У світі віртуалізації гіпервізори відіграють ключову роль, забезпечуючи основу для створення віртуальних середовищ. Зрозуміти їхню сутність, типи та можливості є важливою складовою для ефективного використання та управління ІТ-ресурсами. Давайте розберемося.

Що таке гіпервізор

Гіпервізор ― це програмне забезпечення для створення віртуальних машин (ВМ), яке дозволяє запускати декілька операційних систем (ОС) на одному фізичному сервері. Це допомагає покращити оптимізацію ресурсів, безпеку даних, час безвідмовної роботи IT-інфраструктури та її масштабованість.

До появи гіпервізорів, більшість комп'ютерів могли одночасно працювати лише з однією ОС. Це робило їх стабільними, оскільки обчислювальному обладнанню доводилося обробляти запити лише від неї. Недоліком такого підходу було нераціональне споживання ресурсів, оскільки операційна система не завжди використовувала всю потужність ПК.

Гіпервізор дозволяє декільком екземплярам операційних систем працювати поруч один з одним, використовуючи одні й ті ж самі обчислювальні ресурси. Цей процес називається віртуалізацією, а екземпляри операційної системи ― віртуальними машинами. Гіпервізор логічно відокремлює віртуальні машини одна від одної, призначаючи кожній власну частину базової обчислювальної потужності, пам'яті та сховища. Це запобігає втручанню ВМ одна в одну. Якщо, наприклад, одна з них зазнає збою або порушення безпеки, інші продовжать працювати без змін.

Залежно від типу, гіпервізори працюють поверх фізичного обладнання або як додаток програмного рівня.

Історія гіпервізорів

Компанія IBM першою почала використовувати системи віртуалізації та гіпервізори на своїх мейнфреймах. Сталося це наприкінці 1960-х. Їх використовували для роботи комп'ютера в режимі поділу часу, тестування нових операційних систем та їхнього вдосконалення, а також для вивчення нових апаратних концепцій.

Віртуалізація дала змогу розгортати системи й усувати несправності, не піддаючи загрозам стабільність основної системи. Також дозволила уникнути розгортання додаткових дорогих систем.

У середині 2000-х років гіпервізори виходять на новий рівень, коли Unix, Linux та інші схожі на Unix операційні системи почали використовувати технології віртуалізації.

Було декілька причин такого підвищеного інтересу до гіпервізорів та віртуалізації. По-перше, з’явилася можливість поліпшити апаратні можливості та потужності, які дозволяють одній машині виконувати більш синхронізовану роботу. По-друге, посилення контролю витрат, що призвело до консолідації серверів. По-третє, значну роль зіграла безпека й надійність завдяки вдосконаленню архітектури гіпервізорів. І останнє ― можливість запуску залежних від ОС застосунків у різних апаратних або операційних середовищах.

У 2005 році розробники процесорів почали додавати апаратну віртуалізацію у свої продукти на базі x86, розширюючи доступність віртуалізації для ПК та серверів.

Два типи гіпервізорів

Типи гіпервізорів

Сучасні гіпервізори доступні у двох типах.

Перший тип

Працює безпосередньо на фізичному комп'ютері, взаємодіючи з його процесором, пам'яттю та сховищем. Його ще називають «голим» гіпервізором. Він замінює операційну систему хоста. Є високоефективним, оскільки має прямий доступ до фізичного обладнання. Це також підвищує безпеку IT-інфраструктури, оскільки між ним та центральним процесором немає нічого, що зловмисник міг би скомпрометувати. Але гіпервізору часто потрібна окрема машина для адміністрування різних віртуальних машин та керування хостовим обладнанням.

Популярні приклади: Microsoft Hyper-V, VMware vSphere, KVM.

Другий тип

Працює на операційній системі. Оскільки він не планує розподіл ресурсів віртуальної машини безпосередньо на основі базового обладнання, процес є повільнішим і менш ефективним.

Оптимізація та управління ресурсами також менш гнучкі, порівняно з гіпервізорами першого типу. Наприклад, вони не можуть динамічно розподіляти обчислювальне обладнання. Наприклад, віртуальна машина завжди буде споживати 8 ГБ оперативної пам'яті, якщо ви призначите цей обсяг.

