, когда именно они смогут получить отдачу от инвестиций в виртуализацию.

Как ни удивительно, но многие компании не могут собрать важную информацию, необходимую для вычисления общей стоимости владения при серверной виртуализации. Почему? По словам ведущего аналитика Yankee Group и автора исследования Лауры Дидио, в большинстве компаний не разработаны методики сбора детальных сведений, касающихся общей стоимости владения для виртуализации. Многие компании просто не знают, как измерить данный показатель.

Дидио считает, что компаниям нужно учитывать не только затраты на серверы, системы хранения и сетевую инфраструктуру.

Слишком много организаций, занимающихся ИТ, не в состоянии оценить, как виртуа­лизация повлияла на объем средств, которые тратятся на технологию защиты, обслуживающий персонал, обучение, разработку приложе­ний, тестирование, консалтинг и контрак­ты на поддержку.

Платформы виртуализации