Virtualizace (opět) jako paradigma pro datacentra

Autor: František Gössel - Technology Consultant, fgossel@novell.cz, Novell

Termín virtualizace se poprvé objevil v šedesátých letech minulého století, kdy se výpočetní výkon u velkých sálových počítačů od IBM přerozděloval za pomoci softwaru mezi virtuální stroje. Od té doby získal pojem virtualizace řadu dalších významů. Dnes je virtualizace opět žhavým tématem a v souvislosti s datacentry je skloňována ve všech pádech. Především je to díky nynějším technologiím, které nabízejí potenciál řešit současné problémy související s využíváním hardwarových zdrojů, výkonnosti, škálovatelnosti a managementu. S virtualizací jsme schopni lépe konsolidovat a využívat výpočetní zdroje v datacentrech a maximálně tak zhodnotit investice vynaložené na podnikovou IT infrastrukturu.

Jako virtualizaci lze označit proces, kdy se přímé rozhraní svazující zdroj s uživatelem, nejčastěji hardware, nahrazuje rozhraním nepřímým, softwarově zprostředkovaným. Uživatel má tak k dispozici virtualizované abstraktní prostředí, které se navenek tváří jako reálné. Obvykle můžeme provozovat několik virtuálních strojů na jednom fyzickém stroji. Tento přístup nám přináší mnoho výhod. Především je to snáze spravovatelné prostředí, kdy má uživatel možnost přizpůsobit si systém na míru svým momentálním potřebám. Této vlastnosti se využívá například pro testovací a vývojová pracoviště třeba při vývoji softwaru, nebo pro studijní účely, kde za pomoci virtualizace se nasimuluje téměř kompletní síťová infrastruktura. To vše bez nutnosti pořizovat další hardware a dále ho složitě zapojovat a konfigurovat. Ve virtualizovaném systému se pouze nastaví požadovaný počet virtuálních síťových karet, případně počet CPU, velikost RAM atp.

Další zajímavou vlastností virtualizace je takzvaná hardwarová abstrakce, čímž je míněna podpora starších operačních systémů na novém hardware. V nejednom podnikovém prostředí je dosud provozováno například účetnictví z důvodu systémových požadavků na historickém, již nepodporovaném operačním systému, který běží na starším, dosluhujícím „železe“. Přechod na nový, spolehlivý hardware není obvykle možný, jelikož už pro provozovaný operační systém nejsou výrobcem dodávány ovladače. Řešením může být provozovat takovou stanici plnohodnotně ve virtuálním prostředí na současném, podporovaném hardwaru. Touto cestou se vydal i Novell NetWare. Společnost Novell, která dnes sází na SUSE Linux, přislíbila podporu NetWare až do roku 2010. Poslední verze NetWare (dodávaná v rámci Novell Open Enterprise Server 2) je upravena pro běh v paravirtualizovaném módu pro virtuální stroj Xen a současný NetWare tak lze provozovat už jen virtualizovaně. Tímto se mimo jiné vyřešily i problémy a náklady spojené s vývojem ovladačů pro moderní hardware a portováním na 64bitovou platformu.

Druhy virtualizace

Virtualizovat lze na různých úrovních, od celého počítače až po jednotlivé hardwarové komponenty nebo softwarové prostředí, jako je operační systém. My se podíváme ve stručnosti na tři známější typy virtualizace.

Emulace

Při emulaci je simulován kompletní stroj, který dovoluje běh neupraveného operačního systému na zcela odlišném procesoru. Tento způsob je využíván u vývoje software pro procesory, které nejsou fyzicky dostupné. Nevýhodou je vysoká režie tohoto přístupu, která je ale na druhou stranu svým charakterem určení v tomto případě zanedbatelná. Mezi typické zástupce sem patří Bosch, QEMU a PearPC.

Plná a nativní virtualizace

V případě plné virtualizace simulujeme všechny součásti počítače pro stejný druh procesoru. Hostovaný běžící operační systém je důsledně oddělený od fyzické vrstvy a nemůže tak poznat, že nemá přístup k fyzickému hardware. Veškeré aplikace běží jen na virtuálním hardware. Operační systém ani jeho aplikační programy nepotřebují žádné modifikace. To je zejména vhodné pro vývojáře, pokud si potřebují svůj produkt otestovat na několika různých operačních systémech. Asi nejpopulárnějším zástupcem je zde VMware Workstation a VMware Server (dříve GSX Server). Pokud má váš procesor rozšíření pro virtualizační technologie (AMD Pacifica nebo Intel VT), tak u virtuálního stroje Xen jsou v plné virtualizaci použity ovladače z projektu QEMU.

Paravirtualizace

Při plné virtualizaci je prakticky nemožné dosáhnout plného výkonu, a to i v případě, že virtuální počítač je víceméně přesným obrazem hardware, na kterém běží. Je totiž nutné vedle fyzického vybavení mimo jiné také emulovat řadu operací jako je práce s pamětí, většinu instrukcí procesoru, operace přístupu na disk atp. U paravirtualizace odpadá nutnost simulovat hardware a je prováděna jen částečná abstrakce virtuálního prostředí, čímž získáme mnohem vyšší výkon s menší režií provozovaného systému. K tomu je však nutná modifikace jádra hostovaného operačního systému.

Novell ZENworks Virtual Machine Management

Virtualizace, výkonné výpočetní clustery a další pokročilé technologie dnes slibují konsolidaci serverů v datových centrech. Problémem k řešení zůstává způsob, jak zajistit vzájemnou kooperaci a integraci těchto technologií a zároveň automatizovat správu řízení takto získaných systémových prostředků v heterogenním prostředí při zachování flexibility. Novell tradičně nabízí řešení k usnadnění správy IT infrastruktury v podobě produktové sady ZENworks.

