🐹 Основы виртуализации: что такое виртуализация и зачем она нужна?

Содержание:

1. Что такое виртуализация.
2. Как это устроено.
3. Где используется виртуализация.
4. Виды виртуализации.

4.1. Виртуализация представлений.
4.2. Виртуализация приложений.
4.3. Виртуализация серверов.
4.4. Виртуализация средств хранения данных.
4.5. Виртуализация корпоративной сети.
4.6. Виртуализация рабочих мест.

5. Преимущества виртуализации.

5.1. Экономический эффект.
5.2. Меньше функций администрирования.
5.3. Простая миграция и модернизация «железа».
5.4. Высокая отказоустойчивость.
5.5. Гибкое распределение производительности.

6. Суть серверной виртуализации.

6.1. Зачем нужна виртуализация серверов.
6.2. Есть ли недостатки у виртуализации?
6.3. Где используется виртуализация серверов.

7. Виртуализация рабочих мест.

7.1. Главное о виртуализации.
7.2. VDI и RDS: два способа реализовать виртуализацию.

7.2.1. RDS.
7.2.2. VDI.
7.2.3. Разница технологий.

7.3. Значение виртуализации для бизнеса.
7.4. Преимущества виртуализации рабочих мест.

7.4.1. Снижаются затраты на ИТ-инфраструктуру.
7.4.2. Быстрое восстановление работоспособности.
7.4.3. Появляются расширенные возможности для работы сотрудников.
7.4.4. Упрощается процесс управления ИТ-инфраструктурой.
7.4.5. Расширенные возможности защиты данных.
7.4.6. Повышается уровень информационной безопасности.

8. Выбор гипервизора для домашних пользователей.
9. Оригиналы источников информации.


1. Что такое виртуализация.

Виртуализация — это предоставление набора вычислительных ресурсов или их логического объединения, абстрагированное от аппаратной реализации, и обеспечивающее при этом логическую изоляцию друг от друга вычислительных процессов, выполняемых на одном физическом ресурсе.

Это механизм создания виртуального, программного, представления ресурсов без привязки к аппаратному обеспечению.

Виртуализировать можно серверы, средства хранения данных, сетевые ресурсы, приложения и рабочие столы.

Примером использования виртуализации является возможность запуска нескольких операционных систем на одном компьютере: при том каждый из экземпляров таких гостевых операционных систем работает со своим набором логических ресурсов (процессорных, оперативной памяти, устройств хранения), предоставлением которых из общего пула, доступного на уровне оборудования, управляет хостовая операционная система — гипервизор. Также могут быть подвергнуты виртуализации сети передачи данных, сети хранения данных, платформенное и прикладное программное обеспечение.

Если говорить еще проще, то это запуск нескольких систем на базе одной вычислительной машины, при этом физические ресурсы этой машины выделяются каждой виртуальной системе независимо. Распределением ресурсов занимается хостовая операционная система — гипервизор, который выдает гостевым (виртуальным) машинам процессорную мощность, оперативную память, ресурсы хранения и сетевых коммуникаций из общего пула ресурсов.

2. Как это устроено.

Основные базовые понятия:

  • Гипервизор – специальное программное обеспечение, которое позволяет создавать виртуальные машины и управлять ими.
  • Виртуальная машина — это система, представляющая собой логический сервер внутри физического со своим набором характеристик, накопителями и операционной системой.

По-другому — это специальная среда, которую гипервизор создает для вашей гостевой операционной системы во время ее работы.

Еще проще, вы запускаете гостевую операционную систему «в» виртуальной машине. Обычно виртуальная машина будет отображаться как окно на рабочем столе вашего компьютера, но в зависимости от того, какой из различных интерфейсов гипервизор вы используете, она может отображаться в полноэкранном режиме или удаленно на другом компьютере.

В более абстрактном виде: внутри гипервизор думает о виртуальной машине как о наборе параметров, которые определяют её поведение. Они включают в себя аппаратные настройки (сколько памяти должна иметь виртуальная машина, какие жесткие диски гипервизор должен виртуализировать, через какие файлы контейнеров, какие диски монтируются и так далее), А также информацию о состоянии (среди них могут быть: виртуальная машина в настоящее время запущена, сохранена, о её снимках и так далее). Эти параметры отражаются в окне гипервизора, а также в программе командной строки гипервизора. Другими словами, виртуальная машина также является тем, что вы можете увидеть в диалоговом окне настроек.

  • Хост виртуализации — физический сервер с запущенным на нем гипервизором.
  • Хостовая операционная система (хост-система) — это операционная система физического компьютера, на котором был установлен гипервизор.
  • Гостевая операционная система — это операционная система, которая работает внутри виртуальной машины.
  • Гостевые дополнения — это относится к специальным пакетам программного обеспечения, которые поставляются с гипервизором, но предназначены для установки внутри виртуальной машины для повышения производительности гостевой операционной системы и добавления дополнительных функций.

Для того чтобы сервер мог работать полноценным хостом виртуализации, его процессор должен поддерживать одну из двух технологий аппаратной виртуализации – либо Intel VT, либо AMD-V. Обе технологии выполняют важнейшую задачу — предоставление аппаратных ресурсов сервера виртуальным машинам.

