Проще говоря, виртуализация сервера позволяет параллельно запускать несколько операционных систем на одном компьютере. Microsoft выпустила несколько версий Virtual PC для рабочих станций, а недавно начала поставлять серверное решение вместе с Virtual Server 2005 и с последующим выпуском Virtual Server 2005 R2, которое может дать значительные преимущества ИТ-отделу вашей организации. В этой статье я расскажу о выгоде виртуализации, об архитектуре Virtual Server 2005 и дам рекомендации по оптимальному применению Virtual Server.
Virtual Server 2005, в сущности, представляет собой службу, которая выполняется в Windows Server 2003. С помощью Virtual Server 2005 вы можете разместить на одной хост-машине до 64 виртуальных (VM), в каждой из которых будет запущена своя операционная система. На рис. 1 показана базовая архитектура Virtual Server.
Рис. 1. Архитектура Virtual Server 2005
Архитектура виртуализации Заметьте, что на одном сервере запущены четыре операционные системы (одна хост-система и три виртуальные машины). Каждая VM самодостаточна в том смысле, что для ОС она является физической машиной. Уровень виртуализации (в данном случае служба Virtual Server 2005) передает все обращения к VM на уровень физического оборудования.
У вас, как и у большинства системных администраторов, может возникнуть насущный вопрос: на какую производительность я вправе рассчитывать? Ясно, что при любом виде виртуализации возникает необходимость в дополнительных ресурсах процессора, памяти, жесткого диска и сети (иногда это называют "налогом на виртуализацию"). Хотя влияние на производительность нельзя оценить одним показателем, вы, вероятно, сочтете виртуализацию полезным решением для всех серверов за исключением наиболее загруженных. Разумеется, для успешного развертывания надо провести тестирование на масштабируемость и производительность. Но замечу, что многие организации используют виртуализацию для критически важных корпоративных приложений. И, кстати, в пределах виртуальной машины вы также сможете играть в старые игры под MS-DOS наподобие Doom и Gauntlet.
Virtual Server 2005 рассчитан на Windows Server 2003 и Windows XP Professional (хотя запуск в Windows XP Professional не поддерживается в производственной среде). Однако, если нужно разместить лишь одну или несколько виртуальных машин на рабочей станции, вам вполне подойдет Virtual PC. Virtual Server 2005 использует Web-интерфейс администрирования, поэтому нужно либо запустить IIS на хост-машине, либо установить входящее в поставку приложение для администрирования vmrc.exe на рабочую станцию, с которой вы будете управлять виртуальными серверами.
Совокупная производительность будет определяться в первую очередь техническими характеристиками физического процессора, памяти и жесткого диска хост-компьютера. Microsoft поддерживает множество моделей процессоров Intel и AMD в одно- и многопроцессорных конфигурациях. В выпуске Virtual Server 2005 R2 также появилась поддержка хост-машин с операционными системами Windows x64 (хотя гостевые операционные системы остались 32-битными). Тактовая частота процессора должна быть минимум 550 МГц, но для работы рекомендуется не менее 1 ГГц. В зависимости от требований гостевых ОС могут потребоваться и более быстрые процессоры.
Преимущества виртуализации Рассмотрим вкратце преимущества технологии виртуализации, позволяющие эффективнее эксплуатировать системы в вашей среде.
Независимость от аппаратного обеспечения Поскольку операционная система и приложения устанавливаются на VM, конфигурация которой с течением времени не изменяется, вам незачем беспокоиться о проблемах совместимости с аппаратными средствами, циклах модернизации и поддержке устаревшего оборудования. Даже сложные многоуровневые корпоративные приложения можно перемещать между виртуальными серверами без переустановки.
Поскольку большинство VM можно легко перемещать между машинами без перенастройки, вы полностью свободны в своих действиях, когда вам понадобится модернизировать или продлить срок эксплуатации существующего сервера. Отделение серверов от лежащего в их основе оборудования также означает, что вы можете перемещать VM в зависимости от требований к нагрузке.
Простота развертывания Развертывание серверов отнимает много времени даже при использовании автоматизированных средств развертывания. В дополнение к стандартным процедурам настройки защиты и операционной системы вам, весьма вероятно, придется поддерживать оборудование самых разных типов. Виртуализация позволяет создать набор базовых образов VM, что гарантирует использование стандартной платформы. Затем можно скопировать эти образы на новые машины, что займет от силы несколько минут. Результатом будет практически мгновенное развертывание сервера без необходимости настройки нового оборудования.
