Как работает гипервизор: технологии виртуализации в применении к компьютерам и Интернету

Гипервизор — это программное обеспечение, которое управляет виртуализацией аппаратных ресурсов компьютера. Он позволяет создавать и управлять виртуальными машинами, которые могут запускаться на одной физической машине. Гипервизор обеспечивает изоляцию и разграничение ресурсов между виртуальными машинами, что позволяет им работать независимо друг от друга.

Гипервизоры бывают двух типов: тип 1 и тип 2. Тип 1, также известный как «осязаемый» гипервизор, запускается непосредственно на серверном оборудовании и управляет виртуальными машинами. Тип 2 гипервизоры, также известные как «гостевые» гипервизоры, запускаются на операционной системе хоста и управляют виртуальными машинами через него.

Гипервизоры используют аппаратное обеспечение, такое как процессоры с поддержкой виртуализации и управление памятью, для обеспечения доступа к ресурсам гостевых операционных систем. Они также содержат важные компоненты, такие как управление процессором, памятью и сетью, которые позволяют разграничивать и изолировать виртуальные машины друг от друга и от хостовой системы.

С помощью гипервизора можно создавать и запускать несколько виртуальных машин на одной физической машине, что позволяет эффективно использовать вычислительные ресурсы и упрощает управление инфраструктурой. Гипервизоры также обладают функциями миграции и резервного копирования, которые позволяют переносить виртуальные машины с одного сервера на другой и создавать их резервные копии для обеспечения непрерывности работы системы.

Как работает гипервизор?

Гипервизор обычно устанавливается на хост-сервер, то есть физическую машину, которая будет использоваться для запуска виртуальных машин. После установки гипервизора на хост-сервер создается гостевая операционная система (ГОС), которая будет работать на виртуальной машине.

Существуют два основных типа гипервизоров: тип 1 и тип 2. Тип 1 (нативный или «баре-металл») работает непосредственно на аппаратном обеспечении сервера и управляет ресурсами сервера, включая процессор, память и хранилище данных. Тип 2 (хост-основанный) устанавливается на операционную систему хоста и работает на его уровне, используя ресурсы операционной системы для управления виртуальными машинами.

Гипервизор выступает в роли посредника между аппаратным обеспечением сервера и гостевыми операционными системами. Он обеспечивает изоляцию и безопасность между виртуальными машинами, а также распределение ресурсов сервера между ними.

Гипервизор управляет ресурсами сервера путем назначения им гостевым операционным системам. Он разделяет процессор, память, дисковое пространство и сеть между виртуальными машинами в соответствии с их потребностями. Это позволяет использовать вычислительные ресурсы сервера более эффективно и равномерно.

Гипервизор также обеспечивает возможность миграции виртуальных машин между физическими серверами без прерывания их работы. Это позволяет балансировать загрузку серверов, устранять отказы оборудования и упрощать обслуживание серверной инфраструктуры.

В целом, гипервизор является ключевым компонентом виртуализации, который позволяет эффективно использовать вычислительные ресурсы и упрощать администрирование серверов. Он выполняет роль посредника между аппаратным обеспечением сервера и гостевыми операционными системами, обеспечивая изоляцию, безопасность и распределение ресурсов между виртуальными машинами.

Основные принципы технологии виртуализации

Основные принципы технологии виртуализации:

Принцип	Описание
Гипервизор	Гипервизор — это программа, которая позволяет создавать и управлять виртуальными машинами. Он работает на нижнем уровне аппаратного обеспечения и предоставляет виртуальным машинам доступ к аппаратным ресурсам.
Виртуальные машины	Виртуальная машина (ВМ) — это изолированная среда, которая имитирует работу реального компьютера. Каждая ВМ имеет свою операционную систему, приложения и ресурсы. Они могут быть созданы, управляться и уничтожены гипервизором.
Ресурсы	Виртуализация позволяет эффективно использовать ресурсы компьютера. Ресурсы, такие как процессорное время, память, сетевые соединения и дисковое пространство, распределяются между виртуальными машинами в зависимости от их потребностей.
Изоляция	Каждая виртуальная машина полностью изолирована от других. Это означает, что сбои и проблемы, возникающие в одной ВМ, не затрагивают другие ВМ. Изоляция обеспечивает безопасность, стабильность и надежность работы системы.
Миграция	Технология виртуализации позволяет перемещать запущенные ВМ между физическими серверами без прерывания их работы. Это позволяет балансировать нагрузку, проводить обслуживание серверов и обеспечивать отказоустойчивость системы.

В целом, технология виртуализации предоставляет мощный и гибкий инструмент для управления компьютерными системами. Она позволяет увеличить эффективность использования ресурсов, упростить управление и обеспечить высокую степень гибкости и масштабируемости системы.

