Сервер виртуализации
Виртуализация вычислительных ресурсов – общий тренд, который набирает силу не только в технологиях, но и в телекоммуникациях, а также в других отраслях. Например, сейчас в облаке виртуализируются даже базовые блоки станций мобильной связи.
Для чего нужна виртуализация
Виртуализация серверов используется для скрытия (абстрагирования) серверных ресурсов от пользователей серверов. При этом могут скрываться типы операционных систем серверов, тип процессора и параметры физических серверов.
Виртуализация серверов – это процесс, при котором с помощью программного обеспечения множество физических серверов разделяется на уникальные и логически изолированные виртуальные серверы. Либо многие физические серверы могут объединяться в один большой логический сервер. Причём у некоторых серверов различаются процессоры, шины и операционные системы. Однако слой виртуализации скрывает эти особенности от пользователей.
Зачем это нужно? Вот некоторые причины, которые делают виртуализацию выгодной по сравнению с использованием физических выделенных серверов:
Поясним, за счёт чего достигаются эти преимущества.
Технологии виртуализации
В общем случае на одном физическом сервере может работать только одна операционная система (ОС), и ресурсы сервера – оперативная память (ОЗУ), центральное процессорное устройство (ЦПУ), дисковый накопитель и другое оборудование – целиком потребляются собственной ОС сервера.
Виртуализация серверов, с другой стороны, позволяет запускать на одном сервере несколько ОС, с различными конфигурациями и настройками в каждой. Технологии виртуализации маскируют ресурсы серверов, включая количество и параметры отдельных серверов, процессоров и операционных систем. Виртуализация серверов распределяет их ресурсы для многих абстрагированных экземпляров программ (instances), которые работают поверх общих ресурсов серверов и используют их как единый пул (pool), или проще сказать, «общий бассейн».
За счёт объединения в пул IT-ресурсов растет коэффициент их использования. Например, в виртуализированном сервере значительно повышается коэффициент использования ЦПУ по сравнению с физическим сервером.
Кроме этого, виртуализация серверов даёт возможность легко перемещать виртуальные машины VM (Virtual Machine) с одного физического сервера на другой. Так можно улучшить температурный режим в машинном зале дата-центра, поскольку все физические серверы будут равномерно загружены.
Если равномерно распределить нагрузку на виртуальный сервер, он сможет быстрее реагировать на запросы, а также повысится доступность серверов.
Гипервизор: отделение программного обеспечения от физического оборудования
При виртуализации серверной инфраструктуры программное обеспечение отделится от физического оборудования. Это делается при помощи специальной программной надстройки – гипервизора (hypervisor). Именно гипервизор позволяет запускать на одном сервере несколько виртуальных машин (серверов), причем они могут работать в разных операционных системах.
Гипервизоры разных типов применяются в различных сценариях.
В обоих случаях виртуальные машины и используемые ими ресурсы оборудования полностью изолированы друг от друга логически. Именно в такой логической изоляции и состоит смысл виртуализации.
Архитектурные различия между гипервизорами типов 1 и 2 (источник: https://microkerneldude.wordpress.com)
Для реального применения в продуктивной нагрузке в настоящее время чаще используются гипервизоры типа 1. С помощью гипервизоров типа 2 чаще проводят различные тестирования в т. н. «песочницах» (Sand Box).
Виртуальный частный и выделенный сервер (VPS/VDS)
Самый распространённый сценарий использования технологии виртуального сервера – это частный, или выделенный, виртуальный сервер VPS/VPS (Virtual Private / Dedicated Server). Это одно из применений облачных услуг IaaS (Infrastructure as a Service) – инфраструктура как услуга, смысл которой состоит в том, чтобы не разворачивать серверную инфраструктуру в собственной IT-системе (on-premise), а арендовать её у хостинг-провайдера публичного облака. Чаще с помощью облачных услуг IaaS инфраструктуру физических серверов в организации переносят в виртуальную структуру частного облака этой организации.
При этом физический сервер находится на площадке провайдера IaaS-инфраструктуры частного облака, которая хорошо защищена от сетевых атак. Провайдер берет на себя все обязательства по обслуживанию и сопровождению оборудования и системы виртуализации.
