Гипервизор: что это такое, роль в виртуализации, типы и сравнение

Гипервизор — технология развертывания программного обеспечения на физическом оборудовании с использованием виртуализации.

Инструмент ускоряет и упрощает разработку, тестирование и поддержку программного обеспечения, а также экономит ресурсы на развертывании дорогостоящих серверных систем.

Selectel предлагает современные технологии виртуализации серверов (VPS/VDS), а также рабочих мест (VDI). Мы используем аппаратные ресурсы на базе процессоров Intel® Xeon®, а также SSD-накопителей, обеспечивая минимальное время отклика, высокую производительность и надежность. Для серверной виртуализации применяются решения VMware и KVM.

Основные задачи гипервизора:

  • эмуляция аппаратных ресурсов;
  • безопасное выполнение машинных инструкций;
  • предотвращение выполнения команд гостевых операционных систем в режиме супервизора на хост-машине (исключение перехвата и анализа команд).

История гипервизоров

Технологии виртуализации начали активно использоваться разработчиками с конца 60-х годов прошлого века. Мейнфреймы IBM первыми стали поддерживать виртуализацию и предоставлять разработчикам гипервизоры в составе встроенного ПО. Первоначально команды разработки применяли их для эмуляции системных процессов компьютера, тестирования различных операционных систем и улучшений для них.

Повышение интереса IT-сообщества к гипервизорам приходится на середину нулевых. В этот период технологии виртуализации начинают активно использоваться в UNIX-подобных системах. В первую очередь, это было обусловлено ростом производительности серверного оборудования. Также значительную роль сыграла оптимизация архитектуры самих гипервизоров, сделавшая их более надежными и безопасными.

Помимо этого, виртуализация позволяла разворачивать и запускать требующие наличия ОС приложения в различных программных или функциональных средах. А в 2005 году технологии виртуализации начинают поддерживаться на аппаратном уровне в процессорах архитектуры x86, что позволяет использовать их как в серверных, так и в домашних системах.

Проблемы безопасности гипервизоров

В IT-сообществе ведутся дискуссии на тему безопасности виртуализации. Основная проблема — это возможность создания злоумышленниками вредоносного ПО, устанавливаемого на ОС под видом гипервизоров. Этот процесс получил название «гиперджекинг». Его сложно отследить, поскольку вредоносные алгоритмы работают под управлением ОС и перехватывают ее действия (например, авторизацию, запросы к сервисам и пр.).

В настоящее время разрабатываются различные подходы по обнаружению руткитов на базе гипервизоров:

  • концепция вредоносного ПО: SubVirt, Blue Pill;
  • антируткиты: Hooksafe (защита ОС без потерь производительности).

Контейнеры или гипервизоры

В последнее время все большую популярность приобретает технология контейнеров. Это обусловлено тем, что контейнеры, по сравнению с гипервизорами, могут развернуть большее число приложений на одном физическом хосте.

Гипервизор виртуализирует необходимые для работы ОС аппаратные ресурсы. При использовании гипервизоров возрастает потребность в наращивании аппаратных мощностей (дисковых устройств, CPU, памяти и пр.).

При этом производительность и ресурсоемкость использования той или иной технологии стоит рассматривать и в контексте безопасности. Существует мнение, что контейнеры более уязвимы, чем гипервизоры. Это обусловлено логикой рассматриваемых технологий. Гипервизор создает на физическом сервере несколько изолированных друг от друга виртуальных машин со своими ОС и приложениями. Контейнер же работает под основной ОС хоста.

Таким образом, при атаке на хост, использующий виртуализацию, есть риск потерять одну или несколько виртуальных машин и используемые на них приложения. Если на хосте развернут контейнер, то все его содержимое может быть повреждено или утеряно, поскольку вредоносное ПО получит доступ к основной ОС хоста.

Среди контейнеров наиболее популярен OpenVZ, лежащий в основе платформы Virtuozzo. Решение обладает хорошей производительностью, а также использует ресурсы физического сервера по максимуму за счет высокой плотности размещения виртуальных машин.

Также стоит обратить внимание и на Jailhouse. Решение компании Siemens работает на «железе», при этом запускается из-под работающей ОС Linux. При работе контейнер создает в ОС изолированные разделы для выполнения пользовательских приложений.

