Приложения 

Средства виртуализации. Что такое виртуализация и виртуальные машины. Как устроена виртуальная машина

Таск-раннеры и системы сборки сильно ускоряют работу, автоматизируя компиляцию, тестирование и другие рутинные задачи. Как и в любой другой области, на этом рынке существует сильная конкуренция. До 2014 года среди них главенствовал таск-раннер grunt, но позже из состава проекта выделилась небольшая команда, которая решила делать альтернативный инструмент, gulp, ориентированный на сборку проекта.

Чтобы помочь вам определиться с выбором, в рамках статьи рассмотрим основные таск-менеджеры:

  • grunt

а также коснемся других средств и способов сборки.

Забегая немного вперед, скажем, что мы в WaveAccess пользуемся именно gulp. Внедрить инструмент оказалось очень легко: у семейства продуктов JetBrains (IDEA, WebStorm, ReSharper), которые мы используем уже много лет, есть отличные плагины для работы с gulp/grunt и npm/nodejs.

Таск-менеджер vs. система сборки проекта: в чем разница?

Таск-менеджер - инструмент для автоматизации задач. В конфигурации раннеров можно записать имена этих задач; функцию, которая их выполняет; плагины для ускорения стандартных действий, но сами задачи могут быть произвольными. Например:

  • Задачи для деплоя (zip проекта, загрузка проекта на удаленный сервер и тп)
  • Задачи по сборке проекта (минификация, оптимизация, проверка кода на валидность и тп)
  • Задачи для миграции данных и т.д.

Примеры таких инструментов - grunt и gulp.

Система сборки - это инструмент, который решает только одну типовую задачу сборки проекта на java script, в которую входят:

  • конкатенация,
  • проверка кода на валидность,
  • минификация кода, и тд.

К подобным инструментам относятся Webpack, Broccoli, Brunch, Browserify и другие.

Все подобные frontend-задачи можно автоматически выполнять при помощи других средств: к примеру, с помощью npm run, о котором мы также поговорим в статье.

Пример

Рассмотрим gulp-файл для сборки проекта:

Const gulp = require (‘gulp’); const coffee = require (‘gulp-coffee’); const concat = require (‘gulp-concat’); const uglify = require (‘gulp-uglify’); const imagemin = require (‘gulp-imagemin’); const sourcemaps = require (‘gulp-sourcemaps’); const del = require (‘del’); }

Но сборка - это частный случай большой типовой задачи. Для gulp можно написать и другой config - скажем, для деплоя:

Var gulp = require("gulp"); var zip = require("gulp-zip"); var del = require("del"); var install = require("gulp-install"); var runSequence = require("run-sequence"); var awsLambda = require("node-aws-lambda"); gulp.task("clean", function(cb) { del(["./dist", "./dist.zip"], cb); }); gulp.task("copy", function() { return gulp.src("index.js") .pipe(gulp.dest("dist/")); }); gulp.task("node-mods", function() { return gulp.src("./package.json") .pipe(gulp.dest("dist/")) .pipe(install({production: true})); }); // Clean up all aws-sdk directories from node_modules. We don"t // need to upload them since the Lambda instance will already // have it available globally. gulp.task("clean-aws-sdk", function(callback) { del(["dist/node_modules/**/aws-sdk"], callback); }); gulp.task("zip", function() { return gulp.src(["dist/**/*", "!dist/package.json"]) .pipe(zip("dist.zip")) .pipe(gulp.dest("./")); }); gulp.task("upload", function(callback) { awsLambda.deploy("./dist.zip", require("./lambda-config.js"), callback); }); gulp.task("deploy", function(callback) { return runSequence(["clean"], ["copy"], ["node-mods"], ["clean-aws-sdk"], ["zip"], ["upload"], callback); });

A можно описывать новые задачи как комбинации уже существующих:

Gulp.task(‘deploy’, gulp.series (‘clean’, ‘copy’, ‘node-mods’, ‘clean-aws-sdk’, ‘zip’, ‘upload’));

В этом и заключается отличие. Теперь рассмотрим основные инструменты.

gulp vs. grunt

Итак, перед нами два таск-раннера: gulp и grunt. Оба используют node.js и npm, а задачи им ставят, используя javascript.

На первый взгляд они схожи, однако у gulp есть то, что делает его более удобным именно для сборки: умение параллельно обрабатывать задачи и компактный конфиг, лаконичное API. Давайте посмотрим поближе их принцип работы.

Потоковая передача данных

Перед нами грант-файл, который осуществляет сборку и обработку CSS.

Из него видно, что grunt при запуске каждого процесса:

    открывает файл;

    запускает процесс;

    сохраняет изменения;

    закрывает обработанный файл, чтобы предотвратить вмешательство в него следующего процесса;

    записывает файл в итоговую папку.

То есть, цепочка включает в себя создание нескольких временных папок и сохранение промежуточных файлов:

Плагины пишут разные авторы. Чтобы каждый плагин мог работать с файлами, обходя сохранение, файлы нужно представить в виде объектов. В gulp эту задачу выполняет виртуальная файловая система Vynyl-FS. И gulp сразу передает файл следующему процессу без создания временных файлов и без сохранения на диск.

Та же самая конфигурация для gulp уже компактнее:

Его общий механизм работы - потоковая обработка файлов без записи на диск:

Последовательность выполнения задач

Есть и другое отличие: gulp по умолчанию асинхронно выполняет таски. В этом есть и плюсы, и минусы. В том же конфигурационном файле мы даем команду считать файлы из директории dev/*scss и отправить их в SASS.

Потоки отправляют результат в.pipe. Метод.pipe позволяет собирать результат в буфер по частям, а когда он заполнен, сразу отправлять информацию в поток для чтения, еще не закончив получать содержимое директории.