Часто говорят, что нет смысловой разницы между аббревиатурами VPS и VDS. С точки зрения заказчика, такое утверждение справедливо. Однако, с точки зрения провайдера, различия есть. В случае VDS буква D означает «выделенный» (dedicated). То есть в инфраструктуре хостинг-провайдера для поставщика будут задействованы выделенные физические серверы, в которых виртуализирована IT-система этого конкретного заказчика.
В случае VPS в инфраструктуре хостинг-провайдера действует принцип многоарендности (Multi-tenancy). Таким образом, VPS можно сравнить с многоквартирным домом, а VDS – с таунхаусом.
Различие между общим хостингом, VPS и VDS (источник: go4hocting.in)
Преимущества VDS и VPS перед общим (shared) хостингом:
Недостатки VDS/VPS перед общим хостингом:
Решение VPS/VDS особенно полезно для крупных организаций, имеющих распределённую организационную структуру. Соответственно, их IT-система также состоит из многих дата-центров, соединённых между собой при помощи различных сетевых и транспортных технологий.
IT-система из многих дата-центров, соединённых между собой с использованием решения VPS/VDS (источник: VMware)
Гибридное решение
Вариантом решения виртуального частного сервера является т. н. «гибридное облако», или виртуальное частное облако VPC (Virtual Private Cloud). Публичное облако может служить поддержкой частного облака при нехватке ресурсов или необходимости географического масштабирования.
Гибридное решение виртуального частного облака (источник: techiexpert.com)
В этом случае, если в частном облаке собственного дата-центра предприятия не хватает ресурсов для размещения необходимого количества виртуальных серверов предприятия, можно использовать два пути:
Виртуализация рабочих мест VDI
Многие организации, стремясь оптимизировать собственную IT-систему, переводят рабочие места сотрудников в виртуализированную инфраструктуру рабочих мест VDI (Virtual Desktop Infrastructure) в частном облаке. При этом у работника на столе остаются только монитор, мышь и небольшой модуль – «тонкий клиент» (thin client). Он представляет собой программно-аппаратный интерфейс, при помощи которого пользователь получает доступ к своему компьютеру, работающему в виде виртуальной машины в дата-центре.
Инфраструктура VDI (источник: eduhk.hk)
Преимущества такого метода очевидны:
VDI и RDS (Remote Desktop Service)
Существуют два основных решения виртуализации рабочих мест: собственно VDI и RDS (Remote Desktop Service) – услуга удалённого рабочего места. В принципе, они реализуют одну и ту же услугу, но с разными подходами.
Различия в подходах RDS и VDI (источник: vcloudpoint.com/rds-vs-vdi)
RDS, ранее называвшаяся Terminal Services компании Microsoft, позволяет удалённо подключаться к виртуальной машине или операционной системе (OS) (терминальный сервер). При этом пользователи совместно используют ресурсы операционной системы и приложения, а также физические ресурсы удалённого сервера (хоста). При этом облегчаются управление пользователями, установка и модернизация программ, конфигурация системы.
VDI (Virtual Desktop Infrastructure) запускает каждое рабочее место внутри виртуальной машины VM, которая функционирует в среде гипервизора (Hypervisor), запущенного на одном физическом сервере (или нескольких). Гипервизор абстрагирует физические параметры сервера и ресурсы системы хранения и делает их доступными для отдельных виртуальных машин.
Проблемы выбора
В целом RDS больше подходит для организаций, где пользователям нужны один и тот же набор приложений и одно и то же количество ресурсов. Терминальный сервер RDS проще в установке и обслуживании, в то время как VDI требует некоторой кастомизации под каждого пользователя.
VDI – это лучший вариант для оптимизации потребления ресурсов физического сервера. Он лучше подходит, когда пользователи в организации работают с разными наборами приложений. В VDI нет проблем совместимости приложений. Однако стоимость развёртывания и обслуживания в VDI выше.
