Виртуальные машины на платформе Xen


В последнее время спрос на технологии виртуализации значительно вырос. Возможность запуска нескольких операционных систем на одной физической платформе привлекает множество компаний, которые планируют повысить гибкость своей ИТ-инфраструктуры и сократить издержки на ее содержание. Виртуальные машины, после некоторых инвестиций в виртуализационный проект, приводят к снижению суммарной стоимости владения парком серверов организации (TCO, Total Cost of Ownership) за счет экономии на аппаратном обеспечении, электроэнергии и повышения управляемости ИТ-инфраструктуры. На данный момент в большинстве средних и крупных организаций используется гетерогенная инфраструктура, в которой представлены клиентские и серверные платформы на основе операционных систем различных вендоров. Windows, Linux и BSD системы работают бок о бок в производственной среде, выполняя наиболее подходящие для них задачи. В этих условиях при внедрении виртуализации необходима мощная платформа, которая поддерживает различные виды гостевых систем, обладая при этом достоинствами, присущими системе виртуализации корпоративного класса:

  • поддержкой виртуального SMP (Symmetric Multi Processing) для представления нескольких виртуальных процессоров в гостевой системе
  • наличием удобного и многофункционального средства централизованного управления
  • присутствием средств для обеспечения высокой доступности, живой миграции и резервного копирования виртуальных машин

На данный момент этими возможностями обладают платформы компаний VMware, Virtual Iron и, в некоторой степени, SWSoft. Не так давно (в августе 2007 года) к этим участникам рынка присоединилась и компания XenSource, выпустившая после недолгого бета-тестирования четвертую версию своих платформ на основе гипервизора Xen.

О проекте Xen

Разработка некоммерческого гипервизора Xen начиналась как исследовательский проект компьютерной лаборатории Кембриджского университета. Основателем проекта и его лидером был Иан Пратт (Ian Pratt), сотрудник университета, который создал впоследствии компанию XenSource, занимающуюся разработкой коммерческих платформ виртуализации на основе гипервизора Xen, а также поддержкой Open Source сообщества некоммерческого продукта Xen. Основу этой платформы составляет монитор виртуальных машин (гипервизор), работающий в нулевом кольце хостовой системы и управляющий виртуальными системами. Изначально Xen представлял собой самую развитую платформу, поддерживающую технологию паравиртуализации. Эта технология позволяет гипервизору в хостовой системе управлять гостевой ОС посредством гипервызовов VMI (Virtual Machine Interface), что требует модификации ядра гостевой системы. Такой подход обещал высокое быстродействие гостевых систем при малых затратах на поддержание платформы паравиртуализации. Однако, по вполне понятным причинам, далеко не все разработчики проприетарных операционных систем, такие как Microsoft, готовы были пойти на модификацию кода своих платформ, поэтому технология паравиртуализации так и не приобрела популярности. С разработчиками Open Source-систем договориться было проще, однако не все поверили в перспективу технологии. Тем не менее, даже компания VMware, сторонник технологии нативной виртуализации, включила в некоторые свои продукты недокументированную поддержку паравиртуализованных гостевых систем. На данный момент бесплатная версия Xen включена в дистрибутивы нескольких ОС, таких как Red Hat, Novell SUSE, Debian, Fedora Core, Sun Solaris.

Надо отметить, что еще при разработке первой версии гипервизора Xen, сотрудниками Кембриджского университета и лабораторией Microsoft Research был разработан порт операционной системы Windows XP, поддерживающий технологию паравиртуализации, который, однако, не мог быть опубликован в соответствии с лицензионной политикой Microsoft. Тем не менее, опыт, полученный в ходе работы, был зафиксирован и на данный момент доступен в документах проекта Xen. Последний год компания XenSource ведет тесное сотрудничество с компанией Microsoft в рамках партнерских отношений, что позволит XenSource более эффективно виртуализовывать Windows-платформы, а компании Microsoft реализовать полноценную поддержку Linux в платформе Windows Virtualization, которая будет интегрирована в ОС Windows Server 2008 (Longhorn). Уже сейчас XenSource ведет разработку слоя совместимости гипервизора Xen с гипервизором Viridian в Windows Longhorn. Это свидетельствует о наметившейся тенденции объединения усилий различных компаний в конкурентной борьбе с лидером рынка VMware.

В середине августа 2007 года компания XenSource была поглощена компанией Citrix Systems. Сумма проведенной сделки — около 500 миллионов долларов (акциями и денежными средствами) говорит о серьезных намерениях Citrix в отношении виртуализации. Эксперты полагают, что не исключена и покупка Citrix компанией Microsoft, учитывая давнее ее сотрудничество с XenSource.