Последовательное выполнение задач делает gulp быстрым и мощным, но изредка возникает необходимость все же выполнить задачи синхронно, как в grunt. Проблему можно решить через обратный вызов, возвращение потока или Promise . Более подробно задача разобрана на Хабре . Есть и альтернативный вариант на самом сайте npm.js

Если вы пользуетесь grunt, но вас привлекает потоковая передача данных -- тот же модуль Vynyl-FS можно использовать для ее реализации в grunt.

Лаконичное API gulp имеет всего 5 методов:

    Task(name, fn). Регистрирует функцию с именем. Можно указать зависимость от других тасков, если нужно их выполнить сначала.

    Run(tasks...). Выполняет задачи.

    Watch(glob, fn). Выполняет функцию, если файл на месте glob меняется.

    Src(glob). В качестве параметра принимает маску файлов и возвращает поток, представляющий эти файлы. Затем поток может быть передан на вход плагинам.

    Dest(folder). Сохраняет файлы в указанную папку.

Особенно хотелось бы отметить наличие.watch() в “родном” API проекта, ведь слежение за постоянными изменениями файлов является важнейшей составляющей сборки. Краткость API дает возможность этому таск-менеджеру сфокусироваться на своей основной задаче – сборке проектов.

Альтернативы gulp и grunt

Несмотря на популярность gulp (больше 130 к скачиваний в день) и grunt (более 86 к скачиваний в день согласно npmjs.com), разработчики видят в этих системах и свои недостатки: к примеру, зависимость от плагинов, неполная документация, неудобный дебаггинг. В качестве альтернативы можно рассмотреть системы сборки проектов (такие как Broccoli и Webpack) или npm-скрипты.

Системы сборки проектов

Рассмотрим несколько альтернативных решений на платформе Node.js. Для сборки проекта они могут заменить gulp и grunt.

Эта система, как и gulp, возникла как конкурент таск-раннеру grunt, однако разработчики изначально задумывали ее именно как помощник для сборки со всеми преимуществами и недостатками. Он без настроек “поймет”, что *.js - это файл со скриптами, *.coffee - это CoffeeScript; его конфиг более компактен. Однако никаких произвольных действий на этапе сборки он совершить не сможет.

Вот конфиг-файл Brunch. Он написан на CoffeeScript (можно также писать на JS):

Exports.config = files: javascripts: joinTo: "javascripts/app.js": /^app/ "javascripts/vendor.js": /^(bower_components|vendor)/ stylesheets: joinTo: "stylesheets/app.css" order: after: ["vendor/styles/helpers.css"] templates: joinTo: "javascripts/app.js"

Здесь хочется обратить внимание на операторы joinTo и order. На уровне конфига Brunch понимает, что придется собирать файлы в нужном порядке. В результате, конфиг занимает 20-30 строк.

Broccoli

Инди-инструмент, который находится на стадии разработки. Его разработчики хотели создать конкуренцию уже gulp.

По сравнению с gulp, инструмент Broccoli использует другие принципы:

    Ускорение сборки. Каждый плагин реализует промежуточное кэширование результатов сборки вместо частичной пересборки только нужных файлов.

    Деревья вместо файлов. Gulp лучше всего трансформирует один файл в один итоговый. Broccolli по умолчанию использует только деревья, а не файлы, и их трансформирует в другие деревья (вырожденные из одной вершины).

В данный момент инструмент активно развивается, появляются новые плагины, но для серьезных проектов его использовать рано: плагинов пока недостаточно.

Webpack - гибкая модульная система сборки. Она обладает непривычным синтаксисом, но сама воспринимает любые синтаксисы модулей.

Понимая, что придется конкурировать с такими гигантами как gulp, создатели решили облегчить нам жизнь при разработке больших проектов. И добавили в утилиту:

    Умение автоматически строить дерево зависимостей и ресурсов.

    Удобные средства для реализации динамической подгрузки.

    Совместимость с практически любыми модулями (AMD, UMD, ES 2015, Common JS, сторонние модули на их основе).

    Совместимость с препроцессорами (SASS, Babel, Coffee Script, Type Script и т.д.).

    Live Reload (технологию асинхронной загрузки, при которой браузер обновляет не страницы целиком, а отдельные приложения).

    Возможность делить код и генерировать множество bundle-файлов, избегая создания одного тяжелого bundle.js.

    Умение оптимизировать код.

Отдельно можно отметить гибкий подход к зависимостям. Модулем может стать JS, CSS и HTML-файл, и даже JPEG с PNG. Можно использовать require(“myJSfile.js”) и require(“myCSSfile.css”), делить и использовать части артефакта повторно.

Подробнее о возможностях, конфигурации инструмента, плагинах можно найти на Github, в презентации с Fronttalks: глубокое погружение в Webpack .

npm скрипты

Задачи по сборке можно решить и при помощи npm-скриптов. Многих отпугивает эта идея: мало возможностей, скрипты недостаточно быстрые в сравнении с gulp или Webpack. Тем не менее, эти недостатки преувеличены.

Возможности npm-скриптов

Npm-скрипты решают довольно много задач. Так, например, можно реализовать скрипты ловушек:

{ "name": "npm-scripts-example", "version": "1.0.0", "description": "npm scripts example", "scripts": { "prebuild": "echo I run before the build script", "build": "cross-env NODE_ENV=production webpack" "postbuild": "echo I run after the build script" } }

Сценарии будут загружаться по порядку согласно префиксам: prebuild, например, стартует перед build, потому что у него есть префикс pre. Соответственно, postbuild будет загружен последним. Команда npm run build запустит их в нужном порядке.

Можно вызывать один скрипт из другого, чтобы декомпозировать сложные задачи. Например, здесь задача prebuild вызывает задачу clean.

