Virtualizace obecně

Zamyslíme-li se nad pojmem virtuální, může být tento pojem přeložen jako něco fyzicky neexistujícího – například virtuální počítač může být třeba emulovaný počítač. V takovémto virtuálním počítači běží klasický operační systém, aplikace apod., s tím rozdílem, že takový virtuální počítač není pevně svázán s fyzickým hardwarem. Právě díky tomu, že neexistují pevná pouta s fyzickým hardwarem, může být takový virtuální počítač provozován de facto na jakémkoliv jiném, naprosto odlišném fyzickém hardwaru či operačním systému. Především s ohledem na „volnost“ virtualizovaného hardwaru (počítače), přináší virtualizace bezesporu řadu výhod. Pokud se podíváme na IT prostředí, kde virtualizace není používána, můžeme pro různé druhy virtualizace obecně konstatovat, že jednotlivé zdroje jsou pevně svázány s nějakým prostředkem. Příklady takové provázanosti jsou uvedeny na obrázku 1.

Obr. 1: Schéma IT prostředí bez využití virtualizace

V případě použití různých technologií pro virtualizaci je provedena virtualizace na jednotlivých úrovních, které jsou uvedeny na obrázku 2. Je zřejmé, že aplikace, zdroje a prostředky, které jsou virtualizovány, ztrácí fyzické vazby na hardware, případně operační systém, kde jsou provozovány. Na obrázku jsou uvedeny stejné vrstvy jako v předchozím případě, ale nyní jsou virtualizovány.

Obr. 2: IT prostředí je možno virtualizovat ve vrstvách

Jednotlivé možnosti virtualizace jsou potom:

Prezentační virtualizace

Prezentační vrstva, tedy zobrazování uživatelského rozhraní, je zde oddělena od procesu jako takového. Typickým zástupcem takové virtualizace jsou terminálové služby, které přináší centralizovanou správu provozovaných, respektive poskytovaných aplikací koncovým uživatelům. K terminálové službě lze přistupovat odkudkoliv a v podstatě z jakéhokoliv zařízení. Z pohledu provozu IT v organizaci pak přináší terminálové služby bezesporu výhody – aplikace jsou instalovány a provozovány na menším počtu počítačů (serverů) při srovnání s tradiční instalací a provozem aplikací na koncových stanicích.

Virtualizace profilů

V některých organizacích je používána již delší dobu (např. roamingové profily) a je možné tvrdit, že za vynaložení malého úsilí (a nulových nákladů – podpora je již přímo v operačních systémech) přináší právě tento způsob virtualizace velké zjednodušení v rámci provozu IT. Tato virtualizace spočívá v tom, že uživatelské profily jsou odděleny od vlastního operačního systému a jsou ukládány mimo počítač. Pokud se uživatel přihlásí na jakémkoliv počítači, dostává tak stále svůj uživatelský profil. V případě nové instalace počítače pak není nutné provádět zálohy uživatelských dat a nastavení, ty jsou přeneseny automaticky.

Aplikační virtualizace

Začíná v poslední době skutečně nabývat na významu. Její princip spočívá v tom, že virtualizované aplikace jsou provozovány na koncových stanicích, čímž je zátěž rozložena mezi koncové uživatelské počítače. Aplikace nejsou na počítače instalovány klasickým instalačním procesem, ale jsou provozovány jako virtualizované, nezasahují do operačního systému. Právě díky oddělení souborů aplikace od fyzického operačního systému lze snadno předejít problémům s kompatibilitou mezi aplikacemi navzájem (také nazývané jako DLL hell) a kompatibilitou mezi aplikací a operačním systémem. Aplikace se totiž provozují ve vyhrazeném prostoru, aniž by se ovlivňovaly navzájem.

