kiszolgáló oldali virtualizáció

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi EgyetemMéréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

Kiszolgáló oldali virtualizáció

Tóth Dániel, Micskei Zoltán, Szatmári Zoltán

Virtualizációs technológiák és alkalmazásaik (VIMIAV89)

2

Tartalom Jellegzetességek Távoli hozzáférés megvalósítása Háttértárak virtualizációja VMware ESXi architektúra Microsoft Hyper-V architektúra Xen architektúra Erőforrás-gazdálkodás

3

Szerver virtualizáció jellegzetességei „Konszolidáció” – sok virtuális gép együttes futtatása, erőforrás

hatékonyság, takarékosság Hangsúlyos a távoli elérés, helyi hozzáférés teljesen háttérbe

szorul Az előző következménye: kevesebb fajta hardvert kell támogatni,

nincs „multimédiás” igény Karbantartási feladatok egyszerűsítése, automatizálhatóság Menedzsment: monitorozás, távoli beavatkozás, terhelés és

teljesítményadatok figyelése „Integráció” – a virtualizált szerverek egy nagyobb infrastruktúra

részei Hozzáférés vezérlés, biztonság, a rendszernek sok (nem feltétlenül

megbízható) felhasználója lehet egyszerre Megbízható, hibatűrő működés

4

Emlékeztető – a két fő architektúra Kétféle megközelítés:

Hardver

Oprendszer Virt. szoftver

App. OS OS

App. App.

Hardver

Virt. szoftver

Menedzsment OS

Menedzsment App.

OS OS

App. App.

Hosted Bare-metal

Jellemzően desktop megoldások: VMware Workstation, Player,

Sun/Oracle VirtualBox,MS VirtualPC, KVM

Jellemzően szerver megoldások: VMware ESXi, Xen,

MS Hyper-V

5

Emlékeztető – a két fő architektúraHosted Interaktív alkalmazásnál előnyös

o helyi hozzáférés, gyors grafika, hang stb.

o OS szintű erőforrások biztosításao Integráció asztali

munkakörnyezetbeo Hardver meghajtókat a hoszt OS

kezeli Jellemzően kevés virtuális gép

fut egyszerreo sok virtuális gépnél már rossz

skálázódáso Jellemzően az OS alkalmazásokhoz

kitalált ütemezőit próbálja VM-ek erőforrásgazdálkodására használni

Bare-metal Interaktív alkalmazások

nehézkeseko távoli hozzáférés kell (lokális

gépen megjelenítésnél is!)o teljesen speciális saját környezet,

csak virtuális gépek futtatásárao nincsenek finomított OS

erőforrásoko Hardver támogatást külön meg

kell oldani Jó skálázhatóság

o Nincs hoszt OS, ami erőforrást fogyasztana

o Saját, VM-ek számára optimalizált ütemezők, erőforrás-elosztók

6

Szerver virtualizációs megoldások VMware ESXi Xen

o Xen.orgo Citrix XenServero Oracle VM Server (Xen alapú)

Microsoft Hyper-V IBM LPAR, DLPAR …

7


8

Minimális konzolos beállítási lehetőségek

9

Távoli hozzáférés lehetőségek (1)

Hardver

BIOS

Operációs rendszer

Alkalmazások

Billentyűzet,egér, video

Beépített távoli menedzsment hardverTávoli elérés Ethernet hálózaton keresztül (IPMI, Intel AMT)

Távoli elérés hardver

Hálózat• Távolság: TCP/IP felett akárhova eljuttatható• Több gép elérése: külön IP címek• Lehet közös az üzemi hálózattal, lehet dedikált menedzsment hálózat• Biztonság fontos kérdéssé válik• Többnyire csak szöveges felület (BIOS is) • Grafikus kép továbbító külön opció

Dedikált kliensprogramHálózati

interfész

10

Példa: SUN ILO

11

SUN ILO működés közben

12

Hardver



Alkalmazások

Billentyűzet,egér, video

Virtuális gép virtuális konzolja Hálózat• Előnyei, hátrányai lásd előbb• Virtuális géphez teljes hozzáférés (BIOS, szöveges, grafikus)• Működő és konfigurált hálózatot csak a virtualizációs keretrendszer szintjén igényel, a vendég OS szintjén nem

Dedikált kliensprogram

Hálózati interfész

Virtualizációs keretrendszer

Virtuális gép Billentyűzet,egér, video

Távoli elérésszerver

BIOS

BIOS

13


Virtuális Hardver

BIOS


Alkalmazások

Vendég OS szintű távoli elérés

Távoli elérés

szerver

Dedikált kliensprogram

Virtualizációs keretrendszer



Hálózat• Előnyei és hátrányai lásd előbb• Szöveges és grafikus kép is• Az operációs rendszernek működnie kell ÉS konfigurált hálózattal kell rendelkeznie

