Η εικονικοποίηση αναφέρεται στη δημιουργία ενός προσομοιωμένου πόρου υπολογισμού που μιμείται τη συμπεριφορά του αντίστοιχου πραγματικού ή φυσικού πόρου. Πολλοί τύποι πόρων μπορούν να εικονικοποιηθούν, από λογισμικό έως μεμονωμένες συσκευές υλικού έως ολοκληρωμένες πλατφόρμες υλικού. Αυτή η ανάρτηση εστιάζει σε εικονικές μηχανές που περιλαμβάνουν συσκευές όπως CPU, μνήμη, κάρτα δικτύου, δίσκο, προσαρμογέα γραφικών και το λειτουργικό σύστημα. Το λογισμικό που δημιουργεί και τρέχει εικονικές μηχανές ονομάζεται hypervisor. Παρακάτω, θα συζητήσουμε τα χαρακτηριστικά ενός hypervisor με όνομα KVM Το
Οφέλη από την εικονικοποίηση
Στο παρελθόν, το να είναι ομοιογενές ήταν το modus operandi στα κέντρα δεδομένων, στα σπίτια ανάπτυξης και στο σπίτι. Πρακτικά, όλα τα μηχανήματα θα τρέχουν την ίδια έκδοση ενός λειτουργικού συστήματος, είτε πρόκειται για Linux, Windows ή FreeBSD. Οι καιροί έχουν αλλάξει.
Σήμερα, θα περιμέναμε διαφορετικά λειτουργικά συστήματα όπως το Linux και τα Windows, ακόμη και διαφορετικές εκδόσεις ενός λειτουργικού συστήματος (π.χ. Windows XP και 10) να συνυπάρχουν στο ίδιο περιβάλλον υπολογιστή. Χωρίς εικονικές μηχανές, πρέπει να αναπτυχθούν και να συντηρηθούν πολλαπλές φυσικές μηχανές, προκειμένου να εκτελούνται εφαρμογές σε πολλαπλές λειτουργικές πλατφόρμες. Η εικονικοποίηση εξουσιοδοτεί τη λειτουργία πολλών εικονικών μηχανών, η καθεμία δυνητικά με διαφορετικό λειτουργικό σύστημα, σε ένα μόνο φυσικό μηχάνημα.
Τα πλεονεκτήματα των εικονικών μηχανών έναντι των φυσικών μηχανών περιλαμβάνουν:
- Αποτελεσματικότερη χρήση των πόρων του υπολογιστή.
Η τιμή του υλικού συνεχίζει να μειώνεται ενώ η επεξεργαστική τους ισχύς συνεχίζει να ανεβαίνει. Υπό αυτή την πραγματικότητα, πολλά μεγάλα ισχυρά μηχανήματα σήμερα τείνουν να υποεκμεταλλεύονται, όπως μετρώνται από τους αδρανείς κύκλους της CPU, τη μη χρησιμοποιούμενη μνήμη κ.λπ. Η ενοποίηση των εικονικών μηχανών σε λιγότερα φυσικά μηχανήματα έχει ως αποτέλεσμα λιγότερους φυσικούς πόρους και επομένως καλύτερη απόδοση.
- Βελτιωμένο I.T. ανταπόκριση και παραγωγικότητα.
Η παροχή νέου υλικού υλικού συνεπάγεται μια μακρά περίοδο αναμονής απόκτησης που ακολουθείται από μια μακρά περίοδο εγκατάστασης και ανάπτυξης μετά την άφιξή του. Αντίθετα, η παροχή εικονικών μηχανών μπορεί να αυτοματοποιηθεί και να διατεθεί σε λίγα λεπτά παρά σε ημέρες ή ακόμη και εβδομάδες που απαιτούνται μερικές φορές για την απόκτηση της παραδοσιακής μηχανής.
- Περιορισμός κόστους.
