10 октября 2012
Многоуровневая (сквозная) виртуализация с поддержкой на уровне ОС.
Возможности применения в системах безопасности
Часть 2
Напомним, что в настоящий момент существует только два типа операционных систем: разделения времени и реального времени [4]. ОС разделения времени используются в системах общего назначения, фактически вместе с выходом IBM System/360 было введено понятие «систем общего назначения». ОС реального времени часто используется в SCADA-системах, которые успешно из промышленной телеметрии перешли в системы безопасности, и других отказоустойчивых системах чувствительных к дедлайну процессов [4].
Фактически ОС является слоем сопряжения, а значит, может относиться к системам виртуализации.
Следующий этап развития ОС связан с выходом операционной системы UNIX и UNIX-подобных ОС, изначально ориентированных на многопроцессорные системы, а впоследствии с отказом от мейнфреймов и переходом на персональные компьютеры и объединения их в сеть были адаптированы под сетевые задачи [5]. UNIX стал базовой основой для разработки многих систем реального времени, но виртуализация сама по себе представляла собой более интересную и многообещающую задачу.
Долгое время, практически с 60-х по 90-е годы, виртуализация слабо развивалась на дальнем технологическом плане. Всплеск и активизация внимания начали наблюдаться в 90-е годы. Это было связано с появлением интернета и веб-ресурсов, которые должны были поддерживать кроссплатформенность, реализованную виртуальной машиной Java, а также с несовместимостью платформы x86 и необходимостью ее адаптации к другим аппаратным платформам (технология Hypervisor) [6].
В целом, виртуализация была задумана для абстрагирования от программиста вычислительной архитектуры и изолирования программ и ресурсов друг от друга с помощью логических интерфейсов сопряжения. В настоящий момент, несмотря на появление многочисленных локальных технологий виртуализации, отсутствует систематический подход. В табл. 1 представлена классификация методов виртуализации, которая может быть неполной из-за отсутствия какой-либо теоретической систематизации этого технологического направления. В табл. 1 также показаны этапы виртуализации.
Таблица 1 Методы виртуализации и их классификация
Этап и тип виртуализации |
Виды виртуализации |
IBM/PC – Виртуализация оборудования |
Операционные системы и firmware продукты
Виртуальная память
Виртуальные диски
Виртуальные машины |
Ethernet – Виртуализация платформ |
Полная виртуализация
Виртуализация уровня ОС
Паравиртуализация
Виртуализация адресного пространства |
Internet – Виртуализация вычислительных ресурсов |
Виртуализация серверов
Виртуализация систем хранения
Виртуализация устройств |
GyperCloud – Виртуализация логических ресурсов |
Виртуализация приложений
Виртуализация представлений
Виртуализация рабочего стола
Виртуализация данных |
Фактически виртуализация прошла через три этапа развития и объединения вычислительных ресурсов: виртуализация оборудования, платформ, вычислительных ресурсов. Можно утверждать, что после 2011 года мир вошел в этап виртуализации уже логических ресурсов. В этот год был преодолен рубеж объема цифрового универсума в 1 зеттабайт (1 млрд. терабайт) и, по оценке IDC, 2011 год считается переходом в эру больших данных [7]. В связи с этим активно обсуждается вопрос разработки интерфейса метаданных, способных структурировать и оптимизировать огромный объем данных находящихся в сети, представляющих собой интерфейс виртуализации логических ресурсов [8].
Обратимся к новым исследованиям, касающимся уже непосредственно развития виртуализации в современном её понимании. В настоящий момент по данным открытого проекта V-INDEX на 2011 год виртуализация была распространена в мире на 38,9% [9].
В отчете IDC «Worldwide Quarterly Server Virtualization Tracker» отмечено, что мир уверенно движется в направлении развития технологий виртуализации. Интересно сопоставить цифры, приведенные в этом отчете по темпу прироста лицензий лидирующих платформ виртуализации, данные по которым приведены в табл. 2. На 2009 год: VMware ESX – 19%, Microsoft Hyper-V – 215%, Citrix XenServer – 290%. Несмотря на агрессивную политику Microsoft и Citrix технология VMware ESX на 2011 год сохранила свои приоритетные позиции [11].
Рис. 4 Распространение виртуальных машин по данным Gartner [10]
Табл. 2. Статистика распространению технологии Hypervisor по доменным зонам и вендрам [9]
|
Авг 2012 |
UK |
FR |
DE |
US |
Доля технологии Hypervisor для виртуализации серверов, (%) |
VMware |
67.6 |
79 |
65 |
61 |
66.5 |
Citrix |
14.4 |
12 |
15 |
20 |
12.5 |
Hyper-V |
16.4 |
8 |
17 |
16 |
20.5 |
Other |
1.6 |
1 |
3 |
3 |
0.5 |
Доля технологии виртуализации рабочего стола, (%) |
VMware |
54.2 |
42.9 |
47.3 |
58.1 |
59.2 |
Citrix |
24.9 |
46.4 |
27.3 |
25.8 |
15.8 |
Hyper-V |
20.3 |
10.7 |
23.6 |
16.1 |
24.3 |
Other |
0.6 |
- |
1.8 |
- |
0.7 |
Использование первичного гипервизора, (%) |
VMware |
58.2 |
72 |
56 |
46 |
58.5 |
Citrix |
20.2 |
16 |
11 |
30 |
22 |
Hyper-V |
18.6 |
11 |
27 |
22 |
16.5 |
Other |
3 |
1 |
6 |
2 |
3 |
Согласно отчету «Виртуализация для защиты данных», опубликованному на V-INDEX, 94% ИТ-директоров рассматривают виртуализацию не только для эффективного управления ИТ-инраструктуры (60%), но и в качестве основной стратегии защиты данных (94%). Также виртуализация рассматривается как способ оптимизации финансовых затрат на программное обеспечение (52%) и с точки зрения сокращения сложности ИТ-инфраструктуры. Виртуализация и гибкая репликация данных уже на сегодняшний день предлагает эффективные способы сохранения критично важных данных во время стихийных бедствий (по мнению 87% респондентов) [12]. Причем также интересны выводы агентства Gartner. По мнению их экспертов, распространение технологий виртуализации на PC замедляется, виртуализация в последующие периоды будет развиваться в «облаке» [10].
Прежде, чем переходить по изложению материала о виртуализации «в облако», немного остановимся на архитектуре х86 и технологии Hypervisor, которая фигурирует в приведенных отчетах. Архитектура х86 была ориентирована только на одну ОС, что усложняло ее использование в сетевых средах. Процессор х86 имеет несколько колец привилегий - три, которые доступны для тех или иных вычислений, уровень 0 имеет высшие привилегии, уровень 3 обеспечивает функциональность программ с минимальными привилегиями. Проблема колец привилегий решается с помощью технологии гипервизора - «тонкого» программного слоя, который еще называют микроОС. Этот слой находится между гостевыми ОС и аппаратной частью. МикроОС Hypervisor выполняет инструкции в кольце 0, а гостевые ОС работают в кольце 3 (1 и 2 свободны), «неродной» код перехватывается и транслируется гипервизором для кольца 0 [6].