Упрощенное тестирование приложений С помощью VM можно легко и быстро подготовить тестовую лабораторную среду. Тестовые среды (включая виртуальные сети) можно создать за считанные минуты. Средства Virtual Server 2005 позволяют легко отменять изменения в VM. Разработчики могут ориентировать свои приложения на очень специфическое оборудование VM и конфигурацию операционной системы, поскольку характеристики VM хорошо известны и устойчивы.
Технические характеристики виртуальной машины Хотя Virtual Server 2005 Enterprise Edition будет поддерживать столько процессоров, сколько и его хост-система (32 в текущей версии Windows Server 2003), индивидуальные VM ограничены единственным логическим процессором и максимальным объемом оперативной памяти 3,6 Гб. Эмулируемое оборудование VM включает:
--- чипсет материнской платы Intel 440BX; --- AMI BIOS; --- S3 Trio 32/64 с 4 Мб видеопамяти; --- мышь и клавиатуру PS/2; --- два флоппи-дисковода; --- два последовательных порта; --- один параллельный порт; --- до четырех IDE-устройств, таких как жесткие диски или приводы CD/DVD; --- до четырех SCSI-контроллеров Adaptec 7870 (на каждом из которых может быть до десяти жестких дисков); --- до четырех сетевых адаптеров DEC 21140 10/100.
Эта машина не вполне отвечает современным требованиям. В ней отсутствует такая полезная функциональность, как поддержка USB, настоящий Gigabit Ethernet, новейшие SCSI-контроллеры и 3D-видеографика. Но она вполне работоспособна. Более того, все эмулируемые устройства присутствуют в списках Hardware Compatibility List (HCL), начиная с Windows NT 4.0, поэтому специальные драйверы практически не нужны.
Установка и настройка При планировании развертывания VM наиболее существенным ограничением будет объем физической оперативной памяти хост-сервера. Для начала следует оценить количество памяти, которое потребуется каждой гостевой ОС. Надо учесть и то, что для Virtual Server 2005 дополнительно потребуется 32 Мб физической памяти. Заметьте также, что превысить объем передаваемой памяти нельзя; т. е. суммарное количество памяти, выделенной для запущенных VM, не может превышать общий объем доступной физической памяти сервера (независимо от того, насколько полно используется выделенная память). Теоретический предел составляет 64 VM на один хост-сервер, но на деле это число всецело зависит от доступных системных ресурсов.
Установка Virtual Server 2005 довольно проста - всю работу проделает за вас установщик. Прежде чем начать установку, убедитесь, что у вас есть доступный в сети Web-сервер IIS (или установленный на локальном сервере). В процессе установки будет сконфигурирован новый Web-сайт Virtual Server Administration (по умолчанию используется порт 1024). Кроме того, на машину будет установлена служба Virtual Server. Для доступа к Virtual Server можно воспользоваться ярлыком Web-сайта Virtual Server Administration или установить соединение с ServerName:PortNumber/VirtualServer/VSWebApp.exe. На рис. 2 показана главная страница интерфейса администрирования Virtual Server 2005.
Рис. 2. Web-сайт Virtual Server Administration
В большинстве случаев Virtual Server 2005 можно эксплуатировать в конфигурации по умолчанию. Однако некоторые из настроек вы скорее всего захотите изменить. Для начала вам, возможно, потребуется активировать консоль Virtual Machine Remote Console (VMRC). Этот ActiveX-элемент обеспечивает взаимодействие с виртуальными машинами в период установки. Затем надо настроить на сервере пути поиска - Search Paths. Эти пути определяют местонахождение виртуальных жестких дисков и конфигурационных файлов VM. Вы также можете настроить параметры запуска VM и задать период автоматического обновления для Web-сайта.
Настройка виртуальных машин Во многих отношениях виртуальные машины можно рассматривать как физические. Для каждой VM нужна отдельная лицензия на операционную систему, и, вероятно, потребуются такие же усилия по администрированию и техническому обслуживанию, как и для физического сервера. Процесс создания новой VM довольно несложен. Просто воспользуйтесь командой Create в разделе Virtual Machines левой панели интерфейса администрирования. У вас будет возможность определить имя VM, а также задать начальные настройки памяти, виртуального жесткого диска и сети (рис. 3).