14


15

Nagy integrált rendszerek kiépítése Szerver virtualizációnál egy fizikai gép ritkán elég Jó, ha egyes erőforrások:

o központilag kezelteko átcsoportosíthatóak, hozzárendelések megváltoztathatóako megoszthatóak, több helyről is egyformán elérhetőek

Példáko háttértár: sok kicsi, gépekben elszórt merevlemez helyett

egy-egy nagy tároló alrendszer (storage system/disk array)o hálózatok: minden hoszton egyformán elérhetőek

legyeneko magasabb szinten: jogosultságkezelés, felhasználói fiókok

címtára

16

Háttértár virtualizáció Elterjedt megoldások:

o SAN – Storage Area Network, blokkos eszközt biztosíto NAS – Network Attached Storage, fájlrendszert biztosít

Példa: Egyszerűsített háttértár stack

~kliensFizikai eszköz

Partíció Partíció

Logikai kötet(ek)

Fájlrendszer Pl.: Samba, NFS, FTP

Pl.: iSCSI, AoE

17

iSCSI – SAN megoldás Blokkos eszköz biztosítása TCP/IP hálózatok felett Fájlrendszernek támogatnia kell a több gépről

történő elérésto Pl. VMFS, GFS fájlrendszer

HDD====

HDD====

HDD====

iSCSI portal / target

iSCSI initiator

Fizikai tár ~szerver ~kliens

18

Tartalom Követelmények Szerver virtualizációs architektúrák Háttértárak virtualizációja VMware ESXi architektúra Microsoft Hyper-V architektúra Xen architektúra Erőforrás-gazdálkodás

VMware ESXi VMware bare-metal megoldása

o Követelmény: 64 bites CPU o (Van ingyenes verziója is)

VMware ESX utódja (új architektúra)

vSphere 5 család részeo vCenter Server, vMotion, DRS, HA, FT…o lásd a későbbi előadást

VMware ESXi 5 architektúrája

VMkernel World

o VM worldo Ágensek, shell…

21

VMware ESXi 5 architektúrája (folyt.)

Forrás: VMware ESXi 5.0 Operations Guide

22

ESXi system image Aktív és alternatív

verzió In-memory

fájlrendszero Pl. log fájl elveszik

újraindításkor OEM kiegészítések

(embedded ESXi)

23

Tartalom Követelmények Szerver virtualizációs architektúrák Háttértárak virtualizációja VMware ESX és ESXi szerver architektúrája Microsoft Hyper-V architektúra Xen architektúra Erőforrás-gazdálkodás

Microsoft Hyper-V Microsoft bare-metal virtualizációs megoldása

o Jelenleg: 3. verzió béta (Windows Server 2012)

Két változat:oWindows Serverben a Hyper-V szerepoMS Hyper-V Server (különálló, ingyenes, csak Hyper-V)

HW igény: o CPU: 64 bites, HW-es virtualizációs támogatás

25

Microsoft Hyper-V v3 újdonságai Több párhuzamos „Live migration” folyamat „Live migration” osztott tárhely nélkül Resource pool kezelés Adat de-duplikáció támogatása Virtuális gépeknek 64 CPU és 1 TB RAM Új virtuális lemezkép típus támogatása

(16 TB-ig skálázható)

26

Hyper-V architektúra I

Hardver

Hypervisor

Windows Server 2008 kernel + Hyper-V

modulok

Virtualization stack(pl. VM kezelő szolgáltatás)

Ring 0

Ring 3

Root mode

Szülő partíció Gyerek partíció 1 Gyerek partíció 2

Vendég OS Vendég OS

Vendég alkalmazások

Vendég alkalmazások

27

Hyper-V architektúra II

28

Tartalom Követelmények Szerver virtualizációs architektúrák Háttértárak virtualizációja VMware ESX és ESXi szerver architektúrája Microsoft Hyper-V architektúra Xen architektúra Erőforrás-gazdálkodás

Xen University of Cambridge kutatási projekt Jelenleg:

o Xen.org: nyílt forráskód, sok disztribúcióban elérhetőo Citrix XenServer: plusz funkciók, fizetős (is)o Xen Cloud Platform (XCP): XenServer nyílt változatao Oracle VM, HUAWEI UV…

Követelmény:o Paravirtualizációs kiegészítés része a Linux kernelnekoWindows vendéghez HW-es virtualizáció kell

XCP architektúra Dom0: menedzsment OS DomU: virtuális gépek

Forrás: http://xen.org/products/cloudxen.html

31

XCP tervek: Domain 0 Disaggregation Domain 0 szétválasztása

o Külön Driver, Stub és Service Domaino Külön-külön újraindíthatóko Privilégiumok szűkebb kiosztása, jobb biztonság

XCP 2.0-ra ígérik (2013)

Qubes OS hasonlót használ a hálózatra(lásd http://qubes-os.org/Architecture.html)

Forrás: John Garbutt, Xen Cloud Platform Update, XenSummit 2012

http://qubes-os.org/Architecture.html



32

Bare metal megoldások architektúráiESXi Xen / Hyper-V

I/O eszközök kezelése a szülő partícióban

Meghajtókat a HW gyártók szállítják

I/O eszközöket is a hypervisor kezeli

Meghajtókat (driver) a VMware szállítja

Extra kis méret: ESXi (32 MB)

