वर्चुअल मशीन और हाइपरवाइज़र

Virtualization एक भौतिक सर्वर को कई अलग-अलग कंप्यूटरों जैसा काम करने देता है। इनमें से प्रत्येक कंप्यूटर एक वर्चुअल मशीन (VM) होती है, जिसका अपना ऑपरेटिंग सिस्टम, अनुप्रयोग, वर्चुअल CPU, मेमोरी और डिस्क होती है। VMs नीचे मौजूद वास्तविक हार्डवेयर को साझा करती हैं, लेकिन एक-दूसरे से अलग रहती हैं।

यही आधुनिक डेटा केंद्रों और क्लाउड की नींव है। प्रत्येक भौतिक मशीन पर एक अनुप्रयोग चलाने के बजाय, एक शक्तिशाली सर्वर दर्जनों VMs चला सकता है, जिससे लागत, बिजली की खपत और आवश्यक स्थान में बहुत कमी आती है।

hypervisor (जिसे वर्चुअल मशीन मॉनिटर भी कहा जाता है) वह सॉफ़्टवेयर परत है जो VMs बनाती और चलाती है। यह भौतिक CPU, RAM और संग्रहण को बाँटकर प्रत्येक VM को उसका हिस्सा देती है तथा उन्हें अलग रखती है, ताकि किसी एक के क्रैश होने से उसके पड़ोसी प्रभावित न हों।

हाइपरवाइज़र वास्तविक हार्डवेयर तक पहुँच का समय निर्धारित करता है, ठीक वैसे ही जैसे ऑपरेटिंग सिस्टम अनुप्रयोगों के लिए करता है। प्रत्येक अतिथि OS को ऐसा लगता है जैसे VM के पास पूरी भौतिक मशीन हो।

Type 1 hypervisor सीधे हार्डवेयर पर चलता है और उसके नीचे कोई होस्ट ऑपरेटिंग सिस्टम नहीं होता। सीधे हार्डवेयर पर चलने के कारण यह तेज़, कुशल और सुरक्षित होता है, इसलिए उत्पादन सर्वरों और क्लाउड के लिए इसे चुना जाता है।

• VMware ESXi
• Microsoft Hyper-V
• KVM (कर्नेल-आधारित वर्चुअल मशीन)
• Xen

डेटा केंद्र Type 1 हाइपरवाइज़र चलाते हैं, ताकि एक ही होस्ट एक साथ कई किरायेदारों को सेवा दे सके।

Type 2 hypervisor Windows या macOS जैसे सामान्य ऑपरेटिंग सिस्टम के ऊपर एक अनुप्रयोग के रूप में चलता है। इसे स्थापित करना आसान है और यह परीक्षण, सीखने तथा डेस्कटॉप के लिए अच्छा है, लेकिन यह धीमा होता है क्योंकि अनुरोध पहले होस्ट OS से होकर गुजरते हैं।

• VMware Workstation और Fusion
• Oracle VirtualBox
• Parallels Desktop

अपने लैपटॉप पर Linux चलाने के लिए Type 2 का उपयोग कीजिए; सर्वर फ़ार्म चलाने के लिए Type 1 का।

host वह भौतिक मशीन और हाइपरवाइज़र है जो सब कुछ चलाता है। guest OS वह ऑपरेटिंग सिस्टम है जो VM के भीतर स्थापित होता है। आप अतिथि प्रणालियों को स्वतंत्र रूप से मिला सकते हैं: एक ही होस्ट पर Windows Server, Ubuntu Linux और Windows का कोई पुराना संस्करण साथ-साथ चल सकता है।

प्रत्येक अतिथि को लगता है कि उसके पास समर्पित हार्डवेयर है, लेकिन हाइपरवाइज़र के समय-निर्धारण के अनुसार सभी अतिथि होस्ट के CPU और मेमोरी समूह को साझा करते हैं।

प्रशासक प्रत्येक VM को vCPU (वर्चुअल प्रोसेसर कोर), RAM और डिस्क का एक हिस्सा देते हैं। Overcommitting का अर्थ है कुल भौतिक संसाधनों से अधिक वर्चुअल संसाधन आवंटित करना, इस अनुमान के साथ कि सभी VMs एक ही समय में अधिकतम भार पर नहीं चलेंगी।