Ключевой особенностью является то, что любые действия виртуальных машин исполняются напрямую на уровне оборудования. При этом они друг от друга изолированы, что достаточно легко позволяет управлять ими по отдельности. Сам же гипервизор играет роль контролирующего органа, распределяя ресурсы, роли и приоритеты между ними. Также гипервизор занимается эмуляцией той части аппаратного обеспечения, которая необходима для корректной работы операционной системы.

Внедрение виртуализации дает возможность иметь в наличии несколько запущенных копий одного сервера. Критический сбой или ошибка, в процессе внесения изменений в такую копию, никак не повлияет на работу текущего сервиса или приложения. При этом также снимаются две основные проблемы – масштабирование и возможность держать «зоопарк» разных операционных систем на одном оборудовании. Это идеальная возможность совмещения самых разных сервисов без необходимости приобретения отдельного оборудования для каждого из них.

Виртуализация повышает отказоустойчивость сервисов и развернутых приложений. Даже если физический сервер вышел из строя и его необходимо заменить на другой, то вся виртуальная инфраструктура останется полностью работоспособной, при условии сохранности дисковых носителей. При этом физический сервер может быть вообще другого производителя.

Самые популярные гипервизоры, существующие на 2020 год:

  • Microsoft Hyper-V — Подходит для серверов, которые работают под управлением операционных систем Windows Server. Возможности Microsoft Hyper-V: виртуализация оборудования, работа на процессорах с x64 архитектурой, продуманная процедура кластеризации, функции реплицирования, удаленный мониторинг, гибкое управление коммутаторами и другие.
  • Oracle VM VirtualBox— программный продукт виртуализации для операционных систем Microsoft Windows, Linux, FreeBSD, macOS, Solaris/OpenSolaris, ReactOS, DOS и других. Программа была создана компанией Innotek с использованием исходного кода Qemu. Первая публично доступная версия VirtualBox появилась 15 января 2007 года. В феврале 2008 года Innotek был приобретён компанией Sun Microsystems, модель распространения VirtualBox при этом не изменилась. В январе 2010 года Sun Microsystems была поглощена корпорацией Oracle, модель распространения программного обеспечения осталась прежней.
  • Proxmox Virtual Environment — система виртуализации с открытым исходным кодом, основанная на Debian GNU/Linux. В качестве гипервизоров использует KVM (Kernel-based Virtual Machine) и LXC (Linux Containers). Соответственно, способна выполнять любые поддерживаемые KVM операционные системы: Linux, FreeBSD, Windows и другие популярные операционные системы, с минимальными потерями производительности и Linux без потерь. Управление виртуальными машинами и администрирование самого сервера производятся через web-интерфейс или через стандартный интерфейс командной строки Linux.

Они все достаточно универсальны, однако, у каждого из них имеются определенные особенности, которые следует всегда учитывать на этапе выбора: стоимость развёртывания/обслуживания и технические характеристики. Стоимость коммерческих лицензий Oracle VM VirtualBox и Microsoft Hyper-V весьма высока, а в случае возникновения сбоев, решить проблему с этими системами собственными силами очень непросто.

KVM (Kernel-based Virtual Machine) же напротив, полностью бесплатен и достаточно прост в работе, особенно в составе готового решения на базе Debian Linux под названием Proxmox Virtual Environment. Именно эту систему можно смело порекомендовать для первоначального знакомства с миром виртуальной инфраструктуры.

3. Где используется виртуализация.

Продукты виртуализации востребованы у тех компаний, которые движутся в сторону цифровой трансформации и умеют считать деньги. Новая технология востребована там, где вместо нескольких маломощных и требующих модернизации машин компания планирует закупить современное оборудование и использовать его ресурсы на 100%. Рационально переносить в виртуализированную среду мало- и средненагруженные серверы: web-сервер контроллеры доменов, сервер базы данных двух-трех сотен пользователей.

Виртуализация используется при создании тестовых сред для программных продуктов перед выпуском в продакшен. Компании не придется покупать или арендовать новое оборудование — достаточно воспользоваться виртуальной средой, например, в облаке, чтобы оценить работу нового сервиса. С помощью виртуализации можно запускать программное обеспечение, которые в другой ситуации конфликтовало бы друг с другом, или разные версии одинакового программного обеспечения.

Виртуализация позволяет эмулировать работу физических устройств: рабочие ПК, планшеты, стационарные телефоны и смартфоны. Не принципиально, какая операционная система или прошивка управляет ими и какие у них технические требования — виртуализация справится с любыми задачами.

4. Виды виртуализации.

Самые популярные виды — это виртуализация серверов, средств хранения данных, сети, приложений и рабочих столов.

4.1. Виртуализация представлений.

С виртуализацией представлений знакомы многие из вас: самый яркий пример – это терминальные службы Windows Server. Терминальный сервер предоставляет свои вычислительные ресурсы клиентам, и клиентское приложение выполняется на сервере, клиент же получает только «картинку», то бишь представление. Такая модель доступа позволяет, во-первых – снизить требования к программно-аппаратному обеспечению на стороне клиента, во-вторых – снижает требования к пропускной способности сети, в-третьих – позволяет повысить безопасность.