Уровни виртуализации

Существуют разные уровни виртуализации, каждый из которых предоставляет разные возможности и уровни изоляции для виртуальных машин. Вот несколько основных уровней:

1. Уровень аппаратной виртуализации:

Этот уровень включает в себя гипервизор, который работает напрямую с аппаратным обеспечением. Он предоставляет общий доступ к ресурсам компьютерной системы и обрабатывает запросы от виртуальных машин. Примеры гипервизоров на этом уровне включают VMware ESXi и Microsoft Hyper-V.

2. Уровень операционной системы:

На этом уровне гипервизор работает как приложение в операционной системе хоста. Он использует ресурсы операционной системы и предоставляет виртуальные машины через свои API. Примеры гипервизоров на этом уровне включают VMware Workstation и Oracle VirtualBox.

3. Уровень приложения:

На этом уровне гипервизор встроен в приложение, которое запускается на операционной системе хоста. Он предоставляет виртуальные машины для выполнения конкретного приложения. Примеры гипервизоров на этом уровне включают Docker и Windows Server Containers.

Каждый уровень виртуализации имеет свои особенности и преимущества, и выбор определенного уровня зависит от требований и задач виртуализации системы.

Виртуальные машины и разделение ресурсов

Гипервизоры позволяют выполнять несколько виртуальных машин на одном физическом сервере, а каждая виртуальная машина обладает своими вычислительными ресурсами. Это достигается благодаря механизмам разделения ресурсов, предоставляемым гипервизором.

Основной механизм разделения ресурсов — виртуализация процессора. Каждой виртуальной машине выделяется определенное количество процессорного времени, которое она может использовать для выполнения своих задач. Гипервизор контролирует доступ виртуальных машин к процессору и разделяет его между ними.

Также гипервизор предоставляет механизмы разделения памяти. Каждая виртуальная машина имеет свое собственное виртуальное адресное пространство, которое разделяется с другими виртуальными машинами. Гипервизор обеспечивает контроль доступа к памяти и управление ее выделением и освобождением.

Гипервизор также разделяет ресурсы хранения данных. Каждая виртуальная машина имеет свои виртуальные диски, которые могут быть выделены на общие физические диски или массивы хранения данных. Гипервизор управляет доступом виртуальных машин к физическим дискам и обеспечивает их разделение.

Кроме того, гипервизор предоставляет возможность разделения сетевых ресурсов. Каждая виртуальная машина может иметь свои виртуальные сетевые интерфейсы, которые могут быть связаны с физическими сетевыми интерфейсами или виртуальными сетями. Гипервизор контролирует доступ виртуальных машин к сетевым ресурсам и обеспечивает их разделение.

Таким образом, гипервизоры позволяют виртуальным машинам выполняться параллельно на одном сервере, обеспечивая разделение ресурсов и изоляцию между ними. Это позволяет эффективно использовать вычислительные ресурсы и упрощает управление виртуальными средами.

Управление гипервизором и консоль администратора

Для управления гипервизором обычно используется консоль администратора. Консоль администратора предоставляет доступ к интерфейсу управления гипервизором, позволяющему настраивать и контролировать виртуальные машины. С ее помощью можно создавать, удалять и изменять параметры виртуальных машин, наблюдать за их работой, управлять ресурсами сервера и проводить другие административные действия.

Консоль администратора может быть доступна как через графический интерфейс, так и через командную строку. Графический интерфейс обычно предоставляет более удобные и интуитивно понятные функции управления, позволяя визуально отслеживать состояние виртуальных машин и выполнять операции над ними. Командная строка позволяет автоматизировать управление гипервизором, создавать скрипты и выполнять команды с параметрами.

В консоли администратора можно просматривать данные о ресурсах сервера, таких как объем доступной памяти, загрузку процессора, сетевой трафик и др. Также можно наблюдать за работой виртуальных машин, проверять их состояние, производить миграцию машин между физическими серверами, изменять настройки, управлять сетевыми подключениями и многое другое.

Консоль администратора является неотъемлемой частью работы с гипервизором и позволяет администраторам эффективно управлять виртуальными машинами и ресурсами сервера.

Разница между типами гипервизоров

Гипервизоры-1, также известные как «нативные» или «тип 1» гипервизоры, работают непосредственно на аппаратном обеспечении и управляют виртуальными машинами непосредственно. Это позволяет им обеспечивать прямой доступ к аппаратным ресурсам, что обеспечивает высокую производительность и низкую степень накладных расходов. Однако, установка и управление гипервизором-1 может быть сложной задачей и требовать определенного уровня экспертизы.

С другой стороны, гипервизоры-2, также известные как «гостевые» или «тип 2» гипервизоры, работают на операционной системе хоста и управляют виртуальными машинами через эту операционную систему. Это облегчает установку и управление гипервизором, поскольку он работает как обычное приложение на операционной системе хоста. Однако, такой подход также может привести к накладным расходам на производительность из-за необходимости проходить через операционную систему хоста.

