SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE. Fakulta elektrotechniky a informatiky

Transcription

1 SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE Fakulta elektrotechniky a informatiky Virtualizačné nástroje Diplomová práca Bc. Peter Kormanik FEI APLIKOVANÁ INFORMATIKA Vedúci diplomovej práce: Foltin Martin, Ing. PhD. Bratislava, Máj 2010

2 Slovenská technická univerzita v Bratislave Katedra aplikovanej informatiky a výpočtovej techniky Fakulta elektrotechniky a informatiky 2009/2010 ZADANIE DIPLOMOVEJ PRÁCE Evidenčné číslo: FEI ID študenta: Autor práce: Bc. Peter Kormanik (16015) Študijný program: aplikovaná informatika Študijný odbor: aplikovaná informatika Vedúci práce: Ing. Martin Foltin, PhD. Miesto vypracovania: Bratislava Názov témy: Virtualizačné nástroje Špecifikácia zadania: Virtualizačné nástroje sa v ostatnom čase tešia veľkej obľube. Svoje mieto si nachádzajú či už pri vývoji aplikácií, alebo aj v administrácii. Výhody sú zjavné. Na jednom počítači môžete súčasne prevádzkovať viac operačných systémov. Takže sa šetria peniaze spojené s nákup hardvéru pre každý operačný systém. Cieľom práce je preniknúť do podstay virtualizácie a provnať súčasné komerčné riešenia, prípadne ich porovnať s OpenSource riešeniami. Úlohy: 1. Popísať princípy a výhody virtualizácie 2. Virtualizácia na úrovni operačného sytému. Porovnať rôzne riešenia. 3. Navrhnúť možnosti využitia virtualizačných nástrojov 4. Prakticky preveriť výhodnosť virtualizácie v istých situáciách 5. Porovnanie hardwarového a virtualizovaného riešenia 6. Dosiahnuté výsledky publikovať Dátum zadania diplomovej práce: Termín odovzdania diplomovej práce: Bc. Peter Kormanik Študent prof. RNDr. Otokar Grošek, PhD. Vedúci pracoviska prof. RNDr. Otokar Grošek, PhD. Garant študijného programu 1

3 Anotácia Slovenská technická univerzita v Bratislave FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A INFORMATIKY Študijný program: Autor: Aplikovaná Informatika Peter Kormanik Názov bakalárskej práce: Vedúci bakalárskej práce: Virtualizažné nástroje Foltin Martin, Ing. PhD. Rok odovzdania: Máj, 2010 Cieľom tejto práce je popísať moderné virtualizačné nástroje, ktoré sa používajú vo veľkých dátových centrách, ale aj pri vývoji, administrácií na bežných serveroch, či počítačoch, porovnať komerčné a opensource riešenia. Porovnanie výhodnosti virtualizačných nástrojov v istých situáciách a porovnať a popísať možnosti ich využitia v súčasnosti. 2

4 Annotation Slovak University of Technology in Bratislava FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND INFORMATION TECHNOLOGY Degree Course: Author: Title of the bachelor theses: Applied Information Technology Peter Kormanik Virtualization tools Supervisor: Foltin Martin, Ing. PhD. Year of the submission: May, 2010 The main aim of this work is describing of virtualization tool, witch are used in large datacenters and in development of common servers or computers, to compare commercial and opensource solution. Comparison of advantages of virtualization tools in certain situations and compare and describe how to use them currently. 3

5 Čestné prehlásenie Prehlasujem, že som diplomovú prácu vypracoval samostatne s využitím uvedených zdrojov literatúry.... vlastnoručný podpis V Bratislave, dňa... 4

6 Poďakovanie Touto cestou sa chcem poďakovať vedúcemu záverečnej práce Ing. Martinovi Foltinovi, PhD. za ústretový prístup pri realizácii záverečnej práce, za čas venovaný konzultáciám, poskytnutie študijných materiálov a cenných rád. 5

7 1 OBSAH 1 OBSAH Čo je to virtualizácia? Najpoužívanejšie typy virtualizácie Serverová Virtualizácia Softvérová virtualizácia Hardvérová virtualizácia Virtualizácia úložiska Sieťová virtualizácia Správa virtualizácie Desktopová virtualizácia Prezentačná virtualizácia Virtualizácia aplikácií Čo je Virtuálny stroj? Konfiguračný súbor Súbor pevného disku Súbor vnútornej pamäte Súbor stavu virtuálneho stroja Ostatné súbory Architektúra a platformy virtualizácie Desktopová virtualizácia Virtuallizácia aplikácie X86 hardvérová virtualizácia Plná virtualizácia pomocou binárneho prekladu Paravirtualizácia Hardware assisted virtualization

8 CPU Virtualizácia pamäte Softwarovo založená I/O Komerčné virtualizačne nástroje Voľné (bezplatné) virtualizačné nástroje Praktické výhody virtualizačných nástrojov Možnosti využitia virtualizačných nástrojov Záver Literatúra

9 2 Čo je to virtualizácia? Virtualizácia je vytvorenie virtuálnej verzie niečoho, napríklad operačného systému, servera, zariadenia na ukladanie dát alebo sieťového zdroja. Virtualizácia operačného systému využíva softvér nato, aby na ňom mohlo fungovať viacero operačných systémov v rovnakom čase. Táto technológia vznikla vo veľkých dátových centrách a mainframe počítačoch. Dovoľuje administrátorom lepšie využiť hardvérové prostriedky. V roku 2005 sa virtualizácia rozšírila do takmer celého IT a vznikli ďalšie virtualizačné riešenia ako sieťová virtualizácia, virtualizácia úložišťa dát, serverová virtualizácia. Dnešné virtualizačné technológie sú v neustálom vývoji a sú jedným z najpoužívanejších nástrojov v dátových centrách. Čoraz častejšie sa tieto nástroje dostávajú aj na bežné servery, počítače a stretáva sa s nimi čoraz viac užívateľov, či už v oblasti administrácie, vývoja aplikácii alebo aj v bežnom využívaní počítača. Podľa typu virtualizácie ju môžeme rozdeliť do siedmich vrstiev. Obrázok 1: Virtualizácia [11] 8

10 Virtuálny stroj (VM), softvérová implementácia stroja (počítača), ktorá spúšťa programy ako reálny stroj. Virtualizačná platforma, oddeľuje operačný systém od základných zdrojov. Plná virtualizácia, citlivé inštrukcie nahrádza binárnym prekladom alebo zachytáva hardvérom všetok softvér beží vo virtuálnom stroji. Virtualizácia s asistenciou hardvéru, procesor zachytáva citlivé inštrukcie. Čiastočná virtualizácia, výhodnejšie pre samostatné aplikácie ako pre celé Operačné systémy. Paravirtualizácia, virtualizačná technika, ktorá prezentuje softvérové rozhranie do virtuálneho stroja, ktoré je podobné, no nie identické, preto vyžaduje aby bol hosťovaný systém upravený. Virtualizácia na úrovni operačného systému, metóda kde operačný systém povoľuje viaceré užívateľské inštancie. o Virtualizácia aplikácií, hosťovanie individuálnych aplikácii na hostiteľskom hardvéry alebo softvéry. Prenosné aplikácie, počítačový softvér ktorý je spustiteľný z prenosného zariadenia ako USB flash disk. Virtualizácia medzi platformami umožňuje kompilovanému softvéru pre špecifické CPU a operačné systémy bežať na rôznych operačných systémoch a procesoroch. Virtuálne zariadenia, obraz virtuálneho stroja, navrhnutého tak aby fungoval na virtualizačnej platforme. Emulácia alebo simulácia. Virtuálna pamäť, umožňuje jednotné, fyzicky oddelené adresovanie. Virtualizácia úložiska dát, proces úplného oddelenia logickej štruktúry ukladania dát od fyzickej. Virtualizácia siete, Vytvorenie virtualizovanej sieťovej adresácie medzi podsieťami. Virtuálna súkromná sieť (VPN), počítačová sieť, kde niektoré spojenia sú prenášané po virtuálnych okruhoch vo väčšej sieti. 9

11 Virtualizácia pamäte, zoskupenie pamäťových zdrojov zo spojených systémov do virtualizovanej pamäte. Desktopová virtualizácia, vzdialený prístup na počítač alebo systém. Databázová virtualizácia, oddelenie databázovej vrstvy, ktorá leží medzi skladovacou a aplikačnou vrstvou v zásobníku aplikácie [35]. 10