सावधानी से किया जाए तो इससे दक्षता बढ़ती है; लापरवाही से करने पर संसाधन प्रतिस्पर्धा उत्पन्न होती है, जिसमें VMs CPU या मेमोरी के लिए संघर्ष करती हैं और धीमी हो जाती हैं। प्रत्येक VM को उचित आकार देने से प्रदर्शन का अनुमान लगाया जा सकता है।

snapshot किसी समय-बिंदु पर VM की हूबहू स्थिति सुरक्षित करता है। यदि कोई पैच या बदलाव समस्या पैदा कर दे, तो आप कुछ ही सेकंड में स्नैपशॉट पर वापस जा सकते हैं। Cloning किसी पूरी VM की प्रतिलिपि बनाकर जल्दी से एक नई, समान VM तैयार करता है।

इन सुविधाओं से VMs भौतिक सर्वरों की तुलना में कहीं अधिक लचीली बन जाती हैं, क्योंकि खराब भौतिक मशीन को फिर से तैयार करने में कई घंटे लग सकते हैं। हालांकि स्नैपशॉट बैकअप नहीं होते, क्योंकि वे उसी होस्ट संग्रहण पर रहते हैं।

Containers (जैसे Docker) वर्चुअलाइज़ेशन का हल्का रूप हैं। प्रत्येक के लिए पूर्ण अतिथि OS रखने के बजाय, कंटेनर होस्ट कर्नेल साझा करते हैं और केवल अनुप्रयोग तथा उसकी निर्भरताएँ साथ रखते हैं। वे मिलीसेकंड में शुरू हो जाते हैं और बहुत कम मेमोरी का उपयोग करते हैं।

VMs प्रत्येक में पूर्ण OS के साथ हार्डवेयर स्तर पर अलगाव प्रदान करती हैं; कंटेनर OS स्तर पर अलगाव प्रदान करते हैं। दोनों आम हैं, और कई वास्तविक परिनियोजन में परतदार अलगाव के लिए VMs के भीतर कंटेनर चलाए जाते हैं।

Live migration किसी चल रही VM को बहुत कम या बिना रुकावट के एक भौतिक होस्ट से दूसरे पर ले जाता है। हाइपरवाइज़र VM की मेमोरी को नेटवर्क के माध्यम से नए होस्ट पर कॉपी करता है और फिर इतनी सहजता से स्विच करता है कि उपयोगकर्ताओं को प्रायः पता भी नहीं चलता।

इससे सेवाएँ बंद किए बिना हार्डवेयर रखरखाव, लोड संतुलन और विफलता की स्थिति में बदलाव संभव होता है। VMware इसे vMotion कहता है; वर्चुअलाइज़ किए गए वातावरण की उच्च उपलब्धता का यह एक प्रमुख कारण है।

क्लाउड प्रदाता हाइपरवाइज़र के विशाल फ़ार्म चलाते हैं। जब आप क्लाउड सर्वर किराए पर लेते हैं, तो वास्तव में आपको साझा हार्डवेयर पर एक VM मिलती है। वर्चुअलाइज़ेशन प्रदाता को आपकी VM कुछ ही मिनटों में शुरू करने, उसका विस्तार करने और केवल आपके उपयोग के अनुसार शुल्क लेने देता है।

नेटवर्क तकनीशियन के लिए यह महत्वपूर्ण है, क्योंकि अब नेटवर्क होस्ट के भीतर भी विस्तारित होता है और वर्चुअल स्विचों के माध्यम से वर्चुअल मशीनों को जोड़ता है, जिनसे आपका परिचय अगले पाठ में होगा।

लाभ: हार्डवेयर का एकीकरण, तेज़ प्रावधान, स्नैपशॉट के माध्यम से आसान बैकअप, अलगाव और उपलब्धता बनाए रखने के लिए सक्रिय स्थानांतरण।

समझौते: हाइपरवाइज़र थोड़ा अतिरिक्त भार जोड़ता है, अधिक संसाधन आवंटित करने से प्रतिस्पर्धा का जोखिम रहता है, और एक होस्ट पर अनेक VMs होने से वह होस्ट बंद होने पर विफलता का एकल बिंदु बन जाता है। अच्छा अभिकल्प इस जोखिम को नियंत्रित करने के लिए महत्वपूर्ण VMs को कई होस्ट में बाँटता है।

वर्चुअलाइज़ेशन एक भौतिक सर्वर को कई अलग-थलग वर्चुअल मशीनों में बाँटता है, जिनका प्रबंधन एक हाइपरवाइज़र करता है। उत्पादन वातावरण में Type 1 हाइपरवाइज़र सीधे हार्डवेयर पर चलते हैं; डेस्कटॉप और परीक्षण के लिए Type 2 हाइपरवाइज़र होस्ट OS पर चलते हैं। प्रत्येक VM को vCPU, RAM और डिस्क मिलती है, वह स्नैपशॉट, क्लोनिंग और सक्रिय स्थानांतरण का समर्थन करती है, और क्लाउड कंप्यूटिंग की आधारभूत इकाई है।