{ "name": "npm-scripts-example", "version": "1.0.0", "description": "npm scripts example", "scripts": { "clean": "rimraf ./dist && mkdir dist", "prebuild": "npm run clean", "build": "cross-env NODE_ENV=production webpack" } }

Если задача становится слишком сложной, всегда можно вызвать отдельный файл:

{ "name": "npm-scripts-example", "version": "1.0.0", "description": "npm scripts example", "scripts": { "build": "node build.js" } }

За счет стриминга gulp для задач сборки стал гораздо удобнее, чем grunt. Но его можно реализовать и через npm. В Windows и Unix стриминг делается по умолчанию, без сохранения промежуточных файлов.

К примеру, в Unix можно сделать grep содержимого файла и направить его в новый файл:

Grep ‘My Name’ bigFile.txt > linesThatHaveMyName.txt

Редирект(>)направляет нужные строки в конечный файл. Задача выполняется без сохранения промежуточных файлов.

Но есть и неудобства: нельзя оставлять комментарии в package.json. Выходом может стать создание коротких скриптов с понятными названиями, нацеленных на какую-то одну небольшую задачу. Более подробно вопрос замены таск-раннеров npm-скриптами хорошо освещен в англоязычной статье Why I Left Gulp and Grunt for npm Scripts.

Итог

На рынке существует большая конкуренция инструментов для автоматизации рутинных задач (например, gulp и grunt), а также инструментов для автоматизации сборки проекта (Webpack, Broccoli, Medusa, Browserify и т.д.).

Если смотреть на таск-раннеры, то gulp по сравнению с grunt более прост, понятен и производителен: выигрывает за счет экономии на дисковых операциях. Но у grunt больше плагинов (например, есть плагин для тестирования). Из-за этого у него остается много поклонников.

Если же говорить только о сборке, то у gulp есть все преимущества перед grunt:

    Поточная архитектура для передачи файлов по цепочке, которую обеспечивает модуль Vynyl-FS.

    По умолчанию - асинхронное выполнение задач.

    Лаконичное API всего из 5 функций.

В то же время, для сборки Webpack является не менее интересным инструментом. В нем предусмотрена технология Live Reload, ускоряющая обновление браузера. Это огромный плюс: технология экономит время на нажатие кнопки обновления, которую разработчикам приходится нажимать постоянно. В gulp также есть Live Reload, но Webpack сложно сравнивать с gulp или grunt, так как он “заточен” только под билд и не “умеет” решать произвольные задачи.

Все эти решения прекрасно интегрируются с семейством продуктов от JetBrains, однако мы в WaveAccess предпочли именно grunt за широкие возможности и для верстальщиков, и для frontend-специалистов.

Если у Вас возникли вопросы и вам необходима разработка web-проекта, пишите нам на [email protected]

  • Frontend
  • Grunt
  • Gulp
  • Task runners

Концепция виртуальной среды

Новое направление виртуализации, которое дает общую целостную картину всей инфраструктуры сети с помощью техники агрегации.

Типы виртуализации

Виртуализация - это общий термин, охватывающий абстракцию ресурсов для многих аспектов вычислений. Типы виртуализации приводятся ниже.

Программная виртуализация

Динамическая трансляция

При динамической трансляции (бинарной трансляции ) проблемные команды гостевой OC перехватываются гипервизором . После того как эти команды заменяются на безопасные, происходит возврат управления гостевой ОС.

Паравиртуализация

Паравиртуализация - техника виртуализации, при которой гостевые операционные системы подготавливаются для исполнения в виртуализированной среде, для чего их ядро незначительно модифицируется. Операционная система взаимодействует с программой гипервизора, который предоставляет ей гостевой API , вместо использования напрямую таких ресурсов, как таблица страниц памяти.

Метод паравиртуализации позволяет добиться более высокой производительности, чем метод динамической трансляции.

Метод паравиртуализации применим лишь в том случае, если гостевые ОС имеют открытые исходные коды, которые можно модифицировать согласно лицензии, или же гипервизор и гостевая ОС разработаны одним производителем с учетом возможности паравиртуализации гостевой ОС (хотя при условии того, что под гипервизором может быть запущен гипервизор более низкого уровня, то и паравиртуализации самого гипервизора).

Впервые термин возник в проекте Denali.

Встроенная виртуализация

Преимущества:

  • Совместное использование ресурсов обеими ОС (каталоги, принтеры и т.д.).
  • Удобство интерфейса для окон приложений из разных систем (перекрывающиеся окна приложений, одинаковая минимизация окон, как в хост-системе)
  • При тонкой настройке на аппаратную платформу производительность мало отличается от оригинальной нативной ОС. Быстрое переключение между системами (менее 1 сек.)
  • Простая процедура обновления гостевой ОС.
  • Двухсторонняя виртуализация (приложения одной системы запускаются в другой и наоборот)

Реализации:

Аппаратная виртуализация

Преимущества:

  • Упрощение разработки программных платформ виртуализации за счет предоставления аппаратных интерфейсов управления и поддержки виртуальных гостевых систем. Это уменьшает трудоемкость и время на разработку систем виртуализации.
  • Возможность увеличения быстродействия платформ виртуализации. Управление виртуальными гостевыми системами осуществляет напрямую небольшой промежуточный слой программного обеспечения, гипервизор, что дает увеличение быстродействия.
  • Улучшается защищённость, появляется возможность переключения между несколькими запущенными независимыми платформами виртуализации на аппаратном уровне. Каждая из виртуальных машин может работать независимо, в своем пространстве аппаратных ресурсов, полностью изолированно друг от друга. Это позволяет устранить потери быстродействия на поддержание хостовой платформы и увеличить защищенность.
  • Гостевая система становится не привязана к архитектуре хостовой платформы и к реализации платформы виртуализации. Технология аппаратной виртуализации делает возможным запуск 64-битных гостевых систем на 32-битных хостовых системах (с 32-битными средами виртуализации на хостах).