12 3 Najpoužívanejšie typy virtualizácie 3.1. Serverová Virtualizácia Serverová Virtualizácia je zameraná na rozdelenie fyzickej inštancie operačného systému do virtuálnej inštancie alebo virtuálneho stroja. Najčastejšie sa používa na akékoľvek x86 (32 bitové) alebo x86-64 (64 bitové) operačné systémy, ako sú Windows, Linux a niektoré formy UNIX Softvérová virtualizácia Softvérová virtualizácia je najčastejšou formou virtualizácie, kde na existujúcom operačnom systéme je spustený jeden alebo viac operačných systémov v takzvanom virtuálnom stroji, ktorý spúšťa a obsluhuje programy alebo procesy bežiace pod existujúcim operačným systémom Hardvérová virtualizácia Hardvérová virtualizácia je rozšírená najmä v dátových centrách, kde virtualizovaný operačný systém je na nad vrstvou softvérovej platformy a beží priamo na hardvéry bez operačného systému. Systém hardvérovej virtualizácie je zvyčajne označovaný ako hypervizor. Výhodou tejto virtualizácie je úplné využitie hardvérových prostriedkov pre virtualizované operačné systémy. Pri práci na virtuálnom stroji je fyzický (hardwarový) stroj vyťažený len do výšky vyťaženia virtuálneho stroja Virtualizácia úložiska Virtualizácia úložiska dát sa používa na zlúčenie viacerých zariadení fyzického úložišťa dát, ktoré sa javí ako jeden veľký celok. Skladovanie dát v tomto zlúčení môže mať niekoľko foriem: priamo pripojené úložné zariadenia (DAS), sieťovo pripojené zariadenia (NAS), či siete SAN (storage area). Následne môžu byť spojené pomocou niekoľkých protokolov: Fibre Channel, Internet SCSI (iscsi), Fibre Kanál na Ethernet alebo sieťovým súborovým systémom (NFS) Sieťová virtualizácia Sieťová virtualizácia umožňuje ovládať dostupné šírky pásma podľa rozdelenia do nezávislých kanálov, ktoré možno priradiť ku konkrétnym zdrojom. Napríklad, v najjednoduchšej podobe siete je virtualizácia virtuálna lokálna sieť (VLAN), 11

13 ktorá vytvára logické rozčlenenie fyzickej siete. Takáto virtuálna sieť dokáže dokonca spájať virtualizované systémy medzi sebou na jednom stroji, kde je spustených viacero virtualizovaných systémov Správa virtualizácie Správa virtualizácie je zameraná na technológie, ktoré riadia celé datacentrá, fyzické aj virtuálne. Používa sa na rozdelenie služieb do oddelených kanálov, ktoré nezasahujú do svojich činností. Využíva sa i na rozdelenie a manažovanie činností administrátorov v jednotlivých častiach datacentier, ktorí pracujú na jednom stroji, ale v rôznych vrstvách Desktopová virtualizácia Desktopová virtualizácia zahŕňa, resp. poskytuje prístup k celému prostrediu informačného systému alebo samotné prostredie do vzdialeného klientskeho zariadenia. Klientske zariadenie môže byť založené na úplne inej hardvérovej architektúre, ako prostredie, ktoré systém používa. Taktiež môže byť založené aj na inom operačnom systéme Prezentačná virtualizácia Prezentačná virtualizácia, donedávna nazývaná aj ako terminálové služby, poskytuje iba prezentačnú vrstvu z centrálneho umiestnenia pre užívateľa. Používanie prezentačnej virtualizácie sa znižuje vďaka zavedeniu technológií, akou je virtualizácia aplikácií. Protokoly pre prezentačnú virtualizáciu sú používané v desktopovej virtualizácií a serverových virtualizačných technológiách, pretože zabezpečujú prístupy k správe virtuálnych pracovných úloh Virtualizácia aplikácií Virtualizácia aplikácií využíva rovnaké princípy ako softvérovo založená serverová virtualizácia. Nepoužíva však celý virtualizovaný operačný systém, ale oddeľuje produktivitu aplikácií od operačného systému. Transformuje distribuované aplikácie modelu riadenia, pretože je postačujúce virtualizovať aplikáciu len raz. Vďaka tomu virtualizovaná aplikácia môže fungovať na rôznych verziách operačného systému alebo dokonca aj na rôznych typoch operačných systémov, či rôznych architektúrach. Aplikácie 12

14 pretransformované na virtuálne, môžete prenášať medzi systémami bez zmeny v samotnej aplikácii [1] 13

15 4 Čo je Virtuálny stroj? Virtuálny stroj je typ počítačovej aplikácie, používanej na vytvorenie virtuálneho prostredia, ktoré vytvára samotnú virtualizáciu. Virtualizácia umožňuje užívateľovi vidieť infraštruktúru siete alebo spúšťať viaceré operačné systémy v rovnakom čase. S pomocou virtuálneho stroja môže ovládať softvér na počítačovej platforme. Existuje viacero rôznych typov virtuálneho stroja. Najčastejším názvom používaným na označenie softvéru hardvérového virtuálneho stroja je hypervizor. Tento typ virtuálneho stroja umožňuje spúšťanie rovnakých operácii na jednom počítači. Všetky operácie bežia pod operačným systémom, čo umožňuje rôznym aplikáciám spúšťanie aj na iných operačných systémoch, ako tých, pre ktoré boli navrhnuté. Základný softvér hypervizor je spustený priamo na hardvéri a pôsobí ako koordinátor, ktorý spravuje viacero operačných systémov vo virtuálnych strojoch. V tejto konfigurácii, je každá inštancia operačného systému spustená vo virtuálnom stroji a obsahuje samostatné prevádzkové prostredie, ktoré je spustené nad hypervizorom a chová sa ako samostatný počítač. Obrázok 2: Virtuálny stroj [9] 14

16 Virtuálny stroj sa skladá z niekoľkých zložiek : Konfiguračný súbor Súbor, ktorý obsahuje informácie o nastavení, ako je veľkosť RAM, počet procesorov, počet a typ sieťovej karty (NIC) a virtuálnych diskov vyhradených pre virtuálny stroj. Pri každom vytvorení nového virtuálneho stroja, je možné vytvoriť iný konfiguračný súbor, teda súbor, ktorý hovorí virtualizačnému softvéru, ako má rozdeliť fyzické zdroje počítača do virtuálneho stroja. Tento súbor ukazuje, kde sú umiestnené pevné disky a súbory, koľko pamäte RAM má použiť. Ukazuje aj ako komunikovať s kartou sieťového adaptéra, a ktorý procesor či procesory sa použijú. Keďže obsahuje iba nastavenie, tento súbor je zvyčajne malý a nachádza sa buď v čistom texte, alebo vo formáte XML. Súbor pevného disku Súbory, ktoré obsahujú určité informácie, ktoré by sa mali nachádzať na pevnom disku. Zakaždým, keď sa vytvorí virtuálny stroj, virtualizačný softvér vytvorí virtuálny pevný disk, ktorý je bežným súborom na fyzickom disku. Všetky súbory nainštalované v operačnom systéme sa nachádzajú v tomto súbore. Rovnako, ako fyzický disk aj virtuálny stroj môže obsahovať viacero virtuálnych diskov. Pevný disk je simulovaný súbor, ktorý je zvyčajne automaticky rastúci a dovoľuje systému začať s malým súborom. Pridávaním nového obsahu sa súbor bude automaticky zväčšovať. Existujú dva hlavné typy súborov. Virtual machine disks (VMDK) od firmy Vmware a virtual hard disks (VHD) od firmy Microsoft. Oba používajú pevný súborový formát, podobne ako databázy a podporujú jeho automatické zväčšovanie pri každej priamej informácii. Súbor vnútornej pamäte Súbor, ktorý je uložený v pamäti. Obsahuje informácie, ktoré sú v prípade vypnutia virtuálneho stroja prepísané na pevný disk. Súbor stavu virtuálneho stroja Tak ako skutočné stroje aj virtuálne stroje podporujú prevádzkové režimy podobné spánkovému režimu a hibernácii. Z pohľadu virtualizácie to znamená, že dôjde k zastaveniu, prerušeniu a uloženiu stavu stroja. Pokiaľ je chod stroja prerušený, jeho stav 15

17 pred prerušením je uložený do súboru. Obsahuje len predchádzajúci stav stroja, preto je súbor zvyčajne oveľa menší ako súbor virtualizovaného pevného disku. Ostatné súbory Súbory, ktoré obsahujú záznamy a ďalšie súvisiace informácie. 16

