VMWare: Virtualization Overview

Dal 1998 al lavoro sulla virtualizzazione dei sistemi x86/x64

Luciano Giuseppe Veneruso Ciro SOA 2014/2015

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Indice • Informazioni sul paper • Inquadramento storico • Storia di VMWare • Perché usare la virtualizzazione in un ambiente IT? • Cosa è la virtualizzazione • Tipi di virtualizzazione

– Operating system partitioning

• Come si effettua la virtualizzazione su x64 – Full Virtualization

• Benefici della virtualizzazione – Copia trasparente di una VM in memoria – Copia trasparente di una VM sul disco

• Le sfide della virtualizzazione – Server “Consolidation” e “Containment”

• Il Cloud: – vSphere – vCloud

Informazioni sul paper

• Il paper è stato rilasciato dall’azienda VMWare Inc. nel 2006

Inquadramento Storico

• 2000

– IBM annuncia z/VM una nuova versione di macchine virtuali per z/Architecture a 64 bit (mainframes).

• 2001

– Connectix lancia VirtualPC per Windows

– VMWare lancia il suo primo prodotto per server x86

Inquadramento Storico

• 2003

– Rilascio del primo hypervisor open-source x86 Xen

– Microsoft acquisisce le tecnologie di virtualizzazione della Connectix (VirtualPC e VirtualServer)

– EMC acquisisce VMWare per 635 milioni di dollari

– Microsoft rilascia Microsoft VirtualPC per facilitare la transazione a Windows XP

Inquadramento Storico

• 2005 – Vmware rilascia VMware Player, software gratuito per eseguire

macchine virtuali – Sun rilascia Solaris 10, che include Solaris Zones per sistemi

x86/x64 e sistemi Sparc

• 2006 – VMware rilascia VMware Server in licenza free per il mercato

server – Microsoft rilascia VirtualPC 2006 gratuitamente – Microsoft compra Softricity Inc. – Intel con VT-x e AMD con AMD-V introducono sulle CPU il

supporto (semplice) alla virtualizzazione hardware

Inquadramento Storico • 2007

– innoTek rilascia Virtual Box Open Source Edition, il primo virtualizzatore professionale sotto licenza GNU

• 2008

– VMware Workstation 6.5b capace di abilitare le DirectX 9 su una macchina virtuale Windows XP.

VMWare History

• VMware Inc è una società che si occupa di sviluppare software per la realizzazione di macchine virtuali per sistemi x86.

• Fondata nel 1998 da Diane Greene (CEO fino al 2008), Mendel Rosenblum, Scott Devine, Edward Wang and Edouard Bugnion

• Acquisita nel 2004 da parte di EMC Corporation

• L’8 luglio 2007 Intel è entrata nel suo capitale societario acquisendone il 2.5% con 218 milioni di dollari

Perché usare la virtualizzazione in un ambiente IT?

Ecco quattro buoni motivi (secondo vmware)

1) Improved business continuity.

Le imprese non possono permettersi di fermare il proprio lavoro,

neanche temporaneamente, a causa di guasti.

2) Simplified IT management.

Gestire dei server in un ambiente IT fisico richiede tempo.

Nove su dieci reparti IT spendono almeno la metà del loro tempo a

fare attività amministrative di routine.

Gli strumenti attuali che gestiscono la virtualizzazione di solito

includono funzionalità di automazione intelligenti.

Perché usare la virtualizzazione in un ambiente IT?

Ecco quattro buoni motivi (secondo vmware)

3) The ability to reallocate IT resources to more

strategic ends.

Consente l'automazione di molte attività che in precedenza

dovevano essere fatte manualmente, permette quindi di assegnare

compiti più importanti ai lavoratori.

4) Enhanced business responsiveness.

La reattività ai cambiamenti del mercato oggi è

fondamentale per le aziende di tutte le dimensioni.

La virtualizzazione crea un'infrastruttura dinamica

che aiuta le aziende a reagire più rapidamente

ai cambiamenti in ambienti altamente competitivi.