Типы гипервизоров

Существует два основных вида гипервизоров. Гипервизоры первого типа (сюда входят решения Hyper-V, KVM, ESXi) работают на аппаратном уровне без необходимости установки какой-либо ОС на хост. Поэтому их еще называют аппаратными. Гипервизорам второго типа (VMware Workstation, Oracle Virtual Box, OpenVZ) необходима ОС для доступа монитора виртуальных машин к аппаратным ресурсам хоста.

Отметим, что для корпоративного сегмента лучше подходят решения первого типа, так как работая на аппаратном уровне без программных посредников, они обеспечивают лучшую производительность. Также выделяются и гибридные гипервизоры. Рассмотрим каждый из типов подробнее.

Сравнение гипервизоров

При выборе технологии виртуализации следует помнить решаемые гипервизорами задачи. Также необходимо учитывать момент с лицензированием, аппаратными требованиями конкретного решения и его возможностями.

Hyper-V: для серверного оборудования под управлением Windows Server есть базовая роль Hyper-V. Кроме того, на рынке есть специальное решение Hyper-V Server. Операционная система Windows Server может поставляться в двух редакциях — Datacenter и Standard. Стандартная версия на одной лицензионной копии позволяет развернуть только две виртуальные машины. В версии Datacenter их число не ограничивается.

В соответствие, с актуальной лицензионной политикой Microsoft, действующей с 2016 года, стоимость лицензии на ПО зависит от количества физических ядер. Если речь идет о виртуализации Linux-машин на серверах под Windows Server, то их количество в стандартной редакции не ограничено. Если же требуется виртуализация Windows-машин, то необходимо решить вопрос с лицензированием ОС на них.

Специально для такой аудитории и был создан Hyper-V. Он позволяет организовать виртуализацию, не платя за лицензию на ОС. Решение доступно бесплатно, при этом и нет каких-либо ограничений на процедуры. Тем не менее, функционал продукта имеет и свои особенности:

  • настройка и отладка через удаленную консоль: графический интерфейс не предусмотрен;
  • лицензирование: необходимо лицензировать все виртуальные машины под управлением Windows;
  • отсутствие поддержки: Microsoft не предоставляет техническую поддержку, но при этом регулярно обновляет продукт.

Эти особенности не критичны, за исключением момента с лицензированием. Кроме того, как и отмечалось ранее, решение может подойти IT-специалистам, планирующим разворачивать только Linux-виртуализацию.

VMware ESXi: в основе решения находится облегченное Linux-ядро VMkernel, содержащее необходимые для виртуализации технологии и приложения. Поставляется внутри продукта VMware vSphere. Лицензия покупается на каждый физический CPU сервера. Объем ОЗУ и виртуальных машин не учитываются при расчете стоимости лицензии.

VMware также предлагает и бесплатные решения для виртуализации, однако, они подходят только для любительского или полупрофессионального использования, поскольку имеют ряд существенных ограничений по функционалу. Так, например, бесплатная версия этого гипервизора 1 типа предоставляет API только для чтения данных. У виртуальной машины не может быть больше 8 vCPU, не предусмотрена работа с бэкапами с помощью продуктов Veeam и другие технологии, необходимые для корпоративного сегмента.

Основной недостаток Hyper-V по сравнению с VMware — это отсутствие USB Redirection. Она необходима для подключения USB оборудования к виртуальным машинам. Вместо нее в Hyper-V предлагается Discrete Device Assignment. Однако, Hyper-V может уменьшать дисковое пространство виртуальных машин, а не только расширять его, как VMware.

Hyper-V позволяет защищать виртуальные машины шифрованием. Однако, если требуется аппаратный проброс портов, то лучшим решением будет VMware, даже бесплатный.

При выборе гипервизора особое внимание следует уделить инструментам управления виртуальными машинами. У Hyper-V это Virtual Machine Manager (VMM), поддерживающий создание, клонирование, развертывание и другие операции с виртуальными машинами.

Инструмент управления от VMware называется vSphere. Он предполагает наличие ESXi хостов и vCenter Server для централизованного управления.

KVM — open-source гипервизор: предназначен для серверов на базе Linux/x86, поддерживает аппаратные расширения (Intel-VT и AMD-V).

Первоначально работал только с архитектурой x86, но актуальные версии KVM поддерживают различные CPU и гостевые ОС, в т.ч. Windows, Linux, BSD и пр.

Богатый функционал KVM сделал его популярным и широко распространенным. В настоящее время гипервизор активно используется во многих сетевых проектах (Wiki-ресурсы, финансовые сервисы, транспортные системы, государственный сектор и пр.).

