Статья посвещена рассмотрению гипервизоров разных производителей и их параметров для последующей адаптации под серверную инфраструктуру. Приведены ключевые характеристики гипервизоров, влияющие на производительность системы в целом, позволяющие оценить адаптивность без эргономичных изменений сети. Основное внимание уделено масштабируемости, отказоустойчивости, вариативности гостевых операционных систем (ОС).
Виртуализация – понятие, описывающее процесс скопления и объединения вычислительных ресурсов, обеспечивающий преимущества в сравнении с оригинальной конфигурацией [1, 2]. Виртуализированные ресурсы, как правило, состоят из вычислительных мощностей и главного хранилища данных [12–20].
Гипервизор – главная составляющая часть виртуализации, представляющая собой программу, отделяющую физические ресурсы компьютера от ОС и ее приложений. Гипервизор позволяет одновременно и параллельно использовать сразу несколько ОС на одном хост-компьютере. Он также выполняет функции изолятора нескольких ОС друг от друга [1, 2].
Кроме того, в функции гипервизора входит обеспечение средствами взаимодействия работающих под ним операционных систем. Он выполняет функции виртуальной машины. Гипервизор можно представить в виде обособленной компактной операционной системы, так называемого, «микроядра».
Благодаря ему обеспечивается независимое включение, перезагрузка и выключение любой из виртуальных машин, оснащенной той или иной ОС.
В зависимости от гипервизора, могут кардинально изменяться предоставляемые им возможности, поэтому необходимо внимательно относиться к выбору управляющей основы виртуальной среды.
Цель данной работы – сбор информации о гипервизорах разных производителей, их сравнение и анализ для получения объективных данных о каждом, определение сильных и слабых сторон.
Выбор гипервизоров и параметров сравнения. Для решения поставленной задачи необходимо провести сравнение функционалов самых распространенных версий гипервизоров. К настоящему времени рынок гипервизоров делился между производителями так [3–11]:
● VMware – 65 %;
● Microsoft – 27 %;
● Citrix – 6 %;
● другие производители – 2 %.
Исходя из этого для сравнения были выбраны:
● vSphere 5.0 и 5.5 от VMware;
● Hyper-v от Microsoft;
● XenServer от Citrix.
Для достижения объективности, при поиске информации, использовались только официальные источники и технические данные из официальной документации [4–6].
При сравнении учитывались наиболее важные характеристики и возможности гипервизоров, такие как [11]:
● возможность масштабирования, расширение инфраструктуры;
● показатели производительности – интерфейсы высокоскоростной передачи данных и жесткие диски;
● механизмы управления ресурсами – позволяющие эффективно использовать все доступные физические и виртуальные мощности;
● безопасность – механизмы защиты от действий злоумышленников;
● отказоустойчивость – механизмы позволяющие восстановить информацию после различных сбоев в работе;
● количество и типы поддерживаемых гостевых операционных систем.
Результаты исследования
Cравнение масштабируемости. Для эффективной масштабируемости необходимо иметь возможность изменять такие физические параметры как: количество процессоров на хосте, количество процессоров на виртуальной машине (ВМ), ОЗУ на хосте и ВМ, а также максимальное количество запущенных ВМ (табл. 1) [8–11].
Таблица 1
Масштабируемость
|
Ресурсы |
vSphere (5.0) |
vSphere (5.5 Ent+) |
XenServer (6.0) |
Hyper-V (2012) |
|
Логические ЦП |
160 |
320 |
160 |
320 |
|
Виртуальные ЦП на Хост |
2048 |
4096 |
4000 |
2048 |
|
Виртуальные ЦП на ВМ |
8 |
64 |
16 |
64 |
|
Физическая ОЗУ |
1ТБ |
4ТБ |
1ТБ |
4ТБ |
|
ОЗУ на ВМ |
32ГБ |
1ТБ |
128ГБ |
1ТБ |
|
Гостевой NUMA |
ДА |
ДА |
Только Хост |
ДА |
|
Максимум ВМ |
Не документировано |
15000 |
1000 |
8000 |
|
Максимум узлов |
32 |
1000 |
16 |
64 |
|
Активных ВМ на хосте |
Не документировано |
10000 |
512 |
1024 |
Cравнение производительности. Для производительности важными параметрами является наличие Fibre channel, поддержка технологии MPIO и механизм разгрузки сети передачи данных (табл. 2).