Рис. 3. Создание новой виртуальной машины
Следующим шагом будет установка операционной системы. Как и для физических компьютеров, вы можете установить ОС вручную с носителя. Virtual Server 2005 позволяет присоединять VM к большинству ISO-форматов файлов образа диска или напрямую соединяться с флоппи-, CD или DVD-дисководом. Для экономии времени можно использовать любые средства и методы стандартных служб Microsoft Automated Deployment Services (ADS).
После установки на VM гостевой ОС надо установить Virtual Machine Additions. Это позволит улучшить общую производительность поддерживаемых операционных систем и даст дополнительные возможности, такие как корректное выключение гостевой ОС через консоль администрирования и синхронизация часов BIOS гостевой и хост-системы. Рекомендуется также включить на гостевой системе удаленное администрирование, если оно поддерживается. И хотя вы по-прежнему сможете использовать VMRC для доступа к VM, возможно, для выполнения вашей работы будет проще использовать соединение на основе Remote Desktop Protocol.
Теперь, когда VM готова к использованию, вы практически можете забыть о том, что она виртуальная. Настройте машину так, как вы обычно настраиваете любой другой сервер или рабочую станцию в вашей среде. Это включает и установку всех необходимых сервисных пакетов и обновлений. После установки, обновления и настройки создайте копию файла виртуального жесткого диска (.vhd) VM для применения в качестве шаблона при будущих развертываниях (но не забывайте об упомянутой ранее необходимости соблюдения для каждого экземпляра требований лицензионного соглашения).
Администрирование виртуальных машин Конфигурацию виртуального оборудования VM можно легко изменить через Web-инструмент администрирования. На рис. 4 показаны доступные настройки. Здесь вы можете добавить дополнительные жесткие диски, настроить сетевые адаптеры и точно задать количество памяти. Некоторые изменения можно вносить во время работы системы, для других же потребуется перезапуск VM.
Рис. 4. Свойства виртуальной машины
Помимо включения и выключения VM, вам доступны и другие возможности. Reset соответствует выключению и включению физического компьютера. Как правило, вы будете использовать Shut Down Guest OS (корректное завершение работы гостевой ОС Windows) или Save State. Разумеется, можно использовать и такие команды гостевой ОС, как Shut Down, Restart, Stand by и Hibernate.
Вы можете легко перемещать VM между несколькими установленными экземплярами Virtual Server 2005. Для этого сначала определите расположение конфигурационных файлов VM (по умолчанию соответствующие папки находятся в C:\Documents and Settings\All Users\Documents\) и всех необходимых для VM файлов, имеющих отношение к дискам. Прежде чем перемещать VM, выключите ее или сохраните ее состояние. После этого просто скопируйте файлы на целевой Virtual Server и при помощи операции Add Virtual Machines укажите серверу необходимый файл конфигурации .vmc. Заметьте, что, если путь к файлам .vhd изменился, вам, возможно, потребуется вручную указать их новое расположение. Также учтите, что исходная и целевая службы должны использовать один и тот же тип процессора, а если целевая служба имеет в своем распоряжении совершенно другие ресурсы, придется скорректировать настройки гостевой ОС.
Виртуальные жесткие диски Хотя уйма настроек может поначалу сбить с толку, гибкость и мощь Virtual Server во многом определяется возможностью настройки его виртуальных жестких дисков. Виртуальные диски можно присоединить к виртуальным IDE или SCSI-контроллерам. Virtual Server поддерживает четыре типа виртуальных жестких дисков (табл. 1).
Тип диска
Описание
Динамически расширяемый
Физическое дисковое пространство на хост-машине выделяется, только когда гостевая ОС нуждается в этом. Например, можно определить для виртуальной машины жесткий диск размером 10 Гб, но он будет занимать лишь 3 Гб дискового пространства хост-системы
Фиксированный
Используется все выделенное пространство физического жесткого диска. Поскольку в этом случае нет издержек, связанных с увеличением объема файла, фиксированные диски более производительны
Связанный
Указывает на весь физический жесткий диск хост-компьютера. Этот тип предназначен в первую очередь для процесса преобразования существующего физического жесткого диска в виртуальный
Восстанавливаемый
Изменения сохраняются в отдельный файл, чтобы долговременные изменения не записывались напрямую на виртуальный диск
Разностный
Создается иерархия дисков и все вносимые изменения записываются на новый виртуальный диск
При выключении VM с включенными восстанавливаемыми дисками вы можете сохранить, зафиксировать или отменить изменения в VM. Разностные диски создаются для отдельных виртуальных жестких дисков, но не разрешают автоматический откат изменений.
