Abeceda virtualizace

Termín virtualizace označuje technologie, jejichž cílem je vytvořit vrstvu abstrakce mezi počítačovými hardwarovými systémy a softwarem, který na nich funguje. Virtualizační řešení tím, že nabízejí logický, spíše než fyzický pohled na počítačové zdroje, umožňují několik velmi užitečných věcí: mohou vám v podstatě pomoci obelstít vaše operační systémy a přimět je, aby si myslely, že skupina serverů je jeden pool výpočetních zdrojů. A mohou vám umožnit, abyste na jednom stroji provozovali více operačních systémů současně.

Virtualizace má své kořeny v dělení (partitioning), kdy jeden fyzický server lze rozdělit na několik logických serverů. Jakmile je fyzický server rozdělen, každý logický server může nezávisle provozovat vlastní operační systém a aplikace. V 90. letech se virtualizace využívala především k obnovení prostředí koncového uživatele na jednom exempláři mainframového hardwaru. Pokud IT administrátor chtěl přijít s novým softwarem, ale chtěl předem vědět, jak bude pracovat na Windows NT nebo na Linuxu, použil virtualizační technologie k vytvoření různých uživatelských prostředí.

S nástupem architektury x86 a levných PC ale virtualizace ustoupila do pozadí a zdála se být spíše jen pouhým výstřelkem mainframové éry. Její současné znovuzrození je třeba připsat zakladatelům současného lídra na trhu, společnosti VMware. VMware v 90. letech vyvinula první hypervisor pro architekturu x86, a tím zasadila semínka nynějšího rozmachu virtualizace.

Proč bych měl chtít virtualizaci?

Rámus, jaký se v současnosti kolem virtualizace dělá, je téměř ohlušující. Z této schopnosti, kterou „prostě musíte mít“, se rychle stala technologie, kterou „si prostě musíte opatřit“; na trh vstupují noví prodejci a poskytovatelé podnikového softwaru ji zakomponovávají do nejnovějších verzí svých produktových řad. Důvod: čím více je používána, virtualizace vykazuje stále další hmatatelný přínos a v každém kroku rozšiřuje svou hodnotu pro podnik.

Tím nejlákavějším cukrátkem na tomto trhu je rozhodně konsolidace serverů. Virtualizace se stala úhelným kamenem nejoblíbenější úsporné iniciativy každého podniku. Analytici v branži hlásí, že na projektech konsolidace serverů pracuje asi 60 až 80 procent IT oddělení. Je snadné přijít na to, proč: snížením počtu a typu serverů, které podporují jejich podnikové aplikace, firmy zamýšlejí dosáhnout výrazné úspory nákladů. Nižší spotřeba energie, jak pokud jde o servery samotné, tak pokud jde o chladicí systémy, a dokonalejší využití stávajících, ne zcela využívaných výpočetních zdrojů, znamenají delší životnost datových center a tučnější výsledné zisky. Menší objem serverů je také jednodušší spravovat.
Ti, kteří sledují vývoj v počítačové branži, však hlásí, že většina společností zahájila svůj průzkum virtualizace testováním a vývojem aplikací. Ze šikovného triku, jak provozovat operační systémy navíc, se virtualizace rychle změnila v mainstreamový nástroj pro softwarové vývojáře. Dnes se již aplikace málokdy vytvářejí pro jediný operační systém; virtualizace umožňuje vývojářům, kteří pracují na jedné pracovní stanici (workstation), psát kódy, které poběží v řadě různých prostředí, a co je snad ještě důležitější, tyto kódy testovat. Toto prostředí je obecně vzato „nekritické“ (případné problémy neohrozí chod firmy), takže představuje ideální místo, kde se dá „kopat do pneumatik“.

Jakmile je vývoj aplikace uspokojivě dokončen a serverová farma se stává dokonale propojeným poolem výpočetních zdrojů, na první místa na seznamu toho, co je třeba udělat, se dostává ukládání a konsolidace sítě. K dalším charakteristikám a schopnostem, které umožňuje virtualizace a jež stojí za úvahu, se řadí vysoká dostupnost, obnova po katastrofách a vyvažování pracovní zátěže.

Jak může virtualizace prospět mému podnikání?