Таблица 2
Производительность
|
Возможности |
vSphere (5.0) |
vSphere (5.5 Ent+) |
XenServer (6.0) |
Hyper-V (2012) |
|
Виртуальный Fibre Channel |
Да |
Да |
Да |
Да |
|
Количество адаптеров FC |
4 |
256 |
150 |
4 |
|
Сторонний MPIO |
Нет |
Да (VAMP) |
Да (ручной) |
Да |
|
Максимальный размер диска |
2Тб VMDK |
64Тб VMDK |
2Тб |
64Тб VHDX |
|
Максимальный размер прямого LUN подключенного к BM |
64Тб |
64Тб |
15Тб |
256Тб+ |
|
Разгрузка передачи данных |
Нет |
Да (VAAI) |
Нет |
Да |
Все гипервизоры кроме vSphere 5.0 поддерживают Multipath I/O (технология подключения узлов сети хранения данных с использованием нескольких маршрутов).
Максимальный размер жестких дисков виртуальных машин сравнялся у VMware и Microsoft на максимальной отметке в 64 ТБ, но способы реализации хранения различны. По сути оба схожи по структуре с жестким диском и являются журналируемыми.
Технологию разгрузки сетей передачи данных поддерживают только Hyper-V и vSphere (5.5 Ent+).
Сравнение механизмов управления ресурсами. Для эффективного управления ресурсами необходимы механизмы управления динамической памятью и измерения ресурсов (табл. 3).
Таблица 3
Механизмы управления ресурсами
|
Возможности |
vSphere (5.0) |
vSphere (5.5 Ent+) |
XenServer (6.0) |
Hyper-V (2012) |
|
Динамическая память |
Да |
Да |
Да |
Да |
|
Измерение Ресурсов |
Да |
Да |
Да |
Да |
|
Качество Обслуживания (QoS) |
Нет |
Да |
Да |
Да |
|
Data Center Bridging (DCB) |
Да |
Да |
Нет |
Да |
Бесплатный vSphere (5.0) не поддерживает технологию QoS, которая обеспечивает повышенную вероятность прохождения пакета между точками в сети. В свою очередь у Citrix не реализовано ничего для возможности динамически переназначать конвергентные сетевые адаптеры, перераспределяя их в зависимости от необходимости и типа нагрузки (Data Center Bridging).
Сравнение механизмов безопасности. Безопасность передачи информации между виртуальными машинами важный параметр. Способ передачи адаптеров внутрь виртуальной машины или использование МАС адресов могут значительно его увеличить (табл. 4).
Таблица 4
Безопасность
|
Возможности |
vSphere (5.0) |
vSphere (5.5 Ent+) |
XenServer (6.0) |
Hyper-V (2012) |
|
Dynamic Virtual Machine Queue |
NetQueue |
NetQueue |
VMq |
Да |
|
SR-IOV |
DirectPath I/O |
DirectPath I/O |
Да |
Да |
|
Шифрование Дисков |
Нет |
Да |
Нет |
Да |
Dynamic Virtual Machine Queue – механизм, распределяющий входящий трафик по очередям для каждой виртуальной машины на основе хэшей МАС-адресов. Уменьшает задержку при передачах сетевого трафика. Также, без dVMQ, трафик для vSwitch проходит только через один процессор.
Single Root I/O Virtualization (SRIOV) – механизм передачи физического адаптера внутрь виртуальной машины. Поддерживается всеми гипервизорами, но со значительными отличиями. vSphere и XenServer полностью «пробрасывают» адаптер, а Hyper-V производит виртуализацию и профилирование адаптера, но требует наличие карт с поддержкой SRIOV в каждом хосте.
Шифрование дисков поддерживается только у Microsoft, однако использование данной технологии в России ограничены правовыми актами.
Сравнение механизмов отказоустойчивости. Механизмы отказоустойчивости нужны для поддержания беспрерывной работы системы виртуализации (табл. 5).
Механизмы отказоустойчивости
|
Возможности |
vSphere (5.0) |
vSphere (5.5 Ent+) |
XenServer (6.0) |
Hyper-V (2012) |
|
Встроенный бэкап |
Нет |
Да |
Да |
Да |
|
Репликация ВМ |
Нет |
Да |
нет |
Да |
|
Мониторинг гостевых приложений |
N/A |
Да |
Нет |
Да |
|
Приоритезация при сбое |
N/A |
Да |
Да |
Да |
|
Правила распределения ВМ |
N/A |
Да |
Нет |
Да |
|
Обновление кластерных систем |
N/A |
Да |
Да |
Да |
Встроенный бэкап необходим для восстановления поврежденных ВМ или отдельных данных на этих машинах без использования стороннего ПО.
Репликация ВМ – копирование в резервную среду только измененных блоков информации.
Мониторинг гостевых приложений – механизм для перезапуска отказавших приложений в гостевой ОС.
Приоритезация при сбое – настройка порядка запуска ВМ при перезапуске хоста.
