WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 |
ВИРТУАЛИЗАЦИЯ: НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИЗВЕСТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ А.В. Богданов, Е.Н. Станкова, В.В. Мареев Автономная некоммерческая организация «Институт высокопроизводительных вычислений и интегрированных систем» 191119, г. Санкт-Петербург, ул. Коломенская, д. 35-37, литер А, помещение 6Н Аннотация. Виртуализация - ключевая технология, которая помогает объединить приложения на различных платформах и аппаратных средствах предыдущих поколений с использованием меньшего числа современных, более мощных серверов с низким энергопотреблением. В настоящее время, возможности, предлагаемые этой технологией, могут быть существенно расширены за счет ее использования для удовлетворения потребностей многоуровневого хранения данных (виртуализация хранения), а также для так называемой виртуализации клиентских мест, которая обеспечивает пользователю доступ к рабочим материалам с любого терминала, включая территориально удаленные. В статье рассматривается виртуализация всех уровней ИТ инфраструктуры: серверы, системы хранения, рабочие места клиента, инфраструктура центра обработки данных. Рассматриваются подходы различных фирм-производителей к решению задач и реализации технологий виртуализации.

Annotation. Virtualization is a key technology which helps to unite applications on various platforms and hardware of the previous generations with use of smaller number of modern, more powerful servers with low energy consumption. Now, the opportunities offered by this technology can be essentially expanded by its using for satisfaction of requirements of a multilevel data storage (storage virtualization), and also for so-called client place virtualization which provides to the user access to working materials from any terminal, including territorially remote. In the article it is considered virtualization of all levels of IT infrastructure: servers, systems of storage, workplaces of a client, an infrastructure of a data1 processing centre. Approaches of various firms-manufacturers to the decision of problems and realizations of virtualization technologies are considered.

Введение В общем случае под виртуализацией понимается технология, позволяющая разделять ресурсы компьютера на множество независимых сред. До недавнего времени считалось, что сущность виртуализации заключается только в преобразовании аппаратного обеспечения в программное. Т.е. с помощью определенных программных решений можно преобразовать («виртуализировать») аппаратные ресурсы компьютера, включая центральный процессор (ЦП), оперативную память, жесткий диск и сетевой контроллер, для создания полнофункциональной виртуальной машины, на которой можно установить отдельную операционную систему (ОС) и выполнять приложения, как на «физическом» компьютере. В настоящее время существует несколько решений так называемой «аппаратной» виртуализации, когда разделение ресурсов компьютера осуществляется на уровне системных плат.

Однако в любой своей реализации виртуализация относится к числу наиболее перспективных и выгодных решений в области ИТ индустрии. Технология виртуализация, позволяющая абстрагировать друг от друга различные компоненты ИТсистем, давно используется для консолидации серверных ресурсов, в системах хранения данных, а также для создания клиентских рабочих мест, позволяющих обеспечить пользователю доступ к рабочим материалам с любого терминала, включая территориально удаленные.

Впервые технологию виртуализации применила компания IBM более 30 лет назад в качестве методики логического разделения ресурсов ЭВМ на отдельные виртуальные машины. Эта технология сделала ЭВМ «многозадачными», т.е. позволила осуществлять одновременный запуск нескольких приложений и процессов. Поскольку в те времена ЭВМ были весьма дорогостоящими, стояла задача максимально полного использования вычислительных мощностей "больших ЭВМ" – редкого и дорогого ресурса.

В 80-е и 90-е годы технология виртуализации была практически забыта. В это время эталоном распределения вычислительных ресурсов служили приложения «клиент-сервер», а также недорогие серверы и настольные ПК на базе архитектуры микропроцессора x86. Вместо единой централизованной системы распределения ресурсов, как в модели для ЭВМ, организации с помощью дешевых распределенных систем внедряли множество отдельных центров накопления вычислительных ресурсов.

Широко применяемый с начала 90-х годов подход «одно приложение – один сервер» привел к резкому увеличению установленного в организациях парка серверов.

Соответственно возросли затраты, связанные с оплатой потребляемой им энергии, а также с администрированием этого оборудования и его охлаждением. Эффективность использования вычислительных ресурсов резко снизилась. Как результат все более актуальной становилась задача повышения коэффициента полезного использования компьютерных систем путем консолидации многочисленных разнородных вычислительных ресурсов. Для ее решения пришлось вновь обратиться к технологии виртуализации как к наиболее эффективному средству повышения производительности и гибкости аппаратного обеспечения.

В 1999 г. компания VMware впервые вывела на рынок успешный продукт, обеспечивавший для операционных систем производства Microsoft возможность запуска виртуальных машин с «чужими» операционными системами. Технология виртуализации, предложенная VMware, явилась эффективным средством преодоления таких проблем, как неэффективное использование ресурсов и увеличение расходов на управление ИТ – инфраструктурой, недостаточно надежная система аварийного восстановления и защиты в критических ситуациях важнейших серверных приложений.