Kromě potenciálně výrazných úspor může virtualizace významně posílit obchodní agilitu organizace. Firmy, které používají clustering, dělení, řízení pracovní zátěže a další virtualizační techniky ke konfiguraci skupin serveru do opakovaně využitelných zdrojových poolů, jsou lépe s to reagovat na měnící se nároky, které jejich podnikatelská činnost na tyto zdroje klade.
Tato technologie také nabízí potenciál pro zásadní změnu způsobu uvažování IT manažerů o výpočetních zdrojích. V okamžiku, kdy správa jednotlivých zařízení přestává být tak náročná, pozornost IT se může přesunout od technologie na služby, které tato technologie dokáže poskytnout.

Jaké jsou různé typy virtualizace?

Existují tři základní kategorie virtualizace: virtualizace ukládání slučuje fyzické ukládání z mnoha síťových zařízení pro ukládání, takže se jeví jako jedno zařízení; síťová virtualizace kombinuje výpočetní zdroje do sítě tím, že rozděluje dostupnou šířku pásma do nezávislých kanálů, které mohou být přiděleny jednotlivým serverům nebo zařízením v reálném čase; a virtualizace serverů, která skrývá fyzickou povahu serverových zdrojů včetně počtu a identity jednotlivých serverů, procesorů a operačních systémů, před softwarem, který na nich běží.
Tato poslední kategorie je dnes zdaleka nejběžnější aplikací této technologie a je obecně považována za primární tržní sílu. Většina lidí, pokud používá termín „virtualizace“, má s největší pravděpodobnostní na mysli právě virtualizaci serverů.

Jaké důležité terminologické pojmy bych měl znát?

Hypervisor je nejzákladnější součást virtualizace. Je to software, který odpojuje operační systém a aplikace od jejich fyzických zdrojů. Hypervisor má své vlastní jádro a je instalován přímo na hardwaru neboli na „holém kovu“. Je téměř doslovně vložen mezi hardware a operační systém.

Virtuální stroj (virtual machine, VM) je nezávislé (uzavřené) operační prostředí – software, který pracuje s hostitelským operačním systémem, ale je na něm nezávislý. Jinými slovy je to na platformě nezávislá softwarová implementace CPU, která běží pod kompilovaným kódem. Například na virtuálním stroji v Javě bude (více méně) fungovat jakýkoliv program založený na Javě. Virtuální stroje musejí být psány specificky pro operační systémy, na kterých poběží. Virtualizační technolgoie se někdy označují jako dynamický VM software.

Paravirtualizace je typ virtualizace, kdy celý OS běží na hypervisoru a komunikuje s ním přímo, což obvykle vede k lepšímu výkonu. Jádra jak OS, tak hypervisoru musejí být nicméně modifikována, aby byla možná tato těsnější vzájemná součinnost. Paravirtualizovaný operační systém Linux například je specificky optimalizován tak, aby fungoval ve virtuálním prostředí. Úplná virtualizace oproti tomu představuje abstraktní vrstvu, která zachycuje veškeré odkazy k fyzickým zdrojům.
Paravirtualizace se opírá o virtualizační podskupinu architektury x86. Nedávný vývoj v oblasti posílení čipů jak u Intelu, tak u AMD pomáhá podporovat virtualizační schémata, která nevyžadují modifikované operační systémy. Virtualizační technologie „Vanderpool“ na úrovni čipu od Intelu patřila k prvním takovýmto inovacím. Procesor „Pacifica“ od ADM poskytuje další virtualizační podporu. Obě řešení mají umožnit jednodušší virtualizační kód a nabízejí potenciál pro lepší výkon plně virtualizovaných prostředí.

Aplikační virtualizace izoluje softwarové programy od hardwaru a OS, v podstatě je „zapouzdřuje“ jako nezávislé, přesouvatelné objekty, které mohou být přemístěny bez toho, aniž by to narušilo další systémy. Aplikační virtualizační technologie minimalizují změny operačního systému v souvislosti s aplikací, a zmírňují problémy s kompatibilitou ve vztahu k ostatním programům.

Virtuální nástroj (virtual appliance, VA) není, jak název naznačuje, kus hardwaru. Je to spíše prekonfigurovaná aplikace spojená s operačním systémem uvnitř virtuálního stroje. VA je nástroj pro distribuci softwaru, nabízený VMware a dalšími jako lepší způsob, jak instalovat a konfigurovat software. VA je zaměřena na virtualizační vrstvu, takže potřebuje nasměrování pomocí hypervisoru. VMware a další propagují VA jako lepší způsob balení softwarových demonstrátorů, demo projektů a vyhodnocení.

