Что такое виртуализация сервера?

Виртуализация сервера — это процесс, который создает и абстрагирует несколько виртуальных объектов (виртуальных серверов) на одном физическом сервере. Виртуализация серверов также маскирует ресурсы серверов, в том числе количество и тип отдельных физических серверов, процессоров и операционных систем.

Традиционное компьютерное оборудование и программное обеспечение обычно работали с одним приложением. Часто это заставляло серверы выполнять одну рабочую нагрузку, по сути, впустую расходуя неиспользуемые процессоры, объем памяти и другие аппаратные ресурсы. Количество серверного оборудования росло по мере того, как организации развертывали все больше приложений и услуг в масштабах предприятия. Соответствующие затраты и растущие требования к площади, электропитанию, охлаждению и подключению довели центры обработки данных до предела.

Появление виртуализации серверов изменило ситуацию. Виртуализация добавляет к серверу слой программного обеспечения, называемый гипервизором, который абстрагирует основное оборудование от всего программного обеспечения, работающего поверх него. Гипервизор организует и управляет виртуализированными ресурсами, выделяя их в логические экземпляры, называемые виртуальными машинами (ВМ), каждая из которых может функционировать как отдельный и независимый сервер. Виртуализация позволяет одному серверу выполнять работу нескольких серверов, используя до 100% доступного оборудования для одновременной обработки нескольких рабочих нагрузок. Это уменьшает количество физических серверов, снижает нагрузку на центры обработки данных, повышает гибкость ИТ и снижает стоимость ИТ для предприятия.

Виртуализация изменила представление о корпоративных вычислениях, но ее многочисленные преимущества иногда сдерживаются такими факторами, как сложность лицензирования и управления, а также потенциальные проблемы доступности. Организации должны понимать, что такое виртуализация, как она работает, каковы ее преимущества и сценарии использования. Только после этого организация сможет эффективно внедрить и развернуть виртуализацию в центре обработки данных.

Важность виртуализации серверов очень велика, так как она решает две проблемы, с которыми столкнулись корпоративные вычислительные системы в 21 веке. Виртуализация уменьшает количество физических серверов, позволяя организации сократить число физических серверов в центре обработки данных — или выполнять гораздо больше рабочих нагрузок без добавления серверов. Этот процесс называется консолидацией серверов. Уменьшение количества серверов также позволяет экономить место в центре обработки данных, электроэнергию и охлаждение. Кроме того, платформы виртуализации обычно предоставляют такие мощные возможности, как централизованное управление ВМ, миграция ВМ (позволяющая легко перемещать ВМ из одной системы в другую) и защита рабочей нагрузки/данных (с помощью резервного копирования и моментальных снимков).

Виртуализация серверов работает путем абстрагирования или изоляции аппаратного обеспечения вычислительной машины от всего программного обеспечения, которое может работать на ней. Эта абстракция достигается с помощью гипервизора — специализированного программного продукта. В корпоративном пространстве существует множество гипервизоров, включая Microsoft Hyper-V и VMware vSphere.

Абстракция по сути распознает физические ресурсы компьютера — включая процессоры, память, тома хранения и сетевые интерфейсы — и создает логические аналоги для этих ресурсов. Например, физический процессор может быть абстрагирован в логическое представление, называемое виртуальным процессором, или vCPU. Гипервизор отвечает за управление всеми виртуальными ресурсами, которые он абстрагирует, и обрабатывает все обмены данными между виртуальными ресурсами и их физическими компонентами.

Настоящая сила гипервизора заключается не в абстракции, а в том, что можно сделать с этими абстрагированными ресурсами. Гипервизор использует виртуализированные ресурсы для создания логических представлений компьютера, или ВМ. ВМ назначаются виртуализированные процессоры, память, хранилище, сетевые адаптеры и другие виртуализированные элементы — например, графические процессоры — управляемые гипервизором. Когда гипервизор создает ВМ, полученный логический экземпляр полностью изолирован от базового оборудования и всех других ВМ, созданных гипервизором. Это означает, что ВМ ничего не знает о базовом физическом компьютере или других ВМ, которые могут использовать ресурсы этого физического компьютера.

Такая логическая изоляция в сочетании с тщательным управлением ресурсами позволяет гипервизору создавать и контролировать несколько ВМ на одном физическом компьютере одновременно — при этом каждая ВМ может действовать как полноценный, полнофункциональный компьютер. Виртуализация позволяет организации создавать несколько виртуальных серверов на базе одного физического сервера. После создания виртуальной машины требуется установка полного набора программного обеспечения, включая ОС, драйверы, библиотеки и, в конечном итоге, желаемое корпоративное приложение. Это позволяет организации использовать несколько ОС для поддержки широкого спектра рабочих нагрузок на одном физическом компьютере.