18 5 Architektúra a platformy virtualizácie 5.1. Desktopová virtualizácia Rovnaká technológia, ktorá poháňa serverovú virtualizáciu môže fungovať aj pri desktopovej virtualizácii. Virtualizácia desktopov centralizuje nasadenie desktopu tak, že je možné nad ním získať úplnú kontrolu. Navyše umožňuje užívateľom využiť celý rad koncových prístupových bodov, ako sú malé počítače, mobilné PC, domáce PC, alebo pristupovať z verejných počítačov k podnikovej infraštruktúre cez Remote Desktop Connection (RDC). Hlavný rozdiel medzi desktopovou virtualizáciou a prezentačnou virtualizáciou, často nazývanou ako terminálové služby je, že v prezentačnej virtualizácii musia užívatelia zdieľať prostredie pracovnej plochy so všetkými ostatnými užívateľmi, ktorí sú pripojení k serveru. V desktopovej virtualizácii dostane každý užívateľ prístup do svojho vlastného počítača, čo obmedzuje možnosti vplyvu aplikácií a samotných užívateľov. Každý z nich tak môže nerušene pracovať vo svojej vlastnej aplikácii na svojom vlastnom počítači. To zaručí, že sa medzi jednotlivými virtuálnymi desktopmi neprenesie problém z jedného desktopu na iný, aj keď sa nachádza na rovnakom servery. Takéto virtuálne počítače dávajú užívateľom vzdialený prístup do uzavretého a riadeného prostredia. Správca počítačov môže takýmto spôsobom otestovať záplaty alebo balíky nových služieb v kontrolovanom prostredí bez nejakého dopadu na ostatných užívateľov servera. Virtuálne desktopy sú výhodné aj pri školeniach a tréningu koncových užívateľov, kde po skončení školenia len jednoducho obnovíme pôvodný stav virtuálneho stroja, a tak bude opäť pripravený pre ďalšieho užívateľa. Takéto riešenie je časovo menej náročné ako pri správe distribuovaných systémov v celej infraštruktúre. Existujúce počítače sa môžu jednoducho premeniť na zariadenia, o ktoré sa netreba vo veľkej miere starať. Potrebné je mať nainštalovaný iba operačný systém na fyzickom hardvérovom stroji, ochranu pred vírusmi a terminál na vzdialenú správu počítača. Preto nie sú potrebné žiadne ďalšie aplikácie alebo akékoľvek zásahy do systému. Riadenie takýchto prístupových bodov je nákladovo efektívne, keďže nie je potrebné aktualizovať stovky aplikácii. 17

19 5.2. Virtualizácia aplikácie Kľúčovou virtualizačnou vrstvou, ktorá sa najviac podobá na virtualizáciu serverov je aplikačná virtualizácia. Táto virtualizácia vytvára samostatné softvérové aplikácie alebo služby na vrchu operačného systému pomocou špeciálnej virtualizačnej vrstvy. Výhodou APPV je, že úplne chráni operačný systém pred všetkými zmenami, ktoré by mohli nastať už počas inštalácie. V tejto súvislosti neprebieha samotná inštalácia aplikácie, ale aplikácia si len zachováva svoj pôvodný stav v súbore na pevnom disku. Následne je možné použiť ju pod akýmkoľvek funkčným operačným systémom X86 hardvérová virtualizácia X86 operačné systémy su navrhnuté tak, aby ich bolo možné spúšťať na fyzickom hardvéry. Architektúra x86 ponúka 4 úrovne práv, známe ako okruh 0,1,2 a 3 pre operačné systémy a aplikácie, ktoré riadia prístup do hardvéru počítača. Zatiaľ čo užívateľská úroveň je typicky 3, operačný systém potrebuje mať prístup k pamäti a hardvér musí vedieť spúšťať inštrukcie na úrovni 0. Pri virtualizácii na architektúre X86 sa vyžaduje umiestnenie virtualizačnej vrstvy pod operačný systém (kde očakávame vo väčšine prípadov úroveň 0), aby bol schopný vytvárať a ovládať virtuálne stroje a pristupovať k požadovaným zdrojom. Komplikácia nastane vtedy, pokiaľ niektoré citlivé inštrukcie nemôžu byť efektívne virtualizované, keďže môžu mať odlišnú sémantiku (ak nie sú vykonávané na úrovni 0). Ťažkosti v odchytení a preložení týchto citlivých inštrukcií požadovaných počas procesu virtualizovania je možné riešiť pomocou binárnych prekladacích techník. Môžu sa spúšťať v okruhu 0 izolovane, zatiaľ čo sa presúva z operačného systému do užívateľského okruhu s vyššími právami ako aplikácie v okruhu 3, ale menšími ako virtuálny stroj v okruhu 0 [11][9] Plná virtualizácia pomocou binárneho prekladu V dnešnej dobe je možné vitualizovať prakticky každý operačný systém, pomocou kombinácii binárneho prekladu a techník priameho prevedenia. Tento prístup prekladá jadro kódu na nevirtualizované inštrukcie s novými inštrukciami, ktoré majú prístup k virtuálnemu hardvéru. Medzitým užívateľská úroveň kódu je priamo spúšťaná na procesore pre vyšší výkon virtualizácie. Každý monitor virtuálneho stroja zabezpečuje 18

20 virtuálny stroj so všetkými službami fyzického systému, ako je virtuálny bios, virtuálne zariadenia a virtuálny manažment pamäte. Táto kombinácia binárneho prekladu a priameho prevedenia ponúka plnú virtualizáciu hostiteľkého operačného systému a je úplne oddelená od hardvéru virtualizačnou vrstvou. Hostiteľský operačný systém je nedotknutý a nevyžaduje žiadne zmeny. Plná virtualizácia je jedinou možnosťou, ktorá nevyžaduje hardvérovú pomoc alebo pomoc operačného systému na virtualizáciu citlivých a privátnych inštrukcií. Hypervizor prekladá všetky inštrukcie operačného systému za chodu a zaznamenáva výsledky pre neskoršie použitie, zatiaľ čo inštrukcie užívateľskej úrovne bežia nezmenené pri normálnej rýchlosti. Plná virtualizácia ponúka najlepšiu ochranu a izoláciu pre virtuálne stroje, zjednodušuje migráciu a prenositeľnosť. Ako hostiteľská inštancia operačného systému môže bežať virtualizovaná alebo na natívnom hardvéry Paravirtualizácia Predpona para označuje v zmysle virtualizácie paravirtualizáciu, ako komunikáciu medzi hostiteľským operačným systémom a hypervizorom na zlepšenie výkonu a efektivity. Paravirtualizácia zahŕňa zmenu jadra operačného systému tak, aby nahradila nevirtualizovateľné inštrukcie s hypervolaniami, ktoré komunikujú priamo s virtualizačnou vrstvou hypervizora. Hypervizor taktiež ponúka zohranie na hypervolania pre kritické operácie na jadre, ako správu pamäte, prerušenie, manipuláciu a načasovanie. Paravirtualizácia je odlišná od plnej virtualizácie, kde pôvodný operačný systém nevie, že je virtualizovaný a citlivé volania operačného systému sú odchytené použitím binárneho prekladu. Hodnota paravirtualizácie je v nižšej virtualizačnej záťaži, ale samotný výkon a výhoda paravirtualizácie oproti plnej virtualizácii môžu závisieť aj od aktuálneho zaťaženia. Paravirtualizácia nemôže podporovať nemodifikované operačné systémy, ich kompatibilita a portabilita je nízka. Paravirtualizácia potrebuje vyššiu podporu a údržbu v zariadení a vyžaduje hlbší zásah do jadra operačného systému. Open Source projekt Xen je príkladom paravirtualizácie, ktorá virtualizuje procesor a pamäť s použitím upraveného linuxového jadra a virtualizuje vstupy a výstupy pomocou ovládačov zariadenia v hostiteľskom operačnom systéme. Zatiaľ, čo vytvoriť binárny preklad potrebný pre plnú 19