Что касается оборудования – то в качестве терминальных клиентов могут использоваться даже смартфоны или старые компьютеры, не говоря уже о специализированных тонких клиентах.

Существуют, к примеру, тонкие клиенты в форм-факторе розетки Legrand, монтируемые в короб. На клиентских рабочих местах достаточно установить только монитор, клавиатуру и мышь – и можно работать. Для работы с терминальным сервером не обязательно иметь высокоскоростное подключение к локальной сети, вполне достаточно даже низкоскоростного подключения с пропускной способностью 15-20 кбит/с, поэтому терминальные решения очень подходят фирмам, имеющим сильно распределенную структуру (к примеру – сети небольших магазинов). Кроме того, при использовании тонких клиентов значительно повышается безопасность, потому что пользователям можно разрешить запускать только ограниченный набор приложений, и запретить устанавливать свои собственные приложения. В принципе, то же самое можно сделать и с полноценными клиентскими рабочими станциями, но с использованием терминальных служб это будет сделать гораздо проще, особенно – не предоставляя доступ целиком к рабочему столу, а лишь публикуя отдельные приложения. Более того, никакую информацию нельзя будет скопировать на и с внешнего носителя, если это явно не разрешено в настройках терминальных служб. То есть проблема «вирусов на флэшках» отпадает автоматически. Еще одно неоспоримое достоинство – снижение сложности администрирования: упрощается обновление приложений (достаточно обновить их на сервере), и упрощается работа служб поддержки: к терминальной сессии любого пользователя можно подключиться удаленно без установки дополнительного программного обеспечения.

Недостатков у таких систем два: во-первых – необходимость покупки более мощных серверов (хотя это может быть дешевле, чем множество клиентских рабочих станций с техническими характеристиками, достаточными для запуска приложений локально), во-вторых – появление единой точки отказа в виде терминального сервера. Эта проблема решается за счет использования кластеров, или ферм серверов, но это приводит к еще большему удорожанию системы.

4.2. Виртуализация приложений.

Виртуализация приложений – достаточно интересное, и относительно новое направление. Коротко говоря, виртуализация приложений позволяет запускать отдельное приложение в своей собственной изолированной среде (иногда называется «песочница», sandbox). Такой способ помогает решить множество проблем.

Во-первых – опять же безопасность: приложение, запущенное в изолированной среде – не способно нанести вред операционной системе и другим приложениям.

Во-вторых – все виртуализированные приложения можно обновлять централизованно из одного источника.

В-третьих – виртуализация приложений позволяет запускать на одном физическом компьютере несколько разных приложений, конфликтующих друг с другом, или даже несколько разных версий одного и того же приложения. 

С таким подходом приложения не требуют установки в операционную систему — их достаточно просто запускать на выбранной машине. При этом эмулируются те компоненты операционной системы, которые нужны приложению для нормальной работы. Каждое приложение получает свою изолированную среду, в которой работает независимо от остального программного обеспечения, и необходимые атрибуты: ключи реестра, файлы.

Главный плюс виртуализации приложений заключается в их независимой работе (а значит, конфликты исключены). Виртуализированное программное обеспечение требует меньше физических ресурсов, чем полноценная эмуляция операционной системы, не загромождает реестр и не создает файлы конфигурации, засоряя систему.

4.3. Виртуализация серверов.

Виртуализация серверов – это программная имитация с помощью специального программного обеспечения аппаратного обеспечения компьютера: процессор, память, жесткий диск, и так далее.

Эта технология позволяет на одной физической машине запускать несколько виртуальных машин, каждая из которых имитирует работу отдельного сервера. Программная имитация затрагивает основные компоненты сервера: процессор, накопитель, ОЗУ и другие.

Далее, на такой виртуальный компьютер можно установить операционную систему, и она будет на нем работать точно так же, как и на простом, «железном» компьютере. Самое интересное достоинство этой технологии – это возможность запуска нескольких виртуальных компьютеров внутри одного «железного», при этом все виртуальные компьютеры могут работать независимо друг от друга. Для чего это можно применять?

Виртуализацию серверов можно использовать в целях обучения и в тестовых целях. К примеру, новые приложения или операционные системы можно протестировать перед запуском в промышленную эксплуатацию в виртуальной среде, не покупая специально для этого «железо» и не рискуя парализовать работу ИТ-инфраструктуры, если что-то пойдет не так.

Виртуализация серверов востребована в продакшн-среде, где она сокращает потребность в аппаратных ресурсах и делегирует их функции виртуальным машинам. При таком подходе компания экономит на покупке и модернизации оборудования, снижает энергопотребление и потребность в охлаждении (за счет сокращения тепловыделения).

Виртуализация позволяет сократить количество серверов благодаря консолидации, то есть там, где раньше требовалось несколько серверов – теперь можно поставить один сервер, и запустить нужное число гостевых операционных систем в виртуальной среде. Это позволит сэкономить на стоимости приобретения оборудования, а так же снизить энергопотребление, а значит и тепловыделение системы – и, следовательно, можно использовать менее мощные, и, соответственно – более дешевые системы охлаждения. Но у этой медали есть и обратная сторона, и не одна.