Примеры применения:

  • тестовые лаборатории и обучение: Тестированию в виртуальных машинах удобно подвергать приложения, влияющие на настройки операционных систем, например инсталляционные приложения. За счёт простоты в развёртывании виртуальных машин, они часто используются для обучения новым продуктам и технологиям.
  • распространение предустановленного ПО: многие разработчики программных продуктов создают готовые образы виртуальных машин с предустановленными продуктами и предоставляют их на бесплатной или коммерческой основе. Такие услуги предоставляют Vmware VMTN или Parallels PTN

Виртуализация серверов

  1. размещение нескольких логических серверов в рамках одного физического (консолидация)
  2. объединение нескольких физических серверов в один логический для решения определенной задачи. Пример: Oracle Real Application Cluster , grid-технология , кластеры высокой производительности.
  • SVISTA
  • twoOStwo
  • Red Hat Enterprise Virtualization for Servers
  • PowerVM

Кроме того, виртуализация сервера упрощает восстановление вышедших из строя систем на любом доступном компьютере, вне зависимости от его конкретной конфигурации.

Виртуализация рабочих станций

Виртуализация ресурсов

  • Разделение ресурсов (partitioning). Виртуализация ресурсов может быть представлена как разделение одного физического сервера на несколько частей, каждая из которых видна для владельца в качестве отдельного сервера. Не является технологией виртуальных машин, осуществляется на уровне ядра ОС.

В системах с гипервизором второго типа обе ОС (гостевая и гипервизора) отнимают физические ресурсы, и требует отдельного лицензирования. Виртуальные серверы, работающие на уровне ядра ОС, почти не теряют в быстродействии, что дает возможность запускать на одном физическом сервере сотни виртуальных, не требующих дополнительных лицензий.

Разделяемое дисковое пространство или пропускной канал сети на некоторое количество меньших составляющих, легче используемых ресурсов того же типа.

Например, к реализации разделения ресурсов можно отнести (Проект Crossbow), позволяющий создавать несколько виртуальных сетевых интерфейсов на основе одного физического.

  • Агрегация, распределение или добавление множества ресурсов в большие ресурсы или объединение ресурсов. Например, симметричные мультипроцессорные системы объединяют множество процессоров; RAID и дисковые менеджеры объединяют множество дисков в один большой логический диск; RAID и сетевое оборудование использует множество каналов, объединённых так, чтобы они представлялись, как единый широкополосный канал. На мета-уровне компьютерные кластеры делают все вышеперечисленное. Иногда сюда же относят сетевые файловые системы абстрагированные от хранилищ данных на которых они построены, например, Vmware VMFS, Solaris /OpenSolaris ZFS , NetApp WAFL

Виртуализация приложений

Достоинства:

  • изолированность исполнения приложений: отсутствие несовместимостей и конфликтов;
  • каждый раз в первозданном виде: не загромождается реестр, нет конфигурационных файлов - необходимо для сервера;
  • меньшие ресурсозатраты по сравнению с эмуляцией всей ОС.

См. также

Ссылки

  • Обзор методов, архитектур и реализаций виртуализации (Linux) , www.ibm.com
  • Виртуальные машины 2007.Наталия Елманова, Сергей Пахомов , КомпьютерПресс 9’2007
Виртуализация серверов
  • Виртуализация серверов. Нейл Макаллистер , InfoWorld
  • Виртуализация серверов стандартной архитектуры. Леонид Черняк , Открытые системы
  • Альтернативы лидерам в канале 2009 г , 17 августа 2009
Аппаратная виртуализация
  • Технологии аппаратной виртуализации , ixbt.com
  • Спирали аппаратной виртуализации. Александр Александров , Открытые системы

Примечания


Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Виртуализация" в других словарях:

    виртуализация - В трудах ассоциации SNIA дается следующее общее определение. "Виртуализация — это действие (act) по объединению нескольких устройств, служб или функций внутренней составляющей инфрастуктуры (back end) с дополнительной внешней (front… …

    виртуализация - Разделение физического уровня сети (расположение и соединения устройств) от ее логического уровня (рабочие группы и пользователи). Настройка конфигурации сети по логическим критериям вместо физических. … Справочник технического переводчика

    Виртуализация сети процесс объединения аппаратных и программных сетевых ресурсов в единую виртуальную сеть. Виртуализация сети разделяется на внешнюю, то есть соединяющую множество сетей в одну виртуальную, и внутреннюю, создающую… … Википедия

Специалисты компании Космонова каждый день работают с различными системами виртуализации как при работе с собственным облаком, так и выполняя проектные работы. За это время мы успели поработать с немалым количеством систем виртуализации и определить для себя сильные и слабые стороны каждой из них. В этой статье мы собрали мнения наших инженеров о наиболее часто встречающихся системах виртуализации и их краткие характеристики. Если вы задумались о построении частного облака и рассматриваете различные системы виртуализации для решения этой задачи эта статья для вас.

Для начала давайте разберемся что такое система виртуализации и зачем она нужна. Виртуализация физических машин (серверов, ПК и тд) позволяет разделить мощности одного физического устройства между несколькими виртуальными машинами. Таким образом эти виртуальные машины могут иметь собственную операционную систему и программное обеспечение, никак не зависящее от соседних виртуальных машин. На сегодняшний день существует немало систем виртуализации, каждая из них имеет свои особенности, поэтому давайте рассмотрим каждую из них в отдельности.

