6105N Windows Server og datanett Virtualisering print.pdf · Page 6 6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering –foil: 11 Native (bare-metal) hypervisor (type

Page 1

6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 1

6105N Windows Server og datanett

Leksjon 1b Virtualisering– Tradisjonell arkitektur

– Virtualisering og virtuelle maskiner

– Hypervisor» Hosted – type 2

» Native – type 1

– Eksempler på produkter for virtualisering

– Hvorfor virtualisering?

– Eksempel: HiT's virtualiseringsløsning

– Oracle VirtualBox, alternativer til VirtualBox, VMware Workstation Player

– Virtuelle maskiner og nettverk til øvinger

Pensum:– Melling: Virtuelle tjenere (VMware) - introduksjon s.1-10


1

2

http://aitel.hist.no/fag/vit/lek01/vit-ls01_intro-til-virtualisering.pdf

Page 2


Driftsmiljøer uten virtualisering

• Mange fysiske tjenermaskiner

– Ofte én, eller flere, maskiner pr. tjeneste / program

– For å sikre at ikke en driftsstans berører mange programmer / tjenester

– Ulike "generasjoner" av hardware teknologi

– Historisk: resultat av overgang fra store fellesmaskiner til PC-tjenere

• Flere ulike operativsystemer i samme miljø

– Windows Server, Linux, Novell, UNIX

– Styres ofte av krav fra applikasjonen som benyttes og kompetanse i organisasjonen

• Felles datalagring og backup i nettverket (NAS)

– De fleste har flyttet lagring ut til nettverkstilnyttede disksystemer

– Lettere å skifte / flytte tjenermaskiner

– Bedre utnyttelse av diskkapasitet

– Høyere sikkerhet og enklere backup


Maskiner uten virtualisering

• Operativsystemet ”skjuler” (abstraherer) maskinvaren for applikasjonene

– Bl.a. ved hjelp av hardwaredrivere

• All kommunikasjon med maskinvaren skjer via operativsystemet

• En fysisk maskin kjører kun ett operativsystem (om gangen)

3

4

Page 3


Virtuelle maskiner

Hypervisor


Virtuelle maskiner

• Hypervisor (Virtual Machine Monitor)

– programvare som simulerer (emulerer) maskinvare (hardware)

– tilbyr "virtuell maskinvare" til operativsystemet

– kan tolke og "utføre" prosessorinstruksjoner

– kan simulere "virtuellt lokalnett" for VM'ene og gi tilgang til fysisk nettverk

– Kan kjøres som del av et standard OS, eller helt "stand-alone" (se kommene foiler)

• Virtuell maskin - VM

– Den simulerte maskinvaren kalles en virtuell maskin VM

» Kan opprette flere virtuelle maskiner på én fysisk

» Hver virtuell maskin kan kjøre sitt eget operativsystem

» VM’ene kan kjøre standard OS versjoner

» Flere ulike OS på samme hardware – eller flere instanser av samme OS

– Nettverk: Hver virtuelle maskin kan få sin egen IP adresse (evt. flere)

• Hypervisor og VM’ene administreres med et administrasjonsverktøy

5

6

Page 4


Hosted Hypervisor (type 2)

Hosted

hypervisor

(type 2)


Hosted Hypervisor (type 2)

• Verts-OS (Host Operating System)

– Hypervisor (og VM’ene) kjører i et vertsoperativsystem

» Dvs. Hypervisoren er tilpasset verts-OSet.

– Verts-OS er vanligvis et "standard OS" (Windows, Mac OSX, Linux)

• Verts-OS setter begrensninger:

– Kommunikasjon med maskinvare skjer via verts-OS’ets hardwaredrivere

– Verts-OS’et tar seg av CPU – tidsdeling og minnehåndtering

7

8

Page 5


Hosted hypervisor - eksempler

• VMware

– VMware Workstation / Player for Windows og Linux

– VMware Fusion for Mac OS X

– mer enn 60 gjeste-OS (32- og 64 bits)

• Oracle VirtualBox

– Verts-OS: Windows, Mac OS X eller Linux

– Gjeste OS: Windows, Linux, Solaris, OS X Server

• Windows Virtual PC

– Kan lastes ned gratis fra Microsoft her eller fra Dreamspark

– Verts-OS: Windows 7

– Gjeste-OS: bare Windows

– ”Windows XP Mode” i Windows 7

» VPC + VM-pakke med Windows XP ferdig installert

• Parallels Desktop for Mac

– Verts-OS: Mac OS X

– Gjeste-OS: bare Windows


Hosted hypervisor – eksempelVMware Player / Workstation / Fusion

Verts-OS

Gjeste-OS

Hypervisor

type 2

9

10

https://www.microsoft.com/nb-no/download/details.aspx?id=3702

Page 6


Native (bare-metal) hypervisor (type 1)”hardware-emulering”

