Od viacerých úloh na jednom počítači k virtualizácii
Pred viac ako 40 rokmi, presne 7. apríla 1964, sa odohrala jedna z významných revolúcií v oblasti informatiky. IBM uviedla na trh počítač System/360, ktorý na rozdiel od svojich predchodcov, nebol určený na vykonávanie jedinej úlohy. Dovtedy sa na každý účel kupoval samostatný hardvér a softvér. Dnes je prirodzene nepredstaviteľné, aby sme mali pre písanie textov jeden, pre výpočty v tabuľkovom procesore druhý a pre spracovávanie ekonomickej agendy tretí počítač. Súčasný softvér nám dokonca umožňuje využívať tieto aplikácie na jednom počítači v jednom operačnom systéme súčasne. Tieto aplikácie sa delia o zdroje počítača: procesor, pamäť, prístup k diskom a ďalším zariadeniam.
Vo svete serverov sa naďalej veľmi často používa prístup, kde sa konkrétny server dedikuje na jeden primárny účel. Najbežnejšie je to z dôvodu ohraničenia potenciálnych problémov poskytovanej služby a nie je zriedkavé, keď takéto dedikovanie serverov vyžaduje priamo dodávateľ aplikácie. Samozrejme takéto nasadzovanie serverov vedie k neefektívnemu využívaniu hardvérových prostriedkov, kde je napríklad u Intel serverov podľa analýz za rok 2003 bežné využívanie zdrojov servera maximálne na úrovni 10-15%. Tlak na efektívnejšie využívanie hardvérových zdrojov a tým i vynaložených prostriedkov odštartoval projekty konsolidácie, kde sa ako jeden z významných technologických prostriedkov využíva virtualizácia.
Myšlienka virtualizácie abstrahuje operačné systémy a jednotlivé aplikácie od konkrétnej hardvérovej implementácie a umožňuje efektívne využívať, zdieľať a prideľovať hardvérové prostriedky práve tam, kde sú v danej chvíli najpotrebnejšie. S virtualizáciou sa stretávame postupne u všetkých súčasných hardvérových riešení. U diskových polí napríklad virtualizačná vrstva spravuje dáta serverov bez toho, aby konkrétny server vedel o fyzickom rozložení dát nielen na konkrétne fyzické disky, ale aj na rôzne diskové polia.
Prínos virtuálnej infraštruktúry
Z pohľadu produktov a ich vlastností sa ďalej sústredíme na virtualizáciu prostredia serverov s Intel procesormi. V praxi ide o jednoduchú možnosť na jednom fyzickom serveri bežať súčasne viaceré inštancie operačných systémov a aplikácií uzavretých vo svojich virtuálnych prostrediach. Virtualizačná vrstva komunikuje s konkrétnym hardvérom a prezentuje jednotlivým operačným systémom virtuálny hardvér. Pre príklad: ovládače na konkrétne diskové pole má nainštalovaná virtualizačná vrstva, operačný systém vo virtuálnom prostredí používa univerzálny ovládač, ktorý je rovnaký pre všetky fyzické implementácie poľa.
Táto technológia umožňuje vytvoriť komplexné virtuálne prostredie, nezávislé od fyzickej implementácie. Infraštruktúru zobrazenú na obrázku je možné fyzicky implementovať ako jedným serverom IBM s internými diskami, tak viacerými servermi HP so spoločným diskovým poľom. Dokonca je možné flexibilne meniť hardvérovú implementáciu bez ovplyvnenia prezentovanej infraštruktúry ako takej.
Konsolidácia infraštruktúry pomocou virtualizácie ponúka reálny prínos v rôznych aspektoch:
- Eliminovanie nákupu nového hardvéru na racionálne minimum. Veľmi často dochádza k požiadavkám na nový hardvér pre konkrétnu aplikáciu spontánne, požiadavka je obratom akútna a po nasadení aplikácie sa dodatočne zistí, že hardvér nie je efektívne využitý. Dodávateľ aplikácie špecifikoval minimálne požiadavky a z dôvodu podpory trvá na tom, aby sa server nevyužíval pre ďalšie aplikácie. V prípade virtuálnych serverov, jeho vytvorenie je otázka minút a prostriedky sa mu môžu prideliť podľa aktuálnej potreby.
- Efektívne využívanie a prideľovanie zdrojov. Virtuálne servery zdieľajú výkon a kapacitu fyzických serverov a jeho prerozdelenie je možné flexibilne a dynamicky meniť. V prípade očakávanej väčšej záťaže môže jeden z virtuálnych serverov dostať pridelené potrebné zdroje a po ukončení úlohy môže byť opäť obmedzený na predpokladanú štandardnú záťaž.
- Vývojové a testovacie prostredie. Virtuálna infraštruktúra dáva ideálnu príležitosť testovať rôzne prostredia, situácie a flexibilne meniť infraštruktúru pre potreby vývoja.
- Dynamické zmeny IT prostredia. Virtuálna infraštruktúra je flexibilná a zmeny sa v nej realizujú bez potreby zmeny hardvéru, rovnako dáva nezávislosť na konkrétnom dodávateľovi a umožňuje jednoduchý prenos na nový hardvér iného výrobcu.
- Poriadok, systémové opatrenia, zvýšenie dostupnosti existujúceho stavu. Konsolidácia je ideálna príležitosť pre vnesenie poriadku a systémových opatrení do súčasného stavu infraštruktúry. Veľmi častá premena dočasného, krátkodobého riešenia na trvalý stav v súčasnej infraštruktúre má za následok používanie neprimeraných riešení pre kritické prvky informačného systému. Virtualizácia infraštruktúry je navyše efektívna cesta na zvýšenie dostupnosti poskytovaných služieb.