21 virtualizáciu je pomerne zložitý, úprava hostiteľského operačného systému pre potreby paravirtualizácie je relatívne jednoduchá [9] Hardwarovo asistovaná virtualizácia CPU Dodávatelia hardvéru v dnešnej dobe podporujú virtualizáciu a vyvíjajú nové funkcie na zjednodušenie virtualizačných techník. Prvé generácie podporovali technológie procesorov Intel virtualization technology (VT-x) a AMD (AMD-V), ktoré podporujú virtualizáciu v root móde pod okruhom 0. Privátne a citlivé volania sú nastavené automaticky na hypervizora odstraňujúc potrebu po binárnom preklade alebo paravirtualizácii. Hostiteľský stav je uložený v riadiacej štruktúre virtuálneho stroja (VT-x) alebo riadiacom bloku virtuálneho stroja (AMD-V) procesora Virtualizácia pamäte Popri CPU virtualizácii je kritickým komponentom virtualizácia pamäte, ktoré zahŕňa zdieľanie fyzickej systémovej pamäte a jej dynamické prideľovanie virtuálnym strojom. Virtualizácia pamäte virtuálneho stroja je veľmi podobná virtuálnej pamäti moderných operačných systémov. Aplikácie vidia adresný priestor, ktorý je viazaný na základnú fyzickú pamäť v systéme. Operačný systém drží mapovanie virtuálnych stránok na fyzické stránky v stránkovacích tabuľkách. Všetky moderné x86 procesory zahŕňajú jednotku správy a prekladací zásobník na optimalizáciu výkonu virtuálnej pamäte. Pre spustenie viacerých virtuálnych strojov na jednom systéme je potrebná ďalšia úroveň virtualizácie pamäte. Jeden musí virtualizovať jednotku správy pamäte pre podporu hostiteľského operačného systému. Hostiteľský operačný systém pokračuje v kontrole mapovania virtuálnej adresácie do adresácie hostiteľskej pamäte, ale hostiteľský operačný systém nemôže mať prístup do vlastnej pamäte stroja. VMM je zodpovedná za mapovanie hostiteľskej fyzickej pamäte do vlastnej pamäte stroja, pričom používa tieňové stránkovacie tabuľky na zrýchlenie mapovania. VMM používa TLB hardvér na mapovanie virtuálnej pamäte priamo do pamäte stroja, aby sa zabránilo dvojitému prístupu. Keď hostiteľský operačný systém zmení virtuálnu pamäť na fyzické mapovanie, VMM 20

22 aktualizuje tieňové stránkovacie tabuľky pre priame prehliadanie. MMU virtualizácia vytvára hlavičky pre všetky virtualizačné prístupy. Posledným komponentom popri CPU a virtualizácii pamäte je virtualizácia výstupných a vstupných zariadení. Je v nej zahrnutá správa smerovania I/O požiadaviek medzi virtuálnymi zariadeniami a zdieľaním fyzického hardwaru Softwarovo založená I/O virtualizácia Virtualizácia a správa, na rozdiel od priamej hardvérovej, povoľuje bohaté možnosti a zjednodušuje správu. Napríklad virtuálna sieťová karta a prepínač vytvárajú virtuálnu sieť medzi virtuálnym strojom bez spotrebovania sieťovej prevádzky na fyzickej sieti. Umožňujú pridelenie viacerých sieťových kariet jednému virtuálnemu stroju. Najväčšou výhodou je efektívna I/O virtualizácia, zatiaľ čo udržuje zaťaženie procesora na minime. Hypervizor virtualizuje fyzický hardvér a vytvára každý virtuálny stroj so štandardizovaným samovirtuálnym zariadením. Tieto virtuálne zariadenia efektívne emulujú známe zariadenia a prekladajú požiadavky od virtuálneho stroja systémovému hardvéru. Táto štandardizácia pomáha ovládačom zariadenia v prenositeľnosti medzi platformami, ak sú konfigurované na rovnaký virtuálny hardvér bez ohľadu na fyzický hardvér [9]. 21

23 6 Komerčné virtualizačné nástroje Vmware Workstation je balík softvéru virtuálneho stroja pre počítače X86 a X86-64 od firmy Vmware. Tento balík softvéru dovoľuje užívateľom nastaviť viacero x86 a x86-64 virtuálnych počítačov a používať jeden alebo viac virtuálnych strojov súčasne na hostiteľskom operačnom systéme ako Windows, Linux, BSD alebo iných. Popri spojení existujúceho sieťového adaptéru, CD mechaniky, pevného disku a USB zariadení ponúka možnosť simulovať niektoré zariadenia. Napríklad dokáže pripojiť ISO súbor ako CD mechaniku a VMDK súbor ako pevný disk. Dokáže nastaviť sieťový adaptér tak, aby používal prekladanie adries (NAT). Vmware Workstation taktiež umožňuje testovanie live médií bez nutnosti ich napálenia na fyzický disk alebo reštartu počítača. Softvér umožňuje kedykoľvek ukladať stav operačného systému a neskôr sa vrátiť ku ktorémukoľvek uloženému stavu. Predstavuje veľmi dobré možnosti pre predajcov softvéru predvádzajúcich veľmi zložité produkty, ale aj pre vývojárov, ktorí takto môžu použiť rôzne virtuálne prostredia a taktiež pre testerov aplikácii. Obrázok 3: Vmware Workstation [23] 22

24 Vmware Fusion je softvér virtuálneho stroja od firmy Vmware pre platformu počítačov Macintosh obsahujúcu Intel procesory. Fusion umožňuje týmto počítačom spúšťať operačné systémy X86 a X84-64, napríklad Windows, Linux, NetWare, Solaris ako virtuálne stroje s hostiteľským počítačom Mac OS X, s použitím kombinácie paravirtualizácie, emulácie a dynamickej rekompilácie. Obrázok 4: Vmware Fusion [24] Vmware ESX server je virtuálna softvérová infraštruktúra, na rozdeľovanie, konsolidáciu a správu kritického prostredia. Používa sa najmä v podnikových datacentrách, kde minimalizuje výdavky spojené s počítačovou infraštruktúrou. Dokáže ponúknuť vyšší výkon ako bezplatný Vmware server vďaka tomu, že beží priamo na hardvéry servera, umožňujúc požívať tento hardvér priamo. Taktiež ponúka ďalšie rozšírenia pre lepšiu spoľahlivosť a správu. 23

25 Obrázok 5: Vmware ESX server [25] Microsoft Virtual Server je virtualizačné riešenie, ktoré zahŕňa vytváranie virtuálnych strojov na operačných systémoch Windows. Virtuálne stroje sú priamo vytvárané a spravované pomocou IIS webového rozhrania alebo klientskej aplikácie nazývanej VMRCplus. Od verzie 2005 podporuje aj Linux ako hosťujúci systém, predkompilátor virtuálneho disku, SMP, x86-64 hostiteľský operačný systém, možnosť pripojiť virtuálny pevný disk na hostiteľskom počítači, zálohovanie hosťovaného operačného systému za jeho behu, pripojiť VHD obrazy. Obrázok 6: Microsoft Virtual server [26] 24

26 Microsoft Hyper-V je známy ako virtualizácia Windows servera. Je to X86-64 virtualizačný systém na základe hypervizora. Dodáva sa v spojení s operačným systémom Windows server 2008, ale existuje aj samostatná verzia, ktorá sa nazýva "Microsoft Hyper-V Server Je to jadro Windows Server 2008, kde je povolená len virtualizácia a ostatné funkcie sú vypnuté. Na ovládanie sa používa príkazový riadok. Obrázok 7: Architektúra hyper-v [27] Hyper-V podporuje izoláciu v zmysle oddielu. Oddiel ako logická jednotka izolácie je podporovaná hypervizorom, v ktorom pracuje operačný systém. Inštancia hypervizora musí mať spustený aspoň jeden oddiel v systéme Windows Server Virtualizačný zásobník je spustený v tomto rodičovskom oddiele a má priamy prístup k hardvérovým zariadeniam. Rodičovský oddiel potom vytvorí pododdiely, ktoré hosťujú operačné systémy. Rodičovské partície vytvoria detské partície použitím rozhrania hypercall, ktoré je programovým rozhraním Hyper-V. Virtualizovaná partícia nemá prístup k fyzickému procesoru, namiesto neho má virtuálne procesory a využíva hostiteľskú adresáciu, ktorá nepoužíva celý adresný priestor. Hypervizor môže použiť len časť precesorov každej partície. Hypervizor zabezpečuje prerušenia procesora a presmeruje ich na jednotlivé partície s použitím logického syntetického prerušovaného kontrolera (SyncIC). Hyper-V dokáže hardvérovo akcelerovať preklad adries medzi rôznymi hosťovanými virtuálnymi adresami použitím IOMMU (I/O Memory Management Unit), ktorý pracuje nezávisle na pamäti použitej procesorom. 25