Абстракция, обеспечиваемая виртуализацией, дает виртуальным машинам исключительную гибкость, которая невозможна при использовании традиционных физических компьютеров и физических установок программного обеспечения. Все виртуальные машины существуют и работают в пространстве физической памяти компьютера, поэтому виртуальные машины можно легко сохранять в виде обычных файлов образов в памяти. Эти сохраненные файлы можно использовать для быстрого создания копий или клонов ВМ на том же или других компьютерах в масштабах предприятия или для сохранения ВМ в данный момент времени. Аналогичным образом, ВМ можно легко перенести с одного виртуализированного компьютера на другой, просто скопировав нужную ВМ из пространства памяти исходного компьютера в пространство памяти целевого компьютера, а затем удалив исходную ВМ с исходного компьютера. В большинстве случаев перенос может происходить без нарушения работы ВМ или пользователя.

Хотя виртуализация позволяет создавать несколько логических компьютеров на базе одного физического компьютера, фактическое количество виртуальных машин, которые могут быть созданы, ограничено физическими ресурсами, имеющимися на хост-компьютере, и вычислительными требованиями, предъявляемыми корпоративными приложениями, работающими в этих виртуальных машинах. Например, на компьютере с четырьмя процессорами и 64 ГБ памяти может быть размещено до четырех ВМ с одним виртуальным процессором и 16 ГБ виртуализированной памяти. После создания ВМ можно изменить абстрактные ресурсы, назначенные ВМ, чтобы оптимизировать производительность ВМ и максимально увеличить количество ВМ, размещенных в системе.

Виртуализация приносит организации широкий спектр технологических и коммерческих преимуществ. Рассмотрим несколько наиболее важных и распространенных преимуществ виртуализации:

Консолидация серверов. Поскольку виртуализация позволяет одному физическому серверу выполнять работу нескольких серверов, общее количество серверов на предприятии может быть сокращено. Этот процесс называется консолидацией серверов. Например, предположим, что в настоящее время имеется 12 физических серверов, на каждом из которых работает одно приложение. С внедрением виртуализации на каждом физическом сервере можно разместить три виртуальные машины, на каждой из которых будет работать одно приложение. Тогда для выполнения тех же 12 рабочих нагрузок организации потребуется всего четыре физических сервера.

Упрощенная физическая инфраструктура. При меньшем количестве серверов количество стоек и кабелей в центре обработки данных значительно сокращается. Это упрощает развертывание и устранение неполадок. Организация может достичь тех же вычислительных целей, используя лишь малую часть пространства, мощности и охлаждения, необходимых для размещения физических серверов.

Снижение затрат на оборудование и инфраструктуру. Консолидация серверов снижает стоимость оборудования центра обработки данных, а также затраты на инфраструктуру — меньше электроэнергии и охлаждения. Консолидация серверов с помощью виртуализации — это важная тактика экономии для организаций с большим количеством серверов.

Большая гибкость серверов. Поскольку каждая ВМ существует как собственный независимый экземпляр, каждая ВМ должна работать под управлением независимой ОС. Однако ОС может быть различной на разных ВМ, что позволяет организации развернуть любое желаемое сочетание Windows, Linux и других ОС на одном и том же физическом оборудовании. Такая гибкость не имеет аналогов в традиционных развертываниях физических серверов.

Улучшенное управление. Виртуализация централизует управление ресурсами и создание экземпляров виртуальных машин. Современная виртуализация добавляет множество инструментов и функций, которые дают ИТ-администраторам возможность контролировать и управлять виртуализированной средой. Например, функции живой миграции позволяют перемещать ВМ между двумя физическими серверами без остановки рабочей нагрузки. Функции защиты данных, такие как моментальные снимки, позволяют фиксировать состояние ВМ в любой момент времени, что дает возможность быстро и легко восстанавливать ВМ после неожиданных сбоев или аварий. Виртуализация хорошо подходит для централизованного управления, позволяя администраторам видеть все виртуальные машины в среде и устанавливать обновления с меньшей вероятностью ошибок.

Хотя виртуализация серверов приносит организации множество потенциальных преимуществ, дополнительное программное обеспечение и сложности управления программным обеспечением виртуализации влекут за собой множество возможных недостатков, которые организация должна учитывать:

Риск и доступность. Выполнение нескольких рабочих нагрузок на одном физическом компьютере несет риски для организации. До появления виртуализации отказ сервера влиял только на соответствующую рабочую нагрузку. При виртуализации отказ сервера может повлиять на несколько рабочих нагрузок, что может привести к более серьезным сбоям в работе организации, ее сотрудников, партнеров и клиентов. ИТ-лидеры должны учитывать такие вопросы, как распределение рабочей нагрузки — какие ВМ должны располагаться на каких физических серверах — и внедрять технологии восстановления и отказоустойчивости для обеспечения доступности критически важных ВМ после сбоев сервера или другой физической инфраструктуры.