Projekt Xen vyvinul a dále vyvíjí open source hypervisor pro x86, který je dostupný zdarma. Xen vznikl v roce 2003 na základě GNU (General Public License), funguje na hostitelském operačním systému, a tak je považován za paravirtualizační technologii. Začal jako výzkumný projekt na Cambridgeské universitě pod vedením Iana Pratta, který později ze školy odešel a založil XenSource, první firmu, jež implementovala komerční verzi hypervisoru Xen. Xen nyní podporuje řada velkých podniků včetně Microsoftu, Novellu a IBM. XenSource (což nepřekvapuje) a Virtual Iron od SAPu nabízejí virtualizační řešení založená na Xenu.

Jaké jsou přínosy virtualizace?

Po IT odděleních se odjakživa chtělo, aby dělala stále více se stále skromnějšími prostředky, a dnes se toho dosahuje lepším využitím zdrojů. Virtualizační technologie nabízejí přímé a snadno kvantifikovatelné prostředky k dosažení tohoto mandátu tím, že soustřeďují nespojité výpočetní zdroje do poolů, které je možno sdílet.

Například analytici odhadují, že průměrný podnik využívá něco mezi 5 a 25 procenty své kapacity serverů. V těchto firmách většina energie, která je spotřebována jejich hardwarem, slouží jen k tomu, aby zbytečně vytápěla místnosti. Využití virtualizační technologie ke konsolidaci nedostatečně využitých serverů x86 v datovém centru přinese jak bezprostřední, jednorázovou úsporu nákladů, tak potenciálně významné další úspory.

Nejevidentnější bezprostřední dopad je dán snížením počtu serverů v datovém centru. Méně strojů znamená nižší denní spotřebu energie, jak servery samotnými, tak chladicími systémy, které firma musí provozovat a udržovat, aby zabránila přehřátí zařízení.

Přeměna změti serverů v hladce fungující výpočetní pool také může snížit budoucí náklady na hardware, případně nastoluje otázku dosažení dalších úspor pomocí modelu „pay- - per-use“ (plaťte jen za to, co využíváte). Navíc strategie virtualizace serverů může uvolnit cenný prostor, takže firma se má kam rozšiřovat. Z hlediska lidských zdrojů může lépe uspořádaná serverová farma vést ke zlepšení způsobu práce administrátorů.

Jaké druhy problémů virtualizace přináší?

Tato technologie mění způsob řízení, správy a provozování datového centra. Například než začalo docházet k virtualizaci serverů, mohli jste přijít do jakéhokoliv datového centra, požádat správce, aby uvedl nejdůležitějších pět aplikací, které organizace používá, a on vám mohl přímo ukázat stroje, na kterých tyto aplikace běžely. Virtualizace tuto tradici spojování hardwaru se softwarem přerušila.

Co bych měl od virtualizačního řešení očekávat?

Jedním slovem: management. Klíčová technologie hypervisoru, která odpojuje aplikace od hardwaru, na kterém fungují, již směřuje k tomu, že se stane komoditou. Velcí prodejci podnikového softwaru (například Microsoft, Sun Microsystems, BEA Systems, Hewlett-Packard, BMC a CA) ji zařazují do svých výrobkových sad. To, v čem se liší, je jejich schopnost poskytovat nástroje pro správu, monitoring a optimalizaci přidělování virtualizovaných zdrojů. Hledejte řešení, která poskytnou snadno použitelné nástroje pro shromažďování statistiky a uplatňování dynamické politiky pro lepší rozdělování vašich fyzických zdrojů mezi virtuální spotřebitele těchto zdrojů.

Byla to společnost VMware, kdo byl natolik jasnozřivý a zahájil posun směrem k managementu. Sada Infrastructure od VMware soustřeďuje všechno – servery, ukládání a síť – do jednoho jediného poolu zdrojů. Tato podniková virtualizační řešení, jako ESX Server od VMware, propojují CPU, paměť, síťování, ukládání a aplikace do poolů výpočetních zdrojů.

Budete také chtít, abyste mohli migrovat stávající aplikace a operační systémy vaší organizace, aniž by bylo nutno je modifikovat, na virtuální části. Tato migrace by měla usnadnit zlepšení výkonu těchto aplikací, ale budete potřebovat řešení, které bude podporovat integraci virtualizace se stávajícími nástroji pro správu.

Virtualizace již nepředstavuje jen konsolidaci serverů. Další klíčový přínos této technologie představuje flexibilita. Ve virtualizovaných prostředích je snadnější posouvat, zapouzdřovat, archivovat a optimalizovat. Přední virtualizační prodejci umožňují „live migration“, která síťovému administrátorovi usnadňuje život a umožňuje mu dosahovat vyšší produktivity.