Дело в том, что при внедрении решений на базе виртуализации, скорее всего придется покупать новые сервера. Виртуальные сервера используют аппаратные ресурсы физического сервера, и, соответственно – понадобятся более мощные процессоры, большие объемы оперативной памяти, а так же более скоростная дисковая подсистема, и, скорее всего – большего объема.

Кроме того, некоторые системы виртуализации, в частности – Microsoft Hyper-V, требуют поддержки процессором аппаратных технологий виртуализации Intel VT или AMD-V и некоторых других функций процессора. Многие процессоры, которые выпускались до недавнего времени — все x86-32bit, этим требованиям не удовлетворяют, и поэтому от старых, хотя и вполне рабочих серверов придется отказаться. Однако же, один более мощный сервер скорее всего будет стоить намного дешевле нескольких менее мощных, да и старые сервера, скорее всего давно пора менять из-за морального устаревания.

Часто при переходе на виртуализацию приходится покупать новое, более мощное и адаптированное под специальное программное обеспечение оборудование, но эти затраты окупаются. Главное — предусмотреть поддержку аппаратных технологий виртуализации, среди которых популярны Microsoft Hyper-V, Intel VT и AMD-V.

Есть еще один очень важный момент: виртуализация северов позволяет до предела упростить администрирование инфраструктуры. Главное преимущество, которое оценят все сисадмины – это возможность удаленного доступа к консоли виртуальных серверов на «аппаратном», точнее – «виртуально-аппаратном» уровне, независимо от установленной гостевой операционной системы и ее состояния. Так, чтобы перезагрузить «зависший» сервер, теперь не нужно бежать в серверную, или покупать дорогостоящее оборудование типа IP-KVM-переключателей, достаточно просто зайти в консоль виртуального сервера и нажать кнопку «Reset». Помимо этого, виртуальные сервера поддерживают технологию моментальных снимков, а так же бэкап и восстановление виртуальных систем намного легче.

Еще одно неоспоримое преимущество – операционная система, запущенная внутри виртуальной машины (гостевая операционная система) понятия не имеет, какое оборудование установлено на физическом сервере, внутри которого она работает (хост). Поэтому, при замене железа, при апгрейде или даже переезде на новый сервер необходимо обновить драйверы только на операционную систему самого хоста (хостовой операционной системы). Гостевые операционные системы будут работать как и раньше, поскольку «видят» только виртуальные устройства.

Так же, хочется напомнить, что в виртуальной среде могут действовать особые правила лицензирования программного обеспечения (в частности, покупка лицензии на Microsoft Windows Server 2008 Enterprise позволяет использовать бесплатно четыре копии операционной системы в качестве гостевой, а Microsoft Windows Server 2008 Datacenter вообще разрешает использовать неограниченное число гостевых операционных систем при условии полного лицензирования по количеству процессоров на сервере).

Еще нельзя не упомянуть о технологиях отказоустойчивости.

Физические сервера, на которых запускаются виртуальные машины, могут быть объединены в кластер, и в случае отказа одного из серверов – автоматически «переезжать» на другой. Полной отказоустойчивости добиться не всегда возможно (в частности, в Microsoft Hyper-V такой «внезапный переезд» будет выглядеть так же, и иметь такие же возможные последствия, как внезапное обесточивание сервера), но возможные простои сильно сократятся: «переезд» занимает несколько минут, тогда как ремонт или замена самого сервера может занять часы, а то и дни.

Если же «переезд» виртуальных машин происходит в штатном режиме, то он может пройти совершенно незаметно для пользователей. Такие технологии у разных вендоров называются по-разному, к примеру у Microsoft Hyper-V она называется «Live Migration». Использование таких технологий позволит проводить работы, связанные с выключением сервера (к примеру – замену некоторых аппаратных компонент, или перезагрузку операционной системы после установки критических обновлений) в рабочее время и не выгоняя пользователей из их любимых приложений. Кроме этого, если инфраструктура построена соответствующим образом – запущенные виртуальные машины могут автоматически перемещаться на менее нагруженные сервера, или же наоборот «разгружать» наиболее загруженные. В инфраструктуре на базе технологий Microsoft для этого используются System Center Virtual Machine Manager и Operations Manager.

В заключение темы по виртуализации серверов — отметим, что виртуализация не всегда одинаково полезна.

В частности, не всегда будет хорошей идеей переносить в виртуальную среду высоконагруженные сервера, а особенно — высоконагруженные по дисковой подсистеме — это «тяжелые» СУБД, Exchange Server, особенно — роль Mailbox Server, и прочие высоконагруженные приложения.

А вот сервера с меньшей нагрузкой (контроллеры доменов AD, WSUS, всевозможные System Center * Manager, web-сервера) виртуализировать можно и даже нужно.

Кстати, что именно с контроллерами доменов — очень желательно, чтобы хотя бы один из контроллеров был «железным», то есть не виртуальным. Нужно это потому, что для корректной работы всей инфраструктуры желательно, чтобы при запуске всех остальных серверов хотя бы один контроллер домена уже был доступен в сети.