Примеры продуктов
В решении по виртуализации серверов НРЕ есть несколько классов в зависимости от статуса пользователя рабочего места: от оператора и рядового офисного сотрудника (200-100 рабочих мест на хост) до пользователя мощных графических рабочих станций, которым необходимы высокая производительность и много вычислительных ресурсов. Такие сотрудники часто требуют 1-2 виртуальные машины на физический хост.
Классы решения виртуализации рабочих мест и число VM на хост (источник: НРЕ)
Операторы — массированный ввод/редактирование текста. Например, регистрация учётных данных, заявок, ввод информации в систему на основе данных опросников социологических и маркетинговых исследований, а также рабочие места торговых точек.
Офисные работники — офисные приложения с минимумом графики и мультимедийных возможностей (например, Microsoft Office). Соответствующие пользовательские рабочие места сегодня в большинстве организаций – это ноутбуки. Виртуализация рабочих мест может быть основана либо на виртуальных машинах, которые различными методами разделяют доступ к графическим ускорителям, либо на хостинге рабочих мест с выделенными ресурсами для каждого рабочего места, включая графические карты.
Пользователи графических систем — специализированные графические программы, для которых необходим графический ускоритель с существенно большей мощностью, чем у типовых графических карт в ноутбуках. Соответствующие пользовательские рабочие места – это стационарные рабочие станции с графическими ускорителями.
Дизайнеры-конструкторы/медийщики представляют группу пользователей, наиболее требовательных к графическому функционалу платформы. Соответствующие пользовательские рабочие места – это высокопроизводительные графические станции с высокими мультимедийными характеристиками.
Это сценарий для виртуализации рабочих мест с достаточно высокой вычислительной производительностью, качественной графикой и максимальной автономностью каждого рабочего места. В качестве физических машин применяются специализированные платформы
На каждое рабочее место выделяется физическая машина с характеристиками: четырехъядерный CPU с интегрированным графическим процессором до 64 GB RAM и до 8 TB GB SSD,2 x 1/10 GbE LAN. В рамках одного шкафа размером 42U возможно размещение 315 мощных рабочих мест.
Появление новых вычислительных модулей – картриджей HPE Moonshot – позволяет реализовывать решения с использованием виртуализации сессий (картриджи HPE ProLiant m510 и HPE ProLiant m710x) и решения для графически активных пользователей (картридж HPE ProLiant m710x).
HPE в качестве программной оснастки для подобных комплексов рекомендует программные платформы Citrix XenDesktop и/или Citrix XenApp.
Решение виртуализации рабочих мест HPE
Dell EMC предлагает выбор архитектур VDI для различных сценариев применения на базе серверов Dell EMC PowerEdge. Архитектуры включают различные гипервизоры:
ПО для тонких клиентов:
Решение VDI Dell EMC (источник Dell EMC)
Dell EMC предоставляет возможность выбора из готовых архитектур (Dell EMC Ready Architecture) для систем VDI.
Полностью интегрированная и протестированная гиперконвергентная система HCI для VDI, разработанная совместно Dell EMC и VMware, – Dell EMC VxRail. Система подходит для растущих компаний, поскольку хорошо масштабируется, а также для сценариев, требующих ускорения графики на базе GPU.
Решение также позволяет заказать предварительно сконфигурированную систему под требуемое число рабочих мест соответствующего класса, с предсказуемой стоимостью расширения в будущем. У системы лёгкий в использовании графический интерфейс, который позволяет быстро разворачивать нужное число рабочих мест с требуемой конфигурацией виртуальных машин. Система обладает большими возможностями для расширения – от 3 до 1024 узлов на кластер.
Решение строится на основе серверов Dell EMC PowerEdge, которые предварительно сконфигурированы, протестированы и сертифицированы для работы VMware vSAN™ и ESXi.
Готовые «строительные блоки» обеспечивают надёжность и удобство работы с системой. Microsoft Storage Spaces Direct эффективно использует серверы PowerEdge с локальными накопителями для создания масштабируемых хранилищ, недорогих по сравнению с традиционными массивами хранения.
Dell EMC Ready Architecture for VDI на базе серверов Dell Poweredge
Готовые пакеты решений для VDI Dell EMC – это референсные архитектуры с тремя уровнями: сервер, SAN и сеть. Они сертифицированы для использования с ПО для VDI от Citrix, Microsoft и VMware.