Правила распределения ВМ – настройка, позволяющая выбрать, где будет храниться информация о виртуальной машине. Например, можно задать настройки так, что две виртуальные машины никогда не будут храниться на одном файловом хранилище, или наоборот всегда будут вместе.
Поддерживаемые гостевые ОС. Количество и типы поддерживаемых гостевых ОС один из ключевых параметров при выборе гипервизора (табл. 6).
Таблица 6
Поддерживаемые гостевые ОС
|
Microsoft Windows Server 2012 R2 + System Center 2012 R2 Datacenter Editions |
VMware vSphere 5.5 Enterprise Plus + vCenter Server 5.5 |
Citrix XenServer 6.0 |
|
|
Windows Server 2012 R2 |
Да |
Да |
Да |
|
Windows 8.1 |
Да |
Да |
Да |
|
Windows Server 2012 |
Да |
Да |
Да |
|
Windows 8 |
Да |
Да |
Да |
|
Windows Server 2008 R2 SP1 |
Да |
Да |
Да |
|
Windows Server 2008 R2 |
Да |
Да |
Да |
|
Windows 7 with SP1 |
Да |
Да |
Да |
|
Windows 7 |
Да |
Да |
Да |
|
Windows Server 2008 SP2 |
Да |
Да |
Да |
|
Windows Home Server 2011 |
Да |
Нет |
Нет |
|
Windows Small Business Server 2011 |
Да |
Нет |
Нет |
|
Windows Vista with SP2 |
Да |
Да |
Да |
|
Windows Server 2003 R2 SP2 |
Да |
Да |
Да |
|
Windows Server 2003 SP2 |
Да |
Да |
Да |
|
Windows XP with SP3 |
Да |
Да |
Да |
|
Windows XP x64 with SP2 |
Да |
Да |
Да |
|
CentOS 5.7, 5.8, 6.0 – 6.4 |
Да |
Да |
Да |
|
CentOS Desktop 5.7, 5.8, 6.0 – 6.4 |
Да |
Да |
Да |
|
Red Hat Enterprise Linux 5.7, 5.8, 6.0 – 6.4 |
Да |
Да |
Да |
|
Red Hat Enterprise Linux Desktop 5.7, 5.8, 6.0 – 6.4 |
Да |
Да |
Да |
|
SUSE Linux Enterprise Server 11 SP2 & SP3 |
Да |
Да |
Нет |
|
SUS Linux Enterprise Desktop 11 SP2 & SP3 |
Да |
Да |
Нет |
|
OpenSUSE 12.1 |
Да |
Да |
Нет |
|
Ubuntu 12.04, 12.10, 13.10 |
Да |
Да |
Да |
|
Ubuntu Desktop 12.04, 12.10, 13.10 |
Да |
Да |
Да |
|
Oracle Linux 6.4 |
Да |
Да |
Да |
|
Mac OS X 10.7.x & 10.8.x |
Нет |
Да |
Нет |
|
Sun Solaris 10 |
Нет |
Да |
Нет |
Из таблицы видно, что гипервизор от VMware подходит для запуска любых гостевых операционных систем, но все-таки его архитектура больше рассчитана на работу с UNIX системами.
Hyper-V является гипервизором от Microsoft, следовательно, поддерживает все актуальные версии Windows, но эффективная работа других ОС не гарантируется.
Citrix поддерживает меньше всех гостевых операционных систем, но первоначально разрабатывался для работы с NetBSD и FreeBSD.
Заключение. Гипервизоры разные, но все они имеют схожие черты. Знание их особенностей и поддерживаемых гостевых операционных систем – важный аспект любого процесса выбора гипервизора для виртуализации оборудования. Решение выбора должно основываться на соответствии этих данных требованиям вашей организации. Для выбора гипервизора необходимо четко понимать, какие гостевые операционные системы будут использоваться, какая нагрузка будет приходиться на сервер, нужные типы защиты, производительность, дополнительные функции и отказоустойчивость.
Проведенное исследование показало, что VMware и Microsoft. обладают наибольшим количеством технологий и механизмов. Citrix только начинает развиваться в этом направлении. Бесплатная версия VMware рассчитана на относительно небольшие нагрузки и имеет только необходимый базовый функционал.
При этом многие гипервизоры поддерживают уникальные функции. Например, у VMware есть технология Fault Tolerance (FT), которая обеспечивает непрерывную доступность приложений при сбоях серверов за счет создания фоновой копии виртуальной машины, работающей синхронно с основной ВМ, а такой механизм как Memory overcommit, позволяет ВМ использовать больше оперативной памяти, чем есть в распоряжении у хоста.