4.4. Виртуализация средств хранения данных.

С помощью виртуализации можно распоряжаться данными как ресурсом, обеспечивая рост производительности, отказоустойчивости, доступности и безопасности. Становится проще управлять любыми объемами данных и мигрировать их между физическими носителями. Виртуализация оптимизирует использование дискового пространства, упрощает перенос и зеркальное копирование, позволяет экономить на расширении ИТ-инфраструктуры и организовывать многоуровневое хранение.

4.5. Виртуализация корпоративной сети.

В этом случае программное обеспечение виртуализации полностью эмулирует работу компонентов физической сети передачи данных. В виртуальной сети можно выполнять те же действия, что и в физической. Это повышает эффективность и позволяет работать независимо от реального физического оборудования. Например, теперь рабочие нагрузки можно подключать к любым эмулированным сетевым устройствам вроде коммутаторов, логических портов, маршрутизаторов, VPN-сетей.

4.6. Виртуализация рабочих мест.

Представляет собой перенос пользовательских рабочих мест в виртуальное пространство. Рабочее место отвязывается от аппаратных компонентов, а вычисления выполняются не на конкретном пользовательском устройстве, а на центральном сервере или в облаке. Для доступа к удаленному рабочему месту используются старые ПК, тонкие клиенты (терминалы), смартфоны и планшеты. Они не обрабатывают данные, а лишь передают от пользователя команды, а обратно возвращают содержимое экрана с сервера так, словно подключены к нему напрямую.

Виртуализация рабочих мест позволяет работать с приложениями и их данными с любых устройств из любой точки мира, снизить затраты на содержание парка пользовательских компьютеров, эффективнее защищать корпоративные данные от потери и утечки.

5. Преимущества виртуализации.

5.1. Экономический эффект.

Виртуализация, виртуальные машины снижают стоимость владения ИТ-инфраструктурой и помогают в будущем сэкономить на ее содержании и модернизации. Технология объединяет в пределах одного мощного оборудования функции нескольких физических устройств, а морально устаревшему «железу» дает вторую жизнь — его можно использовать в качестве терминальных компьютеров. С уменьшением количества единиц оборудования снижается потребность в электроснабжении и охлаждении, сокращается штат технических специалистов для его обслуживания. Компании предстоят крупные затраты на этапе внедрения технологии (лицензии на специализированное программное обеспечение стоят дорого), но они окупятся за 2–4 года в зависимости от специфики бизнеса.

5.2. Меньше функций администрирования.

ИТ-специалистам, занятых обслуживанием виртуальных систем, понадобятся новые знания, но в целом количество задач у них сократится. Например, для перезагрузки виртуального сервера не придется покидать рабочее место, идти в серверную и там нажимать на физическую кнопку. Достаточно зайти в консоль и нажать на Reset, не вставая со стула. Благодаря инструментам автоматизации в разы проще восстановить ИТ-инфраструктуру после серьезного сбоя: система сама через заданные промежутки времени будет делать моментальные снимки и резервировать важные данные. А запустить новый виртуальный сервер с функциями старого можно за несколько минут, так как первый представляет собой обычную программу.

5.3. Простая миграция и модернизация «железа».

С физической ИТ-инфраструктурой миграция превращалась в головную боль для системных администраторов и владельцев бизнеса. С виртуализацией каждая виртуальная машина «не догадывается» о том, какое оборудование установлено на физическом сервере, ресурсами которого она пользуется. Поэтому если требуется перенести виртуальные машины на другой физический сервер или обновить его компоненты, гостевые машины этого не заметят и продолжат работать в обычном режиме. Максимум, что понадобится — это внести несколько изменений в настройках.

Многие производители программных решений для виртуализации предлагают собственные разработки для сокращения времени простоя при миграции. Благодаря им пользователи могут продолжать работать со своими программами, в то время как физический сервер перезагружают или меняют на нем, например, оперативную память или сетевую карту.

5.4. Высокая отказоустойчивость.

Физические серверы, на которых запущены гостевые машины, можно объединять в отказоустойчивые кластеры. Если одно физическое устройство откажет (по любой причине), виртуальные системы практически мгновенно «переедут» на другое, рабочее. Если выходит из строя обычный сервер, его ремонт и восстановление запущенных процессов занимают от нескольких часов до нескольких дней. Это может обернуться для бизнеса финансовыми и репутационными потерями.

5.5. Гибкое распределение производительности.

В ситуации с несколькими физическими серверами была типичной ситуация, когда одна машина работала на пределе возможностей, а другая оказывалась загруженной вполовину или меньше. Тогда получалось, что одним приложениям ресурсов не хватало, а у других они были в избытке и простаивали без работы. Виртуализация сервисов предполагает балансировку, когда виртуальные машины перемещаются на менее нагруженные серверы, чтобы разгрузить более нагруженные. В продуктах компании Microsoft этим занимается System Center Virtual Machine Manager.

6. Суть серверной виртуализации.