Платформа Xen

Гипервизор Xen представляет собой открытую платформу виртуализации для архитектур IA-32, x86-64, IA-64 и PowerPC, ведется также работа по портированию его на архитектуру SPARC. Xen может быть развернут на хостах с множеством различных Nix-систем, при этом поддерживаются гостевые Linux, Windows и BSD-системы. В платформе используются как технологии паравиртуализации для запуска паравиртуализованных операционных систем, так и технологии аппаратной виртуализации (VT-x и AMD-V) для поддержки немодифицированных версий ОС в виртуальных машинах. Процессоры, поддерживающие аппаратную виртуализацию, имеют дополнительные инструкции для управления виртуальными машинами, а также два режима работы: root-mode и nonroot-mode. Гипервизор Xen работает в режиме root-mode, напрямую общаясь с аппаратным обеспечением, и управляет гостевыми системами. Платформа Xen поддерживает до 64 процессоров в физической системе (64-way SMP).

Компания XenSource предоставляет ISO-образ Live CD с дистрибутивом Debian Linux, для того чтобы все желающие могли попробовать платформу Xen без необходимости ее установки в хостовой системе. На данный момент Xen включен в дистрибутивы следующих ОС:

  • SUSE Linux Enterprise Server 10 (первая коммерческая версия Xen)
  • Fedora Core начиная с 4-й версии
  • Ubuntu Linux 6.10 и 7.04
  • Debian Linux 4.0 (кодовое имя Etch)

Поддержка Xen также заявлена в следующих хостовых ОС:

  • Red Hat Enterprise Linux 5
  • OpenSUSE
  • NetBSD 3.x (поддержка в качестве хостовой ОС для Xen 2)
  • Gentoo Linux
  • ArchLinux
  • OpenSolaris (некоторые версии, последний поддерживаемый билд - 66)

Паравиртуализованные системы

На данный момент существуют следующие специальные издания ОС для гипервизора Xen, обеспечивающие поддержку паравиртуализации:

  • Oz Linux версии 0.0.1-4-1 (виртуальный шаблон для Xen)
  • Minix
  • Plan 9 от Bell Labs
  • NetBSD (NetBSD 2.0 поддерживает Xen 1.2, NetBSD 3.0 поддерживает Xen 2.0, NetBSD 3.1 поддерживает Xen 3.0)
  • OpenBSD
  • FreeBSD (ограниченная поддержка)
  • OpenSolaris
  • NetWare
  • OZONE (поддержка Xen 1.2)

Начиная с версии 3.0, гипервизор Xen поддерживает технологии аппаратной виртуализации AMD-V и Intel VT, что позволяет использовать операционные системы Windows в качестве гостевых, а также другие немодифицированные ОС.

Средства управления Xen

На данный момент существует несколько консолей управления для бесплатного гипервизора Xen, наиболее известными из которых являются следующие:

  • Графическая консоль YaST
  • Enomalizm Dashboard (на языке Python с лицензией LGPL)
  • Xen Tools
  • MLN (Python)
  • HyperVM (Web-интерфейс)
  • ConVirt (графическая консоль известная как XenMan)
  • Red Hat Virtual Machine Manager

Кроме того, для коммерческих изданий Xen компании XenSource существуют такие мощные и многофункциональные средства управления как XenCenter (аналог Virtual Center у VMware для Virtual Infrastructure 3).

Применение бесплатного издания Xen

В настоящее время Open Source версия платформы Xen применяется в основном в образовательных и исследовательских целях. Некоторые удачные идеи, реализованные многочисленными разработчиками со всего мира, находят свое отражение в коммерческих версиях продуктов виртуализации компании XenSource. Сейчас бесплатные версии Xen включаются в дистрибутивы многих Linux-систем, что позволяет их пользователям применять виртуальные машины для изоляции программного обеспечения в гостевых ОС с целью его тестирования и изучения проблем безопасности, без необходимости установки платформы виртуализации. К тому же многие независимые разработчики ПО могут распространять его с помощью виртуальных шаблонов, в которых уже установлена и настроена гостевая система и предлагаемый продукт. Кроме того, Xen идеально подходит для поддержки старого программного обеспечения в виртуальной машине. Для более же серьезных целей, в производственной среде предприятия необходимо использовать платформы компании XenSource.

