Как работает аппаратная виртуализация
Быстрое развитие отрасли технологий стало возможным благодаря повышению максимальных мощностей аппаратного обеспечения. Именно за счет этого стали создаваться платформы виртуализации, позволяющие выполнять процедуру как для отдельных устройств, так и для больших серверных систем. Еще 5–10 лет назад большинство разработок велись в сфере программной виртуализации. Однако все чаще гиганты отрасли обращаются к аппаратной виртуализации как одному из самых перспективных направлений развития отрасли.
Разберемся, что представляет такой способ виртуализации, в чем заключаются его преимущества и каким образом он выполняется.
Отличия от программной виртуализации
Программный способ подразумевает использование хостовой ОС, поверх которой и запускается специальная платформа для эмуляции аппаратных компонентов и ресурсов. Реализация платформы для симуляции в этом случае достаточно сложная процедура, так как всегда присутствует снижение производительности. Также нередко возникает угроза безопасности данных, так как получение доступа к хостовой операционке означает предоставление доступа ко всем гостевым ресурсам.
В отличие от такого способа, аппаратная виртуализация устройств позволяет получить изолированные гостевые системы. То есть каждая из них управляются гипервизором напрямую, что в целом повышает уровень безопасности. Во время такого процесса не происходит потери производительности. Такая виртуализация происходит с применением процессорной архитектуры.
В основе технологии заложен принцип разделения физического процессора на два компонента: мониторную часть (root mode) и гостевую (так называемая non-root mode). При переключении из базовой ОС в гостевую процессор автоматически переходит в гостевое состояние. Тем самым, изменяются значения регистра под параметры новой операционной системы. Особенность в том, что гостевая ОС также может прямо работать с процессором и просматривать информацию о нем, чего не происходит при программной виртуализации.
История развития
Задумка виртуализации на аппаратном слое возникла достаточно давно, однако еще 10–15 лет назад с ее помощью удавалось лишь параллельно запускать несколько DOS-программ и приложений. В дальнейшем технология получила развитие в результате эволюции уровня абстрагирования программных платформ.
На первых этапах это позволило решать задачи многозадачности. То есть каждое приложение могло дробить ресурсы процессора. Следующим шагом стало появление HyperThreading. По сути это уже была аппаратная технология виртуализации, так как в ней происходило объединение нескольких виртуальных процессоров на базе одного.
Дальнейшее развитие технологии позволило создать полноценную методику виртуализации нескольких виртуальных процессоров для включения гостевых ОС.
Сегодня технология используется двумя крупными производителями процессоров. У компании Intel выпускается виртуализация на базе VT-x, у AMD также есть собственное решение – SVM. Принцип работы технологий во многом схож, разница заключается лишь в программном уровне.
Особенности работы технологии
С целью поддержки аппаратной виртуализации существенно переработана архитектура оборудования. В результате этого был предоставлен непосредственный доступ ко всем ресурсам процессора прямо из гостевых ОС. Был добавлен дополнительный набор инструкций – VMX, содержащий в себе необходимую информацию для доступа.
В результате процессор во время виртуализации работает в нескольких режимах – root и non-root operation. Во втором случае используется специальное ПО, являющееся прокладкой между базовой операционкой (монитором ВМ) и гостевыми ОС.
Перевод процессора в режим виртуализации происходит за счет выполнения определенной команды и передачи управления гипервизору. Каждая из гостевых ОС при этом запускается и функционирует независимо от других.
Типы виртуализации
Методика может реализовываться по-разному. Выделяют следующие типы технологии аппаратной виртуализации:
- Полная. Такой вариант позволяет полностью имитировать требуемое оборудование для гостевой ОС. То есть создается среда, полностью аналогичная работающей на отдельном сервере. Но при этом и гостевая, и основная операционка располагаются на одном процессоре. Такой способ позволяет запускать виртуальную среду любой конфигурации без дополнительных настроек, программных и аппаратных компонентов.
- Паравиртуализация. При таком подходе на виртуальной машине запускается заранее подготовленная версия гостевой ОС (она может быть изменена или перекомпилирована). Это позволяет соблюдать исходные требования к оборудованию лишь частично.
С аппаратной поддержкой. Аппаратное обеспечение в этом случае используется как «архитектурная поддержка», позволяющая создать новую виртуальную машину и управлять ей. Такой способ виртуализации сегодня можно назвать наиболее распространенным.
Преимущества решения
Технология становится все более востребованной, так как производители во многом смогли решить проблему аппаратной поддержки виртуализации. А из-за того, что такой способ более эффективный и производительный, чем при виртуализации программными средствами, то не удивительно, что рынок стремительно развивается.
Сегодня платформы виртуализации снабжены аппаратными интерфейсами управления и поддержкой гостевых ОС. Это способствует ускорению процессов разработки новых платформ симуляции.
Давайте рассмотрим основные преимущества технологии:
- Повышение быстродействия системы. Управление гостевыми системами происходит напрямую гипервизором, то есть нет дополнительного программного слоя, который может повлиять на производительность и быстродействие системы.
- Безопасность. Так как каждая ВМ полностью изолирована от прочих, что позволяет избежать ситуации доступа к данным третьих лиц.
- Возможность использования нескольких виртуальных платформ. Технология допускает запуск нескольких гостевых ОС и обеспечивает быстрый переход на аппаратном уровне. При этом любая виртуальная машина функционирует отдельно от других систем, что помогает избежать снижения быстродействия.
Выводы
Использование технологии аппаратной виртуализации предоставляет широкие возможности для работы с виртуальными машинами. Такое решение можно назвать функциональным и гибким инструментом, повышающим эффективность ИТ-инфраструктуры. В перспективе применение технологии позволит устранить любое снижение производительности и использовать десятки виртуальных машин на базе лишь одного физического сервера.
Многие компании уже применяют методики аппаратной симуляции в своей работе. Дело в том, что решение позволяет повысить защищенность ВМ в корпоративной инфраструктуре, а кроме этого, является достаточно простым и доступным в применении.
Надеемся, что вы разобрались в том, что такое аппаратная виртуализация и в каких случаях ее стоит использовать. Если у вас остались вопросы, то специалисты нашего дата-центра Xelent готовы на них ответить!