Попри недоліки, гіпервізори другого типу простіші в налаштуванні та управлінні. Ви можете встановити технологію віртуалізації як програмний додаток на персональну систему, так само як і інші комп'ютерні програми.

Цей тип гіпервізора ідеально підходить для запуску віртуальних машин з різними операційними системами для тестування або розробки. Популярними прикладами є Oracle VirtualBox, VMware Fusion та Windows Virtual PC.

Можливості гіпервізорів

• Створення віртуальних машин. Гіпервізори дозволяють користувачам створювати кілька ізольованих віртуальних екземплярів на одній фізичній машині. Окрім оптимізації витрат, віртуалізація серверів допомагає покращити розподіл робочого навантаження.
• Розподіл ресурсів. Користувачі можуть використовувати гіпервізори для динамічного розподілу ресурсів сервера між віртуальними екземплярами. Це дозволяє іншим середовищам використовувати надлишки обчислювальної потужності для більш стабільної роботи.
• Створення знімків. Гіпервізор може фіксувати стан системи та конфігурацію віртуальної машини в певний момент часу. Ця точка відновлення дозволяє користувачам легко відновити свої дані після аварій або при клонуванні екземплярів серверів.
• Міграція в реальному часі. Користувачі можуть перемістити віртуальний екземпляр на інший фізичний хост, не перериваючи запущені процеси і не викликаючи простій. Окрім спрощення міграції даних, ця функція діє як система обходу відмови, перемикаючи систему, що вийшла з ладу, на інший сервер.
• Моніторинг та управління ресурсами. Системні адміністратори можуть розподіляти та перерозподіляти пул апаратних ресурсів між різними екземплярами. Крім того, за допомогою програмного забезпечення гіпервізора вони можуть легко відстежувати споживання ресурсів декількома екземплярами в одному місці.

Для чого використовують гіпервізори

Програмне забезпечення для віртуалізації, що працює на базі гіпервізорів, має кілька варіантів використання.

Організація інфраструктури віртуальних робочих столів (VDI)
Гіпервізор дозволяє користувачам запускати кілька гостьових операційних систем на сервері для створення інфраструктури віртуальних робочих столів. Вона надає користувачам середовище віддаленого робочого столу, до якого вони можуть отримати доступ за допомогою захищеного протоколу.

Оптимізація використання ресурсів
Компанії використовують гіпервізори для об'єднання декількох комп'ютерів, що виконують різні функції, в один сервер. Наприклад, якщо команди продажів, маркетингу та технічної підтримки виконують свої робочі навантаження на окремих фізичних серверах, це може призвести до простою ресурсів. За допомогою гіпервізора можна розмістити віртуальні машини для відповідних підрозділів на одному сервері, навіть якщо для них потрібні різні операційні системи та програмні компоненти.

Середовища розробки та тестування
Ізольованість гіпервізора дозволяє розробникам легко створити окреме середовище для розробки та тестування. Вони можуть зробити це, створивши віртуальну машину на тому ж сервері або у своїх локальних системах. Це дозволяє розробникам тестувати нові зміни у сервісах або додатках, не впливаючи на продуктивну систему. До того ж вони можуть визначити ідеальний розподіл ресурсів для додатків, перш ніж розгортати їх на реальному сервері.

Аварійне відновлення
Системні адміністратори зазвичай використовують гіпервізори для аварійного відновлення та захисту даних. Гіпервізори пропонують можливість реплікації, що дозволяє створювати дзеркальні копії працюючих віртуальних машин на резервних серверах. Деякі з них також реплікують дані в режимі реального часу, щоб мінімізувати їхню втрату. Це дозволяє швидко переміщати віртуальну машину між хостами, якщо поточна система виходить з ладу, підтримуючи час безперебійної роботи. Якщо в робочій машині трапляється аварія, гіпервізор розгортає автоматичне обхідне копіювання, щоб перепрофілювати вторинну систему як новий основний хост.

Раніше ми розповідали у чому полягає різниця між гіпервізорами VMware та KVM.