ČLÁNEK

 
K vysvětlení tohoto faktu se podívejte na obrázek výše. Všimněte se oblastí označovaných jako „Ring“. Zásadní problém, s kterým se virtualizace musí vypořádat, je rozložení systémových úrovní tak, aby jak hostitelský systém, tak hostovaný virtuální systém, mohly korektně pracovat. Jenže zatímco hostitelský  OS funguje standardně (tj. jádro a služby běží v tzv. ringu, resp. úrovni 0, kdežto uživatelské procesy v úrovních vyšších), jádro hostovaného OS běží již v úrovni 1, ačkoli si myslí, že jde o úroveň 0. Z ilustrace poznáte, že v jádru systému je instalovaná virtualizační komponenta Virtual Machine Monitor (VMM.sys), která se stará o zprostředkování komunikace mezi virtualizovaným systémem a hardwarem fyzického počítače. Zásadní je tu právě simulace úrovně 0 ve vyšší vrstvě. Jinými slovy – proces úrovňové komprese a překladu je právě to místo, kde dochází k citelné spotřebě výkonu, která se pak negativně projevuje na virtuálních stanicích.

Microsoft Hyper-V
Abychom se s tím mohli efektivně vyrovnat, přichází Microsoft s novou verzí virtualizace Hyper-V, která je a bude obsažena ve Windows Serveru 2008. Na tomto místě je důležité říci, že Hyper-V je stále ve fázi testování, přičemž ostrá a plnohodnotná verze bude dostupná ke stažení zhruba za půl roku. Na konci článku najdete vše důležité o edicích a cenách.

Už jen pouhým náhledem na obrázek níže zjistíme, co všechno je v Hyper-V jinak. Nová architektura těží primárně z podpory hardwarové virtualizace na úrovni procesoru (Intel-VT či AMD-V), což umožnilo zcela přepsat logiku a jádro virtualizace. Nyní několik důležitých pojmů, bez nichž se dále neobejdeme:

• Hypervisor – mikrojádrové řešení, též nazývané jako „tenká vrstva“ pod OS. Klíčová komponenta virtualizace, která kromě jiného zajišťuje vytvoření a separaci tzv. oddílů, komunikaci mezi virtualizovanými OS a hardwarem, exkluzivitu systémových prostředků a rozdělení zdrojů či vynucování pravidel. Neobsahuje ovladače, pouze virtualizační logiku.
• Mateřský oddíl (či parent partition) – instalace Windows Serveru 2008 s instalovanou rolí Hyper-V. OS v tomto případě „vlastní hardware“, poskytuje pro něj ovladače virtuálním stanicím, dodává řešení pro správu a vysokou dostupnost, a především obsahuje důležité komponenty virtualizace.
• Dětský oddíl (child partition) – prostor pro virtualizované stanice a systémy (VM – Virtual Machine)

V přímém porovnání obou architektur snadno rozpoznáte, že v Hyper-V diagramu je mnohem méně elementů a hlavně tam chybí hostitelský operační systém v ringu, resp. úrovni 0. Naopak mateřský i dětský oddíl běží vždy v úrovni 0, tedy v kernel módu. Tím pádem tady chybí i komprese a emulace úrovní, což nám již od první chvíle dává záruku mnohem vyššího výkonu a efektivity. Abychom mohli správně celé rozložení Hyper-V pochopit, je nutno zmínit stěžejní fakta:

• Hypervisor coby tenká vrstva, je instalován a posléze běží přímo nad hardwarem, a využívá tzv. úroveň -1. Nebo chcete-li  ring -1.
• Mateřský oddíl obsahující Windows Server 2008 běží v kernel módu, tedy v úrovni 0
• Dětské oddíly běží taktéž v úrovni 0

Nyní je ta pravá chvíle, abychom se věnovali funkcím jednotlivých komponent. Hypervisor jsme již probrali o pár řádek výše, a tak se podíváme na to, proč a jak funguje mateřský versus dětský oddíl.