В итоге, главное различие между гипервизорами-1 и гипервизорами-2 заключается в их месте установки и способе управления виртуальными машинами. Если требуется максимальная производительность и управляемость, гипервизоры-1 могут быть предпочтительным вариантом. Если же простота установки и управления имеет большее значение, гипервизоры-2 могут быть более подходящим выбором.

Тип 1: нативный или «без носителя»

Гипервизор типа 1 работает независимо от операционной системы хоста, что позволяет ему более эффективно использовать ресурсы сервера. Он предоставляет высокую производительность и низкую задержку по сравнению с другими типами гипервизоров.

Гостьевые операционные системы работают в изолированных виртуальных машинах, а гипервизор контролирует доступ каждой виртуальной машины к ресурсам сервера, таким как процессор, память и дисковое пространство.

В нативном гипервизоре также есть возможность создавать кластерные системы, что позволяет распределить нагрузку между несколькими физическими серверами и обеспечить отказоустойчивость.

Примеры нативных гипервизоров включают VMware ESXi, Citrix XenServer и Microsoft Hyper-V. Эти гипервизоры широко используются в корпоративной среде для виртуализации серверов и предоставления облачных услуг.

Тип 2: хост-гипервизор или «на основе операционной системы»

Хост-гипервизоры, или «на основе операционной системы», это гипервизоры, которые работают поверх уже существующей операционной системы. Они устанавливаются как обычное приложение на хост-операционной системе и позволяют запускать виртуальные машины на этой операционной системе.

Преимущество такого подхода заключается в том, что хост-гипервизоры обеспечивают более простую настройку и управление виртуальными машинами. Они используют драйверы и ресурсы операционной системы хоста, что делает процесс виртуализации более эффективным.

Однако, хост-гипервизоры могут быть менее надежными и безопасными, поскольку они зависят от операционной системы хоста. Если операционная система хоста выходит из строя, то и виртуальные машины перестают работать.

Примеры хост-гипервизоров включают в себя VMware Workstation, VirtualBox и Parallels Desktop.

Сравнение производительности и надежности

Выбор гипервизора может оказать существенное влияние на производительность и надежность виртуализации. Поэтому важно провести сравнение этих параметров для различных гипервизоров.

Параметр	Производительность	Надежность
VMware ESXi	Один из самых производительных гипервизоров на рынке. Обладает высокой производительностью за счет оптимизации работы с аппаратным обеспечением и эффективного управления ресурсами.	Имеет высокую степень надежности и отказоустойчивости. Обладает функциями автоматического резервирования ресурсов и быстрого восстановления после сбоя.
Microsoft Hyper-V	Обладает хорошей производительностью и эффективно использует аппаратные ресурсы. Предоставляет широкий набор функций для управления виртуальными машинами.	Имеет высокую степень надежности, но несколько менее отказоустойчив по сравнению с VMware ESXi.
KVM	Обладает высокой производительностью и низкими накладными расходами. Часто используется в серверных средах.	Имеет высокую степень надежности и устойчивость к сбоям. Позволяет быстро восстанавливать работу виртуальных машин после сбоя.

В целом, все рассмотренные гипервизоры обладают высокой производительностью и надежностью. Выбор конкретного гипервизора зависит от потребностей и требований пользователя.

Преимущества использования гипервизора

Высокая эффективность использования ресурсов

Гипервизор позволяет эффективно использовать аппаратные ресурсы компьютера, разделяя их между несколькими виртуальными машинами. Каждая виртуальная машина может работать независимо от остальных и использовать только те ресурсы, которые ей необходимы. Это позволяет оптимально распределить вычислительную мощность и память компьютера между различными задачами и повысить общую производительность системы.

Изоляция и безопасность

Гипервизор обеспечивает полную изоляцию между виртуальными машинами. Каждая виртуальная машина работает в собственной виртуальной среде, которая отделена от остальной системы. Это предотвращает влияние одной виртуальной машины на другие и защищает их от возможных сбоев и ошибок. Кроме того, использование гипервизора улучшает безопасность системы, позволяя создавать изолированные среды для запуска вредоносного или неизвестного программного обеспечения.

Масштабируемость и гибкость

Гипервизор позволяет масштабировать систему в зависимости от потребностей. При использовании виртуальных машин можно легко добавлять и удалять ресурсы компьютера в реальном времени. Это позволяет гибко адаптировать систему под новые задачи и требования, не прерывая работы существующих приложений или сервисов. Кроме того, гипервизор обеспечивает возможность перемещения виртуальных машин между различными физическими серверами, что позволяет оптимально использовать доступные ресурсы и обеспечивает отказоустойчивость системы.

Выводы

Гипервизор является мощным инструментом виртуализации, который позволяет эффективно использовать аппаратные ресурсы, обеспечивает изоляцию и безопасность, а также обладает гибкостью и масштабируемостью. Использование гипервизора позволяет снизить затраты на оборудование, упростить управление системой и повысить ее производительность в целом.

Видео:

Как работает гипервизор вычислителя?

Что такое виртуализация? Просто о сложном