Virtualizcis technolgik s alkalmazsaik VIMIAV 89 Kiszolgl oldali

Virtualizációs technológiák és alkalmazásaik (VIMIAV 89) Kiszolgáló oldali virtualizáció Tóth Dániel, Micskei Zoltán, Szatmári Zoltán Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

Tartalom § § § § Jellegzetességek Távoli hozzáférés megvalósítása Háttértárak virtualizációja VMware ESXi architektúra Microsoft Hyper-V architektúra Xen architektúra Erőforrás-gazdálkodás 2

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 3

Emlékeztető – a két fő architektúra § Kétféle megközelítés: App. Menedzsment App. OS OS Menedzsment OS OS OS Oprendszer Virt. szoftver Hardver Bare-metal Hosted Jellemzően desktop megoldások: VMware Workstation, Player, Sun/Oracle Virtual. Box, MS Virtual. PC, KVM Jellemzően szerver megoldások: VMware ESXi, Xen, MS Hyper-V 4

Emlékeztető – a két fő architektúra Hosted § Interaktív alkalmazásnál előnyös Bare-metal § Interaktív alkalmazások nehézkesek § Jellemzően kevés virtuális gép fut egyszerre § Jó skálázhatóság o távoli hozzáférés kell (lokális gépen megjelenítésnél is!) o teljesen speciális saját környezet, csak virtuális gépek futtatására o nincsenek finomított OS erőforrások o Hardver támogatást külön meg kell oldani o helyi hozzáférés, gyors grafika, hang stb. o OS szintű erőforrások biztosítása o Integráció asztali munkakörnyezetbe o Hardver meghajtókat a hoszt OS kezeli o Nincs hoszt OS, ami erőforrást fogyasztana o Saját, VM-ek számára optimalizált ütemezők, erőforrás -elosztók o sok virtuális gépnél már rossz skálázódás o Jellemzően az OS alkalmazásokhoz kitalált ütemezőit próbálja VM-ek erőforrásgazdálkodására használni 5

Szerver virtualizációs megoldások § VMware ESXi § Xen o Xen. org o Citrix Xen. Server o Oracle VM Server (Xen alapú) § Microsoft Hyper-V § IBM LPAR, DLPAR §… 6

Tartalom § § § § Jellegzetességek Távoli hozzáférés megvalósítása Háttértárak virtualizációja VMware ESXi architektúra Microsoft Hyper-V architektúra Xen architektúra Erőforrás-gazdálkodás 7

Minimális konzolos beállítási lehetőségek 8

Távoli hozzáférés lehetőségek (1) Beépített távoli menedzsment hardver Távoli elérés Ethernet hálózaton keresztül (IPMI, Intel AMT) 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 Alkalmazások Operációs rendszer Billentyűzet, egér, video BIOS Távoli elérés hardver Hardver Dedikált kliensprogram Hálózati interfész 9

Példa: SUN ILO 10

SUN ILO működés közben 11

Távoli hozzáférés lehetőségek (2) 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 Alkalmazások Operációs rendszer Virtuális gép Virtualizációs keretrendszer BIOS Hardver BIOS Billentyűzet, egér, video Távoli elérés szerver Hálózati interfész Billentyűzet, egér, video Dedikált kliensprogram 12

Távoli hozzáférés lehetőségek (3) Vendég OS szintű távoli elérés Alkalmazások Távoli elérés szerver Hálózat • Előnyei és hátrányai lásd előbb • Szöveges és grafikus kép is • Az operációs rendszernek működnie kell ÉS konfigurált hálózattal kell rendelkeznie Operációs rendszer BIOS Hálózati interfész Virtuális Hardver Virtualizációs keretrendszer Dedikált kliensprogram Hálózati interfész 13

Tartalom § § § § Jellegzetességek Távoli hozzáférés megvalósítása Háttértárak virtualizációja VMware ESXi architektúra Microsoft Hyper-V architektúra Xen architektúra Erőforrás-gazdálkodás 14

