Гіпервізор: що це таке та як працює?

Стаття також доступна російською (перейти до перегляду).

IT сфері постійно говорять про хмарні обчислення та віртуальні сервери. Складається враження, що ці технології придумані настільки давно і вже застаріли. Насправді це не так, адже про переваги гіпервізорів (hypervisor) мало хто знає. Ця технологія поступається за популярністю сучасним методам віртуалізації, але при її застосуванні розкриваються нові можливості хмарних обчислювальних систем.

Зміст

• Гіпервізор – це?
• Переваги гіпервізорів
• Типи гіпервізорів
• Який гіпервізор обрати
• Контейнери та гіпервізори: порівняння

Гіпервізор – це?

Гіпервізором називається програмне забезпечення, яке дозволяє відокремити фізичне обладнання від програм, запущених в операційній системі комп'ютера. Його не можна «пощупати», адже це всього лише унікальне програмне забезпечення.

При використанні технології гіпервізора вдається керувати відразу кількома віртуальними пристроями з одного хост-комп'ютера. Вони виступають у ролі гостьових операційних систем. Така робота максимально ефективно використовує ресурси, призначені для обчислень. Обладнання отримує високу пропускну здатність. Говорячи коротко, гіпервізор – це реальна рушійна сила, яка дає можливість правильно функціонувати віртуалізації та VPS.

Під віртуалізацією розуміється технологія, яка дозволяє створювати з одного фізичного комп'ютера або сервера кілька віртуальних машин. Реальне обладнання називають хостом. Воно характеризується наявністю потужних процесорів, дискової та оперативної пам'яті тощо. Встановлення спеціального програмного забезпечення (ПЗ) дозволяє розділяти ресурси серверу на кілька віртуальних комп'ютерів.

Переваги гіпервізорів

Логічне об'єднання кількох віртуальних машин не відбувається, хоча вони можуть працювати на одному фізичному сервері. Відбувається їх взаєморозподіл. Така функція говорить про те, що якщо один пристрій починає неправильно функціонувати, другий залишається повністю працездатним. Тенденція стабільності окремих ОС спостерігається під час використання різних чи одного фізичного комп'ютера.

Створені однакові машини за технологією гіпервізора мають гарну мобільність. Оскільки вони не прив'язані до одного сервера, їх легко можна переміщати локальними або віддаленими серверами. Така процедура виконується набагато простіше, якщо порівнювати зі стандартними додатками на “залізному” сервері.

Типи гіпервізорів

Прийнято ділити гіпервізори на два типи – «Тип 1» і «Тип 2». Незважаючи на це, існує третій різновид (гібрид), який поєднує в собі властивості обох видів.

Гіпервізор «Тип 1»

До цього різновиду відносяться всі технології, що отримали назву “автономний”, “тонкий”, “мікроядро”, “виконуваним на чистому залозі”. Перший тип гіпервізора характеризується компактною та специфічною операційною системою. Він встановлюється безпосередньо на реальний сервер чи жорсткий диск. Через це має схожі ознаки з ОС:

• «Погляд знизу» – коли відбувається керування доступним набором ресурсів: пам'ять, процесорний час, програмами, які бажають використовувати ресурси комп'ютера.
• «Погляд зверху». Тут використовується абстрактна кількість ресурсів, призначених для правильного функціонування програм.

Гостьові операційні системи, що використовують перший тип гіпервізора і нормально функціонують на ньому, отримують можливість запустити служби віртуальної машини. З цього створюється ілюзія, що з такою ОС можна повністю управляти всіма ресурсами комп'ютера. За аналогією, якби використовувалася фізична машина з доступом до режиму супервізора.

Перший тип (апаратний гіпервізор) має важливу особливість – його код займає у сотні разів менше простору, ніж сучасні ОС. З цього випливає, що можливість виникнення критичної помилки знижується в рази. Безпека системи, яка відповідає за віртуалізацію, досягається завдяки повній передачі ресурсів фізичної машини під управління віртуальною.

В якості гіпервізорів першого типу виступають VMware ESXi, Xen та інші.

VMware ESXi

Цей гіпервізор першого рівня відноситься до автономних. Їм можна почати користуватися безкоштовно. Такий підхід VMware застосовує до більшості своїх продуктів. Платна версія відрізняється розширеним функціоналом. Користувачі, які використовували цей продукт, відзначають просте управління віртуальними машинами, невеликий код, високу стабільність.

Xen

Його розробили дослідники у 2003 році. За поширення нової технології взялася компанія XenSource. У цей рік було виконано публічний реліз. Гіпервізор Xen підтримує паравіртуалізацію та апаратну віртуалізацію, що робить його одночасно і гібридним різновидом. Він є класичним кросплатформним продуктом із відкритим вихідним кодом. Мінімальний обсяг коду позитивно впливає на безпеку.

Гіпервізор «Тип 2»

Він має й іншу назву – хостовий. Така технологія встановлюється «другим шаром» поверх встановленої операційної системи. По суті цей тип є додатком основної ОС, що виконується. Для стабільної роботи часто обирають Linux. Всі фізичні ресурси та емуляція управляються з хостової «операційки». Гіпервізор другого типу має менше повноважень. До них відносяться – KVM, Oracle VM VirtualBox та інші.

KVM

Розшифровується гіпервізор kvm як Kernel-based Virtual Machine. Він створений у 2006 році. Майже відразу його почали використовувати в ядрі Лінукс 2.6.20. За віртуалізацію відповідає модуль kvm.ko. KVM має відкритий вихідний код. Він містить компоненти QEMU для роботи в режимі користувача і модулі для Intel, AMD.

Oracle VM VirtualBox

Гіпервізор може використовуватись на будь-якій операційній системі. Його створили у 2007 році фахівці із Sun Microsystems. Як і багато аналогічних продуктів відрізняється відкритим вихідним кодом, що дозволяє модифікувати його необмежену кількість разів. Якщо VirtualBox встановлений на 32-bit ОС, він здатний працювати з гостьовими 64-бітними системами.

Який гіпервізор обрати

Перед визначенням відповідної технології необхідно враховувати функції, які вона виконує:

• копіювання апаратних ресурсів реального сервера;
• дотримання інструкцій машини при повній безпеці;
• команди на створені ОС не повинні впливати на фізичну хост-машину.

Залежно від призначення, фінансових можливостей, потужності «заліза» підбирається максимально доцільний вид гіпервізора. Наприклад, якщо вибрати VMware ESXi, то необхідно бути готовим купувати ліцензію і мати потужну обчислювальну техніку. Вибір технології краще довірити професіоналам.

Контейнери та гіпервізори: порівняння

В якості заміни гіпервізорів почали використовувати технологію контейнерів. Вона дозволяє розміщувати на фізичному комп'ютері більше програм.

Віртуальна машина вимагає багато оперативної пам'яті та потужний процесор, оскільки повністю копіює не лише основну ОС, а й апаратне забезпечення. Для стабільної роботи контейнера достатньо лише операційної системи, встановленої на фізичний комп'ютер, яка сумісна з програмним забезпеченням та бібліотеками.

Таке порівняння не означає, що віртуальні машини поступляться місцем контейнерам. Компанії використовуватимуть комбінації з цих двох технологій. Контейнери вважаються небезпечними, адже атака хакерів на ОС призведе до втрати всіх даних. Такого неможливо зробити з віртуальним комп'ютером.

Статті з блогу на тему:

• Як встановити Proxmox VE на сервер?