Virtuelle maskiner og hypervisorer

Virtualisering lader én fysisk server foregive at være mange separate computere. Hver foregivne computer er en virtuel maskine (VM) med sit eget operativsystem, sine egne applikationer, sin egen virtuelle CPU, hukommelse og disk. VM'erne deler den underliggende fysiske hardware, men er isoleret fra hinanden.

Dette er grundlaget for moderne datacentre og skyen. I stedet for én applikation pr. fysisk maskine kan en enkelt kraftfuld server være vært for snesevis af VM'er, hvilket reducerer omkostninger, strømforbrug og pladskrav markant.

En hypervisor (også kaldet en Virtual Machine Monitor) er det softwarelag, der opretter og kører VM'er. Den opdeler den fysiske CPU, RAM og lagerplads og tildeler dele til hver VM, samtidig med at den holder dem isoleret, så ét nedbrud ikke kan få de andre til at gå ned.

Hypervisoren planlægger adgangen til den fysiske hardware, ligesom et operativsystem planlægger adgangen for applikationer. For hvert gæste-OS ser det ud, som om VM'en ejer en komplet fysisk maskine.

En Type 1-hypervisor kører direkte på hardwaren uden et underliggende værtsoperativsystem. Fordi den ligger direkte på hardwaren, er den hurtig, effektiv og sikker, hvilket gør den velegnet til produktionsservere og skyer.

• VMware ESXi
• Microsoft Hyper-V
• KVM (Kernel-based Virtual Machine)
• Xen

Datacentre kører Type 1-hypervisorer, så én vært kan betjene mange lejere på samme tid.

En Type 2-hypervisor kører som en applikation oven på et normalt operativsystem som Windows eller macOS. Den er nem at installere og velegnet til test, læring og skrivebordsmaskiner, men den er langsommere, fordi forespørgsler først skal gennem værts-OS'et.

• VMware Workstation og Fusion
• Oracle VirtualBox
• Parallels Desktop

Brug Type 2 til at køre Linux på din bærbare computer, og brug Type 1 til at køre en serverpark.

Værten er den fysiske maskine og den hypervisor, der kører det hele. Et gæste-OS er det operativsystem, der er installeret i en VM. Du kan frit blande gæster: En enkelt vært kan måske køre Windows Server, Ubuntu Linux og en ældre Windows-version side om side.

Hvert gæste-OS tror, at det har dedikeret hardware, men de deler alle værtens pulje af CPU og hukommelse efter hypervisorens planlægning.

Administratorer tildeler hver VM en andel af vCPU (virtuelle processorkerner), RAM og disk. Overprovisionering betyder, at der tildeles flere samlede virtuelle ressourcer, end værten fysisk har, ud fra en forventning om, at ikke alle VM'er topper samtidig.

Gøres det omhyggeligt, øger det effektiviteten; gøres det uforsigtigt, skaber det ressourcekonkurrence, hvor VM'er kæmper om CPU eller hukommelse og bliver langsommere. Ved at dimensionere hver VM korrekt bliver ydeevnen forudsigelig.

Et snapshot gemmer en VM's nøjagtige tilstand på et bestemt tidspunkt. Hvis en rettelse eller ændring ødelægger noget, kan du rulle tilbage til snapshot'et på få sekunder. Kloning kopierer en hel VM for hurtigt at oprette en identisk ny.

Disse funktioner gør VM'er langt mere fleksible end fysiske servere, hvor det kan tage timer at genopbygge en ødelagt maskine. Snapshots er dog ikke sikkerhedskopier, fordi de ligger på den samme værtslagring.

Containere (f.eks. Docker) er en lettere form for virtualisering. I stedet for hvert sit komplette gæste-OS deler containere værtens kerne og pakker kun applikationen og dens afhængigheder. De starter på millisekunder og bruger langt mindre hukommelse.

VM'er isolerer på hardwareniveau med et komplet OS hver, mens containere isolerer på operativsystemniveau. Begge dele er almindelige, og mange virkelige installationer kører containere inde i VM'er for at opnå lagdelt isolation.

Live-migrering flytter en kørende VM fra én fysisk vært til en anden med meget kort eller ingen nedetid. Hypervisoren kopierer VM'ens hukommelse over netværket til den nye vært og skifter derefter over så problemfrit, at brugerne sjældent bemærker det.

Det muliggør hardwarevedligeholdelse, belastningsfordeling og failover uden at lukke tjenester ned. VMware kalder det vMotion, og det er en vigtig grund til, at virtualiserede miljøer forbliver meget tilgængelige.

Cloududbydere driver enorme hypervisorparker. Når du lejer en cloudserver, får du i virkeligheden en VM på delt hardware. Virtualisering lader udbyderen starte din VM på få minutter, skalere den og kun opkræve betaling for det, du bruger.

For en netværkstekniker er dette vigtigt, fordi netværket nu også strækker sig ind i værten og forbinder virtuelle maskiner via virtuelle switche, som du møder i næste lektion.

Fordele: konsolidering af hardware, hurtig klargøring, nemme sikkerhedskopier via snapshots, isolation og live-migrering for at sikre oppetid.

Afvejninger: Hypervisoren medfører en lille overhead, overprovisionering indebærer risiko for ressourcekonkurrence, og mange VM'er på én vært skaber et enkelt fejlpunkt, hvis værten går ned. Et godt design spreder kritiske VM'er på flere værter for at håndtere denne risiko.

Virtualisering opdeler én fysisk server i mange isolerede virtuelle maskiner, der administreres af en hypervisor. Type 1-hypervisorer kører direkte på hardwaren i produktion, mens Type 2 kører på et værts-OS til skrivebordsmaskiner og test. VM'er får hver vCPU, RAM og disk, understøtter snapshots, kloning og live-migrering og er byggestenene i cloud computing.