Nagy integrált rendszerek kiépítése § Szerver virtualizációnál egy fizikai gép ritkán elég § Jó, ha egyes erőforrások: o központilag kezeltek o átcsoportosíthatóak, hozzárendelések megváltoztathatóak o megoszthatóak, több helyről is egyformán elérhetőek § Példák o háttértár: sok kicsi, gépekben elszórt merevlemez helyett egy-egy nagy tároló alrendszer (storage system/disk array) o hálózatok: minden hoszton egyformán elérhetőek legyenek o magasabb szinten: jogosultságkezelés, felhasználói fiókok címtára 15

Háttértár virtualizáció § Elterjedt megoldások: o SAN – Storage Area Network, blokkos eszközt biztosít o NAS – Network Attached Storage, fájlrendszert biztosít § Példa: Egyszerűsített háttértár stack Pl. : Samba, NFS, FTP Fájlrendszer Logikai kötet(ek) Partíció Pl. : i. SCSI, Ao. E Partíció Fizikai eszköz 16 ~kliens

i. SCSI – SAN megoldás § Blokkos eszköz biztosítása TCP/IP hálózatok felett § Fájlrendszernek támogatnia kell a több gépről történő elérést o Pl. VMFS, GFS fájlrendszer HDD ==== HDD i. SCSI portal / target i. SCSI initiator ==== Fizikai tár ~szerver ~kliens 17

Tartalom § § § § Követelmények Szerver virtualizációs architektúrák Háttértárak virtualizációja VMware ESXi architektúra Microsoft Hyper-V architektúra Xen architektúra Erőforrás-gazdálkodás 18

VMware ESXi § VMware bare-metal megoldása o Követelmény: 64 bites CPU o (Van ingyenes verziója is) § VMware ESX utódja (új architektúra) § v. Sphere 5 család része o v. Center Server, v. Motion, DRS, HA, FT… o lásd a későbbi előadást

VMware ESXi 5 architektúrája § VMkernel § World o VM world o Ágensek, shell…

VMware ESXi 5 architektúrája (folyt. ) Forrás: VMware ESXi 5. 0 Operations Guide 21

ESXi system image § Aktív és alternatív verzió § In-memory fájlrendszer o Pl. log fájl elveszik újraindításkor § OEM kiegészítések (embedded ESXi) 22

Tartalom § § § § Követelmények Szerver virtualizációs architektúrák Háttértárak virtualizációja VMware ESX és ESXi szerver architektúrája Microsoft Hyper-V architektúra Xen architektúra Erőforrás-gazdálkodás 23

Microsoft Hyper-V § Microsoft bare-metal virtualizációs megoldása o Jelenleg: 3. verzió béta (Windows Server 2012) § Két változat: o Windows Serverben a Hyper-V szerep o MS Hyper-V Server (különálló, ingyenes, csak Hyper-V) § HW igény: o CPU: 64 bites, HW-es virtualizációs támogatás

Microsoft Hyper-V v 3 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) 25

Hyper-V architektúra I Szülő partíció Gyerek partíció 1 Gyerek partíció 2 Virtualization stack (pl. VM kezelő szolgáltatás) Vendég alkalmazások Ring 3 Windows Server 2008 kernel + Hyper-V modulok Vendég OS Ring 0 Hypervisor Hardver 26 Root mode

Hyper-V architektúra II 27

Tartalom § § § § Követelmények Szerver virtualizációs architektúrák Háttértárak virtualizációja VMware ESX és ESXi szerver architektúrája Microsoft Hyper-V architektúra Xen architektúra Erőforrás-gazdálkodás 28

Xen § University of Cambridge kutatási projekt § Jelenleg: o Xen. org: nyílt forráskód, sok disztribúcióban elérhető o Citrix Xen. Server: plusz funkciók, fizetős (is) o Xen Cloud Platform (XCP): Xen. Server nyílt változata o Oracle VM, HUAWEI UV… § Követelmény: o Paravirtualizációs kiegészítés része a Linux kernelnek o Windows vendéghez HW-es virtualizáció kell

XCP architektúra § Dom 0: menedzsment OS § Dom. U: virtuális gépek Forrás: http: //xen. org/products/cloudxen. html

XCP tervek: Domain 0 Disaggregation § Domain 0 szétválasztása o Külön Driver, Stub és Service Domain o Külön-külön újraindíthatók o 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, Xen. Summit 2012 31

