Что такое виртуализация: обзор технологии и принципов работы

В современном мире информационных технологий особенно остро стоит вопрос максимальной эффективности использования ресурсов. Под каждое приложение отдельный физический сервер, который большую часть времени не будет использоваться под полной нагрузкой. Сегодня основа любой гибкой и масштабируемой ИТ-инфраструктуры — программная виртуализация. Это технология, которая кардинально меняет подход к управлению мощностями, позволяя отделить вычислительные ресурсы от физического оборудования.

Оказываем всестороннюю поддержку при реализации проекта

Для бизнеса важно, что виртуализация помогает в оптимизации бюджета и построении отказоустойчивых систем, готовых к любым изменениям рынка. Часто наблюдаем такое, что большая часть физических серверов у клиентов загружена в среднем на 10-15%. Виртуализация в таких случаях — это не просто «технология», а инструмент, который возвращает миллионы рублей в бюджет.

В этой статье мы подробно разберём, что представляет собой технология, как на одном физическом сервере могут работать несколько систем и какие специализированные инструменты помогут эффективно управлять ими. Информация будет полезна для специалистов разных уровней — от команды разработчиков до руководителей проектов.

Что такое виртуализация: понятие, преимущества для бизнеса 

Виртуализация — это процесс создания программного (виртуального) представления чего-либо, будь то серверы, хранилища, сети или приложения. Программное обеспечение (ПО) отделяет ресурсы от «железа» – хотя физически оборудование остаётся прежним, логически оно превращается в пул ресурсов.

Чтобы лучше понять принцип, представим переход от офисов к коворкингам. Если компании нужен был офис, арендовался целый этаж, даже если там работало всего три человека. Ресурсы в виде мебели и техники простаивали, а арендная плата была фиксированной и высокой. Виртуализация работает как современный коворкинг. На одном этаже (физическом сервере) появляется администратор (гипервизор), который делит пространство на удобные комнаты. Одна компания арендует маленькую комнату на троих, другая — большой зал на 50 человек. У каждого свое пространство, но свет, интернет и ресурсы общие. Если одной компании стало тесно — администратор за час расширяет пространство (добавляет vCPU или RAM). Так и в ИТ: виртуализация позволяет запускать десятки изолированных сервисов на одном мощном сервере, экономя бюджет и мгновенно реагируя на потребности бизнеса.

В центре концепции находится гипервизор — специальный слой ПО, который устанавливается либо непосредственно на физическом сервере, либо поверх хостовой операционной системы. Гипервизор играет ключевую роль: он видит все физические возможности — ядра процессора, объём оперативной памяти, пространство диска — и распределяет их ресурсы между виртуальными средами.

Гипервизор — это программа, которая создает и управляет виртуальными машинами на сервере. 

Гипервизоры 1-го типа (bare-metal) устанавливаются прямо на «голое» железо. Они сами управляют ресурсами, поэтому обеспечивают максимальную производительность и безопасность — именно их используют в дата-центрах и облаках. Гипервизоры 2-го типа (hosted) работают как обычное приложение внутри Windows или Linux. Они удобны для тестирования и разработки, но производительность ниже. Паравиртуализация — это особый режим, при котором гостевая ОС «знает», что работает в виртуальной среде, и общается с гипервизором напрямую, минуя лишние прослойки. Это ускоряет работу и снижает нагрузку.

Благодаря этому механизму на одном компьютере запускаются две и более виртуальные машины (ВМ). Каждая из них может использоваться напрямую как полноценный независимый компьютер, который выполняет свои задачи. Создание нескольких виртуальных машин позволяет изолировать процессы друг от друга. Это особенно удобно для тестирования: если в одной системе произойдёт сбой, это не повлияет на соседние процессы или на весь хост. Таким образом достигается более высокая стабильность общей системы.

Внедрение технологий виртуализации даёт компаниям ряд преимуществ:

• Разделение и объединение серверов. Виртуализация позволяет использовать аппаратные ресурсы на 100%. Вместо покупки десяти полупустых серверов для каждой задачи, организация приобретает один мощный и разворачивает на нем десять виртуальных машин, что кардинально снижает затраты на оборудование и даже накладные расходы, например счета за электричество в серверной. 