Платформы компании XenSource

Четвертое поколение продуктов виртуализации компании XenSource на основе гипервизора Xen включает в себя три версии платформы:

XenExpress
Бесплатное стартовое издание системы виртуализации, включающее в себя возможность размещения нескольких виртуальных машин в пределах одного физического сервера. Эта версия является скорее ознакомительной и хорошо подходит для домашних пользователей и небольших компаний, планирующих внедрение виртуализации.

XenServer
Издание платформы для сектора SMB (Small and Medium Business), обеспечивающее решение основных задач по консолидации виртуальных серверов на нескольких физических хостах.

XenEnterprise
Наиболее полная версия платформы виртуализации, включающая в себя, помимо возможностей XenServer, также и необходимые средства по агрегации ресурсов, распределению нагрузки, живой миграции и обеспечению высокой доступности.

Структура возможностей каждого из изданий Xen приведена ниже:

Возможности продуктов XenSource
Возможности продуктов XenSource

Каждый из продуктов компании XenSource поддерживает 64-битные гостевые операционные системы (это позволяет использовать на полную мощность такие продукты, как Microsoft Exchange x64 или SQL Server x64), обладает открытым интерфейсом для написания приложений, взаимодействующих с виртуальными машинами (XenAPI на языках C, Python и C#), а также позволяет использовать продукт XenCenter для централизованного управления серверами виртуализации. Кроме того, XenServer и XenEnterprise включают в себя техническую поддержку и возможность использования нескольких физических серверов, а XenEnterprise обладает всеми необходимыми возможностями для применения виртуальных машин в производственной среде предприятия. В четвертом квартале 2007 года планируется также реализация поддержки решений компании Symantec для устройств хранения данных, а также «горячего» резервного копирования виртуальных машин. Надо отметить также, что издания XenExpress и XenServer могут быть «прокачаны» до изданий XenServer и XenEnterprise соответственно, путем введения нового лицензионного ключа без необходимости переустановки платформы.

Технические возможности изданий Xen

В приведенной ниже таблице представлены технические характеристики изданий платформ XenSource:

Возможности / ПлатформаXenExpressXenServerXenEnterprise
Число управляемых физических серверовОдин серверНесколько серверовНесколько серверов с возможностью создания пулов ресурсов
Число поддерживаемых процессоров хоста2 процессорных гнездаНе ограниченоНе ограничено
Объем оперативной памяти хостаОт 1 до 4 ГБОт 1 до 128 ГБОт 1 до 128 ГБ
Число одновременно запущенных виртуальных машинДо 4-хНе ограниченоНе ограничено
Объем оперативной памяти, выделенной виртуальной машинеДо 4 ГБДо 32 ГБДо 32 ГБ
Возможность добавления в пулы ресурсовНетНетДа
Использование систем храненияВыделенная система храненияВыделенная система храненияОбщие и выделенные системы хранения (iSCSI SANs, Fiber Channel SANs, NFS NAS)
Дополнительные возможностиНетНетЖивая миграция виртуальных машин, конфигурация VLAN, управление выделением ресурсов хостов (CPU, память, сеть)

Поддерживаемое оборудование

Компания XenSource регулярно обновляет списки поддерживающего платформу Xen оборудования (HCL, Hardware Compatibility Lists), которые можно найти по адресу: http://hcl.xensource.com. Эти списки составляются как на основе тестов самой компании XenSource, так и информации производителей аппаратного обеспечения, а также членов сообщества Xen. Что касается поддерживаемых процессоров, то продукт XenEnterprise в данный момент поддерживает множество серверных платформ.

Рекомендуемые процессоры Intel с технологией Intel VT:

  • Intel Xeon 51xx series processors (Dual-Core)
  • Intel Xeon 53xx series processors (Quad-Core)
  • Intel Xeon 71xx series processors (Dual-Core)
  • Intel Xeon 30xx series processors (Dual-Core)

Рекомендуемые процессоры AMD с технологией AMD-V:

  • AMD Opteron 12xx series processors
  • AMD Opteron 22xx series processors
  • AMD Opteron 82xx series processors

Системные требования и поддерживаемые гостевые системы

Любое из трех изданий платформы XenSource может быть установлено на сервер со следующими техническими характеристиками:

  • частота процессора 1,5 ГГц и более (рекомендуется многоядерная или многопроцессорная система с частотой 2 ГГц)
  • для запуска гостевых ОС Windows требуется поддержка технологий Intel VT и AMD-V
  • для добавления хостов в пулы они должны иметь одинаковые процессоры (для издания XenEnterprise)
  • не менее 1 ГБ оперативной памяти хоста
  • сетевой адаптер 100 МБит/с и более
  • не менее 16 ГБ свободного места на локальном или сетевом диске (рекомендуется не менее 60 ГБ)