Серверная виртуализация — это архитектура программного обеспечения, которое отвечает за то, чтобы несколько операционных систем работали на базе одного физического сервера. При этом программное обеспечение каждого сервера самодостаточно и отделено от любых физических устройств. Это же программное обеспечение воспринимает доступные ресурсы как ресурсы одного физического сервера, хотя по факту получает небольшой пул ресурсов. Виртуальные серверы работают как имитация физического вычислительного оборудования.

В виртуальном сервере эмулируется аппаратное обеспечение: процессоры, дисковые накопители, оперативная память. Операционные системы, установленные на каждый виртуальный сервер, не «видят» друг друга и при этом функционируют так, как если бы они были установлены на обычном компьютере. На одном «железе» можно запускать несколько операционных систем и в разных пропорциях распределять между ними физические ресурсы.

С виртуализацией неразрывно связан гипервизор — программное обеспечение, которое разворачивается на сервере и напрямую взаимодействует с его физическими ресурсами. Гипервизор отвечает за то, чтобы виртуальные машины «видели» эти ресурсы как собственные.

6.1. Зачем нужна виртуализация серверов.

Виртуализация среды повышает гибкость и адаптивность ИТ-инфраструктуры организации, снижает расходы на ее содержание, делает рабочие нагрузки мобильными, а ресурсы — доступными. Последствиями виртуализации серверов будет рост автоматизации бизнес-процессов, улучшение управляемости и экономичности инфраструктуры, минимизация аварийных и предназначенных для технического обслуживания простоев.

В ситуации с серверами виртуализация решает сразу несколько важных задач.

  • Позволяет оптимизировать потребление вычислительных ресурсов и ресурсов хранения. До появления технологии виртуализации в дата-центрах скапливалось много оборудования, которое использовалось неэффективно. Пока одни машины работали в половину (или меньше) своего потенциала, другие были перегружены задачами и часто останавливались. Виртуализация решила эту проблему, и теперь рабочие нагрузки равномерно распределяются между несколькими машинами.
  • Сдерживает рост количества серверов. Теперь можно уменьшить количество серверов, необходимых в работе разным задачам и приложениям, установив вместо них одну машину и запустив на ней нужное число операционных систем.
  • Снижает эксплуатационные расходы на содержание физического оборудования. Так как серверов меньше, организация может сэкономить на энергопотреблении и кондиционировании помещений (снизится тепловыделение, потому можно будет использовать менее мощные установки).
  • Упрощает миграцию данных. При переносе данных на другой сервер сокращается время выполнения организационных работ: IT-специалисту достаточно обновить драйверы на основной (хостовой) операционной системы, а гостевые продолжат работать в прежнем режиме, так как не привязаны к физическому оборудованию. Для пользователей, которые пользуются ресурсами виртуальных машин, такой «переезд» останется незамеченным.
  • Повышает производительность прикладного программного обеспечения. Если раньше одни приложения на 100% потребляли физические ресурсы одной машины, сейчас эта ситуация исключена. Работающие виртуальные машины могут автоматически перемещаться на менее нагруженные серверы, чтобы снизить нагрузку на более нагруженные.
  • Делает серверы более доступными и сокращает простои оборудования. Меньше времени требуется на то, чтобы восстановить систему до исходного состояния в случае сбоя. Виртуальные серверы поддерживают технологию создания виртуальных снимков и умеют делать резервное копирование данных по заранее составленному расписанию.
  • Упрощает работу с виртуальной средой. Требуется меньше технических специалистов, которые занимаются обслуживанием системы. Администраторы ценят виртуализацию за то, что она позволяет удаленно управлять виртуальными серверами независимо от их количества и территориального расположения. Простой пример: если физическая машина «зависла», больше не нужно идти в серверную и перезагружать ее вручную — это можно сделать из консоли со своего рабочего места.

6.2. Есть ли недостатки у виртуализации?

Плюсы и минусы технологии виртуализации необходимо рассматривать в контексте конкретной организации и тех задач, которые она решает. Возможны ситуации, когда недостатки технологии перевесят ее сильные стороны, но в мире быстро растущих данных это будет исключением из правил.

Минус виртуализации в том, что для перехода на эту технологию организации с высокой вероятностью придется покупать новое оборудование — с более быстрыми процессорами, увеличенным объемом дискового пространства и оперативной памяти. Однако эти расходы окупаются в течение ближайших нескольких лет при условии, что компания развивается, а объемы данных, которыми она оперирует, непрерывно растут. Плюс один мощный сервер стоит дешевле, чем несколько менее мощных машин.

6.3. Где используется виртуализация серверов.