• Непрерывность бизнеса. Вместо резервного копирования некоторого набора файлов можно одним нажатием кнопки сделать полный бэкап виртуальной машины. В таком случае восстановление потерянных данных происходит в разы быстрее и не влияет на работу остальных сервисов.

• Гибкость. Развёртывание нового сервиса на физическом оборудовании занимает определённое время, а в виртуальной среде администратор может создать новый виртуальный сервер за несколько минут. Можно быстро запускать новые проекты, что предоставляет бизнесу максимальную гибкость.

Применение этих возможностей обеспечивает непрерывное развитие инфраструктуры без необходимости постоянной закупки дополнительного оборудования.

Виды виртуализации

Термин «виртуализация» сегодня трактуется очень широко. Существует множество способов её применения, каждый из которых позволяет решать определённые задачи. Разработчики платформ представили для рынка следующие типы решений.

Виртуализация серверов

Эта сфера распространена больше остальных. Виртуализация серверов подразумевает, что программное обеспечение предоставляет выделенные физические ресурсы. Администратор может разделить один сервер на несколько изолированных виртуальных сред. Популярные продукты на рынке — VMware, Microsoft Hyper-V (в составе Windows Server), Xen и KVM (с открытым исходным кодом для Linux).

Использование этого метода позволяет запустить различные ОС на одном хосте. Например, рядом могут работать Windows и Linux, выполняя разные задачи. Это упрощает администрирование: управление разнообразными виртуальными машинами можно осуществлять через единый интерфейс, даже находясь удалённо. Виртуализация серверов снимает жёсткие ограничения по совместимости приложений с железом.

Виртуальные технологии для решения бизнес-задач

Виртуализация рабочих столов (Virtual Desktop Infrastructure, VDI)

Технология VDI позволяет хранить пользовательские рабочие столы на центральном сервере. Сотрудник подключается к своему рабочему столу удалённо. В этом случае можно экономить вычислительные мощности на пользовательских устройствах, а также получать доступ к настроенной под свои задачи среде с любого компьютера.

Виртуализация рабочих мест особенно актуальна для компаний с множеством филиалов. Это повышает безопасность: обработка персональных данных всегда выполняется в защищённом периметре ЦОД. Также это удобно для администраторов, которые выполняют централизованную настройку — ПО на всех машинах может быть обновлено централизованно.

Виртуализация сети (Network Virtualization, NV)

Это полное воспроизведение физической сети в программном виде. Виртуализация сети представляет логические сетевые устройства, которые программно связаны между собой — порты, коммутаторы, маршрутизаторы, брандмауэры. Для обеспечения связи между компонентами используются программные туннели.

Это основа концепции программно-определяемых сетей (SDN). Такой подход позволяет создавать сложные топологии, настраивать правила маршрутизации, выполнять балансировку нагрузки и затрагивать другие функции без физического переключения кабелей. Это обеспечивает высокую гибкость при масштабировании.

Виртуализация приложений

Технология позволяет упаковать приложение в изолированную среду. Программа не скачивается на операционную систему компьютера, а запускается в специальном выделенном окружении. В качестве примера продукта для этой задачи можно привести Microsoft App-V.

Создание VR-тренажёра для обучения работам по маркировке/блокировке оборудования

Прежде всего, такой способ доставки ПО решает проблемы конфликтов версий библиотек других зависимостей. Приложения становятся портативными и лёгкими в управлении, а пользователь в процессе установки и запуска часто не замечает разницы, просто выполняя привычные действия.

Виртуализация систем хранения данных (СХД) 

Виртуализация хранения данных даёт возможность объединять диски разных серверов в общие пулы. Это используют, когда нужно организовать надёжный хостинг для корпоративного сайта или блога. Ресурсы выделяются динамически: если посещаемость сайта или количество информации на нём растёт, ему автоматически становятся доступны дополнительные мощности, чтобы поддерживать стабильность и производительность.

Понимание основных видов виртуализации помогает архитекторам ПО выбрать правильные инструменты для решения конкретных задач бизнеса. Результатом грамотного внедрения станет эффективное использование средств компании.

