Projektni zadatak iz predmeta:IS330 – Strategija i upravljanje informacionim sistemima

Virtualizacija – Razvoj i primena u savremenom poslovanju

Student: Mentor:

Niš, 04.05.2015.

SadržajUvod............................................................................................................................................................3

Cilj projektnog zadatka............................................................................................................................3

Šta je virtualizacija?.................................................................................................................................3

Prednosti Virtuelizacije...........................................................................................................................4

Cena.....................................................................................................................................................4

Praktičnost...........................................................................................................................................4

Raspoloživost.......................................................................................................................................4

Mogućnost nadogradnje......................................................................................................................4

Šta je Hypervisor.........................................................................................................................................5

Bare-Metal Hypervisor............................................................................................................................5

Host Hypervisor.......................................................................................................................................5

Vrste virtualizacije......................................................................................................................................6

Puna virtualizacija....................................................................................................................................6

Paravirtualizacija.....................................................................................................................................7

Hardware assisted virtualization (HVM, Native Virtualization)................................................................7

Delimična virtualizacija............................................................................................................................8

Aplikacijska virtualizacija.........................................................................................................................8

Portabilne aplikacije............................................................................................................................8

“Cross platform” virtualizacija.............................................................................................................8

Istorija virtualizacije....................................................................................................................................8

Najpopularnija rešenja za virtualizaciju...................................................................................................10

Vmware.................................................................................................................................................10

XenApp..................................................................................................................................................11

Studija slučaja: Southwestern Illinois College, Implementacija serverske virtualizacije........................11

Reference..................................................................................................................................................15

Nikola Cvejić 1560 2

Uvod

Cilj projektnog zadatka

Cilj ovog projektnog zadatka je upoznavanje sa tehnologijom virtuelizacije, njenoj primeni u modernom poslovanju, prednostima njene primene, istorijski osvrt na evoluciju ove tehnologije, kao i pregled najpopularnijih softvera za njenu primenu.

Šta je virtualizacija?

Virtualizacija je tehnologija razdvajanja resursa računara u veći broj apstraktnih radnih okruženja. najprostije objašnjeno, virtualizacija omogućava korišćenje hardverskih resursa jednog računara (uglavnom servera) za uporedno pokretanje više nezavisnih operativnih sistema. najprostiji primer virtuelizacije bi bio računar sa Windows operativnim sistemom koji, korišćenjem odredjenog software-a za virtuelizaciju (Npr. VirtualBox) pokreće Linux unutar svog primarnog operativnog sistema.

Slika 1: Lubuntu pokrenut unutar Windows 8.1 operativnog sistema

Nikola Cvejić 1560 3

Prednosti Virtuelizacije

Virtualizacija predstavlja superbno korisnu IT infrastrukturu koja beleži veliki rast od njenog nastanka do sad.

Postoji mnogo pozitivnih stvari oko virtuelizacije, ali neke od najbitnijih su

Cena Postoji mnogo razloga zašto se virtualizacijom štedi mnogo novca, iako su troškovi inicijalnog ulaganja blizu troškovima implementiranja “fizičkog” rešenja(cene servera, serverskih prostorija, licence softvera za virtuelizaciju itd. će dovesti do izjednačenja inicijalnog uloga u odnosu na kupovinu “fizičkih” konfiguracija), ali će se sa virtualizovanom arhitekturom videti velika ušteda “In the long run” gledajući da bi korišćenje virtualizacije dovelo do ogromnih ušteda na infrastrukturi (ušteda na potrošnji električne energije, ušteda na kapacitetu i performansama UPS sistema, ušteda na prostoru itd.)

PraktičnostRačunari zasnovani na x86 arhitekturi su projektovani za rad na jednom operativnom sistemu i odredjenim brojem aplikacija na njemu, što može dovesti do malog iskorišćenja njegovih resursa (ukoliko je u pitanju moćna mašina) dok virtualizacija omogućava da na mašini tog tipa pokrenemo veliki broj virtuelnih mašina koji će iskoristiti njegove resurse do maksimuma.

Takodje, vreme koje bi se ulagalo u toku otklanjanja kvarova je znatno ubrzano, konfiguracija novog računara(Ili nadogradnja već postojećeg) traje par minuta, za razliku od konfiguracije fizičkog rešenja, koje može potrajati više nedelja (Nabavka komponenti, sklapanje, kloniranje os-a itd.)

RaspoloživostPrilikom kvara, virtuelizovani sistem se lako može prebaciti na hardware koji radi, bez downtime-a, dok bi sa fizičkom arhitekturom downtime bio neminovan.