Cosa è la virtualizzazione

• La virtualizzazione permette a più sistemi operativi (guest OS) di essere eseguiti concorrentemente su un singolo computer (host OS) separando l’ hardware dal sistema operativo di base.

• Le tecnologie di virtualizzazione provvedono ad un livello di astrazione tra hardware di computazione, storage e network con le applicazioni in esecuzione.

• Esistono tre tipi di virtualizzazioni: – Full Virtualization

– Para Virtualization

– Emulation

Tipi di virtualizzazione

• Full Virtualization (1965 IBM): Simulazione completa dell’hardware sottostante per permettere al software (Guest OS)di essere eseguito senza modifiche.

• Para Virtualization (2001 Denali OS): L’ambiente hardware non è simulato ma i programmi del Guest vengono eseguiti nei propri domini isolati, come se fossero in esecuzione su un sistema separato.

• Emulation: Hardware viene emulato da un programma. Il processo è più lento a causa della traduzione delle istruzioni dal formato del sistema ospite a quello del sistema ospitante

Approcci alla Virtualizzazione

Livelli di virtualizzazione: • hardware-level virtualization: layer di

virtualizzazione presente sull’hardware che esporta l’astrazione della virtual machine. Es: IBM mainframe nei 1970

• operating system-level virtualization: layer di virtualizzazione presente tra il S.O. e i programmi eseguiti.

• high-level language virtual machines: layer di virtualizzazione presente come un applicazione eseguita sopra un S.O.

Operating system partitioning

• Hosted approach: I servizi si partizionano sul sistema operativo supportando una vasta gamma di configurazioni hardware: VMware WorkStation. (Type-2 Hypervisor)

• hypervisor arch.: è il primo layer di software installato su un x86: bare metal. Ha accesso diretto all’hardware ed è molto efficiente: ESX poi ESXi server (Tipe-1 Hypervisor)

Operating system partitioning

Operating system partitioning

• Gli hypervisor possono essere implementati per essere strettamente accoppiati coi sistemi operativi (paravirtualizzazione come Xen) o per avere un approcio agnostico da questi(virtualizzazione piena).

• Per ogni VM vi è un Virtual Machine Monitor (VMM)

• I VMM hanno la funzionalità di gestione delle risorse globali dei guest OS: CPU, disco, memoria, rete….

Come si effettua la virtualizzazione su x64

Presupposto: x86/x64-based platform domina il mercato .

• Fino al 2006: – Si effettuava solo una traduzione delle istruzioni a livello software:

emulazione.

• Oggi: – Isolation of CPU, memory, and I/O now is done at a hardware level, with the

hypervisor managing how much of the hardware resources a virtual machine can use: Virtual Machine Monitor (VMM).

– The introduction of Intel VT-x/EPT and AMD-V both enable a VMM to give the CPU to a virtual machine for direct execution until the time the virtual machine attempts to execute a privileged instruction.

– VT-x and AMD-V give the VMM the option of using either hardware-assisted virtualization or binary translation, depending on the workload.

(Fonte: Security of the VMware vSphere Hypervisor - UPDATED JANUARY 2014)

Full Virtualization

• La combinazione di binary translation ed esecuzione diretta fornisce la Full Virtualization poichè il guest OS è astratto completamente (disaccoppiamento completo) dal hardware sottostante dal layer di virtualizzazione: l’ hypervisor.

Benefici della virtualizzazione • Isolamento delle virtual machine:

– secure instruction isolation

– memory isolation

– device isolation

– managed resource usage

– network isolation.

• L’indipendenza dal hardware dovuta dal processo di virtualizzazione

• Facilita la gestione di risorse IT e ha molta reattività nei cambiamenti delle condizioni del business

• Le VM sono altamente portabili, e possono essere spostate/copiate tra piattaforme hardware x86-based: Vmotion technology

Copia trasparente di una VM in Memoria

• VMware Vmotion consente la migrazione live di macchine virtuali in esecuzione da un server fisico ad un altro senza tempo di inattività, disponibilità continua del servizio e l'integrità della transazione.