VMware vSphere - флагманский продукт компании VMware безусловного лидера по доли рынка виртуализации уже много лет подряд. Имеет широкий функционал и специально создана для дата центров предоставляющих облачные решения и компаний строящих частные облака различных масштабов. Имеет продуманный интерфейс и большое количество технической документации. Если у вас мало опыта в работе с виртуализацией эта система будет хорошим выбором для вас. Лицензируется по количеству физических процессоров в облаке независимо от количества ядер. В виду обширного функционала и множества модулей данная система достаточно требовательна к ресурсам необходимым для ее работы.

WMware Esxi - является бесплатным аналогом VMware vSphere . Так как данный гипервизор бесплатен он обладает более скромным функционалом, однако вполне достаточным для реализации большинства типовых задач виртуализации и управления частным облаком. Так же достаточно прост в использовании

Hyper - V - продукт компании Microsoft разработанный как дополнение к OS Windows server , начиная с версии 2008 года. Так же существует в виде отдельного продукта, однако использующий для работы OS Windows server . Данный гипервизор достаточно прост в настройке и эксплуатации, и разумеется, поддерживает все версии OS Windows для гостевых машин, однако производитель не гарантирует работу многих OS Linux . Обращаем внимание, что сам гипервизор распространяется по бесплатной лицензии, но для работы требует платной OS Windows .

OpenVZ - полностью бесплатная система виртуализации реализованная на ядре Linux . Как большинство Linux систем имеет хорошие показатели продуктивности и потребляемым ресурсам и отлично работает с любыми дистрибутивами Linux в качестве ОС гостевых машин. Однако не поддерживает OS Windows , за счет чего данная система виртуализации не может считаться универсальной.

KVM - система виртуализации так же основана на ядре Linux и распространяющаяся по свободной лицензии. Имеет очень хорошие показатели эффективности по количеству потребляемых ресурсов. Имеет большую функциональность и достаточно универсальна с точки зрения операционных систем гостевых машин, так как поддерживает абсолютно все ОС. Для настройки и поддержки в чистом виде требует определенных знаний и навыков работы с Unix системами. Однако существует множество графических интерфейсов в качестве дополнений к гипервизору с различными способами лицензирования от свободно распространяемых до платных версий.

Xen - продукт разработки Кембриджского университета с открытым исходным кодом. Большинство компонентов вынесены за пределы гипервизора, что позволяет добиться хороших показателей эффективности. Наряду с аппаратной виртуализацией так же поддерживает режим паравиртуализации. Xen поддерживает запуск большинства существующих ОС.

LXC - достаточно новая система виртуализации на уровне операционной системы которая позволяет запускать несколько экземпляров операционной системы Linux на одной физической машине. Особенностью данной системы является то что она оперирует не виртуальными серверами, а приложениями, использующими общее ядро ОС, которые в то же время являются изолированными друг от друга, что дает наивысшие показатели по эффективности потребления ресурсов.

Система виртуализации

Поддерживаемые ОС

Преимущества

Недостатки

Лицензия

VMware vSphere

Win/Lin

Легкая в использовании. Широкий функционал

Потребление ресурсов.

Платная. По количеству процессоров

WMware Esxi

Win/Lin

Легкая в использовании

Не самый широкий функционал.

Бесплатная

OpenVZ

Linux

Эффективное потребление ресурсов

Поддерживается только Linux

Бесплатная

Win /Lin

Эффективное потребление ресурсов. Поддерживает все ОС

Бесплатная

Hyper -V

Windows

Легкаявиспользовании

Поддерживается только Windows . Потребление ресурсов

Бесплатная. Работает на платной ОС

Win/Lin

Высокая эффективность. Открытый исходный код.

Требует знаний Unix систем для настройки и управления

Бесплатная

Linux

Высокая эффективность

Не поддерживает Windows

Бесплатная

Так же напомним, что в облаке Космонова вы можете реализовать инфраструктуру любой сложности, не погружаясь в тонкости работы систем виртуализации и аппаратного обеспечения с минимальными временными затратами. В облаке Космонова доступны как готовые решения, так и облачные сервера для решения ваших бизнес-задач.

Тема виртуализации очень обширна и существует множество нюансов в работе перечисленных систем виртуализации, наряду с множеством вариаций аппаратного исполнения. Данной статьей мы не отдаем преимущества определенной системе, а приводим их общие характеристики для подбора соответствующей системы на начальном этапе.

Вопрос 56

Системы виртуализации ОС. Основные понятия, паравиртуализация, аппаратная виртуализация, гипервизор. Примеры применения.

Виртуализация - это технология, обеспечивающая абстрагирование процессов и их представления от вычислительных ресурсов. Понятие виртуализации далеко не новое и было введено ещё в 60-х годах компанией IBM .

Можно выделить следующие разновидности виртуализации:

    Виртуализация серверов . Виртуализация серверов подразумевает запуск на одном физическом сервере нескольких виртуальных серверов. Виртуальные машины или сервера представляют собой приложения, запущенные на хостовой операционной системе, которые эмулируют физические устройства сервера. На каждой виртуальной машине может быть установлена операционная система, на которую могут быть установлены приложения и службы. Типичные представители это продукты VMware vSphere и Microsoft Hyper-V.

    Виртуализация приложений . Виртуализация приложений подразумевает эмуляцию ресурсов операционной системы (реестра, файлов, и т.д.). Данная технология позволяет использовать на одном компьютере, а точнее в одной и той же операционной системе несколько несовместимых между собой приложений одновременно. Виртуализация приложений реализуется на базе продукта Microsoft Application Virtualization (AppV). AppV позволяет пользователям запускать одно и тоже заранее сконфигурированное приложение или группу приложений с сервера. При этом приложения будут работать независимо друг от друга, не внося никаких изменений в операционную систему. Причем всё это происходит прозрачно для пользователя, как будто он работает с обычным локально-установленным приложением.