Разностные диски позволяют создать базовый .vhd-файл (включающий, например, только ОС) и записывать все дальнейшие изменения на новый виртуальный диск. На разностном диске могут находиться альтернативные приложения или конфигурации. На рис. 5 показано, как при помощи разностных дисков создать иерархию. Используя команду Inspect Virtual Disks, вы можете преобразовать тип жесткого диска (например, из фиксированного в динамический), а также сжать динамические виртуальные диски для возврата неиспользуемого пространства.
Рис. 5. Иерархия разностных дисков
Virtual Server позволяет гибко настраивать сетевую конфигурацию. В VM может быть до четырех сетевых адаптеров, каждый из которых можно подключить к отдельной виртуальной сети. При создании новой виртуальной сети вы можете связать ее с физическим сетевым адаптером хост-компьютера. Поскольку это сделает VM частью физической сети, убедитесь, что заданы совместимые и уникальные IP-адреса. Вы также можете создать виртуальную сеть, которая позволит виртуальным машинам взаимодействовать только между собой, или вообще запретить доступ к сети.
В Virtual Server 2005 встроен свой DHCP-сервер, который упрощает конфигурирование сети (рис. 6). Вы даже можете вручную назначить MAC-адреса каждому сетевому адаптеру, используя параметры конфигурации VM.
Рис. 6. Настройка свойств DHCP
Оптимизация Virtual Server предлагает много вариантов настройки и распределения ресурсов. Для мониторинга хост-систем и гостевых Windows-систем можно задействовать счетчики Performance Monitor. Кроме того, в Virtual Server 2005 есть два WMI-объекта: VirtualMachine (для мониторинга использования диска, памяти, процессора и другой информации) и VirtualNetwork (для отслеживания сетевой статистики).
Для управления нагрузкой на процессор предназначена страница Resource Allocation сайта администрирования Virtual Server. Через этот интерфейс можно задать, какая часть ресурсов процессора будет доступна каждой VM.
Что касается сети, то использование сетевых адаптеров Gigabit Ethernet может существенно повысить совокупную производительность. Даже если в гостевой ОС эмулируется 100-мегабитное соединение, при наличии нескольких работающих VM прирост производительности будет значительным.
Узкое место многих виртуальных сред - производительность жесткого диска, поскольку каждая из работающих виртуальных операционных систем не подозревает о существовании остальных и конкурирует с ними за общие дисковые ресурсы. Наименьшую производительность на хост-сервере имеют стандартные жесткие диски IDE, диски Serial ATA работают немного быстрее, а наибольшая производительность обычно у жестких дисков SCSI. Добиться заметного повышения производительности можно за счет RAID, добавления независимых дисков и контроллеров или вложения средств в сетевые системы хранения данных. Несмотря на то, что в RTM-версии Virtual Server 2005 отсутствует встроенная поддержка этих технологий, вы можете использовать Storage Area Network (SAN), Network Attached Storage (NAS) и файловые серверы для хранения .vhd, .vmc и других конфигурационных файлов и ресурсов. Несмотря на потенциальное улучшение производительности и управляемости необходимо тщательно протестировать эти варианты, прежде чем применять их в производственной среде.
Сценарии и автоматизация Хотя Web-инструмент администрирования - прекрасное средство настройки нескольких VM на нескольких серверах, вам может понадобиться автоматизировать или спланировать выполнение различных операций. К счастью, в Virtual Server 2005 есть API, позволяющий создавать сценарии выполнения простых операций. Объектная модель документирована в Virtual Server Programmer's Guide, который по умолчанию устанавливается с Virtual Server 2005.
Вот простой сценарий для запуска всех VM на локальном сервере:
Set objVirtualServer = CreateObject( _ "VirtualServer.Application") Set colVirtualMachines = _ objVirtualServer.VirtualMachines
Dim objVirtualMachine
For Each objVirtualMachine in _ colVirtualMachines objVirtualMachine.Startup() WScript.Sleep(10000) Next
В этом сценарии перебирается набор VM и каждой из них отправляется команда запуска. Небольшая 10-секундная задержка добавлена, чтобы избежать перегрузки сервера. Разумеется, вы можете легко создавать полноценные приложения для работы с Virtual Server, используя механизм COM Interop в Microsoft .NET Framework. Однако при создании приложения для автоматизации продумайте вопросы безопасности, связанные с COM.