  • Объединение большого количества физических машин в один пул ресурсов, который консолидирует вычислительные возможности процессора, объем оперативной памяти и дискового пространства. Это позволяет оптимизировать распределение нагрузок между запущенными приложениями.
  • Организация тестовых лабораторий и обучения. Виртуальные машины с Windows Server легко разворачивать и запускать. Это делает их удобными инструментами в работе с тестовыми средами для проверки работы нового программного обеспечения, а также организации обучения.
  • Распространение программного обеспечения. Некоторые разработчики предлагают свои продукты в виде готовых образов виртуальных машин.
  • Организация работы дата-центров. В центрах обработки данных виртуализация обеспечивает высокую гибкость ИТ-инфраструктуры и позволяет ей лучше соответствовать потребностям клиентов и их бизнеса.
  • Повышение отказоустойчивости IT-инфраструктуры. Сбой физического сервера приводят к критичным для бизнеса последствиям. В случае с виртуализацией виртуальные машины можно переносить на другое железо и так сократить время простоя.
  • Виртуализация кластеров. Если у организации нет возможности развернуть высокодоступный кластер, она может обойтись построением кластера виртуализированного. Популярные платформы для решения этой задачи — Microsoft Hyper-V и Red Hat Cluster Suite.

7. Виртуализация рабочих мест.

Виртуализация рабочих мест — это условный перенос компьютера, рабочего стола, операционной системы и установленного программного обеспечения в виртуальное пространство. Это позволяет отвязать рабочие места пользователей от конкретного «железа» и использовать возможности виртуализации — от экономии на физической инфраструктуре до повышения доступности инфраструктуры и простого управления ИТ-ресурсами.

7.1. Тонкие клиенты.

Виртуализация рабочих станций часто упоминается рядом с такими терминами как «тонкие клиенты», VDI или «удаленный доступ к данным».

Тонкими клиентами называют устройства, через которые пользователи получают удаленный доступ к данным и вычислительным мощностям, размещенным на сервере. При этом они работают с этими ресурсами мощностями так, как если бы они находились в системном блоке, стоящем на рабочем месте.

Существует класс устройств, которые так и называются — «тонкие клиенты». Но также их роль могут выполнять обычные персональные компьютеры с базовыми характеристиками (на уровне «печатной машинки»), смартфоны и планшеты.

Задача этих устройств — передавать изображение пользователю, а затем отправлять его команды (клики мышью, нажатия на клавиатуры, тапы по сенсорному экрану) на сервер для обработки. Со стороны это выглядит так, словно пользователь работает в обычном режиме, но на самом деле вычислительные ресурсы находятся далеко, а он видит только образ происходящего на экране удаленного сервера.

7.2. VDI и RDS: два способа реализовать виртуализацию.

Компании, которые хотят использовать преимущества виртуализации на рабочих местах сотрудников, выбирают между двумя технологиями: RDS и VDI.

7.2.1. RDS.

RDS (или Remote Desktop Services) — это один из компонентов Microsoft, который раньше носил название Terminal Services. Концепция RDS предполагает, что пользователи работают совместно на одной виртуальной машине, которая запущена на серверной серверной операционной системе.

В RDS эффективно решаются проблемы с доступностью данных, а производительность не падает во время обновления программного обеспечения. Одновременно можно запускать столько копий виртуальных машин, сколько пользователей подключено к серверу.

В RDS данные передаются по определенному протоколу, который должен поддерживаться на клиентской стороне, что накладывает ограничения на выбор серверных и пользовательских инструментов. С ростом количества подключений производительность будет падать, а в реализации и настройке эта технология сложная.

С другой стороны, RDS позволяет экономить на приобретении лицензий программного обеспечения — например, необходимый ей гипервизор встроен в серверную операционную систему, и требуется меньше физических ресурсов сервера.

7.2.2. VDI.

VDI (или Virtual Desktop Infrastructure) — это виртуальная инфраструктура, в которой каждый пользователь работает на отдельной виртуальной машине, запущенной на удаленном сервере. Все пользователи изолированы друг от друга, но им требуется много копий виртуальных операционных систем, что сильнее нагружает сервер, чем RDS.

С другой стороны, у VDI есть и плюсы: технология подходит компаниям, которым важно контролировать доступ к конфиденциальным данным, разделять информацию и пользователей. Также здесь появляется свобода выбора пользовательского программного обеспечения, упрощается настройка инфраструктуры, и в работе она более надежна.

7.2.3. Разница технологий.

VDI и RDS похожи, но решают разные бизнес-задачи, поэтому в некоторых организациях выбирают не одну технологию, а сразу обе, и тогда они дополняют друг друга. При этом один и тот же тонкий клиент можно использовать и для VDI, и для RDS.

Независимо от выбранной технологии виртуализация может отличаться способом организации пользователя с сервером. Подход Sever-Based Computing предполагает, что серверная машина находится в облаке, Central-Based Computing — что он расположен в офисе.

7.3. Значение виртуализации рабочего места для бизнеса.

Виртуализированные рабочие места выгодны в первую очередь самой организации.

С помощью новых технологий она может:

  • организовать работу сотрудников на разных операционных системах;
  • предоставить индивидуальные комплекты программного обеспечения для сотрудников или отделов;
  • обеспечить высокий уровень безопасности (особенно в VDI-среде);
  • организовать унифицированные, не требовательные к физическим ресурсам рабочие места;
  • сэкономить человеческие ресурсы (ИТ-инженеров) на настройке рабочих мест сотрудников.

7.4. Преимущества виртуализации рабочих мест.