33

Tartalom Követelmények Szerver virtualizációs architektúrák Háttértárak virtualizációja VMware ESX és ESXi szerver architektúra Microsoft Hyper-V architektúra Xen architektúra Erőforrás-gazdálkodás

Erőforrás-gazdálkodás

A virtuális gépek közös erőforráson osztoznak

Jellemző példák: o CPU: gyakran (összesen több vCPU, mint fizikai)oMemória: ritkábban (memory overcommit)o Háttértár I/O műveletek: itt jellegzetesen osztozás van!o Hálózati áteresztőképesség: itt is osztozás van

Versengés az erőforrásokért

Erőforrás szűk keresztmetszet leszo Kis terheléseknél ritkao De szerverkörnyezetben gyakran előfordul

Hogyan osszuk el ilyenkor az erőforrásokat?

Feladatok erőforrások kezelésénél Tipikus igények:

o Korlátozni valakinek a felhasználásto Garantálni valakinek a minimumoto Prioritás versenyhelyzet esetén

Megoldások:o Kemény korlátozások, „lágy” korlátok, részesedéso „Proportional-Share Based Scheduler”

Szabályozási lehetőségek (VMware) Resource Limit – kemény felső korlát az erőforrás

igénybevételéreo Akkor is érvényes, ha egyébként van szabad erőforrás

Resource Reservation – garantált rendelkezésre álló erőforrás mennyiségo Nem feltétlenül használja ki, csak verseny esetén

érvényesül, egyébként a keretet más használhatja Resource Shares – prioritás

o Verseny esetén az alapértelmezett „igazságos” elosztás módosítható ezzel

38

Több VM-et futtató gép esetén a CPU share értékek a következőko VM1: 1000o VM2: 1000

CPU

VM1VM2

Példa a share használatára

Forrás: Carl Waldspurger. Resource Management for Virtualized Systems

39

Több VM-et futtató gép esetén a CPU share értékek a következőko VM1: 1000o VM2: 1000o VM3: 2000

Versenyhelyzet esetén mennyi a VM1 részére biztosított erőforrás-mennyiség?o 1000 / (1000+1000+2000) = 1/4 CPU idő

CPUVM1VM2VM3

Példa a share használatára

40

Erőforrás gazdálkodás

VM share módosítása

dinamikus újrakonfigurálás

Új VM felvétele

Graceful degradation

VM eltávolítása

Extra erőforrások kihasználása

CPU ütemezésSimplified virtual-time algorithm

o „Virtuális idő”= felhasználás / shareo Ütemezés: Legkisebb „virtuális idejű” VM

Példa: 3 VM A, B, C (3 : 2 : 1 share aránnyal)

B

A

C

2

3

6

4

3

6

4

6

6

6

6

6

8

6

6

8

9

6

8

9

12

10

9

12

10

12

12

Hierarchikus erőforráskezelés Nemcsak virtuális gépek

szintjén lehet korlátozni Pool-okba szervezhetők a

VM-ek Használati eset példák:

o Egy felhasználó összes gépére egy közös korlátozás

o Egy feladatot ellátó gépek csoportjára korlát

o Kritikus/nem kritikus alkalmazások csoportosítása

Host - korlát: fizikai CPU, Memória

Resource Pool-Korlát-Garantált részesedés

Guest-Korlát-Garantált részesedés

TovábbiResource Pool

Hierarchikus erőforráskezelés Nemcsak virtuális gépek

szintjén lehet korlátozni Pool-okba szervezhetők a

VM-ek Használati eset példák:

o Egy felhasználó összes gépére egy közös korlátozás

o Egy feladatot ellátó gépek csoportjára korlát

o Kritikus/nem kritikus alkalmazások csoportosítása

Host - korlát: fizikai CPU, Memória

Resource Pool-Korlát-Garantált részesedés

Guest-Korlát-Garantált részesedés

TovábbiResource Pool

Korlátokat szab:-Host-Resource Pool-Guest

Egymásba ágyazott korlátoknál szűkítés,

konfliktusnál prioritás szerinti

feloldás

44

Erőforrás gazdálkodás: GUI felület

45

Hyper-V: hasonló erőforrás-gazdálkodás

46

Összefoglalás Követelmények

o Sok guest, jó skálázhatóság, távoli elérés Szerver virtualizációs architektúrák

o Dominánsan bare-metal Háttértárak virtualizációja

o iSCSI SAN VMware ESX és ESXi szerver architektúrája

oMikrokernel, eltérés a Service Console megvalósításában

Hyper-V architektúra

DEMO

47

Indítás: alap konfiguráció (IP, jelszó) beállítása Csatlakozás VI Clienttel iSCSI storage beállítása datastore-nak

Gyakorlat: ESXi használata

kiszolgáló oldali virtualizáció

Documents