    Виртуализация представлений . Виртуализация представлений подразумевает эмуляцию интерфейса пользователя. Т.е. пользователь видит приложение и работает с ним на своём терминале, хотя на самом деле приложение выполняется на удалённом сервере, а пользователю передаётся лишь картинка удалённого приложения. В зависимости от режима работы пользователь может видеть удалённый рабочий стол и запущенное на нём приложение, либо только само окно приложения. Это реализуется на базе Microsoft Terminal Services и на базе решений Citrix.

    Виртуализация уровня операционной системы . Виртуализация уровня операционной системы подразумевает изоляцию служб в рамках одного экземпляра ядра операционной системы. Это реализуется на базе Parallels (SWsoft) Virtuozzo и применяется чаще всего хостинговыми компаниями.

Что может виртуализация:

    Запуск множества операционных систем одновременно.

    Гарантированная изоляция ОС друг от друга.

    Возможность гибкого разделения ресурсов между машинами.

Преимущества виртуализации:

    Повышение изоляции.

    Ограничение одной или группы тесно связанных служб собственной виртуальной машиной.

    Снижение вероятности сбоев от взаимного влияния программ.

    Безопасность.

    Распределение задач администрирования - возможность ограничить права каждого администратора только самыми необходимыми.

    Снижение потенциальных вредных последствий взлома каких-либо из служб.

    Распределение ресурсов - каждая машина получает столько ресурсов, сколько ей необходимо, но не более того.

    Приоритезация задач.

    Выделение память по требованию.

    Гибкое распределение сетевого трафика между машинами.

    Распределение дисковых ресурсов.

    Постоянная доступность.

    Есть возможность live-миграции машин.

    Плавный апгрейд критических серверов.

    Повышение качества администрирования.

    Возможность выполнения регрессионных тестов.

    Возможность экспериментирования и исследования.

Принципы и виды виртуализации:

    Интерпретация и динамическая рекомпиляция - при использовании динамической рекомпиляции программа-эмулятор преобразует фрагменты исполняемой программы в код, который может быть выполнен на другом компьютере, непосредственно во время ее работы. Рекомпилятор имеет меньшую совместимость, чем интерпретатор, но он быстрее.

Примеры : Bochs, PearPC, QEMU, Microsoft VirtualPC for MAC.

    Паравиртуализация и портирование - модификация ядра гостевой ОС выполняется таким образом, что в нее включается новый набор API, через который она может напрямую работать с аппаратурой, не конфликтуя с другими виртуальными машинами. При этом нет необходимости задействовать полноценную ОС в качестве хостового ПО, функции которого в данном случае исполняет специальная система, получившая название гипервизора (hypervisor). Данный вид виртуализации является аппаратным.

Гипервизор (или Монитор виртуальных машин ) - программа или аппаратная схема, обеспечивающая или позволяющая одновременное, параллельное выполнение нескольких или даже многих операционных систем на одном и том же хост-компьютере. Гипервизор также обеспечивает изоляцию операционных систем друг от друга, защиту и безопасность, разделение ресурсов между различными запущенными ОС и управление ресурсами.

Гипервизор также может (но не обязан) предоставлять работающим под его управлением на одном хост-компьютере ОС средства связи и взаимодействия между собой (например, через обмен файлами или сетевые соединения) так, как если бы эти ОС выполнялись на разных физических компьютерах.

Гипервизор сам по себе в некотором роде является минимальной операционной системой (микроядром или наноядром ). Он предоставляет запущенным под его управлением операционным системам сервис виртуальной машины, виртуализируя или эмулируя реальное (физическое) аппаратное обеспечение конкретной машины, и управляет этими виртуальными машинами, выделением и освобождением ресурсов для них. Гипервизор позволяет независимое «включение», перезагрузку, «выключение» любой из виртуальных машин с той или иной ОС. При этом операционная система, работающая в виртуальной машине под управлением гипервизора, может, но не обязана «знать», что она выполняется в виртуальной машине, а не на реальном аппаратном обеспечении. Слово «гипервизор» появилось интересным образом: когда-то очень давно, операционная система носила название «supervisor», а программное обеспечение, находящееся «под супервизором», получило название «гипервизор».

Типы гипервизора:

    Автономный гипервизор (Тип 1)

Имеет свои встроенные драйверы устройств, модели драйверов и планировщик и поэтому не зависит от базовой ОС. Так как автономный гипервизор работает непосредственно на оборудовании, то он более производителен.

Пример: VMware ESX

    На основе базовой ОС (Тип 2, V)

Это компонент, работающий в одном кольце с ядром основной ОС (кольцо 0). Кольца защиты - архитектура информационной безопасности и функциональной отказоустойчивости, реализующая аппаратное разделение системного и пользовательского уровней привилегий.

Гостевой код может выполняться прямо на физическом процессоре, но доступ к устройствам ввода-вывода компьютера из гостевой ОС осуществляется через второй компонент, обычный процесс основной ОС - монитор уровня пользователя.

Примеры : Microsoft Virtual PC, VMware Workstation, QEMU, Parallels, VirtualBox .

    Гибридный (Тип 1+)

Гибридный гипервизор состоит из двух частей: из тонкого гипервизора, контролирующего процессор и память, а также работающей под его управлением специальной сервисной ОС в кольце пониженного уровня. Через сервисную ОС гостевые ОС получают доступ к физическому оборудованию.