Extended reality (XR) или расширенная реальность: ценность технологий для развития бизнеса

Заключение

За многолетнюю практику в IT видели десятки проектов, где виртуализация либо спасала бизнес, либо создавала новые проблемы в крупных компаниях. Она не сделает плохую архитектуру хорошей, но может превратить хорошую — в отличную. Виртуализация позволяет трансформировать аппаратное обеспечение в гибкие программные сервисы. Благодаря ей инфраструктура становится безопасной и экономичной, что позволяет бизнесу гибко получать необходимые ресурсы в соответствии с его текущими требованиями. Таким образом с помощью грамотно построенной виртуальной среды можно достичь высоких показателей надёжности, причём практически бесплатно — без дополнительных затрат на железо.

В рамках обучения или карьеры любого разработчика придётся уделить внимание тому, как устроены различные компоненты виртуальной среды. Чтобы система работала стабильно, важно правильно спроектировать архитектуру с самого начала. Поэтому всегда полезно иметь контакты специалистов, которые смогут поделиться опытом, выбрать подходящие инструменты, заняться разработкой системы и оказывать услуги поддержки в последующие годы. В SimbirSoft мы проходили этот путь на проектах клиентов. Мы знаем, где можно сэкономить, а где лучше не рисковать, какие гипервизоры подходят для продакшна. Позвоните по телефону 8-800-200-99-24 или напишите на нашу почту request@simbirsoft.com.

Часто задаваемые вопросы

1. Становится ли производительность ниже при виртуализации?

При использовании современной аппаратной виртуализации и грамотной настройке гипервизора снижение производительности минимально (обычно менее 3%). С точки зрения потребностей большинства бизнес-задач, разница с работой на физическом сервере не будет заметна. Более того, за счёт балансировки нагрузки между виртуальными машинами, общая эффективность системы часто возрастает. Можно ожидать высокую производительность критичным сервисам, выделив им фиксированные ресурсы, чтобы они не конкурировали с другими машинами.

2. Можно ли виртуализировать ресурсоёмкие приложения, например системы баз данных?

Да, и это широко применяется, ведь именно при запуске тяжёлых приложений заметна выгода от динамического распределения ресурсов. Главное условие — правильно рассчитать мощности и иметь на виртуальной машине столько вычислительных ресурсов, сколько будет требоваться для выполнения задач. Также важно обеспечить быстрый доступ к файловой системе.

3. Чем отличается контейнер (Docker) от виртуальной машины?

Виртуальная машина — это полная эмуляция компьютера, включая виртуальное железо и собственную гостевую операционную систему. Это обеспечивает полную изоляцию, но машина получается тяжёлой. В отличие от ВМ, контейнерная технология виртуализирует только уровень приложений и использует ядро хостовой операционной системы. Контейнеры изолированы друг от друга на уровне процессов, но они намного легче, запускаются мгновенно и занимают меньше места. ВМ лучше подходит для запуска разных ОС, а контейнеры — для упаковки отдельных приложений, чтобы их работа не зависела от настроек компьютера.

4. Я слышал про облака. Это тоже виртуализация?

Да, облачные вычисления полностью построены на базе технологий виртуализации. Когда пользователь арендует сервер в облаке, провайдер предоставляет ему виртуальное пространство, которое работает на огромном кластере. Провайдер берет на себя обслуживание физического оборудования, питания и сети, а клиент самостоятельно управляет операционной системой, загружает программы и файлы.

5. Сложно ли управлять виртуальной инфраструктурой?

Для базовых задач современные платформы (VMware, Hyper-V) предоставляют удобные графические интерфейсы, благодаря которым новые виртуальные машины создаются в пару кликов. Однако построение отказоустойчивой, распределённой и безопасной среды требует глубоких знаний. Нужно понимать сетевые настройки, принципы работы хранилища, политики резервного копирования и вопросы конфиденциальности. Сложной инфраструктурой управлять непросто, поэтому компании часто нанимают квалифицированных инженеров. Часть рутинных задач можно автоматизировать, используя программы управления конфигурациями.