Mesin Virtual dan Hypervisor

Virtualisasi memungkinkan satu server fisik seolah-olah menjadi banyak komputer terpisah. Setiap komputer virtual tersebut adalah mesin virtual (VM) dengan sistem operasi, aplikasi, CPU virtual, memori, dan disk sendiri. VM berbagi perangkat keras nyata di bawahnya, tetapi tetap terisolasi satu sama lain.

Inilah fondasi pusat data modern dan cloud. Alih-alih satu aplikasi untuk setiap perangkat fisik, satu server yang kuat dapat menampung lusinan VM, sehingga memangkas biaya, penggunaan daya, dan ruang secara drastis.

Hypervisor (juga disebut Pemantau Mesin Virtual) adalah lapisan perangkat lunak yang membuat dan menjalankan VM. Hypervisor membagi CPU, RAM, dan penyimpanan fisik, lalu memberikan bagiannya kepada setiap VM. Dengan demikian, VM tetap terisolasi sehingga satu kerusakan tidak menjatuhkan VM di sekitarnya.

Hypervisor menjadwalkan akses ke perangkat keras nyata, seperti sistem operasi menjadwalkan aplikasi. Bagi setiap OS tamu, VM tampak memiliki mesin fisik yang lengkap.

Hypervisor Tipe 1 berjalan langsung di perangkat keras tanpa sistem operasi host di bawahnya. Karena berada langsung di atas perangkat keras, hypervisor ini cepat, efisien, dan aman, sehingga menjadi pilihan untuk server produksi dan cloud.

• VMware ESXi
• Microsoft Hyper-V
• KVM (Mesin Virtual Berbasis Kernel)
• Xen

Pusat data menjalankan hypervisor Tipe 1 agar satu host dapat melayani banyak penyewa sekaligus.

Hypervisor Tipe 2 berjalan sebagai aplikasi di atas sistem operasi biasa seperti Windows atau macOS. Hypervisor ini mudah dipasang dan cocok untuk pengujian, pembelajaran, serta komputer desktop, tetapi lebih lambat karena permintaan harus melewati OS host terlebih dahulu.

• VMware Workstation dan Fusion
• Oracle VirtualBox
• Parallels Desktop

Gunakan Tipe 2 untuk menjalankan Linux di laptop Anda; gunakan Tipe 1 untuk menjalankan kumpulan server.

Host adalah mesin fisik beserta hypervisor yang menjalankan semuanya. OS tamu adalah sistem operasi yang dipasang di dalam VM. Anda dapat menggabungkan tamu dengan bebas: satu host dapat menjalankan Windows Server, Ubuntu Linux, dan versi Windows yang lebih lama secara berdampingan.

Setiap tamu mengira dirinya memiliki perangkat keras khusus, tetapi semuanya berbagi kumpulan CPU dan memori milik host sesuai jadwal hypervisor.

Administrator menetapkan setiap VM bagian dari vCPU (inti prosesor virtual), RAM, dan disk. Komitmen berlebih berarti menetapkan total sumber daya virtual yang lebih besar daripada kapasitas fisik host, dengan asumsi bahwa tidak semua VM mencapai beban puncak pada waktu yang sama.

Jika dilakukan dengan hati-hati, cara ini meningkatkan efisiensi; jika dilakukan sembarangan, cara ini menyebabkan perebutan sumber daya, yaitu saat VM saling berebut CPU atau memori dan melambat. Menyesuaikan ukuran setiap VM dengan tepat menjaga kinerja tetap dapat diprediksi.

Cuplikan merekam keadaan persis sebuah VM pada waktu tertentu. Jika tambalan atau perubahan menimbulkan masalah, Anda dapat kembali ke cuplikan tersebut dalam hitungan detik. Kloning menyalin seluruh VM untuk membuat VM baru yang identik dengan cepat.

Fitur-fitur ini membuat VM jauh lebih fleksibel daripada server fisik, yang mungkin memerlukan waktu berjam-jam untuk dibangun ulang setelah mengalami kerusakan. Namun, cuplikan bukanlah cadangan karena tersimpan di penyimpanan host yang sama.

Kontainer (seperti Docker) merupakan bentuk virtualisasi yang lebih ringan. Alih-alih masing-masing memiliki OS tamu lengkap, kontainer berbagi kernel host dan hanya mengemas aplikasi beserta dependensinya. Kontainer dapat dimulai dalam hitungan milidetik dan menggunakan jauh lebih sedikit memori.

VM melakukan isolasi pada tingkat perangkat keras dengan OS lengkap pada masing-masing VM; kontainer melakukan isolasi pada tingkat OS. Keduanya umum digunakan, dan banyak penerapan nyata menjalankan kontainer di dalam VM untuk mendapatkan isolasi berlapis.

Migrasi langsung memindahkan VM yang sedang berjalan dari satu host fisik ke host lainnya dengan waktu henti yang sangat singkat atau tanpa waktu henti. Hypervisor menyalin memori VM melalui jaringan ke host baru, lalu beralih ke host tersebut dengan begitu mulus sehingga pengguna jarang menyadarinya.

Hal ini memungkinkan pemeliharaan perangkat keras, penyeimbangan beban, dan pengalihan saat terjadi kegagalan tanpa mematikan layanan. VMware menyebutnya vMotion; fitur ini menjadi salah satu alasan utama lingkungan tervirtualisasi tetap memiliki ketersediaan tinggi.

Penyedia cloud menjalankan kumpulan hypervisor dalam jumlah besar. Saat Anda menyewa server cloud, sebenarnya Anda mendapatkan VM pada perangkat keras bersama. Virtualisasi memungkinkan penyedia menyiapkan VM Anda dalam hitungan menit, meningkatkannya sesuai kebutuhan, dan menagih hanya berdasarkan penggunaan Anda.

Bagi teknisi jaringan, hal ini penting karena jaringan kini juga terbentang di dalam host, dengan menghubungkan mesin virtual melalui sakelar virtual yang akan Anda pelajari pada pelajaran berikutnya.

Manfaat: konsolidasi perangkat keras, penyediaan cepat, pencadangan mudah melalui cuplikan, isolasi, dan migrasi langsung untuk menjaga waktu aktif.

Kompromi: hypervisor menambahkan sedikit beban tambahan, komitmen berlebih berisiko menimbulkan perebutan sumber daya, dan banyak VM pada satu host menciptakan satu titik kegagalan jika host tersebut mati. Desain yang baik menyebarkan VM penting ke beberapa host untuk mengelola risiko ini.

Virtualisasi membagi satu server fisik menjadi banyak mesin virtual yang terisolasi dan dikelola oleh hypervisor. Hypervisor Tipe 1 berjalan langsung di perangkat keras untuk produksi; Tipe 2 berjalan pada OS host untuk komputer desktop dan pengujian. Setiap VM memperoleh vCPU, RAM, dan disk, mendukung cuplikan, kloning, serta migrasi langsung, dan menjadi blok pembangun komputasi cloud.