Virtualizace hardwaru

Je pravděpodobně tou nejznámější a nejspíše i nejpoužívanější virtualizací. Hardware je virtualizován teprve několik posledních let a je využíván nejenom pro testování a vývoj, ale také pro produktivní provoz a konsolidaci serverů. Virtualizovat hardware je možné jak na koncových stanicích, tak i na serverech. Serverová virtualizace slouží nejvíce ke konsolidaci serverů (snížení počtu fyzických strojů při zachování počtu oddělených serverových operačních systémů), zajištění vysoké dostupnosti služeb a zajištění dynamického chování serverového prostředí. Na stanicích pak může být virtualizace využita jako testovací a vývojové prostředí, ale také například jako platforma pro řešení problémů s kompatibilitou starších aplikací po přechodu na nový operační systém.

Virtuální storage

Obvyklým představitelem virtuálního diskového systému jsou disková úložiště, která nejsou připojena k jednotlivým serverům (direct attached storage – DAS), ale jsou dostupná z více serverů. Diskové systémy dostupné více serverům, případně umístěné v různých lokalitách mohou být dostupné pomocí existujících sítí (network attached storage – NAS), případně vyhrazených sítí pro diskové systémy (storage area network – SAN).

Virtuální sítě

V dnešní době jsou již běžně využívané. Princip spočívá v tom, že na jednom síťovém prvku je provozováno více fyzicky oddělených sítí (VLAN). Takové sítě mohou být i dynamicky přidělovány různým klientům ve spojení s technologiemi pro zabezpečení síťové komunikace v organizacích atd.

Přínosy virtualizace hardwaru

Jak již bylo řečeno, je nejznámější a nejpoužívanější virtualizace hardwaru. Pojďme si nyní vyjmenovat, kde jsou přínosy a výhody této virtualizace. Jde především o snižování nákladů na pořízení hardwaru, úspory energie, ale také o zvýšení efektivity následné správy IT, která ve virtualizovaném prostředí nabízí zcela nové možnosti a postupy.

Obr 3: Příklad přínosů virtualizace

Modelový příklad přínosů virtualizace několika Windows serverů za pomoci technologie Microsoft Hyper-V je uvedena na obrázku 3. Zde je vidět, že úvahy o snižování nákladů pomocí virtualizace je potřeba pojmout více zeširoka. Nestačí ji pouze shrnout do jednoduché informace typu, že na jednom výkonném serveru budete provozovat více virtuálních systémů. To je samozřejmě také pravda, ale tím to nekončí, ba naopak. Ano, první věcí, kterou zcela jistě ušetříte, jsou náklady na fyzické servery. V dnešní době, kdy počet jader v procesorech, velikost operační paměti a další součásti serverů jsou větší a rychlejší, a naopak jejich cena se snižuje každým dnem, je velmi výhodné nakoupit silnější server a „vyždímat“ z něj maximum tím, že na něm poběží větší množství virtuálních strojů. Prostým součtem nákupních cen za jednotlivé fyzické servery a porovnáním s cenou za virtuální servery zjistíme míru úspory za nákup hardwaru.

Úspora energie

Důležitým přínosem virtualizace je snížení nákladů na energie. Představte si příklad, kdy společnost využívá ve svém datovém centru deset serverů o průměrném příkonu tisíc wattů. Při ceně cca 4 Kč/kW spotřebuje tato sestava denně energii za 960 korun, což ročně činí zhruba 350 tisíc korun. Při sto serverech se již jedná o částku tři a půl milionu korun. Přitom třeba levné servery, které plní pouze funkce například doménového řadiče (díky zkušenostem a doporučením z praxe instalovány samostatně bez dalších, například aplikačních rolí), různá komunikační rozhraní (ISA, IAG, Kerio, Iron Port), servery jednoduchých aplikací apod. často ani nevyžadují prakticky žádný výkon, pouze je vhodné provozovat je odděleně.
Vhodnou konsolidací rolí jednotlivých serverů s použitím virtualizace (typicky scénář na pobočce, kde jsou čtyři fyzické servery v rolích domain controller, file server, poštovní server, firewall) lze dosáhnout konsolidačního poměru minimálně 1:2, mnohdy dle vytížení i 1:4. Připočteme-li centrálu, kde se podaří konsolidovat například aplikační servery v poměru 1:8 a dosáhneme-li průměrného konsolidačního poměru 1:6, znamená to, že jen na elektrické energii společnost ušetří celých pět šestin nákladů za rok, tedy téměř tři sta tisíc korun při deseti, a téměř tři miliony korun při sto serverech.
Pokud bychom připočetli ještě další „drobnosti“, jako udržování klimatizací, revize elektrických zařízení apod., dostáváme se opět o pár desítek tisíc výše. Stejně tak, je nutno počítat s tím, že každý kilowatt serverového výkonu zaplatíme draze na UPS. UPS se musí opět chladit, navíc se po pěti letech musí většinou vyměnit, a to jsou opět další náklady, které virtualizace pomůže snížit.

