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
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 2
1
2
Page 2
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 3
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
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 4
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
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 5
Virtuelle maskiner
Hypervisor
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 6
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
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 7
Hosted Hypervisor (type 2)
Hosted
hypervisor
(type 2)
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 8
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
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 9
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
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 10
Hosted hypervisor – eksempelVMware Player / Workstation / Fusion
Verts-OS
Gjeste-OS
Hypervisor
type 2
9
10
Page 6
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 11
Native (bare-metal) hypervisor (type 1)”hardware-emulering”
Hypervisor
type 1
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 12
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
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 13
Native Hypervisor – eksempel:VMware vSphere / ESXi server
Gjeste-OS
Native
hypervisor
(type 1)
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 14
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
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 15
Native Hypervisor – eksempel:Microsoft Hyper-V
http://www.microsoft.com/windowsserver2008/en/us/hyperv-main.aspx
Gjeste-OS
Hyper-V
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 16
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
Page 9
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 17
Gartner Group om virtualisering
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 18
Markedsandeler virtuelle servere
Kilde: IDC EMEA Quarterly Server Virtualization Tracker, 2014
17
18
Page 10
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 19
Hvorfor virtualisering?
Serverkonsolidering – redusere antall bokser
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 20
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
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 21
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
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 22
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
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 23
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
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 24
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
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 25
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
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 26
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
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 27
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
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 28
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
6105N Windows Server og datanett © Jon Kvisli, USN Virtualisering – foil: 29
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