Разрастание ВМ. ИТ-ресурсы зависят от тщательного управления, позволяющего отслеживать доступность, использование, состояние и производительность ресурсов. Знание того, что имеется, как это используется и как это работает, является ключом к эффективности центра обработки данных. Постоянной проблемой виртуализации и виртуальных машин является создание и последующий — хотя и непреднамеренный — отказ от виртуальных машин. Неиспользуемые или ненужные ВМ продолжают потреблять ценные ресурсы сервера, но выполняют лишь небольшую ценную работу; тем временем эти ресурсы недоступны для других ВМ. Со временем ВМ разрастаются, и организации не хватает ресурсов, что вынуждает ее делать незапланированные инвестиции в дополнительные мощности. Ненужные ВМ необходимо выявлять и выводить из эксплуатации, чтобы освободить ресурсы для повторного использования.

Нехватка ресурсов. Виртуализация позволяет превысить обычное использование ресурсов сервера, в первую очередь памяти и сети. Например, виртуальные машины могут использовать одно и то же физическое пространство памяти, полагаясь на обычную функцию подкачки — временное перемещение страниц памяти на жесткий диск, чтобы пространство памяти могло быть использовано другим приложением. Виртуализация может выделять больше памяти, чем есть у сервера. Чрезмерное использование памяти нежелательно, поскольку дополнительная задержка при доступе к диску может замедлить работу виртуальной машины. Пропускная способность сети также может стать узким местом, поскольку несколько ВМ на одном сервере конкурируют за доступ к сети. Обе проблемы можно решить путем модернизации главного сервера или перераспределения ВМ между серверами.

Лицензирование. Гипервизоры и связанные с ними средства управления с поддержкой виртуализации налагают на организацию дополнительные расходы, и лицензирование гипервизоров должно тщательно контролироваться для соблюдения условий лицензионных соглашений на программное обеспечение. Нарушение лицензий может повлечь за собой судебные разбирательства и значительные финансовые штрафы для организации-нарушителя. Кроме того, пустые виртуальные машины требуют независимых ОС, что требует лицензий для каждого развертывания ОС.

Опыт. Успешное внедрение и управление виртуализированной средой зависит от опыта ИТ-персонала. Образование и опыт необходимы для того, чтобы обеспечить эффективное и безопасное предоставление ресурсов, их мониторинг и своевременное восстановление, а также надлежащую защиту для обеспечения постоянной доступности каждой рабочей нагрузки. Бизнес-политики играют важную роль в использовании ресурсов, помогая определить, как запрашиваются, предоставляются и управляются новые ВМ на протяжении всего жизненного цикла ВМ.

Виртуализация зарекомендовала себя как надежная и универсальная технология, которая за последние два десятилетия проникла в большую часть центров обработки данных. Тем не менее организации могут продолжать сталкиваться с важными вопросами о подходящих случаях использования и приложениях для развертывания виртуализации. Сегодня виртуализация серверов может применяться в широком спектре случаев использования, проектов и бизнес-целей предприятия:

Консолидация серверов. Консолидация является квинтэссенцией использования виртуализации серверов — именно благодаря ей виртуализация появилась на карте. Консолидация — это процесс преобразования физических рабочих нагрузок в виртуальные машины, а затем перенос этих виртуальных машин на меньшее количество физических серверов. Это сокращает количество серверов, снижает затраты на их приобретение и обслуживание, освобождает место в центре обработки данных и снижает потребности ИТ-отдела в электроэнергии и охлаждении. Виртуализация позволяет ИТ-отделу делать больше с меньшими затратами и одновременно экономить деньги.

Разработка и тестирование. Хотя виртуализация серверов поддерживает производственные среды и рабочие нагрузки, гибкость и простота, которые виртуализация привносит в инициирование и развертывание виртуальных машин, делают ее полезной для инициатив по разработке и тестированию. Это простое дело — создать виртуальную машину для тестирования новой сборки программного обеспечения; экспериментировать с конфигурациями, оптимизацией и интеграцией виртуальных машин — заставить несколько виртуальных машин взаимодействовать — и проверить восстановление рабочей нагрузки в рамках тестирования аварийного восстановления. Эти ВМ часто являются временными и могут быть удалены по завершении тестирования.

