Tehnologii pentru Virtualizarea Sistemelor de Calcul

Vizualizarea este tehnologia care combina sau imparte resursele de calcul pentru a prezenta unul sau mai multe medii de operare, utilizand metodologii precum partitionarea si agregarea hardware si software, simularea partiala sau completa de echipamente, emularea, time-sharing etc. Tehnologia de virtualizare implica aplicatii importante, dintr-o gama larga de domenii, precum consolidarea de servere, platformele de calcul sigure, dezvoltarea de kernel, sistemul de migrare etc., rezultate din utilizarea pe scara larga.

1. Introducere

Conceptul de masina virtuala a aparut in anul 1960, cand a fost dezvoltat pentru prima data de catre IBM pentru a asigura accesul concomitent si interactiv la computerele mainframe. Fiecare masina virtuala (VM) este utilizata ca instanta a dispozitivului fizic si ofera utilizatorilor iluzia ca acceaseaza in mod direct dispozitivul fizic. Aceasta a constituit o modalitate transparenta si eficienta de a permite time – sharing si resource- sharing pe hardware extrem de costisitoare.

In lumea calculatoarelor, programele aplicatiilor si nu numai percep mediul virtual in aceeasi maniera precum mediul real, chiar daca mecanismele care stau la baza sunt diferite. Mediile virtuale (sau masinile virtuale) prezinta o imagine inselatoare a unui dispozitiv (sau resursa) care poseda mai multa (sau mai putina) capacitate, in comparatie cu dispozitivul fizic. Un sistem clasic de calcul deja utilizeaza multe tehnologii de acest tip. Un astfel de exemplu este implementarea memoriei virtuale in orice sistem de operare modern, care permite unui proces sa utilizeze, o cantitate mai mare de memorie decat memoria fizica a calculatorului. Un nivel de virtualizare asigura suportul infrastructural, utilizand resurse de nivel mic, pentru a crea masini virtuale multiple, independente si izolate una de cealalta. Uneori acest nivel de virtualizare mai este denumit Virtual Machine Monitor(VMM). Pot fi gasite nenumarate motive pentru care virtualizarea este utila in scenariile practice, printre care:

a. Consolidarea de servere - Pentru consolidarea sarcinior de lucru de la multiplele masini slab utilizate la masini mai putine pentru a salva pe hardware gestionarea si administrarea infrastructurii.

b. Consolidarea aplicatiilor - O aplicatie veche poate necesita un hardware nou si/sau sisteme de operare.

c. Sandboxing - Masinile virtuale sunt utile pentru a asigura medii utile si izolate (sandboxes) pentru aplicatii mai putin sigure sau necunoscute, in curs de rulare. Tehnologia de virtualizare poate, astfel, sa ajute la crearea unor platforme de calcul sigure.

d. Medii de executie multiple - Virtualizarea poate fi utilizata pentru a crea medii de executie multiple ( in toate modalitatile posibile) si poate creste QoS (Quality of Service) prin garantarea cantitatii specificate de resurse.

e. Hardware virtual - Poate asigura un hardware nemaiintalinit, cum ar fi Virtual SCSI, adaptoarele Ethernet virtuale, switch_uri si hub_uri de Ethernet virtuale etc.

f. Sisteme de operare simultane multiple - Poate asigura facilitatatea de a utiliza sisteme de operare simultane multiple pe care pot rula diferite tipuri de aplicatii.

g. Debugging

h. Software Migration

i. Electrocasnice

j. Testare/QA - Ajuta la dezvoltarea unor scenarii de test arbitrare, dificile de produs in realitate, facilitand astfel testarea software.

In general arhitectura virtualizabila a procesoarelor este definita ca “ o arhitectura care in momentul executarii in oricare alt mod, cu exceptia modului privilegiat permite blocarea oricarei instructiuni de control sau modificare a starii unui dispozitiv ”. Aceasta asigura bazele izolarii unei entitati (masina de virtualizare reala) de restul masinilor. Procesoarele includ instructiuni care pot afecta starea unui dispozitiv, precum instructiunile de intrare- iesire (I/O), sau instructiuni care modifica registrii de segment, flaguri, registri de control etc. Acestea sunt numite “instructiuni sensibile”.

Conceptual, o masina virtuala reprezinta un mediu de operare pentru un set de aplicatii de nivel utilizator , care include biblioteci, configurtii de sistem, procese daemon, si starea fisierului sistem.

Virtualizarea pentru nivelul ISA(Instruction Set Arhitecture) se refera la emularea unor seturi de instructiuni. Emularea este tehnica de interpretare a instructiunilor in intregime in software.

Virtualizarea la nivelul sistemului de operare lucreaza ca modul in sistemul de operare pentru a asigura o interfata cu apel de sistem virtualizata. Din moment ce utilizarea aplelului de sistem constituie singura modalitate de comunicare intre spatiul pentru utilizator si spatiul pentru kernel, ar trebui ca virtualizarea software sa poata controla actiunile procesului pentru spatiul de utilizator prin gestionarea interfetei.

Virtualizarea la nivel aplicatie este diferita, in sensul ca nive;ul de virtualizare nu mai este situate la mijloc: se prefera utilizarea unui nivel de virtualizare ca aplicatie, care creeaza in cele din urma o masina virtuala.

Vizualizarea, pentru departamentele IT, a devenit o metoda eficienta de a reduce numarul de echipamente utilizate, oferind, in acelasi timp servicii utilizatorilor. Zeci de companii diferite au zeci de metode diferite de virtualizare si nu constituie o surpriza faptul ca cel mai mare producator de software din lume doreste sa se implice in lumea virtualizarii.