Для управления серверами виртуализации с помощью продукта XenCenter необходим сервер со следующими характеристиками:

  • операционная система Windows 2000, XP, 2003 или Vista
  • .NET Framework 2.0 или выше
  • частота процессора не менее 750 МГц (рекомендуется не менее 1 ГГц)
  • не менее 1 ГБ оперативной памяти (рекомендуется 2 ГБ и более)
  • не менее 100 МБ свободного места на диске
  • сетевой адаптер

Сейчас платформы Xen поддерживают следующие гостевые системы:

Microsoft Windows

64-битные ОС:

  • Windows Server 2003 Standard, Enterprise, Datacenter Edition SP2
  • Windows Small Business Server 2003 SP2

32-битные ОС :

  • Windows Server 2003 Web, Standard, Enterprise, Datacenter SP0/ SP1/SP2/R2
  • Windows Small Business Server 2003 SP0/SP1/SP2/R2
  • Windows XP SP2
  • Windows 2000 SP4

Linux

32-битные ОС:

  • Red Hat Enterprise Linux: 3.5, 3.6, 3.7, 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 5
  • Novell SUSE Linux Enterprise Server: 9SP2, 9SP3, 10SP1
  • Debian: Sarge (3.1), Etch (4.0)

Возможности XenEnterprise и XenCenter

В совокупности эти два продукта компании XenSource позволяют развернуть по-настоящему гибкую и легко управляемую виртуальную инфраструктуру, которая вполне может посоперничать с инфраструктурой VI3 компании VMware. Безусловным плюсом четвертой версии XenEnterprise является возможность использовать системы хранения данных в сетях SAN по протоколам iSCSI и Fiber Channel. Платформы XenSource используют испытанный формат виртуальных дисков компании Microsoft (VHD, Virtual Hard Drive), что позволяет довольно просто осуществлять миграцию между платформами компаний Microsoft и Virtual Iron, использующих этот же формат. Также XenEnterprise позволяет осуществлять живую миграцию виртуальных машин в пределах пула ресурсов между различными хостами в случаях с общей системой хранения, когда требуется остановка серверов для их обслуживания, чрезмерного увеличения нагрузки или износа оборудования. Эта возможность имеет название XenMotion и аналогична по своей сути функциям VMotion компании VMware. При миграции виртуальной машины на другой физический хост, работа виртуальной машины по отношению к внешним источникам не прерывается, что обеспечивает нулевое время простоя критически важных production-серверов.

Продукт XenCenter, обеспечивающий поддержку всех изданий платформ XenSource, позволяет централизованно управлять виртуальными машинами с выделенного сервера, осуществлять мониторинг производительности хостов в реальном режиме времени, выделять физические ресурсы виртуальным машинам в зависимости от приоритетов (QoS, Quality of Service), а также напрямую подключаться к консолям гостевых систем. В ближайшем будущем ожидается появление функций по автоматическому распределению нагрузки между хостами и обеспечению высокой доступности виртуальных серверов посредством XenCenter.

Консоль управления виртуальной инфраструктурой XenCenter
Консоль управления виртуальной инфраструктурой XenCenter

Миграция виртуальных машин Xen

Хорошая платформа виртуализации корпоративного класса должна предоставлять надежные средства P2V (Physical to Virtual) миграции с физических систем на виртуальные. Это необходимо при решении компании частично или полностью виртуализовать физическую инфраструктуру. При этом время на внедрение виртуализации должно быть минимальным именно благодаря средствам миграции. В этом смысле XenSource активно сотрудничает с ведущими производителями продуктов для P2V-миграции, и на данный момент для этих целей доступны продукты:

К сожалению, компания XenSource не предоставляет собственного средства для P2V-миграции, в отличие от VMware, предлагающей VMware Converter. Также на данный момент нельзя напрямую конвертировать виртуальные машины бесплатного Xen в формат платформ XenSource, однако в ближайшем будущем ожидается переход компании на формат OVA (Open Virtual Appliances), что позволит использовать виртуальные машины в любом окружении Xen.