Большинство плюсов виртуализации рабочих мест в компании становятся очевидными уже после нескольких месяцев использования. Срок возврата инвестиций от внедрения технологии составляет 2-4 года, но зависит от структуры бизнеса и его масштабов, а совокупная стоимость владения ИТ-инфраструктурой в среднем снижается на 40%. Это и будет главным преимуществом технологий VDI и RDS.

7.4.1. Снижаются затраты на ИТ-инфраструктуру.

Бизнес экономит на капитальных затратах, на покупке вычислительного и сопутствующего оборудования. Раньше компания каждые 5–7 лет покупала очередную партию рабочих персональных компьютеров и ноутбуков, устанавливала на каждый из них лицензионные операционные системы и прикладное программное обеспечение, ремонтировала, заменяла вышедшие из строя компоненты. В какой-то момент она сталкивалась с ситуацией, когда машину приходилось менять полностью, так как она морально устаревала, а новые детали для нее уже не выпускались производителями.

С тонкими клиентами иначе:

  • они недорого стоят и долго служат;
  • у них простая и надежная конструкция, потому поломки маловероятны;
  • чаще всего они не требуют отдельного администрирования;
  • в работе они потребляют минимум электроэнергии (экономичны).

Даже если станции виртуализации будут самыми обычными персональными компьютерами, то достаточно возможностей тех машин, которые бы в другой ситуации утилизировали или отдали в благотворительные организации из-за слабых технических характеристик.

7.4.2. Быстрое восстановление работоспособности.

Неисправный персональный компьютер или ноутбук может стать серьезной проблемой, если сотрудник работал на нем с единственной в компании копией узкопрофильного программного обеспечения. На виртуализированной платформе длительные простои невозможны: виртуальная машина быстро восстанавливается (есть встроенные инструменты аварийного восстановления) и сотрудник или сотрудники продолжают работать в штатном режиме.

7.4.3. Появляются расширенные возможности для работы сотрудников.

Некоторые решения для виртуализации обеспечивают возможность работы с виртуальными рабочими столами без доступа к интернету. Это так называемый «автономный рабочий стол». При этом синхронизируются образы корпоративного компьютера и локальной машины, а также остаются в силе заданные ранее политики безопасности.

7.4.4. Упрощается процесс управления ИТ-инфраструктурой.

Многие задачи на платформе виртуализации изначально автоматизированы. Требуется меньше специалистов для администрирования систем, плюс инженеры могут тратить больше времени для решения более сложных, а не рутинных задач. Отдельные тонкие клиенты совсем не требуют администрирования.

7.4.5. Расширенные возможности защиты данных.

В VDI пользователи работают в изолированных рабочих средах, что снижает утечку конфиденциальных данных к лицам, не вызывающим доверия. Одновременно на любую виртуальную машину, как на самый обычный компьютер, можно дополнительно устанавливать средства защиты, соответствующие требованиям бизнеса. Это могут быть антивирусные программы, инструменты для двухфакторной авторизации и другие.

7.4.6. Повышается уровень информационной безопасности.

Все данные, включая конфиденциальные, больше не хранятся на пользовательских устройствах. С переходом на виртуализацию рабочих мест информация мигрирует на сервер — облачный или офисный, — где возможностей для защиты больше. Централизованный доступ снижает вероятность кражи и утечки данных, а сотрудникам требуется соблюдать «информационную гигиену» и помнить о социальной инженерии, с которой начинается большинство хакерских атак.

8. Выбор гипервизора для домашних пользователей.

Выбор гипервизора делается исходя из того оборудования, которое у вас имеется в доступе.

Обязательное техническое обеспечение:

  1. Центральный процессор 64 bit и аппаратная поддержка виртуализации: либо Intel VT, либо AMD-V.
  2. Оперативная память RAM не менее 4 Gb.
  3. Жесткий диск объёмом не менее 320 Gb.

Если у вас имеется всего 1 компьютер с операционной системой Windows 10, то вам подойдет гипервизор Microsoft Hyper-V или  Oracle VM VirtualBox. Вы будите обслуживать гипервизор и работать на нём с того же компьютера, на который он установлен.

Если у вас имеется 2 компьютера, то на одном компьютере вы можете организовать работу сервера гипервизора Proxmox Virtual Environment, а с помощью другого компьютера организовать его обслуживание, настройку и тестирование сервисов.

Перед началом работы с гипервизором, включите аппаратную виртуализацию в настройках BIOS‘а.

Необходимо включить следующие компоненты:

  • Virtualization Technology — Технология виртуализации — может иметь другое название в зависимости от производителя системной платы — Intel Virtualization Technology или AMD Virtualization Technology соответственно. Название технологий может варьироваться, в зависимости от конкретной модели материнской платы и центрального процессора. 
  • Hardware Enforced Data Execution Prevention — принудительное аппаратное предотвращение выполнения данных. На некоторых моделях материнской платы и центрального процессора может отсутствовать в меню BIOS.

9. Оригиналы источников информации.

  1. stekspb.ru «Что такое виртуализация?»
  2. stekspb.ru «Виртуализация серверов».
  3. stekspb.ru «Виртуализация рабочих мест».
  4. habr.com «Зачем же нужна виртуализация?»
  5. habr.com «Магия виртуализации: вводный курс в Proxmox VE».

Читайте также: