Что такое гипервизор: виды и примеры для виртуальных машин

Многие пользуются облачными сервисами и виртуальными центрами обработки данных, но не задумываются, каким образом на одном сервере можно запускать несколько операционных систем одновременно. В этом помогает технология виртуализации аппаратного обеспечения и специальное ПО — гипервизор. Благодаря им компании могут создавать безопасную гибкую инфраструктуру. 

Роль гипервизора в управлении Virtual Machine (VM) — виртуальными машинами:

• Изоляция VM. Гипервизор отвечает за создание изолированных сред для виртуальных устройств. Они нужны, чтобы каждая машина могла работать независимо от других при использовании общих ресурсов хоста (сервера или компьютера).

• Управление ресурсами. Гипервизор помогает распределять между виртуальными машинами память, дисковое пространство и сетевые ресурсы.

• Поддержка многозадачности. Благодаря гипервизору виртуальные машины могут одновременно работать и выполнять задачи. Каждая из них имеет виртуализированный процессор, память и другие ресурсы. 

• Мобильность и масштабируемость. Гипервизоры поддерживают возможности для миграции VM между физическими серверами. Это помогает управлять нагрузкой и обеспечивать отказоустойчивость. Быстрое развертывание виртуальных машин способствует масштабированию инфраструктуры.

• Легкое управление инфраструктурой. Гипервизоры позволяют управлять жизненным циклом виртуальных машин — от создания до прекращения работы, предоставляют инструменты для мониторинга, контроля состояния и безопасности.

Гипервизоры облегчают управление IT-инфраструктурой и решают задачи виртуализации. Главный аргумент в их пользу  — рациональное использование аппаратных ресурсов. Виртуализация позволяет запускать несколько виртуальных машин на одном физическом сервере. Таким образом можно оптимизировать нагрузку на «железо» и снизить потребность в дополнительных устройствах.

Гипервизоры повышают отказоустойчивость системы. Если одна виртуальная машина выйдет из строя, другие продолжат работать. К тому же, процесс восстановления с помощью гипервизора пройдет быстрее. 

Виртуализация помогает облегчить развертывание приложений и сервисов. С помощью гипервизоров можно быстро создавать и настраивать виртуальные среды для тестирования, разработки или внедрения новых решений. При этом не нужно устанавливать дополнительное физическое оборудование. В результате процесс развертывания ПО проходит быстрее и без затрат на новое «железо». 

Если ответить коротко, то гипервизоры нужны везде, где используется технология виртуализации. Сферы:

• Облачные сервисы и дата-центры. Гипервизоры позволяют организациям экономить собственные ресурсы, а провайдерам — создавать масштабируемые решения. 

• Разработка и тестирование ПО. Гипервизоры нужны для создания изолированных сред, где разработчики и тестировщики могут использовать разные конфигурации устройств и операционные системы. На выходе удается получать адаптированные продукты.

• Безопасность. С помощью гипервизоров в корпоративной IP-инфраструктуре можно создавать изолированные окружения, где будут выполняться критически важные приложения. Это снижает риски взломов и заражения вредоносным ПО. 

• Обучение в IT-сфере. Благодаря гипервизорам можно создавать виртуальные тренажеры, где студенты работают в симулированных условиях. Так удается отработать пройденный материал, не подвергая опасности настоящие системы. 

Организуя среду виртуализации, важно правильно выбрать гипервизор для управления ресурсами. От этого зависит, как будет работать виртуальная инфраструктура.

Есть два типа гипервизоров — тип 1 и тип 2. Рассмотрим особенности их работы, преимущества и слабые стороны. 

Гипервизор типа 1 (Bare-metal)

Примеры:

• VMware vSphere/ESXi. Один из популярных гипервизоров типа 1, который подходит для корпоративных центров обработки данных.

• Microsoft Hyper-V. Гипервизор от Microsoft, который используется в серверных и облачных инфраструктурах.

• Xen. Гипервизор для облачных решений и виртуализации серверов.

Гипервизор типа 2 (Hosted)

Гипервизор 2 типа целесообразно выбрать, если нет необходимости в сложных, высокопроизводительных системах для виртуализации. Это удобно, когда нужно добавить виртуализацию без манипуляций с оборудованием и установки ПО на «железо». Решение работает как приложение на хостовой операционной системе и использует ресурсы хоста — процессор, память, дисковое пространство.

Примеры гипервизоров Hosted: 

• VMware Workstation — коммерческий гипервизор для Windows и Linux с мощными инструментами виртуализации, поддержкой разных ОС. Подходит для разработчиков и тестировщиков.

• Oracle VirtualBox — бесплатный открытый гипервизор, поддерживает множество ОС, подходит для рядовых пользователей и разработчиков. Не отличается высокой производительностью как у коммерческих решений, зато имеет гибкие настройки.

• Parallels Desktop — гипервизор для macOS, но позволяет использовать Windows и другие ОС. Обеспечивает высокую производительность и удобную интеграцию. Требует платной лицензии.

Четыре этапа работы: 

• Инициализация. Гипервизор запускается на физическом устройстве или операционной системе и готовит платформу для создания виртуальных машин. 

• Распределение ресурсов. Гипервизор с учетом поставленных задач распределяет между VM такие ресурсы, как процессор, дисковое пространство, память. 

• Изоляция. Гипервизор обеспечивает отдельное окружение для каждой виртуальной машины, таким образом повышая безопасность и предотвращая конфликты. 

• Мониторинг и управление. Гипервизор отслеживает состояние VM и предоставляет инструменты для администрирования и восстановления в случае сбоев. 

Чтобы виртуальные машины взаимодействовали с внешними сетями и друг с другом, гипервизор создает виртуальные сети. В них все устроено так же, как и в случае с физическими устройствами, которые связаны между собой в одной сети. 

Выбор гипервизора зависит от требований к производительности, сложности развертывания, особенностей управления, сценариев применения.

Например, для корпоративных масштабируемых решений подойдет гипервизор типа 1. При развертывании виртуальных машин в IT-инфраструктуре или на облачных сервисах важны высокая производительность, отказоустойчивость и безопасность. Гипервизор типа 1 отвечает этим требованиям. 

Для разработки, тестирования и использования на ПК больше подходят гипервизоры типа 2. Здесь не нужна высокая производительность — в приоритете простота установки и применения.

Когда лучше выбрать гипервизор типа 1:

• Если нужна высокая производительность при минимальных накладных расходах.

• Если создаются масштабируемые и безопасные серверные решения.

• Если нужна виртуализация серверов для дата-центров или крупных корпоративных приложений.

Когда оптимально использовать гипервизор типа 2:

• Нужно «поднять» одну операционную систему (например, Windows) на компьютере, который работает на другой ОС.

• Планируются тестирование, разработка и небольшая виртуализация с низкими требованиями к производительности. 

• Необходимо использовать гипервизор на платформе с уже установленной операционной системой.

• Нет лишнего сервера, на котором можно сделать стенд с гипервизором первого типа. 

• Нет достаточных знаний и навыков настройки гипервизоров первого типа. 

Отметим, что гипервизор второго типа использует драйверы оборудования из хостовой ОС. Его можно поставить на любое устройство, где стоит хостовая система. С гипервизорами первого типа в этом плане сложнее. Например, VMware можно поставить на ограниченный список «железа». 

Гипервизоры — фундаментальная основа виртуализации. Они позволяют изолированным виртуальным машинам одновременно использовать физические ресурсы одного сервера и предотвращать влияние одной виртуальной среды на другие. Гипервизоры бывают двух типов, и выбор следует делать, исходя из конкретных потребностей организации, объема нагрузки, требований к производительности. 

Гипервизоры позволяют работать с разными средами. Например, виртуальный облачный сервер Evolution Compute от Cloud.ru использует гипервизор первого типа KVM. Наше решение на доработанном open source-коде предназначено для развертывания сервисов и приложений. Подходит для импортозамещения, присутствует в реестре российского ПО.