Hypervisor

type 1


Native (bare-metal) hypervisor (type 1)”hardware-emulering”

• Hypervisor kjører ”rett på metallet”

– Behøver ikke noe verts-OS

– Færre oppgaver enn et verts-OS

– Mindre minne- og CPU bruk

– Utnytter maskinvaren bedre - raskere

• Alle OS er gjeste-OS som kjører i en VM

– Ett av dem kan typisk kjøre administrasjonsverktøy for hypervisoren

– Eller: Hypervisoren kan fjernadministreres med adm.verktøy på andre maskiner i nettet

• Hypervisor tar seg av

– deling av prosessortid mellom VMer (OS og applikasjoner)

– minnehåndtering

– dataflyt mellom maskinvare og VMer / gjeste-OS

• Hardware-drivere

– Kan ligge i hypervisor= monolittic hyporvisor

– Eller i gjeste-OS’et = microkernelized hypervisor

11

12

Page 7


Native Hypervisor – eksempel:VMware vSphere / ESXi server

Gjeste-OS

Native

hypervisor

(type 1)


Native Hypervisor – eksempel:VMware vSphere / ESXi server

• VM-Kernel

– Hypervisor som fanger opp "request" fra de virtuelle maskinene når de ber om tilgang til CPU, minne, disk m.m.

– Requestene tilpasset fysisk maskinvare og sendes videre til den.

• VMFS Virtual Machine File System

– Eget filsystem laget av VMware tilpasset virtualisering av disker

• vCenter (erstatter Service Console)

– Program for å lage og administrere virtuelle maskiner

– Kan installeres på et gjeste-OS eller på en annen maskin i nettet

• VMWare Converter

– Verktøy for å konvertere fysiske maskiner til VMer

• Spesielle hardvare drivere tilpasset maskintypen

– stiller krav til maskinvare og støtter bare utvalgte hardware konfigurasjoner

13

14

Page 8


Native Hypervisor – eksempel:Microsoft Hyper-V

http://www.microsoft.com/windowsserver2008/en/us/hyperv-main.aspx

Gjeste-OS

Hyper-V


Native Hypervisor – eksempel:Microsoft Hyper-V

• Microsoft Hyper-V

– Microsofts native hypervisor for tjenermaskiner

– Inkludert i Windows Server og kan aktiveres i Windows 10

– Parent Partition

» VM nr. 1 som kjører Windows Server

» Fungerer som administrasjonsverktøy for Hyper-V

– Child Partitions:

» Supporterte Windows OS kjøres via "VMBus":

• Windows Server 2019/2016/2012/2008/2003/2000, XP, Vista, Win 7/8/10

» Linux Server kan kjøres med emulering av XEN Hypervisor

» Andre OS kan kjøres med full maskinvareemulering (non-hypervisor aware)

• Separate produkter

– Microsoft Hyper-V

– System Center Virtual Machine Manager

15

16

http://www.microsoft.com/windowsserver2008/en/us/hyperv-main.aspx

Page 9


Gartner Group om virtualisering


Markedsandeler virtuelle servere

Kilde: IDC EMEA Quarterly Server Virtualization Tracker, 2014

17

18

Page 10


Hvorfor virtualisering?

Serverkonsolidering – redusere antall bokser


Hvorfor virtualisering?

• Bedre utnyttelse av maskinvareressurser

– Mange av dagens tjenermaskiner går på "tomgang"

– Lettere å kjøpe kvalitet og sikkerhetsløsninger til "en stor tjenerløsning"

– Behøver ikke separate fysisk maskiner til test og utvikling

» kan benytte virtuelle tjenere på samme maskinvare som produksjonstjener

• Redusere kostnader til fysisk utstyr (?)

– Færre, men kraftigere(?) tjenermaskiner

• Enklere tjenerdrift og –administrasjon

– Færre bokser

– Nye virtuelle maskiner kan etableres raskt (og billig)

– Virtuelle tjenermaskiner kan lett flyttes til ny maskinvare (uten stans)

• Økt tilgjengelighet

– Ved feil / stans kan en ny virtuell tjener startes raskt fra backup

19

20

Page 11


Eksempel på virtualiseringsløsning

Off-site backup Driftsmiljø On-site backup

3 fysiske tjenermaskiner

doble

lagrings-

svitsjer

SAN lagring

Fibre

channel

1 Gb/sek ethernet

SAN lagring

1 fysisk

tjenermaskin

1 Gb/sek

WAN

1/3 minne og

CPU belastning


Oracle VirtualBox

• Kan lage og kjøre VMer

– Hver VM må gis et navn

• Starte / kjøre VM

• Filtyper i VirtualBox

.vbox konfigurasjonsfil for VM

.vdi/.vhd virtuell harddisk

21

22

Page 12


VM-innstillinger (Machine Settings) i VirtalBox

• General– Navn, gjeste-OS og plassering av filer

• System– Internminne (memory)