Novell ZENworks Virtual Machine Management automatizuje proces zavádění a správy virtuálních prostředků, dynamického obstarávání pracovních úloh a zajištění kontinuity provozu v datových centrech bez ohledu na to, jestli používají operační systém GNU/Linux, UNIX nebo MS Windows. Toto komplexní řešení založené na zásadách podporuje virtualizační prostředí VMware, Xen a Microsoft, stejně tak jako správu virtualizovaných prostředí v systému Novell Open Enterprise Server.

Novell ZENworks Virtual Machine Management je vlastně rozšíření, které navyšuje funkcionalitu produktu Novell ZENworks Orchestrator, který funguje jako „mozek" řídící automatizaci na základě zásad. ZENworks Orchestrator se na rozdíl od jiných produktů pro správu pomocí heuristických metod, učí z dřívějších událostí a nároků prostředků.

Komponenty produktu

Celá architektura Novell ZENworks Virtual Machine Management je modulární a je tvořena základními (nezbytnými) a doplňkovými komponentami. Tyto komponenty zprostředkovávají rozšiřující funkce, včetně ZENworks Orchestrator Monitoring, který je navržený pro kompletní monitoring veškerých služeb napříč ZENworks Orchestrator serveru.

SUSE Linux Enterprise Server Xen Server

SUSE Linux Enterprise Server (SLES) Xen Server je robustní virtualizační vrstva, jež běží na fyzických serverech a poskytuje abstrakci zařízení jako procesoru, paměti, diskové kapacity a síťových prostředků.

Základní komponenty virtualizačního prostředí založeného na Xenu jsou hypervizor, hostitelský systém označovaný jako Dom-0, hostované virtualizované operační systémy, neboli guest domény (Dom-U), řídící nástroje a editovatelné konfigurační soubory. Hypervizor, nazývaný také virtual machine monitor, je open source program, který je nahrán před jádrem operačního systému a zajišťuje koordinaci low-level interakce mezi virtuálním strojem a fyzickým hardwarem. Hostitel představuje operační systém instalovaný přímo na fyzickém hardwaru, ze kterého se spouští hostované domény s virtualizovanými operačními systémy.

ZENworks Client a Virtual Machine Management Interface

Tyto nástroje jsou rozhraní, které umožňují administrátorům připojit se vzdáleně přímo na ZENworks Orchestrator server nebo na jednotlivé hostitelské systémy.

Virtual Machine Management Interface je grafické rozhraní postavené na Eclipse RCP, které zahrnuje obsluhu subkomponent Virtual Machine Builder, Virtual Machine Warehouse a ZENworks Orchestrator Monitoring.

Vzhled a ovládání prostředí lze upravovat do nejmenších detailů dle požadavků uživatele.

ZENworks Orchestrator User Portal

ZENworks Orchestrator User Portal slouží uživatelům k připojení na jednotlivé lokace, kde mohou přes webové rozhraní spravovat, editovat a spouštět připravené naskriptované úlohy. Tyto úlohy a dostupné zdroje jsou uživatelům zpřístupňovány na základě pravidel nastavených administrátorem ZENworks Orchestrator serveru.

ZENworks Virtual Machine Builder

ZENworks Virtual Machine Builder je přehledný průvodce tvorbou virtuálních strojů za pomoci hypervizoru Xen, a podle požadavků datového centra. Zde se pro budoucí virtuální stroj konfigurují parametry, jako je počet procesorů, velikost operační paměti, požadované úložné zařízení a diskové kapacity, operační systém a typ virtualizace. Mezi typy virtualizace máme na výběr mezi paravirtualizací a plnou virtualizací. Virtual Machine Builder umí také používat autoinstalační šablony a celý proces sestavy tak zautomatizovat.

ZENworks Virtual Machine Warehouse

ZENworks Virtual Machine Warehouse je nástroj umožňující management vytvořených virtuálních strojů. Virtual Machine Warehouse umožňuje správu verzí, takže kdykoliv je provedena modifikace virtuálního obrazu ve vývojovém, testovacím anebo produkčním prostředí, Virtual Machine Warehouse umožňuje vrátit se k předcházející verzi. Pokud je po odladění a testování verze označena jako GoldMaster, bude tato verze sloužit k automatické distribuci přes ZENworks Orchestrator Server coby template pro výchozí stabilní verze k nasazení v datacentru.

ZENworks Orchestrator Console

ZENworks Orchestrator Console je hlavní kontrolní centrum pro ZENworks Orchestrator Server. Odtud je možné centrálně obsluhovat všechny nainstalované funkce ZENworks Virtual Machine Managementu. V levé části okna konzole je stromový pohled na veškeré dostupné fyzické a virtuální stroje, které lze spravovat. Za pomoci agenta pak lze z tohoto místa vyhledávat ještě nezařazené a nespravované zařízení a dle potřeby si je přidávat. Horní části okna pak umožňují přepínat pohledy mezi správou jednotlivých hostitelských strojů, plánovače úloh, uživatelských skriptů, prostředků a nastavením pravidel uživatelů.

Dá se říci, že virtualizace je velice žhavým tématem současné IT branže, především díky mnoha aktuálním trendům, jako je zhodnocení investic vynaložených na podnikovou IT infrastrukturu nebo snadno spravovatelné prostředí. Odpoutává uživatele a správce podnikové infrastruktury od klasického hardware a umožňuje daleko flexibilnější, rychlejší a efektivnější práci IT správců, kteří díky virtualizaci získali významného pomocníka při přizpůsobování systému na míru svým momentálním potřebám. Virtualizace je dnes zdá se zkrátka nezbytností a celá architektura Novell ZENworks Virtual Machine Management je více než vhodným nástrojem pro ideální virtualizaci ve firmách.