Производительность платформ Xen

Поскольку платформы компании XenSource вышли на серьезный Enterprise-уровень, в мире виртуализации разгорелись ожесточенные споры о производительности платформ в отношении продуктов виртуализации компании VMware (в частности ESX Server). В прошлом году VMware провела исследование по сравнению производительности гипервизоров Xen и ESX Server и сделала вывод о том, что последний заметно выигрывает в производительности. По результатам тестов SPECcpu2000, Passmark и прочих, затраты на виртуализацию гипервизора ESX Server в два раза меньше затрат гипервизора Xen версии 3.0.3. Снижение производительности ESX Server по сравнению с нативной составляет от 0 до 6 процентов, в то время как затраты Xen в некоторых тестах доходят до 12 процентов. Результат одного из тестов приведен ниже:

Результаты тестов SPECcpu2000 гипервизора Xen и ESX Server компании VMware
Результаты тестов SPECcpu2000 гипервизора Xen и ESX Server компании VMware

Однако компания XenSource не согласна с таким положением дел и в документе «A Performance Comparison of Commercial Hypervisors» дает понять, что по результатам того же теста разница составляет всего в 1 процент в пользу ESX. При этом по результатам тестов программы Passmark в отношении операций с памятью, гипервизор Xen опережает ESX, в то время как в тестах VMware совершенно обратная ситуация.

Результаты тестов Passmark гипервизора Xen и ESX Server компании XenSource
Результаты тестов Passmark гипервизора Xen и ESX Server компании XenSource

Поэтому в аспекте производительности сложно рассчитывать на объективную оценку. Но ясно одно: компания VMware серьезно воспринимает инфраструктуру XenEnterprise как ближайшего конкурента VMware Infrastructure 3.

Виртуальные лаборатории с помощью продуктов XenSource

Одним из главных продуктов компании VMware в корпоративном секторе является решение VMware LabManager (бывший продукт Akimbi Slingshot), позволяющее централизованно развертывать виртуальные машины в пределах виртуальной инфраструктуры, применяемое сейчас, в основном, для целей разработки и тестирования ПО в больших масштабах. VMware LabManager является одним из самых дорогих продуктов компании, на который она возлагает большие надежды. Компания XenSource также решила вторгнуться в сегмент рынка виртуальных лабораторий, заключив партнерское соглашение с компанией VMLogix.

Продукт VMLogix LabManager выполняет те же функции что и LabManager VMware и нацелен на быстрое развертывание виртуальных машин при потоковой разработке ПО для демонстрации дефектов, испытаний программных комплексов в различных многомашинных конфигурациях и быстрой доставки программного обеспечения конечному пользователю. В этой категории продукты VMLogix вполне могут соперничать с решениями VMware.

Заключение

Зародившись как чисто исследовательский проект сообщества Open Source, Xen постепенно эволюционировал в поистине мощную платформу виртуализации благодаря усилиям компании XenSource. Эта компания является одной из немногих, кто предлагает несколько изданий платформ виртуализации для серверов в организациях различного масштаба. Множество энтузиастов по всему миру принимают участие в доработке открытой версии Xen и используют его для запуска виртуальных систем в самых различных целях. Безусловно, Xen имеет большие перспективы, несмотря на то, что технология паравиртуализации, на которую он был изначально нацелен, уже практически умерла. Аппаратная виртуализация, на которую сделала ставку XenSource, набирает обороты и в скором времени, возможно, вытеснит программные техники. По крайней мере, в этом сильно заинтересованы такие крупные вендоры процессоров, как Intel и AMD.

Включение Xen в дистрибутивы многих Linux-систем, бесспорно, будет способствовать росту популярности технологий виртуализации среди конечных пользователей, которым необходимо одновременно работать в двух мирах: Windows и Linux.

Платформы компании XenSource, развивающиеся стремительными темпами, уже сейчас составляют хорошую конкуренцию продуктам VMware. С точки зрения функциональности, им не хватает лишь некоторых решений по обеспечению высокой доступности и целостности виртуальной инфраструктуры, как у VMware. Будем надеяться, что покупка XenSource компанией Citrix даст дополнительный импульс в развитии платформы Xen и подарит рынку технологий виртуализации еще одного сильного конкурента VMware.






Дополнительно

iXBT BRAND 2016

«iXBT Brand 2016» — Выбор читателей в номинации «Процессоры (CPU)»:
Подробнее с условиями участия в розыгрыше можно ознакомиться здесь. Текущие результаты опроса доступны тут.

Нашли ошибку на сайте? Выделите текст и нажмите Shift+Enter

Код для блога бета

Выделите HTML-код в поле, скопируйте его в буфер и вставьте в свой блог.