Решение Fujitsu Primeflex
Аппаратное решение Fujitsu PRIMEFLEX на базе серверов PRIMERGY RX2530/2540 используется вместе с платформой виртуализации VMware vSphere и может гибко конфигурироваться для небольших, средних и крупных предприятий. Минимальная конфигурация сервера – 2 узла, она может расширяться до 64 узлов.
В качестве СХД могут быть выбраны массивы SSD Fujitsu Eternus AF All-Flash или гибридная система Eternus DX. Для коммутаторов подойдут устройства Extreme Networks либо FC-коммутаторы Brocade от Broadcom, которые обеспечивают максимальную производительность системы.
Решение VDI Primeflex Fujutsu (источник: Fujutsu)
Данное решение может выбираться в предварительной конфигурации на 25, 50, 100, 200, 350 и 2800 виртуальных машин.
Что такое виртуализация и как работает виртуальный сервер
Важность и применение виртуализации простирается далеко за пределы виртуальных машин.
Ни одно из достижений в области информационных технологий за последние шестьдесят лет не имела столь огромной ценности как виртуализация. Многие ИТ-специалисты думают о виртуализации с точки зрения виртуальных машин (VM) и связанных с ними гипервизоров и операционных систем, но это только вершина айсберга. Все более широкий спектр технологий, стратегий и возможностей виртуализации переопределяет основные элементы ИТ в организациях по всему миру.
Определение виртуализации
Рассматривая определение виртуализации в более широком смысле, можно сказать, что это наука о том, как превратить объект или ресурс, имитируемый или эмулируемый в программном обеспечении, в идентичный по функциям соответствующий физически-реализованный объект.
Другими словами, мы используем абстракцию, чтобы заставить программное обеспечение выглядеть и вести себя как аппаратное обеспечение, с значительными преимуществами в гибкости, стоимости, масштабируемости, общих возможностях, производительности и в широком спектре приложений. Таким образом, виртуализация делает реальным то, что на самом деле таковым не является, применяя гибкость, удобство программных возможностей и сервисов, заменяя аналогичную реализацию в программном обеспечении.
Виртуальные машины (VM)
Эра VM берёт своё начало от небольшого числа мейнфреймов 1960-х годов, в первую очередь от IBM 360/67, которые впоследствии стали общепринятыми в мире мэйнфреймов в 1970-х годах. С появлением Intel 386 в 1985 году, VM заняли своё место в микропроцессорах, которые являются сердцем персональных компьютеров. Современная функция виртуальной машины, внедрённая в микропроцессоры с необходимой аппаратной поддержкой как с помощью гипервизоров, так и с помощью реализации на уровне ОС, имеет важное значение для производительности вычислений, что крайне важно для захвата машинных циклов, которые в противном случае были бы потеряны при современных высокопроизводительных 3+ ГГц.
Виртуальные машины также обеспечивают дополнительную безопасность, целостность и удобство, учитывая, что они не нуждаются в больших вычислительных затратах. Более того, дополнительно можно расширить возможности виртуальных машин, добавив функции эмуляторов для интерпретаторов, таких как виртуальная машина Java, и даже функции полных симуляторов. Запуск Windows под MacOS? Запросто. Код Commodore 64 на вашем современном ПК с ОС Windows? Без проблем.
Главная фишка заключается в том, что программное обеспечение, работающее в виртуальных машинах, не знает об этом факте — даже гостевая ОС, изначально разработанная для работы на голом металле, считает, что это ее «аппаратная» платформа. В этом заключается самый важный элемент самой виртуализации: воплощение внедрения информационных систем, основанных на изоляции, обеспечиваемой API и протоколами.
На самом деле мы можем проследить корни виртуализации до эпохи режима разделения времени, который также начал появляться в конце 1960-х годов. В то время мейнфреймы конечно не были переносными, поэтому быстро растущее качество и доступность коммутируемых и арендованных телефонных линий, а также усовершенствованная технология модема позволили осуществить виртуальное присутствие мейнфрейма в виде терминала (как правило алфавитно-цифрового). Действительно, виртуальная машина: Благодаря достижениям в области технологии и экономики микропроцессоров эта модель вычислительного процесса привела непосредственно к созданию персональных компьютеров 1980-х годов с локальными вычислениями в дополнение к передачи данных через телефонную линию, которые эволюционировали в локальную сеть и в конечном счете сегодня представляют собой возможность непрерывного доступа к Интернету.