Τα μεγάλα κέντρα δεδομένων θα εξοικονομήσουν χρήματα λόγω του χαμηλότερου λειτουργικού κόστους. Η εξοικονόμηση έρχεται με τη μορφή μειωμένων λογαριασμών ενέργειας ως αποτέλεσμα των χαμηλότερων απαιτήσεων ψύξης και ισχύος.
Παρουσίαση του KVM
Εικονική μηχανή με βάση τον πυρήνα, ή KVM με λίγα λόγια, είναι μια ελεύθερη και ανοιχτού κώδικα λύση hypervisor. Ανταγωνίζεται σε μια ώριμη βιομηχανία με εναλλακτικές λύσεις ανοιχτού κώδικα όπως π.χ. Ξεν , VirtualBox , καθώς και ιδιόκτητα προϊόντα όπως VMware vSphere , Citrix XenServer , Microsoft Hyper-V Το
Πριν από το 2005, τότε οι λύσεις hypervisor, όπως το Xen και το VirtualBox, βασίζονταν σε λογισμικό. Η αρχιτεκτονική x86 απλώς δεν είχε πρόβλεψη για υποστήριξη εικονικοποίησης. Το 2005, η εισαγωγή των επεκτάσεων συνόλου οδηγιών Intel VT και AMD-V άλλαξε οριστικά το τοπίο εικονικοποίησης. Η KVM κυκλοφόρησε την πρώτη της έκδοση το 2006 και ήταν ένας από τους πρώτους υπερβόλους που εκμεταλλεύτηκαν τη νέα διάταξη υλικού για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης εικονικοποίησης.
Μπορείτε να εγκαταστήσετε το KVM σε οποιονδήποτε υπολογιστή x86 32-bit ή 64-bit, το «μηχάνημα κεντρικού υπολογιστή» σε γλώσσα εποπτείας, που υποστηρίζει την επέκταση Intel VT ή AMD-V. Σήμερα, οι σύγχρονοι υπερ-επόπτες συνήθως υποστηρίζουν υβριδική εικονικοποίηση: με τη βοήθεια υλικού όταν είναι δυνατόν και μια αναβάθμιση μόνο για λογισμικό για παλαιότερα chipsets.
Το KVM κατηγοριοποιείται ως υπερ-επιμελητής τύπου 2, που σημαίνει ότι λειτουργεί μέσα σε ένα λειτουργικό σύστημα κεντρικού υπολογιστή. Όπως υποδηλώνει το όνομά του, το KVM βασίζεται στον πυρήνα και για την ακρίβεια, είναι ο πυρήνας του Linux. Έτσι, δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι η KVM υποστηρίζει μόνο Linux ως λειτουργικό λειτουργικό σύστημα. (Στη συνέχεια, το KVM μεταφέρθηκε στο FreeBSD.) Εάν θέλετε έναν υπερ-επιμελητή ανοιχτού κώδικα πολλαπλών πλατφορμών τύπου 2, το VirtualBox είναι ένας καλός υποψήφιος. Το VirtualBox μπορεί να τρέξει εγγενώς σε Windows, Linux, Mac OS X και Solaris.
Το Xen, σε αντίθεση, είναι ένας υπερ-επιτηρητής τύπου 1, γνωστός και ως υπερωπότης γυμνού μετάλλου, ο οποίος λειτουργεί απευθείας ως υλικολογισμικό στο μηχάνημα υποδοχής. Το πλεονέκτημα του τύπου-1 έναντι του τύπου-2 είναι η αποδοτικότητα που αποκτάται λόγω του ότι ο υπερμεταφορέας λειτουργεί απευθείας στο υποκείμενο υλικό. Το μειονέκτημα είναι ότι ένας υπερ-επιτηρητής τύπου 1 μπορεί να μην υποστηρίζει τόσο μεγάλη γκάμα συσκευών κεντρικού υπολογιστή όσο το λειτουργικό σύστημα κεντρικού υπολογιστή ενός υπερ-επιτηρητή τύπου 2.