Повышение доступности. Программное обеспечение для виртуализации обычно включает в себя ряд функций и возможностей, которые могут повысить надежность и доступность рабочих нагрузок, запущенных на ВМ. Например, живая миграция позволяет перемещать ВМ между физическими серверами без остановки рабочей нагрузки. ВМ можно перемещать с проблемных машин или систем, запланированных на техническое обслуживание, без заметных сбоев. Такие функции, как приоритетный перезапуск ВМ, гарантируют, что наиболее важные ВМ — с критически важными рабочими нагрузками и службами — будут перезапущены раньше других ВМ, чтобы упростить перезапуск после сбоев. Такие функции, как моментальные снимки, позволяют сохранять последние копии ВМ, по сути, защищая ВМ и обеспечивая быстрый перезапуск с минимальной потерей данных, если таковая вообще возможна. Другие функции доступности помогают нескольким экземплярам одной и той же рабочей нагрузки разделить трафик и нагрузку на обработку, поддерживая доступность рабочей нагрузки в случае отказа одной ВМ. Виртуализация стала центральным элементом планов технического обслуживания и предотвращения аварийных ситуаций.

Централизация. До виртуализации серверов на ИТ-персонал возлагалась обязанность отслеживать приложения и связанные с ними серверы. Виртуализация привносит мощные инструменты, позволяющие обнаруживать, организовывать, отслеживать и управлять всеми виртуальными машинами, запущенными в среде, через единое окно, предоставляя ИТ-администраторам всестороннее представление о состоянии виртуальных машин, а также любые предупреждения или проблемы, которые могут потребовать внимания. Кроме того, средства виртуализации отлично подходят для технологий автоматизации и оркестровки, позволяя автономно создавать и управлять ВМ.

Поддержка нескольких платформ. Каждая ВМ работает под управлением своей собственной уникальной ОС. Виртуализация стала удобным средством поддержки нескольких ОС на одном физическом сервере, а также серверов во всей среде центра обработки данных. Организации могут запускать желаемые сочетания Windows, Linux и других ОС на одном серверном оборудовании x86, которое полностью абстрагировано гипервизором виртуализации.
Существует очень мало корпоративных рабочих нагрузок, которые не могут хорошо функционировать в виртуальной машине. К ним относятся устаревшие приложения, работа которых зависит от прямого доступа к определенным аппаратным устройствам сервера. Такие проблемы возникают редко и должны исчезнуть, поскольку старые приложения неизбежно пересматриваются и обновляются с течением времени.

На современном рынке существует множество предложений по виртуализации, но выбор поставщиков и продуктов часто в значительной степени зависит от целей виртуализации и существующей ИТ-инфраструктуры. Организации, которым требуются гипервизоры 1 типа для производственных рабочих нагрузок, обычно выбирают VMware vSphere, Microsoft Hyper-V, Citrix Hypervisor, IBM Red Hat Enterprise Virtualization (RHEV) и Oracle VM Server for x86. VMware доминирует в современном ландшафте виртуализации благодаря своему богатому набору функций и универсальности. Microsoft Hyper-V является распространенным выбором для организаций, которые уже используют платформы Microsoft Windows Server. RHEV обычно используется в средах Linux.

Гипервизоры 2 типа широко распространены в средах тестирования и разработки, а также в многоплатформенных конечных устройствах — таких, как ПК, на которых необходимо запускать приложения Windows и Mac. Популярные предложения включают VMware Workstation, VMware Fusion, VMware Horizon 7, Oracle VM VirtualBox и Parallels Desktop. Многочисленные предложения VMware обеспечивают виртуализацию общего назначения, поддержку ОС Windows и Linux и приложений на оборудовании Mac, а также развертывание инфраструктуры виртуальных рабочих столов в масштабах предприятия. Продукт Oracle также является универсальным и поддерживает несколько ОС на одной настольной системе. Гипервизоры Parallels поддерживают ОС других производителей на оборудовании Mac.

Гипервизоры могут значительно отличаться по характеристикам и функциональности. Например, при сравнении vSphere и Hyper-V лица, принимающие решения, обычно рассматривают такие вопросы, как способ управления масштабируемостью обоих гипервизоров — общее количество процессоров и кластеров, поддерживаемых гипервизором — динамическое управление памятью, стоимость и вопросы лицензирования, а также доступность и разнообразие инструментов управления виртуализацией.

Однако некоторые продукты также предназначены для решения сложных задач. Если сравнивать vSphere ESXi с Nutanix, то Nutanix AHV привносит в корпоративную виртуализацию гиперконвергентную инфраструктуру (HCI), программно-определяемое хранилище и свою платформу управления Prism.

В конечном итоге, выбор любого гипервизора должен быть сделан только после длительного периода оценки, тестирования и экспериментов. ИТ- и бизнес-лидеры должны четко понимать совместимость, производительность и технические нюансы предпочтительного гипервизора, а также иметь полное представление о стоимости и лицензионных последствиях гипервизора и инструментов управления.