Решения EMС Mware (ESX Server) позволяют преобразовать компьютерные системы в единую аппаратную инфраструктуру общего пользования и назначения, обеспечивающую полную изоляцию, мобильность и широкий выбор ОС для прикладных сред.

В настоящее время кроме компании VMware выпуском систем виртуализации занимаются такие компании как Microsoft (VirtualPC/Virtual Server, Microsoft Hyper-V), Intel (VT-x, VT-i), AMD (Secure Virtual Machine «Pacifica»), HP (HP Virtual Server Environment), Citrix (XenApp 5), а также Sun Microsystems, предлагающая многоуровневый набор технологий виртуализации от системы Solaris Containers, осуществляющей виртуализацию на уровне операционной системы (ОС), до терминальной технологии Sun Ray, направленной на виртуализацию клиентских рабочих мест.

1. Область применения и основные задачи виртуализации Основной областью применения данной технологии является виртуализация ресурсов физических серверов, которая позволяет эффективно решать задачи по снижению расходов на покупку и обслуживание серверов, а также по улучшению управляемости вычислительными ресурсами за счет уменьшения количества и конфигураций серверов. Виртуализация ресурсов физического сервера позволяет их гибко распределять между приложениями, причем каждое приложение «видит» только предназначенные ему ресурсы и «считает», что ему выделен отдельный сервер, т.е.

реализуется подход «один сервер – несколько приложений». При этом удается избегать множества проблем, которые непременно возникали бы при отсутствии виртуализации:

конфликты между приложениями за ресурсы машины (процессоры, оперативная память, подсистемы ввода-вывода), ухудшение надежности работы приложений при «зависании» хотя бы одного из них и необходимости перезагрузки компьютера с последующим нарушением нормальной работы остальных приложений. Кроме того, решения виртуализации дают возможность запускать на одном сервере разные операционные системы (например, Windows и Linux).

Помимо консолидации серверная виртуализация часто применяется для разработки и тестирования новых приложений (организация нескольких виртуальных разделов позволяет параллельно осуществлять эти процессы на одном физическом сервере, а не выделять под тестирование несколько машин) и для осуществления работы устаревших приложений, способных функционировать только как «гостевые» на современном оборудовании.

Другой областью применения виртуализации является разработка технологии тонких терминалов, которые виртуализируют рабочие места пользователей настольных систем, позволяя осуществлять доступ к рабочей среде из любой географической точки мира, причем рабочая среда сохраняет состояние, в котором она пребывала в тот момент, когда пользователь работал с ней последний раз. Такая технология фактически «открепляет» пользователя от конкретного физического персонального компьютера, храня все его файлы и приложения на одном центральном сервере.

В дальнейшем, основной задачей виртуализации должна стать консолидация всех компьютерных ресурсов организации в единый резервуар ресурсов Центра обработки данных (ЦОД). Тогда удастся существенно увеличить коэффициент полезного использования ЦОД и повысить эффективность возврата вложенных в его создание инвестиций.

По мнению многих аналитиков, средства виртуализации должны сыграть решающая роль в перенастройке информационных систем для работы по принципу «on demand» (по требованию). Они считают, что: «Виртуализированные резервуары самоуправляемых ИТ-ресурсов, которые динамически перераспределяются в соответствии с заданной политикой управления, будут обеспечивать легкую перенастройку ИТ-инфраструктуры на лету, чтобы оперативно адаптироваться к изменениям производственной среды и требований пользователя. Будет абсолютно не важно, где именно размещены ресурсы и как они управляются — персоналом ли самой организации или подрядчиком. Важно, что они будут предоставляться и тарифицироваться в точном соответствии с уровнем реального потребления и качества».

2. Виртуализация серверных ресурсов Как уже отмечалось во введении, наблюдаемое с начала 90-х годов лавинообразное увеличение парка серверов привело к возникновению множества проблем. Остановимся на них подробнее.

Трудоемкость поддержки множества серверов и необходимо контролировать работоспособность каждого сервера. При отказе физического сервера необходимо переносить приложение на другой сервер, что может занять время, в течение которого соответствующий сервис будет недоступен.

Недостаток количества физических серверов. При развертывании новой задачи необходимо закупать новые серверы для нее, что занимает время на поставку оборудования, а также на установку программного обеспечения.

Ограничения в масштабируемости существующих физических серверов, особенно заметные при возрастании нагрузки приложений. При превышении потребностями задачи возможностей сервера, на котором она запущена, необходима модернизация «upgrade» сервера. Однако, наступает момент, когда дальнейшая модернизация невозможна. Тогда закупается новый, более мощный сервер, на который переносится приложение, что также требует затрат времени и ресурсов.

Конфигурацию сервера подбирают, исходя из максимальной нагрузки, которую может создать приложение, а это означает, что сервер в основном будет простаивать, или большая часть процессорной мощности не будет задействована.