Hlavní součást – mateřský oddíl
Mateřský oddíl je pro účely virtualizace klíčový. Obsahuje důležité součásti, které obsluhují jak samotný Windows Server 2008, ať už v plné či Core variantě, tak i dětské oddíly. Mateřský oddíl především vlastní a poskytuje ovladače zařízení, rozhraní pro správu virtuálních stanic v dětských oddílech, komponenty obsluhující komunikaci mezi jednotlivými dětskými oddíly a především služby nutné pro chod celé virtualizace. Následující odstavec si klade za cíl popsat jednotlivé složky podle systémových úrovní (ringů).

V úrovni 0, tedy v kernel módu mateřského oddílu, běží tzv. VSP, resp. Virtualization Service Provider . Ten má jediný úkol – zajišťovat komunikaci mezi ovladači a jednotlivými systémy. VSP si pak můžeme představit jako proxy filtr, který přijímá požadavky na služby hardwaru (disk, video, síť atd.) od VM, předává je dál a posléze znovu předává odpověď dané VM. To může dělat napřímo za pomoci ovladačů nebo služeb, samozřejmě v závislosti na typ požadavku. Dále v této úrovni najdete velmi důležitou součást systému a tou je tzv. VM Bus, který zajišťuje výměnu požadavků a  dat mezi virtuálními stanicemi.

V úrovni 1, resp. v uživatelském módu, pak běží tzv. VM Service – Virtual Machine Service. Tato služba slouží ke správě virtuálních stanic a zároveň kontroluje tzv. VM Worker Process, což je proces, který reprezentuje a obsluhuje každou z virtuálních stanic. V této úrovni najdete i WMI rozhraní, které můžete použít pro správu jednotlivých VM.

Virtuální servery – dětský oddíl
Dětský oddíl je ovšem ještě zajímavější. Jeho komponenty a funkcionalita se totiž odvíjí od instalovaného operačního systému. Zde mohou nastat de facto tři různé scénáře:

1. Instalujete OS, který rozpozná, že je instalován do virtuálního prostředí nad Hypervisor. V současnosti jde o Windows Server 2008, Windows Vista a zčásti Windows Server 2003.
2. Instalujete OS, který neví nic o Hypervisoru a je nutno mu v rámci VM vytvořit prostředí, které dokáže využívat.
3. Instalujete OS na bázi Unixu/Linuxu.

Scénář první
V tomto případě virtualizovaný OS využívá vestavěnou komponentu VSC, resp. Virtualization Service Client, aby pro svůj chod využíval komunikaci s VSP. Posloupnost pak vypadá následovně:

• Aplikace instalovaná ve VM volá kvůli zápisu ovladač disku v úrovni 0 svého dětského oddílu
• Ovladač signalizuje VSC, že chce přistupovat na hardware
• VSC předává přes VM Bus zprávu patřičnému VSP obsluhujícímu diskové služby v mateřském oddílu
• VSP posléze zapisuje na disk a vrací odpověď

Všimněte si, že v daném procesu je na disk přistupováno přímo přes ovladače a nikoli přes emulovaný storage stack, který fungoval v předchozích virtualizačních produktech – Virtual PC či Virtual Server. Je tu tedy o jednu výkonnou „vrstvu“ méně.

Scénář druhý
Zde jde o poněkud odlišnou situaci. Jak bylo řečeno, instalovaný systém nemá potuchy o virtualizaci a je nutno mu vytvořit domovské prostředí. Pokud bychom scénář ilustrovali např. za pomoci MS-DOS či Windows 95, pak můžeme říct, že dětský oddíl bude fungovat zcela stejně, jako v prostředí Virtual PC či Virtual Serveru. Emulace ovladačů, disků, desky a dalších životně důležitých komponent.

Scénář třetí a poslední
Samozřejmě musíme zmínit instalaci Linuxových systémů. Microsoft ví, že Hyper-V musí být schopen virtualizovat téměř jakýkoli operační systém. Proto uzavřel partnerství  s XenSource (společnost spravovaná firmou Citrix), které má za cíl vytvořit VSC pro Linux, a zprovoznit tak plnou virtualizaci ve stejném rozsahu, jaký poskytují OS znající Hypervisor. Tedy Windows Server 2008 či Windows Vista. V současné době je podporován SUSE Enterprise Linux Server 10 s SP1.