Виртуальная память
Концепция виртуальной памяти, которая также быстро развивалась в 1960х года, не уступает по важности идее виртуальных машин. Эпоха мэйнфреймов отличалась необычайной дороговизной памяти с магнитным сердечником, а мэйнфреймы с более чем одним мегабайтом памяти вообще были редким явлением вплоть до 1970-х годов. Как и в случае с виртуальными машинами, виртуальная память активируется относительно небольшими дополнениями к аппаратным средствам и наборам команд для включения частей хранилища, обычно называемых сегментами и/или страницами, для записи на вторичное хранилище и для адресов памяти в пределах этих блоков, которые будут динамически переведены, поскольку они выгружаются обратно с диска.
Один реальный мегабайт оперативной памяти на IBM 360/67, например, может поддерживать полное 24-битное адресное пространство (16 МБ), включенное в архитектуру компьютера, а при правильной реализации каждая виртуальная машина может при этом иметь и свой собственный полный набор виртуальной памяти. В результате этих новшеств, аппаратные средства, разработанные для работы с одной программой или операционной системой, могут совместно использоваться несколькими пользователями даже если у них установлены разные операционные системы или требуемый объем памяти превышает реальную пропускную способность. Преимущества виртуальной памяти, как и виртуальных машин, многочисленны: разграничение пользователей и приложений, усовершенствованная безопасность и целостность данных, а также значительно улучшенный RoI. Звучит уже знакомо?
Виртуальные рабочие столы
После виртуализации машин и памяти, а также их внедрения в недорогие микропроцессоры и ПК, следующим шагом стала виртуализация рабочего стола и, следовательно, доступность приложений, как однопользовательских, так и совместных. Опять же, мы должны вернуться к модели режима разделения времени, описанной выше, но в этом случае мы имитируем рабочий стол ПК на сервере и удаляем графику и другие элементы пользовательского интерфейса по сетевому соединению через соответствующее клиенту программное обеспечение и часто через недорогое и легко управляемое и защищенное устройство «тонкий клиент». Каждая ведущая операционная система сегодня поддерживает эту возможность в той или иной форме, с широким набором дополнительных аппаратных и программных продуктов, включая VDI, систему X Windows и очень популярный (и бесплатный) VNC.
Виртуальные хранилища
Следующим крупным достижением, которое сегодня обладает большой распространенностью, является виртуализация процессоров, хранилищ и приложений в облаке, т.е. возможность в любой момент вытащить необходимый ресурс, который может потребоваться прямо сейчас, а также простое добавление и наращивание мощностей практически без усилий со стороны ИТ-персонала. Экономия на физическом пространстве, капитальные затраты, техническое обслуживание, простои из-за сбоев, трудоемкие затраты на устранение неполадок, серьезные проблемы с производительностью и отключениями, а также многие дополнительные затраты могут фактически окупаться сервисными решениями, которые хранятся в облаке. Например, виртуализация хранилищ может предложить множество возможностей в таких случаях.
Повсеместное внедрение облачного хранилища (не только в качестве резервного копирования, но и как основного хранилища) станет более распространённым явлением, т.к. и проводные и беспроводные сети обеспечивают скорость передачи данных на уровне 1 Гбит/с и выше. Данная возможность уже реализована в Ethernet, 802.11ac Wi-Fi и одной из самых ожидаемых высокоскоростных сетей — 5G, которая на данный момент проходит тестирование во многих странах.
