 |
Программная среда для реализации системы виртуализации
|
|
|
|
В соответствии с требованием технического задания, сервисное программное обеспечение должно быть с открытым исходным кодом. Монитор виртуальных машин должен быть надежным и производительным и обеспечивать работу необходимых сетевых сервисов ЦОД.
На сегодняшний день существует множество решений полной виртуализации, среди которых VirtualBox, VMware, Parallels Workstation, Qemu, OpenVZ,VDSmanager, Microsoft Hyper-V, XEN,Kernel-based Virtual Machine.
Количество систем полной виртуализации промышленного уровня, с открытым исходным кодом относительно невелико, это OpenVZ, KVM (Kernel-based Virtual Machine) и XEN. Краткое сравнение систем виртуализации отображено в таблице 6.1.
| Название | Создатель | Процессор хост-машины | ОС хост-машины | Официально поддерживаемые гостевые ОС | Типичное применение | Скорость работы гостевой ОС в сравнении с ОС хоста |
| Xen | Кембриджский университет, Intel, AMD | Intel x86, AMD64, ((ведётся портирование на PowerPC и IA-64)) | NetBSD, Linux | Linux, NetBSD, FreeBSD, OpenBSD, Windows XP & 2003 Server (требует версию не ниже 3.0 и процессор поддерживающий технологию Vanderpool или Pacifica),Plan 9 | консолидация серверов, хостинг, разделение сервисов, безопасность, изоляция | Почти без потерь |
| KVM | Red Hat | Процессор Intel/AMD с поддержкой аппаратной виртуализации | Linux | Linux, HURD, Windows, xBSD, Darwin, QNX, MINIX, Haiku, Amiga Research OS, ReactOS, Plan 9, MS DOS, Free DOS, Solaris | ? | Близка к производительности хост-системы |
| OpenVZ | Проект сообщества, поддерживаемый Parallels, Inc. | Intel x86, AMD64, IA-64 | Linux | Различные дистрибутивы Linux | Изоляция виртуализирован-ных серверов, хостинг. | Почти без потерь |
Таблица 6.1
OpenVZ - это реализация технологии виртуализации на уровне операционной системы, которая базируется на ядре Linux. OpenVZ позволяет на одном физическом сервере запускать множество изолированных копий операционной системы, называемых Виртуальные Частные Серверы (Virtual Private Servers, VPS) или Виртуальные Среды (Virtual Environments, VE).
|
|
|
Поскольку OpenVZ базируется на ядре Linux, в отличие от виртуальных машин (напр. VMware) или паравиртуализационных технологий (напр. Xen), в роли «гостевых» систем могут выступать только дистрибутивы Linux.
Виртуализация на уровне операционной системы в OpenVZ даёт лучшую производительность, масштабируемость, плотность размещения, динамическое управление ресурсами, а также лёгкость в администрировании, чем у альтернативных решений (http://www.hpl.hp.com/techreports/2007/HPL-2007-59R1.pdf). Согласно сайту OpenVZ, накладные расходы на виртуализацию очень малы, и падение производительности составляет всего 1-3 %, по сравнению с обычными Linux-системами. OpenVZ является базовой платформой для Virtuozzo - проприетарного продукта Parallels, Inc. OpenVZ распространяется на условиях лиценции GNU GPL v.2.
KVM (Kernel-based Virtual Machine) - это программное решение, обеспечивающее виртуализацию в среде Linux на платформе x86, которая поддерживает аппаратную виртуализацию на базе Intel VT (Virtualization Technology) либо AMD SVM (Secure Virtual Machine). Программное обеспечение KVM состоит из загружаемого модуля ядра (называемого kvm.ko), предоставляющего базовый сервис виртуализации, процессорно-специфического загружаемого модуля kvm-amd.ko либо kvm-intel.ko, и компонентов пользовательского режима (модифицированного QEMU). Компонент ядра, необходимый для работы KVM, включен в основную ветку Linux начиная с версии 2.6.20 (February 2007). KVM был также портирован на FreeBSD как модуль ядра. KVM требует наличия x86-совместимого процессора с поддержкой одной из технологий аппаратной виртуализации - Intel VT либо AMD SVM. На данный момент KVM в состоянии запускать в качестве гостевых ОС GNU/Linux (32-битные и 64-битные), Windows (32-битные и 64-битные) и другие системы.
Xen - кросс-платформенный гипервизор, разработанный в компьютерной лаборатории Кембриджского университета и распространяемый на условиях лицензии GPL. Основные особенности: поддержка режима паравиртуализации помимо аппаратной виртуализации, минимальность кода самого гипервизора за счёт выноса максимального количества компонент за пределы гипервизора. Xen обладает функциональностью ПО корпоративного уровня; в нём, в частности, обеспечивается:
|
|
|
- Производительность виртуальных машин близкая к производительности при непосредственном исполнении на железе;
- Возможность живой миграции работающих виртуальных машин между хостами. Живая миграция - перенос виртуальной машины (ВМ) с одного физического сервера на другой без прекращения работы ВМ и остановки сервисов;
- Поддержка до 32 виртуальных процессоров на одну гостевую машину с возможностью горячего добавления (hotplug) процессоров;
- Поддержка платформ x86/32, x86/32 с PAE, x86/64, IA64, а также частичная поддержка платформ ARM и PPC;
- Поддержка технологии паравиртуализации для запуска модифицированных гостевых систем Linux,Unix,Solaris. Паравиртуализация - это адаптация ядра исполняемой ОС для работы совместно с Xen. Паравиртуализация обеспечивает скорость работы виртуализированной гостевой ОС практически сравнимую с реальной;
- Поддержка аппаратной виртуализации для запуска немодифицированных операционных систем (включая Microsoft Windows, Linux, Unix, OS/2, Novell Netware и многие другие ОС);
- Отличная поддержка оборудования (поддерживаются практически все драйверы устройств Linux).