27 Detský oddiel nemá priamy prístup k žiadnym hardvérovým zdrojom, ale namiesto toho má virtuálny prehľad zdrojov ako virtuálných zariadení. Každá požiadavka na virtuálne zariadenie je presmerovaná cez VMBus do zariadenia v rodičovskom oddiele, ktorý spravuje požiadavky. VMBus je logický kanál, ktorý umožňuje komunikáciu vo vnútri oddielu. Odpoveď je tiež presmerovaná cez VMBus. Ak zariadenia v rodičovskom oddiely sú taktiež virtuálne zariadenia, budú presmerované, až pokiaľ nedosiahnu rodičovský oddiel, kde dostaný prístup k fyzickým zariadeniam. Rodičovské oddiely su spustené ako poskytovateľ virtualizačných služieb (VSP), ktorý sa pripája do VMBus a prideľuje prístupy do zariadenia z detského oddielu. Detský oddiel virtuálneho zariadenia je interne spustený ako klient virtualizačných služieb (VSC), ktorý presmerováva požiadavky do VSP v rodičovskom oddiele cez VMBus. Celý proces je priamo v hosťovanom operačnom systéme. Virtuálne zariadenia majú tiež výhodu virtualizácie Windows Servera nazývanú Enlightened I/O, pre ukladanie, siete a grafické podsystémy. Je to špecializovaná virtualizácia vysokoúrovňového komunikačného protokolu ako SCSI, aby mohli priamo využívať výhody VMBus, ktoré umožňujú obchádzať vrstvu zariadení. To vytvára efektívnejšiu komunikáciu, ale vyžaduje od hosťovaného operačného systému podporu Enlightened I/O. Windows 2008, Windows Vista a SUSE Linux sú v súčasnosti jediné operačné systémy, ktoré majú túto podporu, preto sú rýchlejšie ako ostané operačné systémy bežiace pod Hyper-V. Paralles Workstation je produkt firmy Parallels, ktorá vyvíja desktopový a serverový virtualizačný software. Tento software pozostáva z virtuálneho stroja podporujúceho Intel X86 architektúru, ktorá podporuje paralelný beh viacerých virtuálnych počítačov. Používa hardwarovú emuláciu, na vytvorenie virtuálneho stroja, ktorý obsahuje všetky zariadenia, nachádzajúce sa aj na fyzickom počítači. Dokáže virtualizovať video rozhranie, sieťové rozhranie, pevný disk a taktiež paralelný a sériový port a USB zariadenia. Všetky virtuálne stroje používajú tie isté ovládače ako hotiteľský počítač, virtuálne stroje sú prenositeľné medzi počítačmi. Parallels server for mac je serverové virtualizačné riešenie pre paltformu Mac OS X Server. Tento serverový virtualizačný softvér je založený na hypervizore a umožňuje užívateľom spúšťať rôzne virtuálne stroje pod hostiteľským operačným systémom. 26

28 Hypervizor umožňuje, aby každý virtuálny stroj mohol fungovať ako samostatný server s vlastným virtualizovaným hardvérom, pamäťou a procesorom. Je navrhnutý tak, aby zvládal vysoké zaťaženie napríklad pri databázach alebo v podnikovom prostredí. Väčšinou je využívaný v profesionálnej sfére. Parallels server for mac umožňuje užívateľom spúšťať na Apple hardvéry s intel procesorom v podnikovej sfére bez zmeny hardvéru na platforme Macitosh aj Windows a Linux systémy. Užívatelia môžu používať vo virtuálnom stroji X86 a X86-64 hosťované operačné systémy ako Mac OS X Server, Windows, Linux, BSD. Predáva sa spolu s Parallels Tools, Parallels Transporter pre P2V a nástroj pre migráciu a parallels disk image pre úpravu virtuálnych diskov. Taktiež obsahuje parallels management console, ktorý umožňuje administrátorom spravovať virtuálne stroje lokálne alebo cez vzdialenú správu. Súčasťou je aj Parallels explorer, ktorý umožňuje prístup do virtuálneho stroja bez spustenia hostiteľského systému. Obrázok 8: Parallels server for mac [28] 27

29 7 Voľné (bezplatné) virtualizačné nástroje Wmware Player je bezplatný virtualizačný software od firmy Vmware, pre nekomerčné účely je možné vytvárať virtuálne zariadenia a virtuálne stroje. Player ponúka vysoký výkon pri spúšťaní Windows XP pod Windows Vista alebo Windows 7. Predošlé verzie Playeru neboli schopné vytvárať nové virtuálne stroje, ale v novej verzii je to už možné. Rozdiel medzi platenou verziou a Playerom je, že neobsahuje IT a vývojárske funkcie, ako sú klonovanie, ukladanie stavu, ochranu a správu práv. Obrázok 9: VMware Player [29] Vmware server označujeme ako serverový softvér na virtualizáciu serverov. Je pokračovaním staršieho softvéru GSX server. Vmware server dokáže vytvárať, upravovať a spúšťať virtuálne stroje. Používa klient-server model, umožnujúci prístup do virtuálneho stroja s nižším grafickým výkonom. Tento produkt dokáže spúšťať aj virtuálne stroje vytvorené softvérom Microsoft Virtual PC. Interná funkcia Vmware serveru dokáže previesť jediné uloženie stavu každého virtuálneho stroja. Nedokáže však vytvoriť kópiu virtuálneho stroja ako Vmware Workstation. 28

30 Obrázok 10: Vmware server [30] VirtualBox je virtualizačný softvérový balík vytvorený pôvodne nemeckou spoločnosťou Innotek a neskôr vyvíjaný firmou Sun Microsystems, ako časť virtualizačnej platformy Sun xvm. Inštaluje sa na hostiteľský operačný systém. Každý inštalovaný virtuálny stroj je spúšťaný vo svojom vlastnom prostredí. Podporuje väčšinu operačných systémov ako je Linux, Mac OS X, OS/2 Warp, Windows XP, Windows Vista, Windows 7 a Solaris. VirtualBox podporuje virtualizáciu Intel a AMD procesorov. Pevný disk je emulovaný v špeciálnom formáte nazývanom Virtuálny obraz disku, ktorý je nekompatibilný s ostatnými formátmi iných nástrojov. Tie sú normálne uložené ako systémové súbory na hostiteľskom operačnom systéme. VirtualBox má unikátnu funkciu, ktorá dokáže pripojiť iscsi ako virtuálny pevný disk. VirtualBox dokáže taktiež čítat a zapisovať diskové obrazy formátu Vmware, VMDK a Microsoft Virtual PC. 29

31 ISO obrazy môžu byť pripojené ako CD/DVD mechaniky. Obraz linuxovej distribúcie môže byť priamo použitý bez potreby napálenia, a taktiež je možné pripojiť aj fyzickú mechaniku do virtuálneho stroja Štandardne VirtualBox podporuje grafiku cez vlastné virtuálne grafické karty, ktoré sú VESA kompatibilné. S hosťovanými prílohami pre Windows, Linux, Solarit alebo OS/2 sú špeciálne ovládače, ktoré dovoľujú vyšší výkon a funkcie, ako dynamické nastavenia rozlíšenia pri zmene veľkosti okna. Ethernetový sieťový adaptér sa emuluje ako sieťová karta so svojim univerzálnym ovládačom a je štandardne nastavený ako NAT. Cez grafické prostredie je možné nastaviť len 4 sieťové karty. Zvuková karta je virtualizovaná ako karta Sound Blaster a USB zariadenia sú emulované, takže po pripojení k hostiteľovi je okamžite viditeľný aj na hosťovanom počítači. Ak je VirtualBox použitý ako RDP server, USB zariadenia môžu byť taktiež využívané na hostiteľskom počítači. VirtualBox sa pokúša spúšťať čo najviac kódu natívne. To výborne funguje pre užívateľský mód spustený v okruhu 3. Taktiež hosťovaný okruh 0, ktorý zvyčajne obsahuje veľa významných inštrukcií. Preto ich musí zastavovať a snažiť sa to obísť malým trikom tak, že ich presunie do okruhu 1, ktorý je Intel architektúrou menej využívaný. Ak nastane problém VirtualBox má vstavaný dynamický kompilátor, založený na opensource QEMU. VirtualBox často automaticky rozloží a opraví hosťovaný kód, aby sa vyhol rekompilácii. Výsledkom je, že obe hosťované okruhy, okruh 3 a 0 môžu fungovať takmer natívne väčšinu času. S kombináciou rekompilácie a oprave kódu dosahujú vysoké rýchlosti. 30