Виртуальные сети
Даже в мире сетей все более и более применяется концепция виртуализации, технология «сеть как сервис» (NaaS) в настоящее время во многих случаях представляет собой перспективный и крайне востребованный вариант. Эта тенденция будет лишь популяризироваться ввиду дальнейшего внедрения виртуализации сетевых функций (NFV), которая по крайней мере точно станет объектом наибольшего интереса у операторов и провайдеров особенно в сфере мобильной связи. Примечательно, что сетевая виртуализация может предоставить реальную возможность для мобильных операторов расширить спектр своих услуг, увеличить пропускную способность и тем самым повысить ценность и привлекательность своих услуг для корпоративных клиентов. Вполне вероятно, что в течение следующих нескольких лет все большее число организаций будут применять NFV в своих собственных и даже в гибридных сетях (опять же, фактор привлекательности клиентов). В то же время VLAN (802.1Q) и виртуальные частные сети (VPN) со своей стороны вносят огромный вклад в подходы к использованию современной виртуализации.
Виртуализация снижает затраты
Даже принимая во внимание широкий спектр значительных функциональных решений, которые может предложить виртуализация, на первый план все равно выходит экономическая оценка широкомасштабных функций виртуализации, которая привлекает особое внимание. Конкурентоспособность быстро развивающейся бизнес-модели на основе облачных сервисов означает, что традиционные трудоемкие операционные расходы, которые ежедневно несут организации-заказчики, со временем будут снижаться, поскольку поставщики услуг, основываясь на своем собственном опыте, разрабатывают новые предложения, которые заметно помогут сэкономить финансы, и предлагают более низкие цены конечным пользователям в результате конкуренции на рынке.
С помощью нее легко повысить надежность и отказоустойчивость благодаря использованию нескольких поставщиков облачных сервисов в полностью избыточном или горячем режиме резервирования, что практически исключит возможность одиночных точек отказа. Как видно, многие элементы расходов, заложенные на капитальные затраты в IT сфере, переходят в операционные расходы, т.е. по большей части средства расходуются не на увеличение количество оборудования, наращивание мощностей и персонал организации, на поставщиков услуг. Опять же, благодаря мощностям современных микропроцессоров, усовершенствованиям в системах и архитектурных решениях, а также резкому увеличению производительности как локальных сетей, так и сетей WAN (включая беспроводные), практически каждый элемент ИТ индустрии сегодня действительно может быть виртуализирован и даже реализован как масштабируемый облачный сервис в случае необходимости.
Сама виртуализация не является сменой парадигмы, хотя часто её описывают именно так.
Смысл виртуализации в любой своей форме заключается в том, чтобы позволить ИТ процессам при помощи огромного спектра возможностей, о которых написано выше, предстать более гибкими, эффективным, удобными и продуктивными.
Основываясь на стратегии виртуализации у большинства облачных сервисов в ИТ, можно сказать, что, виртуализация — это лучшее решение на сегодняшний день в качестве альтернативы операционной модели с экономическими преимуществами, которая позволит уйти от необходимости применения традиционных методов работы.
Развитие виртуализации в данной области происходит благодаря существенной экономической инверсии операционной модели ИТ, которая берёт свои корни в начале коммерциализации информационных технологии.
На заре компьютерных технологий, наши интересы были сфокусированы на дорогостоящих и часто перегруженных аппаратных элементах, таких как мейнфреймы. Их огромная стоимость и мотивировала на первые попытки виртуализации, о которых рассказано выше.
Поскольку аппаратное обеспечение стало дешевле, мощнее и доступнее, основное внимание переключилось на приложения, работающие в практически стандартизованных и виртуализированных средах, от ПК до браузеров.
Результатом этой эволюции является то, что мы наблюдаем сейчас. Поскольку компьютеры и вычислительная техника были основой ИТ, мы переключили внимание на обработку информации и возможность её предоставления в любое время и в любом месте. Эта «инфоцентричность» — сподвигла эволюцию мобильной и беспроводной эпохи, и как результат, конечный пользователь может в любой момент, независимо от места, получить эту информацию и иметь ее под рукой.
Изначально задумывавшись в качестве более эффективной работы с медленным и очень дорогим мейнфреймом, всё привело к тому, что сейчас виртуализация превращается в основную стратегию для всего будущего ИТ сферы. Ни одна инновация в сфере ИТ не имела такого большого влияния как виртуализация, и с переходом на инфраструктуру облачной виртуализации, мы действительно только начинаем путь к нечто глобальному.