Mogućnost nadogradnjeKao što je pomenuto u stavci “Praktičnost”, U situaciji da se odredjeni računar mora nadograditi, sve što je potrebno je da administrator sistema tom računaru dodeli više resursa, dok bi se kod fizičke konfiguracije to potrajalo (Nabavka komponenti potrebnih za upgrade, rasklapanje/sklapanje računara itd)

Nikola Cvejić 1560 4

Šta je Hypervisor

Hypervisor ili VMM (Virtual Machine Monitor) predstavlja program koju omogućava podelu fizičkih resursa računara. Hypervisor je to što omogućava virtualizovanim sistemima da poseduju sopstvene resurse, osim toga, njegovo zaduženje je da prima i šalje zahteve virtualnih mašina i odredjuje gde i kad će oni biti izvršeni na fizičkoj mašini(Kako nebi došlo do sukoba)

Postoje 2 osnovne vrste Hypervisor-a

Bare-Metal HypervisorBare-metal hypervisor predstavlja mali OS koji kontroliše hardware računara i deli njegove resurse virtuelnim mašinama tako da one uopšte nisu svesne da se pokreću u virtuelnom okruženju (Puna virtualizacija)

Najpoznatiji modeli ove vrste Hypervisora su

Vmware ESXi

Citrix Xen Server

Microsoft Hyper-V

Host HypervisorHost hypervisor predstavlja aplikaciju koja se instalira unutar hostovog operativnog sistema, i u njoj se instaliraju klijent virtuelne mašine.

Hypervisor zatim vrši raspodelu resursa virtuelnim mašinama u odnosu na mogućnosti koje ima host operativni sistem.

Najpoznatiji modeli ove vrste Hypervisora su:

Vmware workstation

VirtualBox

Nikola Cvejić 1560 5

Vrste virtualizacije

Postoji mnogo različitih vrsta virtualizacije (virtualizacija OS-a, aplikacija, mreže, servera itd.), Ali dve najosnovnije vrste virtuelizacije su:

Puna virtualizacija

Puna virtualizacija podrazumeva kompletnu simulaciju svakog dela računarskog hardware-a (Od hard diska,grafičke kartice do usb portova itd.). U ovom slučaju, klijentov operativni sistem i aplikacije na njemu će se izvršavati izolovano od hosta, Hypervisor će se nalaziti izmedju klijent virtuelne mašine i hostovog hardware-a i biti zadužen za prenošenje svih komandi koje klijent zada.

Ovaj vid virtuelizacije je manje kompleksan za korišćenje i predstavlja najpotpuniji način virtualizacije, gledajući da klijent računar na prvi pogled radi kao kompletno nezavistan računar, ali i zahtevniji, gledajući da Hypervisor mora da simulira kompletno hardversko okruženje na kome će se instalirati hostOS, što će, naravno, zauzeti više fizičkih resursa host-a.

Nikola Cvejić 1560 6

Slika 2: Puna virtualizacija

Paravirtualizacija

Paravirtualizacija predstavlja modifikaciju pune virtuelizacije, u kojoj Hypervisor ne simulira kompletno novi računarski hardware, već služi kao veza izmedju klijentovog OS-a I hostovog OS-a.

U ovom slučaju, klijent nije izolovan, tj. Ne može slati nikakve pozive hardware-u, već ih šalje hypervisoru, koji ih prosledjuje Hostu na obradu, I vraća dobijene informacije klijentu.

Ova vrsta virtuelizacije omogućava znatno manje korišćenje resursa, što, naravno dovodi do bržeg rada aplikacija, takodje, klijentu nisu potrebni nikakvi driveri, gledajući da se sve komande izvršavaju preko host-a. Mane ove vrste virtualizacije su u tome što se svaki klijent OS mora modifikovati, kako bi bio u mogućnosti da direktno komunicira sa Hypervisorom, tako da ga nije moguće izvesti sa operativnim sistemima koji nisu open-source (npr. Windows).

Hardware assisted virtualization (HVM, Native Virtualization)Hardverski potpomognta virtualizacija (HAV) predstavlja tip virtualizacije sličnoj punoj virtualizaciji, u kojoj je procesor host mašine zadužen za hvatanje instrukcija klijent virtuelne mašine koja poseduje identičnu arhitekturu kao njen host, ali može koristiti bilo koji operativni system koji ne mora biti modifikovan. Prvi računar koji je koristio ovaj vid virtuelizacije je IBM System 370 o kome će se više pričati u nastavku ovog rada. Ovaj tip virtuelizacije zahteva da host računar poseduje procesor koji podržava HVM.