32 Obrázok 11: VirtualBox [31] XEN je virtuálny stroj pre architektúry X86 a X86-64, Itanium a PowerPC. Povoľuje spustenie niekoľkých operačných systémov naraz. Je licencovaný pod GNU GPL2. Pracuje na báze hypervizora, ktorý operačné systémy plánuje fyzickému procesoru. Prvý hosťovaný operačný systém nazývaný Domain 0 sa načítaval automaticky, keď hypervizor dostal špeciálne spravovacie práva a priamy prístup k fyzickému hardvéru. Následne sa systémový administrátor prihlásil do Domain 0, aby mohol spravovať všetky ďalšie operačné systémy nazývané Domain U. Modifikované verzie Linuxu, NetBSd a Solarisu môžu fungovať v Domain 0, niektoré modifikované unixové systémy fungujú ako hosťované systémy v Domain U, v Xen verzii 3.0 možu fungovať aj Windows systémy pokiaľ procesor obsahuje Intel VT alebo AMD-V virtualizáciu. Na väčšine procesoroch Xen používame formu virtualizácie známu ako paravirtualizácia, pomocou ktorej môže Xen dosiahnuť vysoký výkon dokonca na x86 31

33 architektúre. X86 jadro Xenu beží na okruhu 0, zatiaľ čo domény bežia na okruhu 1 alebo okruhu 3. XEN umožňuje živý presun virtuálneho stroja medzi fyzickými počítačmi cez LAN, a to bez straty dostupnosti. Počas tejto procedúry LAN skopíruje pamäť virtuálneho stroja na miesto kopírovania bez zastavenia prevádzky. Proces vyžaduje zastavenie asi ms na prevedenie finálnej synchronizácie, predtým ako virtuálny stroj začne pracovať na mieste presunu. Obrázok 12: Xen [32] Windows Virtual PC je virtualizačný program pre windowsové operačné systémy a emulačný program pre Mac OS X na Power PC systémoch. Virtual PC virtualizuje PC a jeho pripojený hardvér. Podporované Windows operačné systémy môžu fungovať pod Virtual PC, ale ostatné Linuxu podobné systémy nie sú oficiálne podporované. Virtual PC bol len nedávno uvedený spolu so systémom Windows 7, a preto vyžaduje tento systém 32

34 spolu s podporou hardvérovej virtualizácie. Virtual PC obsahuje funkciu, akou je podpora USB presmerovanie, ktorá pripája zariadenia flash pamäte, digitálne fotoaparáty, tlačiarne, USB disky, ktoré môžu byť emulované aj ako sieťový disk. Systém dokáže spúšťať viaceré virtuálne stroje súčasne. Spojená integrácia Windows Exploreru, ktorá dokáže spušťať virtuálne stroje priamo z adresára. Podpora starších operačných systémov ako Windows XP. Obrázok 13: Windows Virtual PC [33] Windows XP mód (XPM) je balík virtuálneho stroja pre Virtual PC obsahujúci predinštalovaný, licencovaný Windows XP Professional ako hosťovaný operačný systém. Predinštalované integrované komponenty umožňujú spúšťať aplikácie vo virtualizovanom prostredí, tváriac sa, že sa spúšťajú priamo na hostiteľskom počítači Windows 7, zdieľajúc rovnakú pracovnú plochu a panel Štart. Aplikácie v XP móde bežia v terminálových službách vo virtualizovanom Windows XP a sú spojené RDP klientom spustenom na hostiteľskom Windows 7. Aplikácie spustené pod módom Windows XP nemajú žiadne problémy s kompatibilitou, keďže sú spúšťané priamo vo Windows XP a presmerované pomocou RPD na hostiteľský Windows 7. 33

35 Obrázok 14: Windows XP Mode [34] Kernel-based Virtual Machine (KVM) je virtualizačná infraštruktúra založená na linuxovom jadre. KVM podporuje natívnu virtualizáciu použitím Intel VT a AMD-V. Čiastočná podpora paravirtualizácie je podporovaná len pre linuxových a windowsových hosťov, vo forme paravirtuálneho sieťového ovládača, paravirtuálneho bloku ovládačov vstupnovýstupných zariadení, bublinového ovládača na zabezpečenie operácií vo virtuálnej správe pamäte a optimalizácii procesora pre linuxového hosťa. Architektúra je stále vo vývoji a momentálne je podporovaná S390, PowerPC, IA64. Hosťovaných systémov pracujúcich pod KVM je oveľa viac, a to Linux, BSD, Solaris, Windows, Haiku, ReactOS and AROS Research Operating System a upravená verzia KVM dokáže spustiť aj Mac OS X. 34

36 Obrázok 15: Kernel-based Virtual Machine [22] 35

37 8 Praktické výhody virtualizačných nástrojov V súčasnosti existuje mnoho virtualizačných nástrojov, ktoré sú určené na použitie v rôznych situáciách. Pre potreby tejto práce sme pripravili samostatný počítač, na ktorý sme nainštalovali rôzne operačné systémy. Dva systémy boli serverové, Microsoft Windows Server 2008 Standart R2 a Linux CentOS 5.2 s priamou podporov Hypervizora XEN. Desktopové operačné systémy, ktoré sme inštalovali na tento počítač boli Microsoft Windows XP Professional SP3, Microsoft Windows Vista Ultimate a Microsoft Windows 7 Ultimate. Všetky tieto systémy boli fyzický inštalované a natívne spúšťané za pomoci bootloadera Grub. Hardwarová konfigurácia počítača bola v zložení INTEL CORE 2 DUO T7400 procesor s podporou VT-x, 4 GB DDR2 RAM, 160 GB HDD rozdelený na logické partície po 30 GB pre každý natívny systém, externý 320 GB HDD pre jednotlivé virtualizované systémy. Virtualizované systémy boli okrem tých, ktoré sme natívne inštalovali aj Ubuntu Linux LTS, Linux Mint 9 ETA, Microsoft Windows 98 SE a FreeBSD 8.0. Keďže virtualizačné nástroje boli vytvorené pre potreby serverov a datacentrier, predovšetkým pre vyššiu efektivitu a úsporu hardvérových prostriedkov, začal som testovanie v prostredí Microsfot Windows server 2008 R2 Standard. Tento operačný systém podporuje vlastný natívny hypervizor Hyper-V, ktorý bolo potrebné manuálne doinštalovať, keďže nebol priamou súčasťou všetkých verzií tohto operačného systému. Po inštalácií sme mali k dispozícií manažér Hyper-V prostredia, ktorý je pomerne prehľadný. 36

38 Obrázok 16: Rozhranie Hyper-V manažéra Umožňuje ovládanie jednotlivých akcií, ktoré sú prístupné pre daný virtuálny stroj. Všetky virtualizované systémy bežali priamo na pozadí hosťovaného systému a poskytovali veľmi vysoký virtualizovaný výkon aj pri viacerých súčasne spustených operačných systémoch. Pri viacerých naraz spustených a zaťažených virtualizovaných systémoch sme preukázali dosť nízku vyťaženosť procesorov, čo neraz spomaľovalo chod aplikácií pustených vo virtuálnych strojoch. Pomocou Hyper-V manažéra sme sa prihlasovali na jednotlivé virtuálne stroje ako na klientov, podobným spôsobom ako Remote Desktop Protokol. Vytváranie virtuálnych strojov bolo prehľadné a jednoduché. 37

39 Obrázok 17: Vytvorenie nového virtuálneho stroja Hyper-V nám ponúkol zvoliť rôzne operačné systémy, avšak plná podpora je len pre operačné systémy Microsoftu. Linuxová a unixová podpora nebola na takej úrovni ako iné virtualizačné nástroje, ale tie najrozšírenejšie distribúcie boli podporované a bežali pomerne rýchlo až takmer natívne. Virtuálne stroje používali na ukladanie virtuálneho stroja na pevný disk formát VHD. Pri vytváraní virtuálneho stroja sme mohli nastaviť veľa rôznych nastavení ako napríklad veľkosť pridelenej pamäte, počet procesorov, jadier, virtuálnych diskov alebo disketových mechaník. Dôležitou časťou bola možnosť zdieľať priamo fyzickú CD/DVD mechaniku alebo načítať vytvorený obraz disku. Tak sme mohli inštalovať operačný systém bez nutnosti mať fyzické médium vložené v mechanike. 38