V ďalšom texte si stručne popíšeme možnosti dvoch implementácií virtualizačnej vrstvy pre konsolidáciu serverov založených na procesoroch Intel - VMware ESX Server a Microsoft Virtual Server.
VMware ESX Server 2.1.2
Spoločnosť VMware bola založená v roku 1998 a od počiatku sa sústreďuje na tvorbu softvéru pre virtualizáciu. Na začiatku roku 2004 bola firma odkúpená spoločnosťou EMC Corporation, ktorá chce virtualizáciu ďalej rozvinúť v oblasti diskových polí. Rozšírený produkt VMware Workstation bol uvedený na trh už v roku 1999. Tento produkt je určený ako virtualizačná vrstva pre pracovné stanice a umožňuje napríklad bežať na pracovnej stanici s operačným systémom Windows XP vo virtuálnom prostredí Windows 2003 a súčasne v ďalšom virtuálnom prostredí Red Hat Enterprise Linux 3AS.
V roku 2001 firma VMware uviedla na trh produkt VMware ESX určený pre virtualizáciu prostredia serverov založených na procesoroch Intel. Do súčasnosti má viac ako 5500 zákazníkov využívajúcich toto riešenie a partnermi v oblasti hardvérovej podpory sa stali medzi inými i IBM, DELL, HP a Intel.
Produkt VMware ESX je aplikácia, ktorá komunikuje priamo s hardvérom a virtualizuje jeho zdroje pre operačné systémy serverov vo virtuálnom prostredí. Pre zavedenie a komunikáciu využíva tzv. servisnú konzolu, ktorá je založená na operačnom systéme Linux. Definícia virtuálneho servera zahŕňa pridelenie diskového priestoru, určenie konfigurácie virtuálneho hardvéru (počet virtuálnych sieťových pripojení a pod.) a voľbu operačného systému pre virtuálny server. V aktuálnej verzii 2.1.2 podporuje vo virtuálnom prostredí operačné systémy Microsoft Windows NT/ 2000/ 2003, Linux Red Hat/ SuSE, Novell NetWare. Systém podporuje Microsoft Cluster Services a umožňuje vytvárať clustre v rámci jedného ESX systému, medzi rôznymi ESX systémami ako i kombinovať ESX systém s fyzickým nodom. Jadro systému ESX podporuje Hyper-Threading, umožňuje vytvárať prepínané virtuálne siete vnútri systému, dokonca umožňuje definovať na virtuálnych prepínačoch VLAN skupiny. Na jednom fyzickom systéme je možné prevádzkovať desiatky virtuálnych procesorov. Pomocou produktu VMware Virtual SMP je možné vytvárať dvojprocesorové virtuálne servery. Zaujímavou možnosťou je využitie nástroja VMware P2V Assistant, ktorý umožňuje migrovať fyzický systém s operačným systémom Windows do virtuálneho prostredia s minimálnou námahou.
S príchodom nadstavby VMware VirtualCenter sa začalo hovoriť o virtuálnej infraštruktúre. Tento produkt umožňuje spravovať z jedného miesta virtuálne prostredia na viacerých ESX systémoch a pomocou jedinečnej technológie VMotion umožňuje presunúť reálne bežiaci virtuálny server z jedného fyzického servera na druhý bez toho, aby to zaznamenali užívatelia. Do budúcnosti táto technológia sľubuje automatizovanú správu výkonu, keď sa z preťaženého servera automaticky presunie vhodný virtuálny stroj na menej zaťažený fyzický systém.
Microsoft Virtual Server 2005
Microsoft vstúpil do sveta virtualizácie v roku 2003, keď od firmy Connectix odkúpil ich virtualizačný produkt. Neoficiálne bol v pozadí záujem Microsoftu zjednodušiť podporu systému Windows NT a najmä umožniť firmám nasadenie nových operačných systémov Microsoft i napriek tomu, že niektoré zo starých aplikácií zatiaľ tieto systémy nepodporujú. Verzia produktu pre pracovné stanice Microsoft Virtual PC už bola uvoľnená pod vlajkou firmy Microsoft v druhej svojej edícii. Práve v tomto čase bol uvoľnený produkt Microsoft Virtual Server 2005 pre virtualizáciu prostredia Intel serverov. Tento produkt sa stal jedným z pilierov novej iniciatívy Dynamic Systems Initiative firmy Microsoft pre zjednodušenie a najmä automatizáciu infraštruktúry založenej na systémoch Windows. Napriek tomu, že dnes technologicky Virtual Server 2005 za produktom VMware ESX 2.1.2 zaostáva (nepodporuje virtuálne SMP, má obmedzené možnosti definície virtuálneho hardvéru, nemá nástroj ekvivalentný s VirtualCenter, neposkytuje možnosti plynulého presúvania virtuálnych serverov medzi fyzickými servermi a pod.), dá sa očakávať, že možnosti oboch riešení budú v priebehu niekoľkých rokov porovnateľné. Rovnako sa predpokladá, že časť virtualizačných technológií sa objaví ako integrovaná súčasť nových verzií operačných systémov Microsoft.
Záver
Virtualizácia prináša do sveta prostredia Intel serverov efektívny nástroj pre konsolidáciu infraštruktúry, optimálne využívanie hardvérových zdrojov, dynamické možnosti zmeny. V prostredí mainframe systémov, kde sa využíva od počiatku, je podľa analýz zverejnených za rok 2003 využitie výkonu bežne nad 80%. Dnes virtualizácia infraštruktúry nie je len teória, ale existujú overené produkty, ktoré používajú konkrétni zákazníci.
Reálnou referenciou Siemens IT Solutions and Services na konsolidáciu infraštruktúry komplexného, kritického, výrobného prostredia pomocou virtualizačných riešení VMware je spoločnosť ZSNP, a.s.
