Virtualizace DATA-INTER Opava Vladimír Holub datainter.cz

1. VirtualizaceDATA-INTER OpavaVladimír Holubwww.datainter.cz

2. Pojmy Pojem virtualizace Virtualizace je abstraktní vrtsva, která oddělí nebo isoluje nosnou komponentu, tj. fyzický hardware nebo software, od provozovaného operačního systému nebo aplikace za účelem vyšších IT zdrojů, flexibility a nebo bezpečnosti… Řešení virtualizace A/ Virtuální server (VS) - Na jednom operačním systému jsou virtualizovány (isolovány) současně provozované aplikační servery (FTP, WWW, SMTP, …) B/ Virtuální stroj/ Virtual Machine (VM) • Na jednom počítači jsou virtualizovány (isolovány) současně provozované operační systémy • Virtual Machine Monitor (VMM, Hypervisor) = nástroj, který koordinuje tyto systémy Předmětem tohoto semináře je softwarová virtualizace dle varianty B.

3. Schéma Schéma virtualizace

4. Důvody Výhody (důvody) virtualizace • využití výkonu hardware (90 až 95% je nevyužito) • současné provozování různých oper. systémů a jejich verzí (Linux, Windows, Novell, Mac OS, …) na jednom hardware • izolace operačních systémů a aplikací nebo jejich rozdílných verzí • testování a výuka oper. systémů a aplikací • prezentace „živých“ aplikací • klonování instalovaných oper. systémů (rychlá instalace dalších podobných VM) • vzdálené instalace a řešení problémů i při restartu oper. systému • simulace a testování netypických situací (aktualizace, havárie, obnova,…) • tvorba a testování rozsáhlých sítí • provozování clusterového nódu na „jednoduchém“ hardware • dokonalé zálohování • bezproblémový přesun mezi různým hardwarem (= zkopírování image) => nezávislost na HW • monitoring útoků • instalace a podpora starších verzí oper. systémů • existence hotových VM ke stažení (Linux distribuce, firewally, SMTP servery, …, cca 150 image) • možný start oper. systému z read-only medií (CD/ DVD) • Web hosting • eventuální navýšení rychlosti • manuální nebo dynamické rozložení zátěže na více serverech • úspora energie (servery, podpůrné zařízení, klimatizace, …) Poznámka: Některé argumenty jsou totožné s argumenty pro serverovou konsolidaci, proto virtualizace bývá jedním s typů její praktické realizace Nevýhody virtualizace • eventuální potřeba lépe dimenzovaného hardware (CPU, RAM, HDD,…) • nelze virtualizovat jakýkoliv hardware • vyšší závislost na funkcionalitě hardware

5. Typy virtualizace Typy virtualizace 1/ emulace - aneb plná virtualizace celého hardware s dynamickou rekompilací • není nutná modifikace hostovaného OS, provoz možný i na jiném CPU • velmi vysoká režie • ZX Spectrum, Atari, …

6. Typy virtualizace Typy virtualizace 2/ OS-level virtualizace - virtualizace dalších totožných OS na úrovni hostujícího OS (jeho kernelu)

7. Typy virtualizace Typy virtualizace 3/ aplikační virtualizace • virtulizace poskytuje jen základní komponenty potřebné pro běh aplikace, tj. systémové soubory, registry • rychlejší chod než v originálním OS

8. Typy virtualizace Typy virtualizace 4/ paravirtualizace • neemuluje hardware, ale poskytuje speciální API • bez VT v CPU vyžaduje modifikaci oper. systému (Microsoft Windows) • velmi malá režie (typicky 1 až 5%)

9. Typy virtualizace Typy virtualizace 5/ native virtualizace • aneb plná virtualizace s částečnou emulací hardware • nevyžaduje modifikování hostovaného OS, CPU musí být totožné • malá až středně velká režie

10. Virtualizace v CPU Virtualizace v CPU • Hardwarová podpora virtualizace • Virtualizační software pak plní úlohu „pouhého“ managementu Dva zástupci: Intel – Vanderpool (VT) Pentium 4 6x2, Pentium D-9x0, XEON 3xxx, 5xxx, 7xxx, Core 2 Duo AMD – Pacifica, druhá polovina roku 2006 Opteron 2200 a 8200, Athlon 64 x2, Turion 64 x2 přichází později, ale má toho umět víc, např. virtualizaci paměťového řadiče Poznámky: • nutná podpora v biosu a chipsetu • update bios – enable virtualization