Sfrutta queste tecnologie: – La memoria attiva ed il preciso stato di esecuzione della macchina virtuale è

rapidamente trasferito su una rete ad alta velocità. – L'intero stato di una macchina virtuale viene incapsulato da un insieme di

file memorizzati su memorie condiviso: NAS, NFS. Quindi VMware VMStorage VMFS consente a più installazioni di VMware ESXi di accedere allo stesso file della macchina virtuale contemporaneamente.

– Le reti utilizzate dalla macchina virtuale vengono virtualizzate dall'host ESXi sottostante, assicurando che dopo la migrazione, l' id di rete della macchina e le connessioni di reti virtuali siano conservati. VMotion gestisce l'indirizzo MAC virtuale come parte del processo.

Copia trasparente di una VM sul disco

• VMware Storage Vmotion consente la migrazione live delle memorie dati delle macchine virtuali in esecuzione.

1. Copia prima la “home directory”(che contiene la configurazione, lo swap e i log files) della VM nella nuova locazione.

2. Copia l’intero file di “virtual machine storage disk“ usando il modulo“changed block tracking”, per l’integrità dei dati.

3. Copia i blocchi che sono stati cambiati durante il passo 2 sfruttando proprio “changed block tracking”.

4. La VM viene rapidamente sospesa e riavviata così da usare la nuova home directory e il file della VM.

Le sfide della virtualizzazione

IT managers di livello enterprice posso avere diverse sfide:

• Server Consolidation and Containment

• Test and Development Optimization

• Business Continuity

• Enterprise Desktop

Le sfide della virtualizzazione: “Consolidation” e “Containment”

Server consolidation: riduzione dell’infrastruttura esistente tramite un uso efficiente delle risorse.

I benefici: una riduzione in termini di numeri di sistemi e di costi: energia, raffreddamento, spazio dei rack, ecc…

Server containment: ha una visione più strateggica: unificazione dell’infrastruttura.

Ha un approcio incrementale al workload di virtualizzazione: per cui nuovi progetti sono serviti dalle virtual machine piuttosto che dai server .

Riduzione dell’hardware da comprare

Le sfide della virtualizzazione: “Consolidation” e “Containment”

How Virtualization Complements current Generation Hardware

• La “scalabilità orizzontale” estensiva, le architetture multi-tier e i blade servers sono molto comuni.

• La virtualizzazione è l’ideale per i blade server:

– ottimizzazione delle risorse, dell’efficenza e della rapidà della provigione

Il Cloud

vSphere • E’ una software suite con vCenter, ESXi, vSphere client, ecc…:

include una serie di funzioni che consentono di trasformare i data center in un ambiente di cloud computing semplice

• ESXi è il bare-metal hypervisor

• vCenter server è l’applicazione per la gestione centralizzata delle virtual machine e degli host ESXi. Ha un insieme di enterprise feature come: vMotion, VMware High Availability, ecc…

• vSphere client , installato su un laptop o un PC, è usato per connettersi al vCenter server/ESXi e fare la gestione di task: installazione, gestione e accesso alle VM.

vSphere vCenter è un componente usato in grandi data center con molti server ESXi e dozzine di VM. Quindi vSphere client: • in piccoli “ambienti” è usato per accedere direttamente al server ESXi. •In grandi “ambienti”, è usato per accedere al server di vCenter che accederà al server ESXi

vCloud

• VMware vCloud Suite è una soluzione integrata per la creazione e la gestione di un cloud privato VMware vSphere basato sull'architettura Software-Defined Data Center.

• Esegue il provisioning delle applicazioni in base alle tempistiche aziendali e con i livelli appropriati di sicurezza e disponibilità.

• Caratteristiche: – Virtualizzazione dell'elaborazione (vSphere) – Storage e Availability – Network e Security – Gestione e automazione

• Si possono collegare più cloud privati e no, insieme.

vCloud Core Architecture

FINE!