piątek, 2024-02-09

Podstawowe pojęcia związane z wirtualizacją

Wirtualizacja, w najszerszym znaczeniu, oznacza tworzenie wirtualnej – a nie fizycznej – wersji czegoś, co może obejmować systemy operacyjne, serwery, urządzenia sieciowe, pamięć, a nawet całe środowiska pracy. Jest to technika, która pozwala na podzielenie jednego fizycznego zasobu na wiele wirtualnych zasobów, z których każdy działa jak niezależna jednostka. Ten proces nie tylko zwiększa wydajność i wykorzystanie zasobów sprzętowych, ale również oferuje znaczne korzyści w zakresie zarządzania, skalowalności i bezpieczeństwa.

W świecie, który dynamicznie rozwija się w kierunku coraz większej cyfryzacji, wirtualizacja zdobywa na znaczeniu. Jest nie tylko technologicznym narzędziem, ale również katalizatorem zmiany, otwiera nowe horyzonty w sposobie, w jaki korzystamy z zasobów komputerowych, zarządzamy danymi i rozwiązujemy problemy biznesowe.

Podstawowe pojęcia

• Hipernadzorca (hypervisor) – oprogramowanie lub sprzęt, który tworzy i zarządza maszynami wirtualnymi (VM).
• VMM (Virtual Machine Monitor) – inna nazwa dla hipernadzorcy, odnosząca się do warstwy oprogramowania lub firmware, która tworzy i zarządza maszynami wirtualnymi.
• Gość (guest) – termin odnosi się do maszyny wirtualnej (VM) działającej na fizycznym hoście.
• Maszyna Wirtualna (VM) – oprogramowanie imitujące komputer, które może uruchamiać system operacyjny i aplikacje tak, jakby były uruchamiane na fizycznym sprzęcie.
• Wirtualizacja aplikacji – technika polegająca na uruchamianiu oprogramowania w oddzielonym środowisku, co pozwala uniknąć konfliktów z innymi aplikacjami i systemem operacyjnym.– Wirtualizacja pamięci – technika polegająca na ukryciu rzeczywistej struktury pamięci fizycznej komputera przed procesami, co pozwala na efektywniejsze zarządzanie pamięcią.
• Wirtualizacja sieci – umożliwia wirtualne tworzenie i zarządzanie sieciami, co obejmuje wirtualne przełączniki, routery, zapory sieciowe, sieci VLAN itp.
• Wirtualizacja danych – zapewnia abstrakcję od fizycznych źródeł danych, co umożliwia scentralizowany dostęp do danych z różnych źródeł.
• Wirtualizacja desktopów (VDI) – polega na uruchamianiu pulpitów użytkowników w środowisku wirtualnym na serwerze, z dostępem przez cienkie klienty lub urządzenia końcowe.
• Snapshot (migawka) – zapisany stan maszyny wirtualnej w określonym momencie, co umożliwia szybkie przywrócenie systemu do tego stanu.
• Konsolidacja serwerów – proces polegający na redukcji liczby fizycznych serwerów poprzez przeniesienie ich funkcji na maszyny wirtualne, co zwiększa wydajność i zmniejsza koszty.
• Klasteryzacja – połączenie wielu serwerów w celu zwiększenia dostępności i niezawodności systemów.
• Live Migration – przenoszenie działających maszyn wirtualnych między serwerami bez przerywania ich działania.
• Balansowanie obciążenia – rozkładanie pracy między maszyny wirtualne w celu optymalizacji wydajności i dostępności zasobów.
• Parawirtualizacja – metoda wirtualizacji, w której gość (guest) jest świadomy faktu, że jest wirtualizowany. Wymaga to modyfikacji systemu operacyjnego gościa w celu ulepszenia wydajności przez redukcję obciążenia nadzorcy.
• Wirtualizacja sprzętowa – wirtualizacja jest wspierana na poziomie sprzętowym przez procesor i inne komponenty. Pozwala na efektywniejsze i bezpieczniejsze oddzielenie maszyn wirtualnych.
• Cloud Computing (przetwarzanie w chmurze) – technologia ściśle związana z wirtualizacją, umożliwiająca dostarczanie zasobów obliczeniowych (takich jak serwery, przechowywanie, bazy danych, sieci) jako usługi przez Internet.
• Orkiestracja – proces automatyzacji zarządzania i koordynacji złożonych zadań i usług w środowisku wirtualizacji.
• Platforma jako usługa (PaaS) – model dostarczania usług w chmurze, w którym dostawca oferuje platformę umożliwiającą klientom rozwijanie, uruchamianie i zarządzanie aplikacjami bez konieczności zajmowania się złożoną infrastrukturą.
• Software-Defined Networking (SDN) – polega na centralizacji kontroli nad siecią w warstwie oprogramowania, oddzielając ją od sprzętowych urządzeń sieciowych, takich jak przełączniki i routery.
• Storage Virtualization (wirtualizacja przechowywania) – warstwa abstrakcji fizycznych zasobów przechowywania danych, co pozwala na zarządzanie pamięcią masową wielu urządzeń, traktując ją jako jedną pulę.
• Oversubscription (nadsubskrypcja) – praktyka przydzielania większej ilości zasobów wirtualnych niż faktycznie dostępnych w fizycznej infrastrukturze, opierająca się na założeniu, że nie wszystkie zasoby będą używane jednocześnie.
• Containerization (konteneryzacja) – metoda wirtualizacji na poziomie systemu operacyjnego, umożliwiająca uruchamianie wielu izolowanych instancji aplikacji na jednym systemie operacyjnym, z mniejszym obciążeniem niż tradycyjne maszyny wirtualne.