40 Obrázok 18: Nastavenia virtuálneho stroja Hyper-V manažér nám umožnil veľmi jednoduchý export a import už vytvorených virtuálnych strojov. Mali sme možnosť vytvoriť si zálohy, ktoré je možné v prípade len importnúť a spustiť. Taktiež sme vyrobili jednoduché snapshoty, ktoré vedeli uložiť aktuálny stav virtuálneho stroja, ku ktorému sa bolo možné kedykoľvek vrátiť. Manažér obsahoval veľmi prehľadné nástroje na sledovanie aktuálnej vyťaženosti systému, pamäte a CPU. Nevýhodou Hyper-V hypervizora bola veľmi veľká spotreba pamäte, samotný hosťovaný systém potreboval veľké množstvo pamäte. Každý virtuálny stroj si alokoval 39

41 nastavené množstvo pamäte už pri spustení, a preto po pridelení všetkej pamäte virtuálnym strojom už nebolo možné ďalšie spustenie nového virtuálneho stroja. Veľmi zaujímavou schopnosťou bola aj možnosť migrácie virtuálnych strojov v reálnom čase na iný fyzický hardware, bez zastavenie prevádzky jednotlivých virtuálnych strojov. Taktiež je podporovaná migrácia z Intel na AMD platformu a naopak. Hypervizor podporuje aj šifrovanie, kryptovanie dát a virtuálnych strojov v reálnom čase, ale aj live backup, zálohovanie virtuálnych strojov v reálnom čase. Virtualizovaný hardware, je čiastočne obmedzený, a to na 4 virtuálne procesory a 1TB pamäte na jeden virtuálny stroj. Hyper-V podporuje maximálne 384 virtuálnych strojov, pre ktoré môže byt použitých až 8 fyzických a 64 logických procesorov. Obrázok 19: Virtuálne stroje v Hyper-V Hypervizor XEN je bezplatný linuxový serverový natívny hypervizor. Ako hosťovací operačný systém sme použili distribúciu Linuxu CentOS 5.4. XEN manažér obsahuje veľmi jednoduché ovládacie rozhranie, ktoré poskytuje len minimum informácií, avšak pei používaní bol veľmi prehľadný a rýchly, pri väčšom počte nástrojov sa v ňom 40

42 dobre orientovalo. Rozhranie obsahuje prehľadné štatistiky o stave, vyťaženosti a použití jednotlivých virtuálnych strojov. Obrázok 20: XEN manažér Vytváranie nových virtuálnych strojov bolo veľmi jednoduché. XEN podporuje plnú virtualizáciu, ale aj ako jeden z mála virtualizačných nástrojov aj paravirtualizáciu. Na vytvorenie paravirtualizovaného virtuálneho stroja sme potrebovali upravené inštalačné médium, ktoré bolo možné inštalovať len cez lokálnu sieť, http alebo ftp protokol prostredníctvom internetu. Vytváranie virtuálneho stroja prebiehalo v piatich krokoch, kde sme nastavili typ virtualizácie, zdroj, miesto inštalácie, pridelený procesor a pamäť. 41

43 Obrázok 21: Vytvorenie virtuálneho stroja XEN má veľmi obmedzené možnosti nastavenia hardvéru. Za chodu virtuálneho stroja bola editácia úplne zakázaná. XEN dokázal veľmi efektívne využívať hardvérové prostriedky, pri viacerých spustených bol len minimálny prepad výkonu, a bolo tak možné spustenie väčšieho počtu virtuálnych strojov. 42

44 Obrázok 22: Virtuálne stroje v XEN prostredí Podpora operačných systémov v XENe nie je zameraná na MS Windows systémy, avšak bolo možné ich virtualizovať. Novšie systémy ako Windows 7 a Windows server 2008 sa nám nepodarilo nainštalovať, keďže podpora ešte nebola pridaná tvorcami XENu. Linuxové a Unixové distribúcie mali veľmi vysokú podporu a prepracovaný model virtualizácie. Fungovali priamo natívne a poskytovali veľmi vysoký výkon a značnú efektivitu. XEN neposkytoval veľmi veľa nástrojov a rozšírení, chýbalo ukladanie stavu, podpora externých zariadení. Poskytuje však migráciu v reálnom čase na iný XEN server bez prerušenia chodu virtuálnych strojov. Po nainštalovaní XENu sa nám nepodarilo previesť inštalácia ďalších serverových nástrojov, čo bolo spôsobené zablokovaním hardvérových prostriedkov XENom. XEN ako natívny linuxový hypervizor podporuje veľmi dobrú skriptovateľnosť a programovateľnosť priamo nad jadrom operačného systému, čo sa často využíva v developerskom prostredí a komerčnej sfére. 43

45 Vmware infrastructure server je komerčný virtualizačný nástroj určený pre veľké podniky a veľké virtualizačné centrá. Je stavaný na vysokú záťaž a škálovateľnosť. Je vhodný pre vysoký počet virtuálnych strojov, kde je potrebná vysoká dostupnosť a správa. Celý hypervizor sa nám po nainštalovaní na server spustil na pozadí ako služba. Táto služba si vytvára vlastný webový server, cez ktorý je sme mohli pristupovať k rozhraniu na ovládanie. Celé rozhranie je písané v jazyku java a je prístupné cez webový prehliadač, ktoréhokoľvek počítača v lokálnej sieti alebo cez internet používajúc port Obrázok 23: Prostredie Vmware infrastructure Rozhranie je kompletne vytvorené ako webová aplikácia, takže bolo značne pomalé. V hlavnom okne bol celkový prehľad všetkých virtuálnych strojov, vyťaženie servera a virtuálnych strojov, informácie o prebehnutých úlohách, udalosti a prístupové povolenia. Jednotlivé virtuálne stroje boli na ľavej strane, na ktoré po kliknutí sa nám objavil prehľad daného virtuálneho stroja a jeho možnosti. Konzola by mala byť používaná na pripojenie pre daný virtuálny stroj, avšak nebolo možné túto konzolu 44

46 používať pre neznámu chybu, ktorú sa nám nepodarilo odstrániť. Vďaka tejto chybe nebolo možné plne využívať tento virtualizačný nástroj, čo hodnotím negatívne. Obrázok 24: Prehľad virtuálneho stroja Vytvorenie virtuálneho stroja prebiehalo vo viacerých krokoch a bolo pomerne komplikované na nastavenie. Pred vytváraním sme museli najprv pridať jednotlivé adresáre a lokality, kde sa nachádzali inštalačné súbory, nie je to možné priamo pri vytváraní virtuálneho stroja, čo spôsobovalo komplikácie pri vytváraní viacerých virtuálnych strojov. 45

47 Obrázok 25: Vytvorenie nového virtuálneho stroja Virtuálne stroje majú veľmi detailné nastavenia a bežia veľmi efektívne čo sa týka prideľovania hardvérových prostriedkov. Vmware Infrastructure poskytuje veľmi širokú podporu operačných systémov a aj napriek nefungovaniu konzoly a java rozhraniu bol veľmi efektívnym nástrojom na správu veľkého počtu virtuánych strojov. Parallels desktop pre Windows je komerčný desktopový alebo užívateľský virtualizačný nástroj určený prevažne pre spúšťanie menšieho počtu virtuálnych strojov. Využíva sa pre desktopový hostiteľský počítač na platforme Windows. Podporuje mnoho operačných systémov, ktoré dokáže veľmi efektívne virtualizovať. Má užívateľsky pekné prostredie, ktoré je na pohľad veľmi jednoduché a účelné. 46

48 Obrázok 26: Prostredie Parallels dekstop Po nainštalovaní skúšobnej vzorky virtualizovaných operačných systémov sme mohli mať otvorený iba jeden virtuálny stroj v okne na ovládanie, avšak súčasne ich je možné spúšťať viacero. Tento nástroj má zabudovanú kontrolu dostatku voľnej pamäte pre spúšťaný virtuálny stroj, a preto sa pri obmedzenom počte pamäte sa nám často stávalo, že sa jednotlivé virtuálne stroje pauzovali, až pokiaľ sa neuvoľnilo dostatočne veľa pamäte. Veľmi zaujímavou možnosťou bola aj podpora módu, kde sa okná jednotlivých aplikácii z virtuálneho stroja spúšťali priamo v hostiteľskom operačnom systéme a tvárili sa ako jeho natívne. Každý virtuálny stroj mal pomerne široké a rôznorodé nastavenia a bolo možné ich meniť aj za behu virtuálneho stroja. V nastaveniach sme našli aj rôzne ďalšie rozšírenia, ako sú zdieľané zložky, zdieľané profily, služby a iné. 47