11. Historie Historie XEN 2.x (free) VMware: - WorkStation 5.x (cca 5000,- Kč) - GSX Server 3.x (cca 45000,- Kč) - ESX Server 2.x (od 110000,- Kč) Microsoft: - Virtual PC (cca 3000,- Kč) - Virtual Server (od 15000,- Kč)

12. Současnost Dnes - dle hesla konkurence je zdravá XEN 3.x (free a $) Virtual Iron (free a $) KVM (free) VMware: - Player 1.0 (free) - Server 1.0 (free) - ESX 3.0 (od 1200 USD) Microsoft: - Virtual PC 2007 (free) - Virtual Server 2005 Standard R2 (free) - Virtual Server 2005 Enterprise R2 (free) rok 2006 = rok virtualizace

13. XEN XEN • Open Source projekt university v Cambridge • bez VT v CPU vyžaduje modifikaci oper. systému, což např. licence Microsoftu nedovoluje • součást Linuxových distribucí, Fedora 5, Suse, RedHat, … • Složitější management může řešit další Open Source aplikace zvaná Enomalism VMC • Jak XEN funguje? • Opírá se o tzv. protection mód v procesorech x86, kdy je možné používat 4 ringy (úrovně ochrany) • za běžných okolností v ringu 0 běží převážná většina OS, v ringu 3 pak jednotlivé aplikace. • XEN nabootuje do ringu 0 • do ringu 1 nastartuje tzv. privilegovaná doména dom0 (základní oper. systém) • dom0 pak v ringu 1 spouští další neprivilegované domény domU (virtuální stroje) • aby virtuální oper. systém mohl běžet v ringu 1, musí být jeho kernel modifikován • aplikace z jednotlivých domén domU beze změny běží v ringu 3 • doména dom0 vytváří backend ovladače zařízení, s kterými komunikují frontend ovladače z jednotlivých domU

14. edice XEN – edice 1/ Open Source XEN 3.0 RPM …

15. KVM KVM (Kernel-based Virtual Machine) • Open Source virtualizační řešení pro Linux na x86 hardware s VT CPU • Dostupný jako patch nebo externí modul pro Linuxový kernel • Součást jádra od verze 2.6.20, podporováno jádro od verze 2.6.16 • Provozovatelné jsou hostující oper. systémy: Linux (32-bit a 64-bit) Windows (32-bit) • KVM versus XEN • XEN je externí hypervisor, který převezme kontrolu nad strojem a rozděluje zdroje mezi virtuály, díky paravirtualizaci podává excelentní výkon • KVM je součástí jádra (linuxu) a k řízení virtálů používá normální Linuxový Scheduler a Memory Management. KVM je tedy mnohem menší a jednodušší.

16. Virtual Iron Virtual Iron • Vychází z filosofie XENu • Požaduje VT v CPU • Edice: • Free, Single server • Enterprise, $ • Podporované oper. systémy: • Red Hat Enterprise Linux 4 (32- a64-bit) • SUSE Linux Enterprise Server 9 (32- a 64-bit) • Windows XP Professional s Server 2003 (32-bit)

17. Microsoft Virtual Server Microsoft Virtual Server 2005 R2/ PC 2007 • zakoupen od firmy Connectix • edice Standard a Enterprise se liší max. počtem CPU: 4/ 32 Co dodat?

18. VMware VMware Player • Freeware • neumožňuje vytvářet a modifikovat zdroje pro VM, ale … • nelze nainstalovat na OS, kde je již jiný VMware produkt • ideální pro prezentace VMware Server • Freeware • možnost přikoupit support • nahrazuje a odvíjí se z původního produktu GSX Server • verze pro Linux nebo Windows VMware Infrastucture • $ • tzv. bare metal (není zapotřebí oper. systém) • další generace původního produktu ESX Server • rozšíření o Virtual Center klienta VMware ACE • poskytuje vysoké zabezpečení a kontrolu nad virtuálními desktopy P.S. Jednoduchá přenositelnost mezi produkty

