Научный журнал
Международный журнал экспериментального образования
ISSN 2618–7159
ИФ РИНЦ = 0,839

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ГИПЕРВИЗОРОВ

Пастухов Д.А. 1 Юрчик П.Ф. 1 Остроух А.В. 1
1 ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)»
1. Википедия – свободная энциклопедия. [Электронный ресурс]. – URL:http://ru.wikipedia.org/.
2. Сайт серверной виртуализации [Электронный ресурс]. –http://vmind.ru/2009/06/04/ocherednoe-sravnenie-gipervizorov-2/
3. Официальный блог Microsoft. [Электронный ресурс]. – URL: http://blogs.technet.com/b/keithmayer/archive/2013/09/24/vmware-or-microsoft-comparing-vsphere-5-5-and-windows-server-2012-r2-at-a-glance.aspx
4. Официальный сайт поддержки компании Citrix [Электронный ресурс]. – URL:https://support.citrix.com/servlet/KbServlet/download/34966-102-704363/CTX137837_XenServer %206_2_0_Configuration %20Limits.pdf
5. Официальный блог Microsoft. [Электронный ресурс]. – URL:http://technet.microsoft.com/ru-ru/library/jj680093.aspx
6. Официальный сайт компании VMware [Электронный ресурс]. – URL:http://www.vmware.com/pdf/vsphere5/r55/vsphere-55-configuration-maximums.pdf
7. Официальный сайт IBM [Электронный ресурс]. –http://www.ibm.com/developerworks/ru/library/cl-hypervisorcompare/
8. Остроух А.В. Ввод и обработка цифровой информации: учебник для нач. проф. образования / А.В. Остроух. – М.: Издательский центр «Академия», 2012. – 288 с. – ISBN 978-5-7695-9457-1.
9. Остроух А.В. Основы информационных технологий: учебник для сред. проф. образования / А.В. Остроух. – М.: Издательский центр «Академия», 2014. – 208 с. – ISBN 978-5-4468-0588-4.
10. Брагинский А.И., Гапшин Н.В., Голубкова В.Б., Виноградов В.А. Применение виртуальных машин для технического обеспечения учебного процесса на кафедре ВУЗа // Автоматизация и управление в технических системах. – 2014. – № 1.1 (8). – С. 14–24. DOI: 10.12731/2306-1561-2014-1-2.
11. Пастухов Д.А., Юрчик П.Ф. Сравнительный анализ гипервизоров // Автоматизация и управление в технических системах. – 2014. – № 4 (12). – С. 129–140. DOI: 10.12731/2306-1561-2014-4-13.
12. Баринов К.А., Остроух А.В. Программно-моделирующий комплекс поддержки управленческих решений по оценке эффективности организационных структур промышленных предприятий // Промышленные АСУ и контроллеры. – 2014. – № 9. – С. 55–61.
13. Помазанов А.В., Остроух А.В. Создание и тестирование распределённой системы работы с удалёнными узлами // Автоматизация и современные технологии. – 2014. – № 7. – С. 17–23.
14. Помазанов А.В., Остроух А.В. Новый подход к разработке прототипа распределенной системы баз данных промышленного предприятия // Промышленные АСУ и контроллеры. – 2014. – № 9. – С. 11–20.
15. Остроух А.В. Автоматизированная система мониторинга производственно-технологической и организационно-экономической деятельности промышленного предприятия / А.В. Остроух, Юань Тянь // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – М.: «Научтехлитиздат», 2014. – № 3. – С. 14–21.
16. Тянь Ю., Нгуен Д.Т., Чаудхари Р.Р., Остроух А.В. Автоматизированная система мониторинга производственно – технологической и организационно – экономической деятельности промышленного предприятия // Автоматизация и управление в технических системах. – 2014. – № 1.2 (9). – C. 16–31. DOI: 10.12731/2306-1561-2014-1-16.
17. Остроух А.В. Интеграция компонентов системы мониторинга / А.В. Остроух, Юань Тянь // Молодой ученый. – Чита: ООО «Издательство Молодой ученый», 2013. – № 10. – С. 182–185.
18. Tian Yuan, Ostroukh A.V. Monitoring environment condition of Chinese industrial enterprises // EUROPEAN JOURNAL OF NATURAL HISTORY. – 2013. – № 5 – С. 34–35.
19. Ostroukh A.V., Tian Yu. Development of the information and analytical monitoring system of technological processes of the automobile industry enterprise // In the World of Scientific Discoveries, Series B. – 2014. – Vol. 2, № 1. – Р. 92–102.
20. Ostroukh A., Pomazanov A. Realtime Development and Testing of Distributed Data Processing System for Industrial Company // Middle East Journal of Scientific Research. 2014. – Vol. 20 (12). – Р. 2184–2193. DOI: 10.5829/idosi.mejsr.2014.20.12.21106.

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

В плане масштабируемости очевидными преимуществами обладает vSphere (5.5 Ent+) версии 5.5; бесплатная версия vSphere (5.0) не сильно уступает по возможностям гипервизору от Citrix; Hyper-V придерживается середины.

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

Из таблицы видно, что все гипервизоры поддерживают виртуальный Fibre channel, но количество возможных адаптеров сильно разнится. У платной версии VMware до 256 адаптеров, тогда как XenServer поддерживает почти в полтора раза меньше – 150. У Hyper-V это количество такое же, как и у бесплатной версии VMware – 4.

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).

Таблица 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.


Библиографическая ссылка

Пастухов Д.А., Юрчик П.Ф., Остроух А.В. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ГИПЕРВИЗОРОВ // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 3-3. – С. 346-350;
URL: https://expeducation.ru/ru/article/view?id=7145 (дата обращения: 29.11.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074