Virtuaalikoneet ja hypervisorit

Tyypin 1 hypervisor toimii suoraan laitteistolla ilman sen alla olevaa isäntäkäyttöjärjestelmää. Koska se toimii suoraan laitteistolla, se on nopea, tehokas ja turvallinen, joten sitä käytetään tuotantopalvelimissa ja pilvipalveluissa.

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

Datakeskukset käyttävät tyypin 1 hypervisoreita, jotta yksi isäntä voi palvella samanaikaisesti useita asiakkaita.

Tyypin 2 hypervisor toimii sovelluksena tavallisen käyttöjärjestelmän, kuten Windowsin tai macOS:n, päällä. Se on helppo asentaa ja sopii erinomaisesti testaamiseen, opiskeluun ja työpöytäkoneisiin, mutta se on hitaampi, koska pyynnöt kulkevat ensin isäntäkäyttöjärjestelmän kautta.

• VMware Workstation ja Fusion
• Oracle VirtualBox
• Parallels Desktop

Käyttäkää tyyppiä 2 Linuxin suorittamiseen kannettavalla tietokoneella ja tyyppiä 1 palvelinfarmissa.

Isäntä on fyysinen kone ja hypervisor, joka suorittaa kaiken. Vieras käyttöjärjestelmä on virtuaalikoneen sisälle asennettu käyttöjärjestelmä. Vieraita voi yhdistellä vapaasti: yksi isäntä voi käyttää rinnakkain Windows Serveriä, Ubuntu Linuxia ja vanhempaa Windows-versiota.

Jokainen vieras uskoo, että sillä on oma laitteisto, mutta kaikki jakavat hypervisorin ajoituksen mukaisesti isännän suorittimen ja muistin muodostaman resurssijoukon.

Ylläpitäjät määrittävät kullekin virtuaalikoneelle osuuden vCPU:ta (virtuaalisia suoritinytimiä), RAM-muistia ja levytilaa. Ylivaraaminen tarkoittaa, että virtuaalisia resursseja varataan yhteensä enemmän kuin isännällä on fyysisesti, koska oletetaan, etteivät kaikki virtuaalikoneet kuormitu huippuunsa samanaikaisesti.

Huolellisesti tehtynä tämä parantaa tehokkuutta, mutta huolimattomasti tehtynä se aiheuttaa resurssikilpailua, jossa virtuaalikoneet kilpailevat suorittimesta tai muistista ja hidastuvat. Kunkin virtuaalikoneen resurssien mitoittaminen oikein pitää suorituskyvyn ennakoitavana.

Tilannevedos tallentaa virtuaalikoneen täsmällisen tilan tiettynä ajankohtana. Jos korjauspäivitys tai muutos rikkoo jotakin, voitte palauttaa tilanteen tilannevedokseen muutamassa sekunnissa. Kloonaus kopioi koko virtuaalikoneen ja luo siitä nopeasti uuden, identtisen virtuaalikoneen.

Näiden ominaisuuksien ansiosta virtuaalikoneet ovat paljon joustavampia kuin fyysiset palvelimet, joiden rikkoutuneen laitteen uudelleenrakentaminen voisi kestää tunteja. Tilannevedokset eivät kuitenkaan ole varmuuskopioita, koska ne sijaitsevat saman isännän tallennustilassa.

Säiliöt (kuten Docker) ovat kevyempi virtualisoinnin muoto. Sen sijaan että jokaisella säiliöllä olisi kokonainen vieraskäyttöjärjestelmä, säiliöt jakavat isännän ytimen ja sisältävät vain sovelluksen sekä sen riippuvuudet. Ne käynnistyvät millisekunneissa ja käyttävät paljon vähemmän muistia.

Virtuaalikoneet eristävät laitteistotasolla ja sisältävät kukin kokonaisen käyttöjärjestelmän, kun taas säiliöt eristävät käyttöjärjestelmätasolla. Molemmat ovat yleisiä, ja monissa todellisissa käyttöympäristöissä säiliöitä suoritetaan virtuaalikoneiden sisällä kerroksittaisen eristyksen saavuttamiseksi.

Live-siirto siirtää käynnissä olevan virtuaalikoneen fyysiseltä isännältä toiselle ilman käyttökatkoa tai vain hyvin lyhyellä käyttökatkolla. Hypervisor kopioi virtuaalikoneen muistin verkon kautta uudelle isännälle ja vaihtaa sitten käytettävän isännän niin saumattomasti, että käyttäjät harvoin huomaavat sitä.

Tämä mahdollistaa laitteistohuollon, kuormantasauksen ja vikasiedon ilman palvelujen sammuttamista. VMware kutsuu tätä vMotioniksi, ja se on keskeinen syy siihen, että virtualisoidut ympäristöt pysyvät erittäin käytettävinä.

Pilvipalveluntarjoajat käyttävät valtavia hypervisor-farmeja. Kun vuokraatte pilvipalvelimen, saatte todellisuudessa virtuaalikoneen jaetusta laitteistosta. Virtualisoinnin ansiosta palveluntarjoaja voi luoda virtuaalikoneenne muutamassa minuutissa, skaalata sitä ja laskuttaa vain käyttämistänne resursseista.

Verkkoteknikolle tämä on tärkeää, koska verkko ulottuu nyt myös isännän sisälle ja yhdistää virtuaalikoneet virtuaalikytkimillä, joihin tutustutte seuraavassa oppitunnissa.

Hyödyt: laitteiston yhdistäminen, nopea käyttöönotto, helppojen varmuuskopioiden ottaminen tilannevedosten avulla, eristys ja käyttökatkottomuutta tukeva live-siirto.

Kompromissit: hypervisor aiheuttaa hieman lisäkuormaa, ylivaraaminen altistaa resurssikilpailulle, ja useat virtuaalikoneet samalla isännällä muodostavat yhden vikaantumispisteen, jos isäntä rikkoutuu. Hyvässä suunnittelussa kriittiset virtuaalikoneet hajautetaan useille isännille tämän riskin hallitsemiseksi.

Virtualisointi jakaa yhden fyysisen palvelimen useiksi eristetyiksi virtuaalikoneiksi, joita hallitsee hypervisor. Tyypin 1 hypervisorit toimivat suoraan laitteistolla tuotantokäytössä, kun taas tyypin 2 hypervisorit toimivat isäntäkäyttöjärjestelmässä työpöytäkäytössä ja testaamisessa. Virtuaalikoneille varataan vCPU:ta, RAM-muistia ja levytilaa, ja ne tukevat tilannevedoksia, kloonausta ja live-siirtoa. Ne ovat pilvipalvelujen perusrakennuspalikoita.