Исходя из описания виртуальных машин, можно исключить использование OpenVZ, потому как данная система виртуализации не поддерживает другие операционные системы, кроме Linux (в проектируемом ЦОД ОС Microsoft Windows используется для сервисов AD DS).
KVM на данный момент - относительно молодая система виртуализации, в сравнении с XEN она имеет гораздо меньший опыт внедрения в промышленные информационные системы. XEN на данный момент обладает большей гибкостью конфигурирования, настройки и организации виртуальной среды.
В отличие от KVM, XEN поддерживает технологию живой миграции, что на данном этапе развития недоступно для KVM. Применение технологии миграции гостевых ОС увеличит доступность сетевых сервисов ЦОД. Требование к доступности сервисов оговорено техническим заданием удовлетворяется возможностями XEN: в случае отказа одной из гостевых систем будет возможность возобновления работы предоставляемых им сервисов на другом мониторе виртуальных машин XEN.
|
|
|
Таким образом, система виртуализации XEN является подходящей для использования в проектируемом ЦОД. Аппаратной поддержка виртуализации со стороны оборудования, на которое будет установлены мониторы виртуальных машин (гипервизоры) предусмотрена при выборе аппаратной составляющей.
Основной концепцией гипервизора является домен. Доменом называется запущенная копия виртуальной машины. Если виртуальная машина перезагружается, то её домен завершается (в момент перезагрузки) и появляется новый домен. Более того, даже при миграции содержимое копируется из одного домена в другой домен. Таким образом, за время своей жизни практически все виртуальные машины оказываются по-очереди в разных доменах.
Два основных типа доменов, это dom0 и domU:
dom0 - первый запущенный Xen домен, обычно он автоматически создаётся и загружается сразу после загрузки и инициализации гипервизора. Этот домен имеет особые права на управление гипервизором и по-умолчанию всё аппаратное обеспечение компьютера доступно из dom0. Фактически, dom0 - это место жизни управляющего ПО. dom0 всегда один.
domU - рядовой домен (сокращение от User domain), содержащий в себе домен выполняющихся виртуальных машин. Обычно не имеет доступа к реальному оборудованию и является «полезной нагрузкой» системы виртуализации. В отличие от dom0, domU может быть множество.
Несомненным плюсом XEN является поддержка технологии паравиртуализации, которая обеспечивает очень большую скорость работы гостевых UNIX-подобных операционных систем. Для проектируемого центра обработки данных подобная технология является очень актуальной ввиду большого количества сервисов, работающих на UNIX-подобных ОС.
До установки гипервизора XEN важно иметь ввиду возможности работы гипервизора с 32-х и 64-х разрядными ОС:
-32-х разрядный гипервизор XEN поддерживает работу только 32-х разрядных гостевых доменов.
|
|
|
- 64-х разрядный гипервизор поддерживает работу 32-х разрядных гостевых доменов без PAE (Physical Address Extension) и 64-х разрядных доменов без ограничений.
Для сервисов проектируемого центра обработки данных нужно применить 64-х разрядную версию XEN.
XEN загружается до ядра операционной системы, ввиде собственного образа ядра, которое после собственной инициализации управляет загрузкой ядра и модулей операционной системы. XEN в качестве гипервизора может работать на ОС Linux, OpenSolaris, BSD. Наибольшую практику внедрения имеет связка XEN&Linux.
Для работы XEN в сегменте виртуализации проектируемого ЦОД полностью подходит 64-разрядный дистрибутив операционной системы Linux CentOS (Community ENTerprise Operating System) - дистрибутив, основанный на открытых исходных кодах Red Hat Enterprise Linux и совместимый с ним. CentOS может быть сконфигурирован как гипервизор XEN на этапе установки операционной системы.
Планирование виртуальной среды
Все сетевые сервисы, за исключением подсистемы доступа к внешним сетям будут располагаться в виртуальном пространстве XEN. Надо спланировать размещение сетевых сервисов в виртуальном пространстве и распределить между ними аппаратные ресурсы. Для взаимодействия между гостевыми доменами в пределах одного гипервизора, между гипервизорами, а так же работы гостевых доменов с другими сегментами сети надо выбрать модель сетевого взаимодействия в этих средах. Согласно ТЗ надо предусмотреть возможность возобновления работы сетевых сервисов в случае выхода из строя одного из серверов на физическом или программном уровне. Условно можно разбить планирование виртуальной среды на следующие подзадачи:
-Размещение сетевых сервисов в виртуальном пространстве.
-Распределение аппаратных ресурсов между гостевыми доменами.
-Модель сетевого взаимодействия гостевых доменов в пределах гипервизора.
-Сетевое взаимодействие гипервизоров.
-Планирование взаимодействия гостевых доменов между гипервизорами, а так же с остальными сегментами сети.
-Обеспечение возобновления работы сетевых сервисов при аппаратных и программных сбоях системы.
|
|
|