Примеры : Microsoft Virtual Server, Sun Logical Domains, Xen, Citrix XenServer, Microsoft Hyper-V

Паравиртуализация (англ. Paravirtualization ) - техника виртуализации, при которой гостевые операционные системы подготавливаются для исполнения в виртуализированной среде, для чего их ядро незначительно модифицируется. Операционная система взаимодействует с программой Гипервизора, который предоставляет ей гостевой API, вместо использования напрямую таких ресурсов, как таблица страниц памяти. Код, касающийся виртуализации, локализуется непосредственно в операционную систему. Паравиртуализация таким образом требует, чтобы гостевая операционная система была изменена для гипервизора, и это является недостатком метода, так как подобное изменение возможно лишь в случае, если гостевые ОС имеют открытые исходные коды, которые можно модифицировать согласно лицензии. Но зато паравиртуализация предлагает производительность почти как у реальной не виртуализированной системы. Как и при полной виртуализации, одновременно могут поддерживаться многочисленные различные операционные системы.

Цель изменения интерфейса заключается в сокращении доли времени выполнения гостя, отведённого на выполнение операций, которые являются существенно более трудными для запуска в виртуальной среде по сравнению с не виртуальной средой. Паравиртуализация предоставляет специально установленные обработчики прерываний, чтобы позволить гостю (гостям) и хосту принять и опознавать эти задачи, которые иначе были бы выполнены в виртуальном домене (где производительность меньше). Таким образом, успешная паравиртуализированная платформа может позволить монитору виртуальных машин (VMM) быть проще (путём перевода выполнения критически важных задач, с виртуального домена к хосту домена) и/или уменьшить общие потери производительности машинного выполнения внутри виртуального гостя.

Впервые термин возник в проекте Denali, а после того, как это слово применили исследователи из компьютерной лаборатории Кембриджского университета в проекте Xen, оно окончательно утвердилось в терминологии. Приставка «пара» в слове паравиртуализация ничего не обозначает, просто авторам данной идеи понадобился новый термин .

      Достоинства: отсутствие потребности в хостовой ОС. Виртуальная машина устанавливаются фактически на “голое железо”, а аппаратные ресурсы используются эффективно.

      Недостатки: сложность реализации подхода и необходимость создания специализированной ОС-гипервизора.

Примеры : Xen, UML, lguest, Microsoft Hyper-V, KVM, VMware ESX Server.

    Виртуализация на уровне ОС - при таком подходе используется одно ядро хостовой ОС для создания независимых параллельно работающих операционных сред. Ядро обеспечивает полную изолированность контейнеров, поэтому программы из разных контейнеров не могут воздействовать друг на друга.

    • Достоинства: высокая эффективность использования аппаратных ресурсов, низкие накладные технические расходы, отличная управляемость, минимизация расходов на приобретение лицензий.

      Недостатки: реализация только однородных вычислительных сред.

Примеры : FreeVPS, iCore Virtual Accounts, Linux-VServer, OpenVZ, Parallels Virtuozzo Containers, Zones, FreeBSD, Jail, sysjail, WPARs, Solaris Containers.

    Полная виртуализация - при таком подходе используются немодифицированные экземпляры гостевых операционных систем, а для поддержки работы этих ОС служит общий слой эмуляции их исполнения поверх хостовой ОС, в роли которой выступает обычная операционная система.

    • Достоинства: относительная простота реализации, универсальность и надежность решения; все функции управления берет на себя хост-ОС.

      Недостатки: высокие дополнительные накладные расходы на используемые аппаратные ресурсы, отсутствие учета особенностей гостевых ОС, меньшая, чем нужно, гибкость в использовании аппаратных средств.

Примеры : VMware Workstation, VMware Server, Parallels Desktop, Parallels Server, Microsoft VirtualPC, Microsoft Virtual Server, Microsoft Hyper-V, QEMU с модулем kqemu, KVM, Virtual Iron.

    Слой совместимости

Под слоем совместимости можно понимать программный продукт, позволяющий запускать непредназначенные для рабочей среды программы. Например, Wine позволяет работать с программами Windows в операционной системе Linux .

Примеры: Cygwin, Wine.

Виртуализация — понятие, описывающее процесс скопления и объединения вычислительных ресурсов, обеспечивающий преимущества в сравнении с оригинальной конфигурацией. Виртуализированные ресурсы, как правило, состоят из вычислительных мощностей и главного хранилища данных.

Симметричные мультипроцессорные архитектуры с наличием более чем одного процессора можно назвать типичным примером "виртуализации". В таких случаях, операционные системы, как правило, устроены так, что несколько процессоров объединены в один единственный модуль. Данная конфигурация позволяет приложениям работать значительно быстрее и проще, поскольку отсутствует необходимость учитывать несколько процессорных конфигураций. Большинство программных приложений пишутся для одного виртуального вычислительного модуля, коим может быть и модуль, включающий в себя несколько отдельных процессоров.

Термин "виртуализация" - достаточно общий и абстрактный, вот почему его сложно обозначить конкретно. Он охватывает собой множество аспектов вычислений.

Существует несколько типов виртуализации:

  • Программная виртуализация;
  • Аппаратная виртуализация.

Программная виртуализация также включает в себя несколько подтипов:

  • Динамическая (бинарная) трансляция - процесс, при котором проблемные команды гостевой OC заменяются на безопасные.
  • Паравиртуализация — процесс, при котором гостевые ОС модифицируют свое ядро с целью функционирования в виртуализированной среде. ОС взаимодействует с гипервизором, который обеспечивает гостевой API. Таким образом, исключается использование таблицы страниц памяти. Паравиртуализация гарантирует более высокую производительность в сравнении с динамической трансляцией, однако она уместна лишь тогда, когда гостевые ОС имеют открытые исходные коды, либо же гипервизор и гостевая ОС - от одного производителя. Термин сформировался в рамках проекта Denali.
  • Встроенная виртуализация — новый метод, базирующийся на применении аппаратно-поддерживаемых возможностей виртуализации, что позволяет пользователям использовать любые версии ОС в сочетании с различными вариантами рабочих сред. По сути, встроенная виртуализация представляет собой полную виртуализацию, реализованную на аппаратном уровне. Данный подход был реализован в рамках проекта BlueStacks Multi-OS (MOS).