Παρόλο που οι υπερ -επόπτες μπορεί να διαφέρουν ως προς το εάν απαιτούν κεντρικό λειτουργικό σύστημα και ποια, μοιάζουν πολύ σε σχέση με τα λειτουργικά λειτουργικά συστήματα που υποστηρίζουν, δηλαδή με το λειτουργικό σύστημα που μπορεί να εκτελέσει μια εικονική μηχανή. Το KVM υποστηρίζει την εικονικοποίηση των ακόλουθων λειτουργικών συστημάτων επισκεπτών:
- Διανομές Linux συμπεριλαμβανομένων των Debian, Ubuntu, Centos, Fedora, RedHat Enterprise Linux
- BSD όπως OpenBSD, FreeBSD, NetBSD
- Solaris
- Windows
Το KVM είναι σε θέση να εκτελέσει μη τροποποιημένες εικόνες OS OS επισκεπτών. Αυτή η δυνατότητα είναι γνωστή ως πλήρης εικονικοποίηση, σε αντίθεση με την παρα-εικονικοποίηση όπου το λειτουργικό σύστημα φιλοξενούμενων τροποποιείται για ειδικό χειρισμό λειτουργιών που είναι ουσιαστικά πιο δύσκολο να εκτελεστούν στην εικονική μηχανή παρά στο μηχάνημα κεντρικού υπολογιστή.
Πώς λειτουργεί το KVM
Το KVM αποτελείται από 2 στοιχεία τεχνολογίας: πυρήνα και χώρο χρήστη. Το συστατικό του πυρήνα αποτελείται από 2 μονάδες πυρήνα με δυνατότητα φόρτωσης: kvm.ko και είτε kvm-intel.ko είτε kvm-amd.ko. Η ενότητα kvm.ko παρέχει επεξεργασία εικονικοποίησης ανεξάρτητη από την αρχιτεκτονική. Οι μονάδες kvm-intel.ko και kvm-amd.ko αντιστοιχούν σε μονάδες Intel και AMD ειδικά για επεξεργαστές. Αυτές οι ενότητες συγχωνεύθηκαν στον πυρήνα Linux από την έκδοση πυρήνα 2.6.20.
Η στενή ενσωμάτωση του KVM με τον πυρήνα Linux έχει τα πλεονεκτήματά του. Η KVM είναι σε θέση να αναθέσει στο Linux να εκτελέσει τη γκρίνια του συστήματος, ενώ εστιάζει στον χειρισμό των νέων οδηγιών εικονικοποίησης που εκτίθενται από το υλικό. Το KVM επίσης επωφελείται από την κληρονομιά από οποιαδήποτε συνεχή βελτίωση του συστήματος από την ανάντη στη μεγαλύτερη κοινότητα Linux.
Είναι σημαντικό ότι οι μονάδες πυρήνα είναι, δεν μιμούνται το υλικό εικονικής μηχανής στο οποίο λειτουργεί το λειτουργικό σύστημα φιλοξενίας. Αυτή η εργασία ανήκει στον χώρο χρήστη. KVM χρησιμοποιεί QEMU , η οποία λειτουργεί στον χώρο χρήστη, για την κατασκευή των εικονικών μηχανών που αλληλεπιδρούν με τα λειτουργικά συστήματα των επισκεπτών. Κάθε εικονική μηχανή είναι απλώς μια κανονική διαδικασία Linux. Ένα μεγάλο πλεονέκτημα είναι ότι μπορείτε να χρησιμοποιήσετε γνωστές εντολές Linux, όπως top και kill για να παρακολουθείτε και να διαχειρίζεστε εικονικές μηχανές.
Περίληψη & συμπέρασμα
Το KVM είναι μια εξαιρετική λύση ανοιχτού κώδικα για πλήρη εικονικοποίηση στην πλατφόρμα υποδοχής Linux. Μετά από 10+ χρόνια ενεργού ανάπτυξης, το KVM έχει γίνει το de facto τυπικό εργαλείο εικονικοποίησης σε επίπεδο μηχανής σε πολλές διανομές Linux.