Аппаратная виртуализация

При помощи аппаратной виртуализации создаются виртуальные машины на физическом оборудовании. Это позволяет эффективно распределять ресурсы для разных проектов. В статье мы расскажем, что такое аппаратная виртуализация, какой она бывает и для чего нужна.

Аппаратная виртуализация и ее особенности

Аппаратной виртуализацией называется создание изолированных окружений в рамках одного физического устройства (например, сервера или компьютера). Каждое окружение имеет вид отдельного компьютера с набором уникальных характеристик (процессор, память, оперативная память). По-другому такое окружение называется виртуальной машиной.

Таким образом, существует две операционные системы. ОС, внутри которой создается виртуальная машина, называется хост-системой. ОС, работающая в виртуальном окружении, — гостевой.

Созданием виртуальных машин и их управлением занимается гипервизор — специальное программное обеспечение. Гипервизор изолирует операционные системы друг от друга, разделяет ресурсы между ними, обеспечивает качественную безопасности и защиту.

Как работает аппаратная виртуализация

Обработка информации выполняется на физическом оборудовании. На сервер устанавливается гипервизор — о нем мы написали выше.

Изобразить концепцию можно на примере книги. Представим, что физический сервер с установленным программным обеспечением — это книга. Этот объект можно перемещать в пространстве. Если вам нужна копия книги для передачи ее другому человеку, то нужно затратить время, силы, деньги: перепечатать страницы, скрепить их. Покупка новой книги — тоже затрата ресурсов.

Но можно сделать и цифровую версию книги и создавать любое количество копий с минимальными затратами сил и времени. В данном случае проводится параллель с виртуальной машиной с уже установленными приложениями. Не нужно приобретать дополнительный сервер или компьютер — достаточно заняться аппаратной виртуализацией.

Типы аппаратной виртуализации

Выделяют три вида виртуализации: полную, паравиртуализацию, виртуализацию с аппаратной поддержкой.

Полная

В этом случае оборудование имитируется полностью. В результате образуется среда, которая может быть запущена на разных серверах без значительных затрат на настройку и отладку. Применение полной виртуализации позволяет администраторам запускать виртуальные среды любой конфигурации без приобретения дополнительного оборудования.

К однозначным преимуществам такого подхода можно отнести отсутствие потребности в модификации гостевой операционной системы. К недостаткам: сложность и значительные временные затраты из-за наличия эмуляции.

Паравиртуализация

Для каждой виртуальной машины создается специальная версия операционной системы. Ее можно изменить в зависимости от того, какие аппаратные ресурсы предоставляются сервером.

Действие паравиртуализации основано на применении гипервизора. Это позволяет увеличить производительность модифицированной гостевой ОС. Потребления ресурсов эмуляцией практически нет.

К преимуществам можно отнести простоту, повышенную производительность и отсутствие потребления ресурсов, связанное с эмуляцией. К недостаткам — потребность в модификации гостевой операционной системы.

Виртуализация с аппаратной поддержкой

Создается виртуальная машина с использованием аппаратной мощности компьютера. На одном процессоре запускается несколько систем, которые работают параллельно. Такой вариант идеален при проведении онлайн-игр и организации дистанционных рабочих мест.

При помощи такой виртуализации можно запустить как модифицированную, так и немодицированную ОС.

К преимуществам решения относится отсутствие значительного потребления ресурсов и необходимости в модификации гостевой операционной системы. К недостаткам — потребность в аппаратной поддержке.

Отличия аппаратного представления от программного

Использование программной виртуализации основывается на использовании хостовой операционной системы, поверх которой и запускается специальное программное обеспечение для эмуляции ресурсов и компонентов. Эта процедура достаточно сложная, поскольку снижается производительность. Программная виртуализация может привести к возникновению угрозы безопасности данных, поскольку доступ к хостовой операционной системе подразумевает доступ ко всем ресурсам.