Nikola Cvejić 1560 7

Slika 3: Paravirtualizacija

Delimična virtualizacija

Delimična virtualizacija, za razliku od drugih tipova, ne služi za virtualizovanje samog operativnog Sistema, već neku komponentu računara (Npr. Optički drajv). Ovakvom virtualizacijom postižemo da računar kome je potrebna neka komponenta može koristiti njenu virtualizovanu komponentu bez ikakvog ograničenja.

Aplikacijska virtualizacija

Aplikacijska virtualizacija služi za pokretanje odredjenih aplikacija u okruženju za koje one nisu namenjene, najtipičniji primeri ove virtualizacije su:

Portabilne aplikacije Pravljenjem portabilne aplikacije omogućavamo aplikaciji da bude pokrenuta sa nekog prenosnog medijuma (Najčešće USB flash memorije) bez instaliranja na klijentovom računaru.

“Cross platform” virtualizacijaCross platform virtualizacija omogućava pokretanje aplikacija kompajliranih za neki specifičan hardware pokreću na klijentovom računaru koji nije podržan.

Istorija virtualizacije

Osnovni pojam virtualizacije se prvi put pojavio šezdesetih godina prošlog veka, kada je IBM-ov Watson Research Centar razvio svoj projekat pod imenom M44/44x , Prvu arhitekturu zasnivanu na virtuelnim mašinama. Glavni računar koji je koristio ovu konfiguraciju je IBM 7044, dok je svaki virtuelni računar unutar njega predstavljao eksperimentani prikaz običnog računara. Adresni prostor svih virtuelnih mašina je bio storniran u glavnom računaru.

Nikola Cvejić 1560 8

Slika 4: IBM 7044

Posle ovog uspešnog projekta, IBM je pojačao svoj fokus ka daljem razvijanju pojma virtalizacije. Razvijeno je još par sistema, od kojih je najpoznatiji bio IBM VM/370 koji je radio na na IBM System 370 računaru

Baš ovi računari su prvi u sebi imali prvu, malo primitivniju verziju Hypervisora koji je omogućavao pokretanje više virtuelnih mašina (koje su predstavljale identičnu kopiju fizičkog hardware-a na kome su bile smeštene) na kome su se pokretali različiti operativni sistemi.

Posle ovih uspešnih projekata, concept virtualizacije je praktično napušten, zahvaljujući padu cena “fizičkih rešenja” baziranim na x86 platformi, I razvoju pouzdanijih klijent-server aplikacija. Serveri su imali dovoljno jake resurse da uz prihvatljive troškove opslužuju klijent računare aplikacijama. Zbog svega toga razvoj virtualizacije je naglo pao i izgubio podršku.

Virtualizacija se je vratila na velika vrata kada su ustanovljeni odredjeni problemi koje je bilo najlakše rešiti njenim korišćenjem, kao što su slabo korišćenje računarskih resursa, visoka cena održavanja I administracije klijent računara, nedovoljna zaštita od otkazivanja komponenti itd.

Gledajući da se je virtualizacija pokazala kao najbolje i najekonomičnije rešenje ovih problema, njeno korišćenje je krenulo naglo da raste, toliko da je teško naći ozbiljniju organizaciju koja ne koristi neki vid virtualizacije.

Nagli posrast virtuelizacije je naterao mnoge velike firme da naprave svoja rešenja za virtuelizaciju, tako da se danas možemo susresti sa mnogim različitim rešenjima.

Nikola Cvejić 1560 9

Slika 5: IBM System 370

Najpopularnija rešenja za virtualizaciju

Vmware

VMware workstation je proizvod Američke kompanije VMware, nastao 1999. godine.

Ovo rešenje za virtualizaciju je definitivno dominira u industriji, teško je naći data centar kome makar neki deo ne radi uz pomoć nekog VMware software-a.

Razlog dominacije ovog proizvoda ne leži samo u njegovoj pouzdanosti, već i velikom broju dodatnih komponenti koji dodatno olakšavaju korišćenje virtualizacije u okruženjima sa velikim brojem različitih klijenata.

VMware omogućava deljenje fizičkih medijuma(Npr. Usb ili Disk drajv) servera sa virtuelnim mašinama, ili njihovu simulaciju (npr. Možemo mountovati ISO image u virtualnom optičkom drajvu tako da ga klijent računar vidi kao pravi fizički drajv)

VMware takodje olakšava posao administratoru prilikom saniranja kvarova na virtualnim mašinama, pravljenjem tzv. „Snapshot-ova“ virtuelnih mašina, koji omogućavaju da se stanje virtualne mašine vrati u stanje kada se greška još nije desila u par klikova (Nalik System restore opcije u Windows operativnim sistemima)

VMware omogućava grupisanje virtualnih mašina u timove, radi lakše administracije računara u odredjenim sektorima kompanije, ili testiranju klijent-server okruženja.