Klíčové vlastnosti Hyper-V
Než naše povídání ukončíme, musíme zmínit další důležité technické i další vlastnosti, které ještě nezazněly.
Hyper-V:

• Je pouze 64-bitový, k jeho běhu tudíž potřebujete x64 verzi Windows Serveru 2008
• Podporuje x86 a x64 VM, jinými slovy virtualizuje stanice na 32- i 64-bitové platformě
• Podporuje více procesorů pro VM
• Umožňuje využívat až 2 TB operační paměti, přičemž každá VM může mít více než 32 GB
• Dovoluje pro VM využívat jak klasické diskové soubory .VHD, tak přímo fyzické disky či řešení SAN
• Umí provozovat teoreticky neomezené množství VM. Záleží pouze na hardwaru.
• Podporuje tzv. Quick Migration, tj. rychlý přesun VM mezi fyzickými servery v případě výpadku či poruchy hardwaru.
• Umožňuje správu za pomoci vyspělé konzoly přímo ve Windows Serveru 2008, ovšem také přes rozhraní WMI či za pomoci nástroje System Center Virtual Machine Manager. SCVMM je a bude velmi důležitou komponentou pro správu virtualizovaných serverů ve větších prostředí.
• Dovoluje provádět v reálném čase a bez výpadku tzv. snapshoty jednotlivých VM za pomoci VSS a ty pružně využívat pro rychlý návrat do původního či dřívějšího stavu
• Podporuje řešení vysoké dostupnosti, a to jak na hostitelském, tak virtualizovaném prostředí.
• Je navržen tak, aby tvořil ideální pár s variantou Core Server, tedy Windows Server 2008 s minimalizovaným grafickým rozhraním.

Co budete potřebovat pro instalaci
Hyper-V je obsažen v edicích Standard, Enterprise a DataCenter Windows Serveru 2008. Jak bylo řečeno výše, v současné době můžete instalovat pouze testovací beta verzi Hyper-V. Plná verze, včetně samostatného Hyper-V Serveru v ceně zhruba 30 USD, bude dostupná do půl roku.

Z hlediska hardwaru budete potřebovat x64 platformu, procesor s podporou virtualizace (Intel-VT, AMD-V) a hardwarovým DEP. Posléze už stačí jen nainstalovat Windows Server 2008 a ihned poté roli Hyper-V, která vám přinese vše, co jsme dnes představili.

Zcela kratičký odstavec bych rád věnoval jedné oblasti, která bývá při testování či nasazení často opomíjena. Je důležité si uvědomit, že virtualizace by měla jít ruku v ruce s řešením vysoké dostupnosti. Sebekvalitnější hardware může selhat a pokud zhavaruje server, na kterém běží dvacet virtualizovaných systémů, dvacetinásobný problém je rázem na světě. Ve výčtu vlastností výše je napsáno, že Hyper-V podporuje clustering na bázi jak hostitelského, tak virtualizovaného systému. Při plánování virtualizované infrastruktury je zcela nezbytné tuto vlastnost brát v potaz. Možná si teď kladete otázku, proč vám, IT odborníkům, říkám takovou banální informaci, ale věřte, že bez tohoto odstavce bych článek nemohl odevzdat s čistým svědomím.

Závěrem
Virtualizace je slovo v poslední době skloňované do všech tvarů. Při dnešním výkonném hardwaru je serverová virtualizace logickým krokem kupředu v efektivním využívání všech prostředků, nehledě k dalším přínosům, které tuto oblast provázejí.

V předcházejících řádcích jsme představili novou filozofii virtualizace od Microsoftu, která díky svým parametrům, vlastnostem a architektuře má nakročeno stát se etablovanou technologií v podnikových řešeních všech velikostí. Ve spojení s vyspělými nástroji pro správu (System Center Virtual Machine Manager), popř. ve spojení s variantou Core Server, tak tvoří kvalitní platformu pro širokou škálu firem. Od malých společností až po globální korporace.

Karel Florian