В результате аппаратной виртуализации появляются изолированные гостевые системы. Каждая из них управляется гипервизором — это увеличивает уровень безопасности. Такой процесс не приводит к ухудшению производительности и проблемам с безопасностью.

В основе технологии — принцип разделения процессора на два компонента (мониторную и гостевую части). Если произойдет переключение из базовой операционной системы в гостевую, процессор автоматически входит в гостевое состояние.

При аппаратной виртуализации гарантируется простота создания платформы виртуализации, обеспечивается высокая надежность одновременно запущенных гостевых систем. Качество производительности при этом не ухудшается — оно даже приближается к реальным.

Преимущества аппаратной виртуализации

Основное преимущество аппаратной виртуализации — удивительная гибкость, которая обеспечивает простоту настройки виртуальной инфраструктуры. Например, если используется процессор с 32-битной архитектурой, то виртуализация позволяет создать виртуальную машину с 64-битной архитектурой.

При использовании аппаратной виртуализации внешние приложения не отличают виртуальную машину от физического устройства. У этого решения есть ряд преимуществ:

• Экономичность. Виртуализация позволяет снизить расходы на приобретение, установку, настройку и обслуживание оборудования. Не нужно приобретать несколько серверов — достаточно задействовать одну мощную единицу оборудования, на которой можно запустить несколько ВМ. Они будут отличаться друг от друга кругом выполняемых задач и объемом ресурсов.

• Масштабируемость. Если у бизнеса возникает потребность в определенном количестве виртуальных машин, то можно задать необходимые параметры производительности.

• Безопасность. Виртуальные машины обособляются от друг друга. Они не потребляют других ресурсов. Если какая-то машина взломана или подвергается атаке, то это никак не влияет на другие.

• Гибкость. Нужная конфигурация виртуальной машины сохраняется как шаблон. После этого ее можно без каких-либо проблем развернуть на любом оборудовании.

• Отказоустойчивость. Состояние виртуальной машины можно сохранить при помощи снапшота, а также создать хранилище резервных копий. В случае критического сбоя части оборудования вся инфраструктура не разрушится. Она будет работать и дальше — нужно будет только лишь направить ресурсы на виртуальные компоненты инфраструктуры.

Такой тип виртуализации используется разными видами компаний: от крупного до малого и среднего бизнеса. Он также применяется обычными пользователями. С его помощью выстраивается качественная инфраструктура любого масштаба. Ее размеры можно быстро изменять и обеспечивать качественную защиту от внутренних и внешних угроз.

Недостатки аппаратной виртуализации

Аппаратная виртуализация обладает не только преимуществами. Тот факт, что системы управляются при помощи гипервизора, а платформа виртуализации создается при помощи аппаратных техник, дает шанс для успешного действия вредоносного программного обеспечения. Достаточно ему получить контроль над хостовой ОС, как оно сможет управлять и гостевыми ОС. Примеры подобного программного обеспечения уже существуют.

Но не стоит преувеличивать опасность такого ПО. Создать программу-вирус, которая использует технологии виртуализации, очень сложно. Антивирус быстро обнаружит заражение и предпримет необходимые меры для борьбы с ним.

Программное обеспечение, поддерживающее аппаратную виртуализацию

Подавляющее большинство разработчиков программных платформ виртуализации заявило о поддержке технологий Intel и AMD. ВМ на этих платформах запускаются при поддержке аппаратной виртуализации.

Во многих ОС, в состав которых включены платформы паравиртуализации, аппаратная виртуализация запускает неизмененные гостевые ОС. Это эффективное решение, позволяющее сэкономить ресурсы пользователей.

Приведем примеры ПО, которое поддерживает технологии аппаратной виртуализации:

Применение технологии аппаратной виртуализации обеспечивает широкие возможности для работы с ВМ. Это функциональный и гибкий инструмент, который значительно увеличивает эффективность ИТ-инфраструктуры. Уже сегодня можно использовать десятки виртуальных машин на базе одного сервера.