VMware omogućava potencijalno najlakši način instaliranja novih virtualnih mašina, naime, VMware ima veliku kolekciju „ready-to-use“ virtualnih mašina koje se mogu kupiti (Komercijalni operativni sistemi, npr. Windows) ili besplatno skinuti(Linux). Ove virtualne mašine dolaze sa već instaliranim operativnim sistemima i aplikacijama definisanim za tu verziju virtualne mašine, tako da administrator može kompletno instalirati sve što je klijentu potrebno sa par klikova.

Nikola Cvejić 1560 10

Slika 6 – VMware workstation 11

XenApp XenApp je rešenje za virtualizaciju aplikacija razvijeno od strane kompanije Citrix.

Ovo brilijanto rešenje omogućava klijentima da pristupe potrebnim aplikacijama instaliranim na serveru gde god se oni nalazili, sve što je potrebno je da se uloguju u svoj korisnički nalog. Prilikom upostavljene konekcije, Server na kome je instaliran Xenapp će “streamovati” aplikacije korisniku, koji će moći da ih koristi preko web interface-a. Xenapp je savršeno rešenje za firme koje imaju veliki broj zaposlenih koji rade sa udaljenih lokacija (npr. Od kuće), gledajući da njihovi računari ne moraju imati interno instalirane programe potrebne za rad, sve što trebaju uraditi je da se uloguju na svoj nalog, i sve potrebne aplikacije će im biti na dohvatu ruke. Još jedna prednost je u tome što će aplikacije koje su korisniku biti potrebne raditi jako bolje korišćenjem xenapp-a, gledajući da se sav rad aplikacije izvršava u serveru, koji ima mnogo veći hardwaresku moć od tipičnog korisničkog računara.

Studija slučaja: Southwestern Illinois College, Implementacija serverske virtualizacije

Southwestern Illinois college je peti najveći fakultet u državi Illinois, sa velikim brojem kampusa rasprostranjenim po celoj državi (Belleville, Granite City, Red bud itd.) i oko 17.000 upisanih studenata

Nastao 1964 godine pod imenom „Belleville Junior College“ , sa samo 169 upisanih studenata (od kojih su većina bili veterani II svetskog rata).

1967 godine, uz podršku lokalnih vlasti, Belleville Junior College postaje „Belleville Area College“

Izgradnjom kapusa u Carlyle Aveniji 1971. godine i Granite City 1983. ovaj koledz je uspeo da prikupi veliki broj studenata, i 1999 godine menja ime u „Southwestern Illinois College“

Nikola Cvejić 1560 11

Slika 7 - Xenapp - Princip Rada

2006 godine, IT divizija ovog koledža dobija zadatak da istraži i implementira Serversku virtualizaciju, kada je primećen veliki problem sa količinom struje i fizičkog prostora potrebnih za održavanje svih „Fizičkih“ servera.

Velika količina servera je počela primetno opterećivati infrastrukturu, dok jedan od dva data centra nije posedovao generator i UPS, što je predstavljalo ogroman rizik od neoporavljihog gubitka podataka u slučaju kvara.

IT služba je ustanovila da je najbolje rešenje ovog problema virtualizovanje servera, gledajući da će time rasteretiti infrastrukturu, smanjiti cene održavanja „fizičkih“ servera, kao i osigurati veći uptime servera koji bi trebali raditi 24x7

IT služba je detaljno ispitala veliki broj rešenja za virtualizaciju, I svela izbor na 2: Microsoft I VM ware.

Detaljnim ispitivanjem iskustva drugih korisnika sa sličnim zahtevima je ustanovljeno da VM ware predstavlja bolje rešenje, gledajući da su se mnogi korisnici Microsoftovog rešenja žalili na usporavanje servisa.

Detaljnim ispitivanjem servera u SWIC je ustanovljeno da je od ukupno 70 servera u data centru, veliki broj nije potpuno opterećen, što ih je učinilo dobrim “kandidatima” za virtualizaciju. Na kraju se je, posle detaljne analize (Koja je uključila faktore kao što su: Lokacija, hardverski zahtevi I potreba za uptime-om) broj sveo na 40 servera koji mogu biti virtualizovani.