Достоинства программной виртуализации:

  • Доступность ресурсов (каталоги, принтеры и т.д.) для обеих ОС;
  • Удобный интерфейс окон приложений;
  • При тонкой настройке аппаратной платформы производительность мало отличается от оригинальной ОС. Переключение между системами происходит менее чем за 1 сек.;
  • Простая процедура обновления гостевой ОС;
  • Двухсторонняя виртуализация (приложения одной системы запускаются в другой, и наоборот).

Аппаратная виртуализация

Аппаратная виртуализация — это процесс виртуализации, подкрепленный аппаратной поддержкой. Он не имеет принципиальных отличий от программной виртуализации. Аппаратная виртуализация обеспечивает производительность уровня невиртуализованной машины, благодаря чему она получила широкое практическое применение.

Достоинства:

  • Простота разработки программных платформ виртуализации, доступность аппаратных интерфейсов управления, поддержка виртуальных гостевых систем;
  • Увеличение быстродействия платформ виртуализации за счет использования гипервизора;
  • Защищенность, возможность переключения между несколькими запущенными независимыми платформами виртуализации. Каждая виртуальная машина работает независимо в своем пространстве аппаратных ресурсов. Полная изоляция, позволяющая устранить потери быстродействия на поддержание хостовой платформы;
  • Гостевая система не привязана к архитектуре хостовой платформы. Возможен запуск 64-битных гостевых ОС на 32-битных хостовых системах.

Технологии:

  • Режим виртуального 8086
  • Intel VT (VT-x)
  • AMD-V

Платформы, работающие на аппаратной виртуализации:

  • IBM LPAR
  • VMware
  • Hyper-V

Где применяется виртуализация?

В виртуализации выделено четыре области применения:

  • Виртуальные машины;
  • Ресурсы;
  • Приложения.

Виртуализация уровня ОС

Виртуализирует физический сервер на уровне ОС. Пользователь имеет возможность запускать изолированные и безопасные виртуальные серверы на одном физическом сервере. Данная технология ограничена только теми ОС, которые имеют общие ядра с базовой ОС. Отсутствует отдельный слой гипервизора, хостовая операционная система отвечает за распределение аппаратных ресурсов между несколькими виртуальными серверами.

  • Solaris Containers/Zones
  • FreeBSD Jail
  • Linux-VServer (англ.)
  • FreeVPS (англ.)
  • OpenVZ
  • Virtuozzo
  • iCore Virtual Accounts

Виртуальные машины

Речь идет об окружении, представляемом для гостевой ОС. Оно инициализируется как аппаратное, но на самом деле, оно программное и эмулируется программным обеспечением хостовой системы. При использовании паравиртуализации, виртуальная машина не эмулирует аппаратное обеспечение, используется специальное API. Применяется в тестовых лабораториях, в качестве экспериментального средства.

Виртуализация серверов

Виртуализация сервера позволяет упростить процесс восстановления систем, вышедших из строя, вне зависимости от их конфигурации.

Виртуализация в данном случае применяется для размещения нескольких логических серверов на базе одного физического. Данный процесс называется консолидацией.

Также возможен и обратный процесс: объединение нескольких физических серверов в один логический. Примером такого процесса является Oracle Real Application Cluster. Также существует и ряд других:

  • Virtual Iron
  • Microsoft (Hyper-V)
  • VMware (ESX Server)
  • Red Hat Enterprise Virtualization for Servers
  • PowerVM

Виртуализация ресурсов

Разделение одного физического сервера на несколько. Каждая отдельная часть отображается у пользователя как отдельный сервер. Данный метод осуществляется на уровне ядра ОС.

Виртуальные серверы, функционирующие на уровне ядра ОС, остаются такими же быстродействующими, что позволяет запускать на одном физическом сервере сотни виртуальных.

Примером реализации разделения ресурсов можно отнести проект OpenSolaris Network Virtualization and Resource Control, позволяющий создавать несколько виртуальных сетевых интерфейсов на основе одного физического.

Также данный процесс подразумевает агрегацию, распределение и объединение ресурсов. К примеру, симметричные мультипроцессорные системы объединяют множество процессоров; RAID и дисковые менеджеры объединяют множество дисков в один большой логический диск. Зачастую к данному подтипу также относятся сетевые файловые системы, абстрагированные от хранилищ данных на которых они построены (Vmware VMFS, Solaris/OpenSolaris ZFS, NetApp WAFL).

Виртуализация приложений

Результатом данного процесса является преобразованное из требующего установки в ОС приложения в не требующее установки, автономное приложение.

ПО виртуализатора определяет при установке виртуализуемого приложения, какие компоненты требуются ОС для работы приложения, и эмулирует их. В результате создается специализированная среда для конкретного виртуализируемого приложения, что обеспечивает полную изолированность работы запускаемого приложения.

Чтобы создать виртуальное приложение, виртуализируемое помещается в специальную папку. При запуске виртуального приложения запускается виртуализируемое приложение и папка, являющаяся для него рабочей средой. Таким образом, образуется определенный промежуток между приложением и операционной системой, что позволяет избежать конфликтов между ПО и ОС. Виртуализацию приложений осуществляют такие программы, как: Citrix XenApp, SoftGrid и VMWare ThinApp.

Достоинства виртуализации приложений:

  • Изолированность приложений и ОС;
  • Отсутствие несовместимости и конфликтов ПО и ОС;
  • Не засоряется реестр, отсутствие конфигурационных файлов;
  • Низкие ресурсозатраты по сравнению с эмуляцией всей ОС.


Есть вопросы?

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Отправить