Решение считается быстрым и за счет интеграции в ядро Linux.

Недостатки гипервизора:

  • Управление виртуальными машинами: встроенные сервисы не соответствуют по функционалу решениям для других гипервизоров. Чтобы расширить функционал, приходится использовать сторонние инструменты, например, панель SolusVM.
  • Стабильность и отказоустойчивость: этот недостаток проявляется при интенсивном вводе-выводе. Тем не менее KVM развивается и дорабатывается множеством независимых разработчиков, что положительным образом сказывается на работе гипервизора.

Xen (XenServer, Citrix Hypervisor): первый публичный релиз тонкого гипервизора был выпущен в 2003 году. В 2007 году проект был поглощен Citrix. Продукт является кроссплатформенным гипервизором с поддержкой аппаратной виртуализации и паравиртуализации (из-за этого его часто относят к гибридным гипервизорам). Объем кода минимален, т.к. большая часть модулей вынесена за пределы гипервизора. Исходный код открыт, что дает специалистам неограниченные возможности для модификаций продукта.

Oracle VM VirtualBox: кроссплатформенный модульный гипервизор для операционных систем Linux, macOS, FreeBSD и др. Создан в корпорации Sun Microsystems в 2007 году. После поглощения разработчика Oracle проект продолжил развитие под другим брендом. Исходный код базовой версии открыт и распространяется по лицензии GNU GPL, что послужило причиной высокой популярности гипервизора. Отличительная особенность гипервизора — возможность работы с 64-битными гостевыми ОС, даже если ОС хоста 32-битная.

VMware Workstation: первая версия гипервизора вышла в 1999 году. Решение является проприетарным для x86-64 ОС хоста Windows, Linux, Ubuntu, CentOS. Поддерживает более 200 гостевых операционных систем. Для ознакомления и тестирования предоставляется бесплатная версия с ограничениями по функциональности.

Гибридные гипервизоры: для улучшения стабильности, безопасности и производительности описанные выше подходы к виртуализации (непосредственная работа «на железе» и использование основной ОС хоста) комбинируются. В результате на рынке появляются гибридные решения. В последние годы в IT-сообществе к гибридным гипервизорам причисляют Xen и Hyper-V, поскольку их актуальные версии сочетают в себе оба подхода. Таким образом, просматривается тенденция к размытию границ между видами гипервизоров.

Что еще почитать по теме

Кирилл Филипенко 14 сентября 2022

Увеличиваем FPS в аниме с помощью нейросети и GPU Tesla T4

Рассказываем про технологию интерполяции и ее практическое применение с помощью облачных серверов с GPU.
Кирилл Филипенко 14 сентября 2022
Ульяна Малышева 25 августа 2022

CDN против DDoS-атак: в каких случаях это действительно работает

Рассказываем про неочевидное преимущество CDN — услуга повышает безопасность инфраструктуры за счет защиты от DDoS-атак.
Ульяна Малышева 25 августа 2022
T-Rex 24 августа 2022

IT-инфраструктура организации: понятие, типы и функции

Рассказываем об IT-инфраструктуре предприятия и ее компонентах для малого, среднего и крупного бизнеса.
T-Rex 24 августа 2022

Новое в блоге

Михаил Фомин 24 июня 2022

Docker Swarm VS Kubernetes — как бизнес выбирает оркестраторы

Рассказываем, для каких задач бизнесу больше подойдет Docker Swarm, а когда следует выбрать Kubernetes.
Михаил Фомин 24 июня 2022
Ульяна Малышева 30 сентября 2022

«Нулевой» локальный диск. Как мы запустили облако только с сетевыми дисками и приручили Ceph

Чем хороши сетевые диски и почему именно Ceph, рассказал директор по развитию ядра облачной платформы Иван Романько.
Ульяна Малышева 30 сентября 2022
Валентин Тимофеев 30 сентября 2022

Как проходит онбординг сотрудников ИТО? Что нужно, чтобы выйти на смену в дата-центр

Рассказываем, как обучаем новых сотрудников, какие задачи и испытания проходят инженеры прежде, чем выйти на свою первую смену.
Валентин Тимофеев 30 сентября 2022
T-Rex 28 сентября 2022

Книги по SQL: что почитать новичкам и специалистам

Собрали 6 книг, которые помогут на старте изучения SQL и при углублении в тему.
T-Rex 28 сентября 2022