Hipernadzorca

Hipernadzorca jest kluczowym komponentem technologii wirtualizacji. Jego głównym zadaniem jest umożliwienie wielu systemów operacyjnych (gości) do uruchamiania na pojedynczym fizycznym hoście, dzieląc jego zasoby sprzętowe. Istnieją dwa główne typy hipernadzorców.

Hipernadzorca typu 1 (bare-metal)

• Hipernadzorcy typu 1 działają bezpośrednio na sprzęcie hosta, nie wymagając podstawowego systemu operacyjnego.
• Przykłady: VMware ESXi, Microsoft Hyper-V dla serwerów, Xen, KVM.
• Są uważane za bardziej wydajne i bezpieczne, ponieważ mają bezpośredni dostęp do sprzętu fizycznego i mniejszą powierzchnię ataku.
• Często stosowane w centrach danych i środowiskach, gdzie wydajność i izolacja są kluczowe.

Hipernadzorca typu 2 (hosted)

• Hipernadzorcy typu 2 działają na tradycyjnym systemie operacyjnym, takim jak Windows, Linux lub macOS.
• Przykłady: VMware Workstation, Oracle VirtualBox, Parallels Desktop.
• Są bardziej elastyczne i łatwiejsze w użyciu dla przeciętnego użytkownika, ale mogą być mniej wydajne niż hipernadzorcy typu 1 ze względu na dodatkową warstwę (system operacyjny hosta).
• Często wykorzystywane do celów rozwojowych, testowych, edukacyjnych lub przez użytkowników indywidualnych.

Główne funkcje

• Hipernadzorca zarządza rozdziałem zasobów sprzętowych, takich jak procesor, pamięć, przestrzeń dyskowa i urządzenia wejścia-wyjścia, pomiędzy różnymi maszynami wirtualnymi.
• Każda maszyna wirtualna jest izolowana od innych, co zapewnia bezpieczeństwo i stabilność. Błędy w jednej VM nie wpływają bezpośrednio na inne VM.
• Umożliwia migrację uruchomionych maszyn wirtualnych między różnymi hostami bez przerywania pracy.
• Zapewnia narzędzia do zarządzania wieloma maszynami wirtualnymi, w tym ich tworzenia, modyfikacji, monitorowania i automatyzacji różnych zadań.
• Umożliwia uruchamianie różnych systemów operacyjnych na tej samej maszynie fizycznej, zarówno popularnych, jak i niszowych lub starszych systemów.

Gość

W kontekście wirtualizacji termin „gość” („guest”) odnosi się do maszyny wirtualnej (VM) działającej na fizycznym hoście. Gość może być systemem operacyjnym, aplikacjami oraz wszelkimi usługami, które są uruchamiane na tej maszynie wirtualnej. Jest to maszyna wirtualna działająca na fizycznym hoście, oferująca elastyczność, izolację i wydajność, jakich oczekuje się od osobnego, niezależnego komputera.

Oto kilka najważniejszych informacji na temat znaczenia i możliwości gościa w wirtualizacji.

• Izolacja – gość jest izolowany od innych maszyn wirtualnych oraz od samego fizycznego hosta. Ta izolacja zapewnia bezpieczeństwo i stabilność, ponieważ działania jednego gościa nie wpływają bezpośrednio na inne maszyny wirtualne lub hosta.
• System operacyjny – gość może mieć inny system operacyjny niż fizyczny host. Na przykład, na serwerze z systemem Linux można uruchomić maszyny wirtualne z systemami Windows, Linux lub innymi systemami operacyjnymi.
• Zasoby – gość ma przydzielone określone zasoby, takie jak pamięć RAM, moc procesora, przestrzeń dyskowa itd., które są zarządzane przez hipernadzorcę. Zasoby te mogą być elastycznie skalowane w zależności od potrzeb.
• Niezależność – gość działa niezależnie od fizycznego sprzętu, co oznacza, że można go łatwo przenieść, skopiować lub zarchiwizować bez wpływu na fizyczny sprzęt.
• Oprogramowanie – na gościu można instalować i uruchamiać różne aplikacje tak jak na tradycyjnym fizycznym komputerze.
• Środowisko wirtualne – gość działa w środowisku wirtualnym stworzonym przez hipernadzorcy, co pozwala na uruchamianie wielu różnych maszyn wirtualnych na jednym fizycznym hoście.
• Interakcja z hipernadzorcą – gość komunikuje się z hipernadzorcą, który zarządza dostępem do fizycznych zasobów komputera. W zależności od typu wirtualizacji komunikacja ta może być bardziej lub mniej bezpośrednia.
• Migracja – gość może być przenoszony między różnymi hostami fizycznymi bez potrzeby ponownej instalacji systemu operacyjnego czy aplikacji. To umożliwia elastyczne zarządzanie zasobami i dostępnością.