– Oppstartsrekkefølge

– Antall prosessorer / kjerner

– Type virtualisering / hardwareaksellerasjon

• Display– Videominne og antall skjermer

• Storage– Virtuelle harddisker

» Plass tildeles dynamisk etterhvert

» Bruker ikke mer fysisk enn den trenger

– Virtuell optisk disk» Kan kobles til fysisk spiller eller til en iso-fil på disk

• Network: inntil 4 nettverkskort (Adapters)– Bridged: koblet til til fysisk nett

– NAT: koblet til LAN bak ruter» private IP-adresser

» ruter med adresseoversetting / NAT

– Host-only: koblet til LAN uten ruter/NAT» private IP-adresser

» kan kommunisere med fysisk maskin, men ikke fysisk nett

– Internal: koblet til lukket LAN uten kontakt med fysisk host


Nyttige knapper og menyvalg i VirtualBox

• File – Preferences

– Default plassering av filer

– Egendefinerte NAT-nettverk

• Slå av, restarte eller suspende maskinen.

• Send Ctrl-Alt-Delete til VM'en.

• Symboler for virtuell maskinvare.

23

24

Page 13


Alternativer til Oracle VirtualBox for labøvingene

• Windows og Linux

– VMWare Workstation Player

» Kan kjøres i gratisversjon

– VMWare Workstation Pro

• macOS

– VMWare Fusion

– VMWare Fusion Pro

– Parallels Desktop

» Kan prøves gratis i 14 dager


VMware Player

• Kan lage og kjøre VMer

• Hver VM må gis et navn

– lagres i en mappe med samme navn

• Filtyper i VMware

.vmx konfigurasjonsfil for VM

.vmdk virtuell harddisk

.nvram BIOS informasjon

.log loggfil med aktiviteter

25

26

Page 14


Virtuell maskinvare i VMware Player

• Internminne (memory)

• Prosessorer– Antall kjerner

– Type virtualisering

• Harddisk– Plass tildeles dynamisk etterhvert

– Bruker ikke mer fysisk enn den trenger

• CD/DVD– Kan kobles til fysisk spiller

– eller til en iso-fil på disk

• Nettverkskort– Bridged

» knyttet til fysisk nett

– NAT» private IP-adresser

» ruter med adresseoversetting / NAT

– Host-only» private IP-adresser

» ikke ruting / NAT

– LAN segment» lukket LAN

• Skrivere, USB m.m.– Kan bruke skrivere og USB-porter på fysisk maskin


Nyttige knapper og menyvalg i VMware Player

Vindu for konfigurering av virtuell maskinvare.

Slå av, restarte eller suspende maskinen.

Send Ctrl-Alt-Delete til VM'en.

Fullskjermmodus – VM'en dekker hele skjermen.

Symboler for virtuell maskinvare. Høyreklikk for å aktivere,

deaktivere og konfigurere.

«Frigjør» musen fra den virtuelle maskinen, slik at verts-OSet

får kontroll.Ctrl – Alt

27

28

Page 15


Virtuelle maskiner og nettverk til øvinger

• VirtualBox / VMWare utfører følgende oppgaver:

– virtuell ruter mellom indre (virtuelt) og ytre (fysisk) nett

– virtuell svitsj for virtuelle maskiner i indre virtuelt nett (LAN)

– DHCP tjener som tildeler IP-adresser til VMene i virtuelt nett

– DNS tjener (oversetter maskinnavn til IP-adresser) for virtuelt nett

Virtuell maskin (VM1)

med Windows Server

Fysisk maskin med

VirtualBox / VMWare

fysisk lokalnett med

Internettforbindelse

Indre virtuelt nettverk

• NatNetwork i VirtualBox

• VMnet8 i VMwware

• Bryker private IP-adresser

• Adresseområde bestemmes av

VirtualBox / VMWare og kan

variere

Ytre fysisk nettverk

• ditt hjemmenett

med private IP-adresser

Virtuell maskin (VM2)

med Windows 10

virtuelt

nettkort

192.168.52.2

192.168.52.x 192.168.52.y

Virtuell ruter i VirtualBox/VMWare med:

• NAT (Network Address Translation)

• DHCP med private IP-adresser

• DNS-tjener for virtuelt nett (ikke VB)

Dette kommer

vi tilbake til

senere i emnet

fysisk

nettkort

29

Documents

6105N Windows Server og datanett Virtualisering print.pdf · Page 6 6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering –foil: 11 Native (bare-metal) hypervisor (type