19. Infastructure VMware Infrastucture 3.0 • slučuje původní produkty ESX Server a Virtual Center • výkonnější • podpora iSCSI a NAS • nový typ (levnějšího) limitovaného supportu (minor vs major) • cena per 2 CPU • centralizované licencování VMware poskytuje slevy pro školství (až 40%) …

20. VMFS VMware Infrastucture 3.0 • VMFS speciální a velmi rychlý file systém pro virtuální servery, který také umožňuje sdílení dat mezi více ESX Servery Poznámka: standardně nelze na storage přistupovat současně ze dvou a více serverů…

21. VMotion VMware Infrastucture 3.0 • VMotion přesun VM za chodu z jednoho fyzického serveru na druhý bez narušení dostupnosti OS a aplikací

22. HA VMware Infrastucture 3.0 • HA automatický restart VM na jiném fyzickém serveru v případě havárie

23. DRS VMware Infrastucture 3.0 • DRS inteligentní plánování rozložení zdrojů a jejich automatické využívání

24. Srovnání VMware Server kontra Infrastucture

25. Screenshoty Ukázka VMware Web Managementu

26. Screenshoty VMware (princip VNC) Ukázky Remote Console XEN (Java)

27. Screenshoty - údaj ukazuje aktuální potřebu skutečné frekvence CPU Monitoring výkonu (VI3)

28. Migrace Tipy na migraci tj. přesun operačního systému na fyzickém serveru do virtuálu bez reinstalace, tzv. P2V • 1. VMware Conventer • - edice: • Starter • free, migrace pouze za chodu OS • Enterprise • $, migrace po nabootování z CD, více migrací současně • 2. Ultimate P2V • - free • 3. EZP2V • - free

29. Zálohování Script (lze získat i u DATA-INTER) - určen pro VMware server pro Linux, popř. pro Windows - plánovaný shutdown VM, vykopírování na zvolené místo (LAN, USB, …), verifikace, start VM, odeslání emailu o úspěšnosti Tipy na zálohování esXpress - určen pro VMware ESX 2.x a 3.x - edice: Free, LE Starter, PRO, Enterprise Vizioncore esxRanger - určen pro VMware ESX 2.x a 3.x - edice: Basic (free), SE, PRO VMTS vmbk - určen pro VMware ESX 2.x a 3.x - free

30. Praxe Závěry z praxe • 1. generace VT v CPU nepřinese větší výkon využití je tedy hlavně u hypervisorů pro virtualizaci Windows platformy • SMP ve virtuálních strojích nepřináší vyšší výkon, spíše naopak • Hyper-Threading přináší vyšší výkon až při velkém počtu virtualizovaných strojů • přehnaná alokace zdrojů na virtuálních strojích vede k velkému snížení výkonu • 64-bit platforma u hostujícího OS není vždy jednoznačně rychlejší (do 4MB RAM), ale je stabilnější Horká novinka: - VMware uvolnil studii, která porovnává výkon ESX a XENu: ESX v ní vítězí - očekává se reakce XENu…

31. Licencování Licencování Microsoftu a ostatních aplikací • virtualizace nepřináší úsporu licencí • tzn. je zapotřebí licence na každý instalovaný/ provozovaný produkt ve virtualizovaném prostředí tak, jak tomu bylo ve vztahu k fyzickému stroji • u nových produktů (windows 2003, Exchange 2003, SQL 2005, …) na spuštěnou instanci • Software licencovaný na CPU je svázán s CPU, který je používán virtualizovaným serverem • licence na CPU se vztahuje na fyzický slot (neplatí tedy pro Hyperthreading a vícejádrové CPU) • oper. systém a aplikace typu OEM není dovoleno virtualizovat • speciální licence Windows Server 2003 R2 Enterprise: • 1 = 4, tj. 4x Windows Server 2003 R2 Enterprise (Standard)/ VM

32. Budoucnost Budoucnost • zdokonalování VT v CPU (Intel vs VT2) • virtualizace na desktopech • zdokonalování zabezpečení, centralizace a managementu VM • orientace na Linux …

33. Vzhůru do virtualizace aneb kdo nevirtualizuje, ať trpí… Děkuji za pozornost Otázky a odpovědi