49 Obrázok 27: Nastavenia vistuálneho stroja Parallels desktop má veľmi dobrú podporu externých zariadení, USB portov a ďalších periférií. Má zabudovanú natívnu podporu NVIDIA Quadro pracovných grafík a dokáže priamo akcelerovať grafiku vo virtuálnom stroji. 48

50 Obrázok 28: Spustený virtuálny stroj Virtualbox je virtualizačný nástroj, ktorý má aj užívateľskú funkciu a je navrhnutý na spúšťanie desktopových operačných systémov. Jeho výhodou bolo, že bol spustiteľný na takmer všetkých bežných operačných systémoch ako hostiteľoch. Mal jednoduché rozhranie, ktoré bolo avšak vysoko použiteľné. Obsahoval všetky potrebné ovládacie prvky s rôznymi nastaveniami a rozšíreniami. Jeho výhodou bola podpora takmer všetkých virtualizačných súborov, čiže bolo možné vložiť aj virtuálne stroje vytvorené v inom virtualizačnom nástroji. Túto funkčnosť sme skúsili zo súborom Vmware a spustenie virtuálneho stroja vytvorené v komerčnom nástroji Vmware Workstation bolo bezproblémové. 49

51 Obrázok 29: Prostredie VirtualBox Vytváranie nových virtuálnych strojov bolo intuitívne, obsahujú mnoho rôznych nastavení, čo umožňovalo veľmi detailné nastavenie virtuálneho stroja a jeho prispôsobenie potrebám užívateľa. Virtual box podporoval široké spektrum externých a periférnych zariadení natívne cez vlastné ovládače a tiež dokázal preberať fyzické zariadenia z hostiteľského operačného systému. Táto funkcia je na vyššej úrovni ako v priamom konkurenčnom nástroji Vmware Workstation, ktorý nevedel vytvoriť virtuálnu sieťovú kartu pre virtualizovný systém FreeBSD, zatiaľ čo VirtualBox ju vytvoril automaticky. 50

52 Obrázok 30: Nastavenie virtuálneho stroja Výhodou VirtualBoxu bola možnosť spúšťať virtuálne stroje v samostatných oknách a tým dosiahnuť vyššiu efektivitu práce pri viacerých súčasne spustených virtuálnych strojoch. Tento nástroj neobsahoval žiadne štatistiky o vyťaženosti systému, pamäti a cpu. Tak ako v serverových systémoch aj tento nástroj obsahuje ukladanie aktuálneho stavu do snapshotov. Jeho rýchlosť bola pomerne vysoká, v niektorých prípadoch až natívna. Rýchla odozva bola aj pri viacerých spustených systémoch. Veľmi dobrá alokácia pamäte a cpu umožňovala prideliť viacej pamäte, ako tej ktorá bola fyzicky prítomná v počítači. Prideľovaná bude podľa vyťaženosti virtuálneho stroja. 51

53 Obrázok 31: Rôzne virtuálne stroje vo VirtualBoxe Vmware Workstation, ako komerčný nástroj je v dnešných časoch najrozšírenejším. Má pomerne jednoducho ovládateľne prostredie, no na druhej strane má rozsiahle nastavenia pre jednotlivé virtuálne stroje. V pravej časti sa nachádzajú vytvorené virtuálne stroje. Vo vrchnej časti sú jednotlivé možnosti zobrazenia a nastavenia. 52

54 Obrázok 32: Úvodné prostredie Vmvare Workstation Vytváranie nových virtuálnych strojov sa nám javilo ako jednoduché a veľmi dobre nastaviteľné. Obsahuje nastavenia pre procesor, pamäť, periférne zariadenia, pevné disky, mechaniky, sieťové zariadenia, grafickú kartu a ďalšie. Mal širokú podporu pre hostiteľské operačné systémy, ale aj pre operačné systémy inštalované do virtuálnych strojov. Nevýhodou bol občasný problém vo virtuálnej sieťovej karte, ktorá prestala komunikovať z fyzickou a tým znemožnila prístup virtuálneho stroja do internetu a siete, alebo tiež chýbala podpora v niektorých systémoch ako FreeBSD

55 Obrázok 32: Nastavenie virtuálneho stroja Tento virtuálny nástroj sa vyznačoval vysokou rýchlosťou aj pri viacerých súčasne bežiacich operačných systémoch. Podporoval tiež veľké množstvo formátov pre ukladanie virtuálnych strojov a bol možný import a export aj do iných virtuálnych nástrojov. Túto funkčnosť sme skúšali s rôznymi nástrojmi a funguje veľmi dobre. Samotný Vmware mal dobré možnosti nastavenia a prispôsobenia. Pre niektoré špeciálne funkcie sme museli nainštalovať Vmware nástroje. Tie napríklad povoľovali využívanie akcelerácie grafickej karty alebo iných rôznych periférnych zariadení. Nástroj používal jedno okno pre zobrazenie jednotlivých virtuálnych strojov, ale podporoval aj mód, v ktorom bolo možné spúšťať len jednotlivé okná aplikácii v hosťovacom operačnom systéme. 54

56 Veľkou výhodou bolo aj ukladanie aktuálnych stavov do snapshotov a prehľadného manažéra, ktorý zabezpečuje ich správu. Vmware umožňoval klonovanie virtuálnych strojov a skriptovanie nad virtuálnymi strojmi. Vypnutie virtuálneho stroja bolo veľmi rýchle a vmware dokázal pohotovo uložiť a obnoviť stav virtuálneho stroja aj po vypnutí celej aplikácie. Obrázok 33: Virtuálny stroj pod Vmware Workstation Virtual PC a XP mód pre Windows 7 je natívny nástroj od firmy Microsoft pre prostredie Windows 7. Po jeho inštalácii sa nám vytvoril enviroment na spúšťanie, manažovanie a konfiguráciu virtuálnych strojov priamo v hostiteľskom operačnom systéme. Virtual PC podporoval len systémy z rodiny Windows ako hostiteľský operačný systém. Obsahoval pomerne málo nastavení, neumožnil nám ani výber pre aký operačný systém sme vytvárali virtuálny stroj. Táto činnosť je zautomatizovaná a obsahuje autodetekciu, aký systém chceme inštalovať. 55

57 Obrázok 34: Enviroment Virtual PC Po vytvorení virtuálneho stroja sme mali k dispozícii jeho širšie nastavenia. Tento virtuálny nástroj relatívne vysoko zaťažuje hostiteľský operačný systém, aj keď využíva jeho natívnu podporu. 56

58 Obrázok 35: Nastavenie stroja vo Virtual PC Výhodou je, že každý virtuálny stroj bol spustený v samostatnom okne, a preto bolo možné ľahko prepínať alebo mať spustené viaceré virtuálne stroje vedľa seba. Obrázok 36: Spustené virtuálne stroje vo Virtual PC Novinkou v poslednom operačnom systéme od Microsoftu je pridanie podpory Virtual PC priamo do operačného systému Windows 7, k čomu je zadarmo poskytovaný operačný systém Windows XP Pro, ktorý je prispôsobený na natívne spúšťanie aplikácií, ktoré nie sú kompatibilné s operačným systémom Windows 7. Inštalácia bola veľmi jednoduchá, nutné bolo mať nainštalovaný virtualizačný nástroj Virtual PC a stiahnuť si špeciálnu upravenú verziu XP mód pre Virtual PC. 57

59 Obrázok 37: Windows XP mód Po jej inštalácii bol v prostredí Virtual PC prítomný aj tento systém, ktorý bol funkčný ako štandardný systém, pokiaľ v jeho prostredí nainštalujeme nejakú aplikáciu, vytvorí sa v ponuke Virtual PC samotná ikona, ktorá nám umožní aj po vypnutí virtualizovaného Windows XP systému spustiť túto aplikáciu. Aplikácia sa spustí v prostredí Windows XP, avšak jej spustenie bolo veľmi rýchle a my sme mohli aplikáciu vidieť ako samostatné okno v hosťovacom systéme. Takto bolo možné vyriešiť nekompatibilitu starších aplikácii, ktoré sme vedeli používať takmer ako v natívnom operačnom systéme. 58

60 Obrázok 38: Aplikácia Firefox spustená pod Windows Xp módom 59