Konsolidace diskového prostoru a správy

Další zajímavou úsporou a výhodou může být konsolidace diskového prostoru, kdy místo dat umístěných v jednotlivých serverech zakoupíme diskové pole, ke kterému připojíme naše servery, a na tomto poli posléze hostujeme všechny virtuální stroje.
Zde většina propočtů a přednášek končí a to je velká škoda. Do celkových výhod virtualizace je totiž potřeba započítat ještě další komponenty/software, které budou naše prostředí monitorovat a zálohovat. Zatímco při běhu systémů na fyzickém železe je toto nutné řešit jednotlivě, ve virtuálním světě to bude trochu jinak. Například zálohování – normálně je potřeba zálohovat celý systém a k němu všechny aplikace, které na něm běží. Ve virtuálním světě zálohujeme systémy na jejich virtuálních discích a tím je vše velmi zjednodušeno – dá se tak snadno zálohovat i něco, co se jinak řeší velmi těžce. Nehledě na to, že v případě využití virtuálních disků se nechá celý systém kdykoli a kamkoli přenést, nebo na vyžádání (například před riskantním implementačním krokem) vytvořit snímek a k němu se kdykoli později vrátit v případě, že se tento krok nezdařil. To jsou jistě nezanedbatelné výhody.
Virtualizace nabízí zajímavé finanční úspory také přímo na licencích za nástroje pro administraci a správu serverů. Například Microsoft umožňuje licencování celé řady produktů rodiny System Center v uceleném balíku, kdy se licence na tento balík kupují nikoli pro virtuální servery, ale pro servery fyzické!
Konkrétně se jedná o balíky Server Management Suite, které obsahují následující programy: na samostatném serveru mimo virtuální prostředí umožňuje provozovat System Center Virtual Machine Manager 2008 Management Server, dále získáváte licence pro System Center Operations Manager 2007, Configuration Manager 2007 R2, Data Protection Manager 2007 a Virtual Machine Manager 2008
Díky tomu máte velmi efektivně pokrytu nejenom správu celého virtuálního světa (SCVMM), ale také dohled a monitoring nad ním (SCOM), plus možnost automaticky instalovat a spravovat software na vašich serverech (SCCM). Licencování těchto balíčků bude od 1. července sladěno s licencováním Windows Serveru a balíčky existují ve dvou verzích – SMSE (Server Management Suite Enterprise) a SMSD (Server Management Suite Datacenter). SMSE je licencován na fyzický server a pokrývá licencí čtyři virtuální instance zdarma. SMSD je licencován na procesorový socket a licencí pokrývá neomezený počet virtuálů na daném serveru.

Příště už prakticky

Doufám, že se mi tímto úvodním dílem k sérii článků o virtualizaci podařilo vzbudit váš zájem a v další části se už vydáme směrem k praktickým krokům instalace a správy virtuálního prostředí na platformě Microsoft Hyper-V.

Autor článku, Martin Pavlis, je držitel titulu Microsoft Most Valuable Professional. Spoluautor, Jan Vávra, je technologický specialista Microsoftu, divize Windows Client.