Вы также можете создавать сценарии командной строки, выполняемые в ответ на определенные события VM. Например, можно отправить уведомление при выключении VM или при возникновении ошибки, связанной с нехваткой места на диске (в гостевой ОС или за ее пределами). Соответствующие параметры можно задать в свойствах Scripts каждой VM.
Практические рекомендации По аналогии с другими приложениями и операционными системами вашей среды нужно устанавливать все обязательные обновления гостевых ОС и выполнять их резервное копирование. Что касается хост-системы (и самого Virtual Server), то большинство настроек основано на функциях защиты файловой системы и ОС. На рис. 7 показаны параметры, доступные в настройках защиты Virtual Server Properties.
Рис. 7. Защита Virtual Server
Вообще говоря, усилить защиту Virtual Server 2005 можно, назначая разрешения файловой системы NTFS для конфигурационных файлов, в том числе для конфигурации VM (.vmc), сети (.vnc) и файлов, относящихся к виртуальному диску (.vhd, .vnc и .vsv).
Вы также можете повысить защиту, ограничив доступ к Web-сайту Virtual Server Administration (см. встроенную справочную систему Virtual Server). Наконец, ничто не заменит хороших правил политики: обеспечьте соответствие всех VM, подключенных к вашим производственным сетям, тем же требованиям безопасности, которые предъявляются к физическим машинам.
Управляйте виртуальными машинами так же, как и физическими. Все задачи администрирования, выполняемые с использованием журналов событий, WMI, Microsoft Operations Manager (MOM) и Systems Management Server (SMS), применимы и к VM. Аналогично на VM следует использовать те же политики обновления и безопасности, что и на любых других машинах.
Проводите резервное копирование VM. Это может быть непростым делом, поскольку создать копии .vhd-файлов работающей VM напрямую нельзя (этот недостаток был устранен в версии R2). В данной ситуации вы можете сохранить состояние или выключить VM перед ее резервным копированием с хост-системы (что приведет к некоторому простою), или настроить выполнение резервного копирования в ОС, запущенной в VM.
На случай отказа сервера нужен план восстановления ваших VM. При полной потере данных на сервере самым быстрым способом будет переустановка Virtual Server на другой машине и восстановление последних доступных версий файлов виртуальных дисков и конфигурационных файлов. Заметьте, однако, что в версии Virtual Server 2005 R2 теперь поддерживаются кластерные хост-системы, которые обеспечивают высокую доступность в случае отказа сервера.
Настройте антивирус и другое ПО так, чтобы они пропускали стандартные и сопутствующие файлы Virtual Server (.vhd, .iso и т. д.). Эти файлы зачастую очень большие, поэтому обычные операции сканирования могут существенно снизить производительность хоста и VM.
Если вы используете Virtual Server для тестирования, создайте отдельную сетевую среду. Для обмена файлами с производственными сетями можно задействовать VPN-соединение.
Виртуальное будущее Microsoft Virtual Server 2005 на сегодняшний день предоставляет мощную технологию виртуализации, которая со временем будет только улучшаться. Для чего бы вы ни использовали Virtual Server - для размещения устаревших систем, эффективной эксплуатации оборудования или тестирования, вы обязательно заметите преимущества виртуализации.
Разумеется, технические характеристики оборудования текущей VM довольно скромны, и хотелось бы большего. В настоящее время ведется работа по виртуализации других типов устройств, доступных на хост-системе. Также следует ожидать увеличения производительности VM за счет использования компонентов Hypervisor, опирающихся на аппаратные средства; эти компоненты - программный уровень между ОС и оборудованием, позволяющий запускать сразу несколько ОС без полноценной хост-системы и связанных с ней издержек. У Intel и AMD есть планы по разработке технологий виртуализации на уровне процессоров, которые позволят повысить производительность.
В долгосрочной перспективе Microsoft планирует добавить поддержку виртуализации и Hypervisor в ядро Windows, начиная с Windows Vista и следующей версии Microsoft Windows Server под кодовым названием "Longhorn". Эти решения, опирающиеся на аппаратные функции, обеспечат улучшение производительности и поддержку тысяч типов устройств.