Početkom 2008 godine, IT služba je, posle ispitivanja velikog broja vendora koji uvode VMware rešenja, napravila detaljnu studiju izvodljivosti ovog projekta. Inicijalnim budžetom je bilo izvodljivo kupiti nove servere za virtualizaciju, naći pogodnog vendora koji će pomoći pri inicijalnoj konfiguraciji I migraciji servera, kao I održavanju kratke obuke u korišćenju VMware-a.

Krajem 2008 godine, kupljeno je: 4 Dell ESX servera, 4 VMware licenci i jedna MDC (microsoft data centre) licenca. Kupovina SAN rešenja nije bilo potrebno, gledajući da je bilo moguće iskoristiti već postojeće (Xiotech Magnitude 3D)

Faza 1 je počela početkom 2009 godine, koja je podrazumevala detaljno planiranje oko konfiguracije virtualizovanih servera i kako će im korisnici pristupati, kao i izvodjenje inicijalnih testova.

Inicijalnim testiranjem je već primećen veliki pomak u brzini servisa, dostignut izbacivanjem starijih servera iz upotrebe, migracija svih servera je prošla bez problema, i napokon je ceo data centar imao pravilan Backup i Restore proces.

Nikola Cvejić 1560 12

Implementirana su rešenja za monitoring servera, kao i plan za kontinualnu prodršku. Testiranje update-ova virtualizovanih servera je takodje prošlo bez problema. Posle svih testiranja, vendor je izvršio kompletnu obuku IT službe SWIC i napustio projekat.

IT služba je takodje izvršila detaljnu finansijsku analizu i uporedio cene virtualizovanog i „fizičkog“ rešenja, i došli do zaključka da bi im virtualizacija donela uštedu od ukupno 281.366 dolara u roku od 3 godine (148,053 dolara direktne uštede plus 133,303 dolara uštede postignutim smanjenem fizičkog prostora, struje, hladjenja, administracije itd.)

U toku 2009. godine, 35 servera je uspešno virtualizovano (pre očekivanog roka za implementaciju, koji je iznosio 3 godine), 9 servera je izbačeno iz upotrebe, dok su tri servera, koja su, iako slaba, idalje mogla da se koriste prebačeni na izvršavanje nekih manje zahtevnih procesa.

IT služba je takodje donela dodatnu uštedu od 12.000 dolara, tako što je odlučila da ne kupi 2 nova servera namenjena za pokretanje instrukcijskog softvera, već je i njih virtualizovala

Slika 9: TCO 2

Nikola Cvejić 1560 13

Slika 8: TCO

Ovim uspešnim projektom, koji je izveden za svega godinu dana (od planiranih 3), IT služba je uspešno poboljšala sve servise ovog koledža, i uz to donela veliku uštedu. IT služba će u budućnosti nastaviti sa daljim analiziranjem servisa koji se mogu prebaciti na virtualizovane sisteme. Kada se ukaže potreba za novim serverom, uvek će se prvo ispitati mogućnost virtualizacije(izvršiće se testiranje korišćenjem starih servera koji trenutno nisu u funkciji), i server će se kupiti samo ukoliko je to apsolutno nemoguće.

Sledeći projekat it službe SWIC je desktop virtualizacija, kojim će se svi računari koje studenti koriste prebaciti u virtualizovane sisteme, i doneti još veću uštedu, kao i smanjiti vreme potrebno za nadogradnju i servisiranje računara u učionicama i laboratorijama, kao i povećavanje životnog veka klijent računara, gledajući da se u slučaju povećanja zahteva, samo treba dodeliti više resursa odredjenom računaru, bez ikakvog investiranja u dodatnu opremu(kao kod fizičkih konfiguracija)

Početne komponente su već pribavljene, i testiranje ovog rešenja je već u toku.

Nikola Cvejić 1560 14

Reference

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Virtualization 2. http://en.wikipedia.org/wiki/Desktop_virtualization 3. http://www.cikom.com/index.php/me/marketing/ict-novosti/26-virtuelizacija.html 4. http://www.its.edu.rs/cms/mestoZaUploadFajlove/VirtuelizacijaLajko.pdf 5. http://www.vmware.com/virtualization/ 6. http://en.wikipedia.org/wiki/VMware 7. http://www.vmware.com/files/pdf/solutions/vmware-citrix-xenapp-best-practices-EN.pdf 8. https://www.citrix.com/content/dam/citrix/en_us/documents/oth/four-reasons-to-go-beyond-

vmware-horizon-with-citrix-xenapp-and-xendesktop.pdf9. http://c.ymcdn.com/sites/www.aitp.org/resource/resmgr/research/swic-server-virtualization-

c.pdf

Nikola Cvejić 1560 15