Bare metal megoldások architektúrái ESXi Xen / Hyper-V § I/O eszközöket is a hypervisor kezeli § Meghajtókat (driver) a VMware szállítja § Extra kis méret: ESXi (32 MB) § I/O eszközök kezelése a szülő partícióban § Meghajtókat a HW gyártók szállítják 32

Tartalom § § § § Követelmények Szerver virtualizációs architektúrák Háttértárak virtualizációja VMware ESX és ESXi szerver architektúra Microsoft Hyper-V architektúra Xen architektúra Erőforrás-gazdálkodás 33

Erőforrás-gazdálkodás § A virtuális gépek közös erőforráson osztoznak § Jellemző példák: o CPU: gyakran (összesen több v. CPU, mint fizikai) o Memória: 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 lesz o Kis terheléseknél ritka o De szerverkörnyezetben gyakran előfordul § Hogyan osszuk el ilyenkor az erőforrásokat?

Feladatok erőforrások kezelésénél § Tipikus igények: o Korlátozni valakinek a felhasználást o Garantálni valakinek a minimumot o Prioritás versenyhelyzet esetén § Megoldások: o Kemény korlátozások, „lágy” korlátok, részesedés o „Proportional-Share Based Scheduler”

Szabályozási lehetőségek (VMware) § Resource Limit – kemény felső korlát az erőforrás igénybevételére o Akkor is érvényes, ha egyébként van szabad erőforrás § Resource Reservation – garantált rendelkezésre álló erőforrás mennyiség o 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

Példa a share használatára § Több VM-et futtató gép esetén a CPU share értékek a következők CPU o VM 1: 1000 o VM 2: 1000 VM 1 VM 2 Forrás: Carl Waldspurger. Resource Management for Virtualized Systems 38

Példa a share használatára § Több VM-et futtató gép esetén a CPU share értékek a következők CPU o VM 1: 1000 o VM 2: 1000 o VM 3: 2000 VM 1 VM 2 VM 3 § Versenyhelyzet esetén mennyi a VM 1 részére biztosított erőforrás-mennyiség? o 1000 / (1000+2000) = 1/4 CPU idő 39

Erőforrás gazdálkodás VM share módosítása dinamikus újrakonfigurálás Új VM felvétele Graceful degradation VM eltávolítása Extra erőforrások kihasználása 40

CPU ütemezés § Simplified virtual-time algorithm o „Virtuális idő”= felhasználás / share o Ütemezés: Legkisebb „virtuális idejű” VM § Példa: 3 VM A, B, C (3 : 2 : 1 share aránnyal) A 2 4 4 6 8 8 8 10 10 B 3 3 6 6 6 9 9 9 12 C 6 6 6 12 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 További Resource Pool Guest -Korlát -Garantált részesedés

Hierarchikus erőforráskezelés § Nemcsak virtuális gépek szintjén lehet korlátozni § Pool-okba szervezhetők a VM-ek Korlátokat szab: § Használati eset példák: -Host o Egy felhasználó összes -Resource Pool gépére egy közös-Guest korlátozás o Egy feladatot ellátó gépek csoportjára korlát. Egymásba ágyazott o Kritikus/nem kritikus korlátoknál szűkítés, alkalmazások konfliktusnál csoportosítása prioritás szerinti feloldás Host - korlát: fizikai CPU, Memória Resource Pool -Korlát -Garantált részesedés További Resource Pool Guest -Korlát -Garantált részesedés

Erőforrás gazdálkodás: GUI felület 44

Hyper-V: hasonló erőforrás-gazdálkodás 45

Összefoglalás § Követelmények o Sok guest, jó skálázhatóság, távoli elérés § Szerver virtualizációs architektúrák o Dominánsan bare-metal § Háttértárak virtualizációja o i. SCSI SAN § VMware ESX és ESXi szerver architektúrája o Mikrokernel, eltérés a Service Console megvalósításában § Hyper-V architektúra 46

DEMO Gyakorlat: ESXi használata § Indítás: alap konfiguráció (IP, jelszó) beállítása § Csatlakozás VI Clienttel § i. SCSI storage beállítása datastore-nak 47