Кроме того, существует проблема перераспределения нагрузки между всеми физическими серверами, существующими в организации. Как правило, осуществить такое перераспределение рациональным образом крайне трудно, и, как следствие, часть серверов оказывается перегруженной, в то время как существует большое количество малозагруженных серверов, мощности которых используются на 5-10%. Согласно статистике, средний уровень загрузки процессорных мощностей у серверов на Windows не превышает 10%, а у Unix-систем данный показатель не более 30%.

Резкий рост парка серверного оборудования приводит к существенному увеличению затрат, связанных с оплатой потребляемой ими энергии, а также оплатой энергии, затрачиваемой на охлаждение серверов, которая, по мере увеличения мощности компьютерного оборудования, непрерывно возрастает. Увеличиваются затраты на нахождение и содержание новых серверных помещений, покупку лицензий на серверную ОС.

Все вышеизложенное приводит к необходимости минимизации количества физических серверов в организации и повышению эффективности их использования.

Решить эти задачи позволяет использование технологии виртуализации.

В настоящий момент можно выделить следующие типы серверной виртуализации: физическая, или аппаратная, осуществляемая на уровне системных плат; использование виртуальных машин в варианте работы гипервизора и в варианте создание логических доменов; виртуализация на уровне ОС с использованием механизма изолированных контейнеров.

Физическая виртуализация осуществляется с помощью аппаратных разделов, или динамических доменов, которые строятся на основе нескольких системных плат, поддерживаемых внутренним высокоскоростным коммутатором сервера. Каждый из таких доменов работает как независимый физический компьютер, имея свою копию операционной системы, свои процессоры, оперативную память, устройства вводавывода, сетевые карты и загрузочный диск. В силу этого, любое нарушение работы приложения, операционной системы или даже аппаратный сбой одного домена никак не отражается на работе других доменов.

Между доменами существует электрическая изоляция. Благодаря этому модернизацию и обслуживание всего сервера можно осуществлять в непрерывном режиме, отключая по одному домены и производя необходимые действия (например, ставить дополнительные модули оперативной памяти) в каждом из них последовательно, при этом все остальные домены продолжают работать в штатном режиме. Аналогичным образом все домены, либо часть из них, можно по одному переводить на новую версию операционной системы. К несомненным достоинствам доменов можно отнести возможность динамически перераспределять ресурсы сервера:

при возрастании нагрузки на одно из приложений его домену без перезагрузки сервера передаются от других доменов одна или несколько системных плат.

Основным разработчиком и проводником технологии динамических доменов является компания Sun Microsystems, которая реализовала поддержку динамических доменов на своих Unix-серверах среднего класса более 10 лет назад. Сегодня компания продолжает совершенствовать эту технологию. Сервер Spare Enterprise Mподдерживает до 24 динамических доменов, причем их можно создавать внутри одной системной платы на уровне отдельных процессоров.

В настоящее время решение на основе аппаратной виртуализации - Microsoft Hyper-V готова предложит и компания Microsoft. Microsoft Hyper-V предоставляет в Windows Server 2008 программную инфраструктуру и основные средства управления, которые можно использовать для создания виртуализованной серверной среды и управления ею. В данный момент Microsoft Hyper-V находится в завершающей стадии разработки и как отдельный продукт не продатся, но поставляется в комплекте с Windows Server 2008 x64.

Следует отметить, что аппаратной виртуализации присущ ряд существенных недостатков. Так эта технология использует некоторые особенности платформы, и применять ее на устройствах другого производителя, как правило, не удается. При этом за каждым сервером закрепляется свой набор ресурсов, автоматически менять который приложения не могут. Кроме того, в серверах начального уровня, с одним – четырьмя процессорами, у которых есть только одна системная плата, эта технология неприменима.

Во многих случаях для виртуализации лучше подходят программные решения, которые работают напрямую с аппаратными ресурсами, превращая их в защищенную, унифицированную серверную платформу, логически разделенную на несколько виртуальных серверов. Самым популярным вариантом виртуализации остается использование виртуальных машин (ВМ), которые запускаются на сервере под управлением его основной (хостовой) операционной системы, но сами эти ВМ задействуют «гостевые» ОС.

Виртуальные машины являются полностью изолированными программными контейнерами, способными работать с собственной операционной системой и приложениями, как физический компьютер. Виртуальная машина работает абсолютно так же, как физический компьютер, и содержит собственные виртуальные (т.е.

программные) ЦП, ОЗУ, жесткий диск и сетевую интерфейсную карту (NIC).

Операционная система, приложения и другие компьютеры в сети не способны отличить виртуальную машину от физического компьютера. Даже сама виртуальная машина считает себя материально существующим компьютером. Тем не менее, он состоит исключительно из программного обеспечения и абсолютно не содержит аппаратных компонентов. Поэтому виртуальные машины обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с физическими серверами.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.