Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №3 (ноябрь) 2013
Разделы: Информационные технологии
Размещена 27.11.2013. Последняя правка: 16.12.2013.

Обзор программных сред для организации облачной инфраструктуры

Кауфман Евгений Андреевич

NVision Group, НГТУ

Стажер-инженер

Аннотация:
В данной статье рассмотрены программные продукты с помощью которых организовывается облачная инфраструктура и осуществляется виртуализация серверов.


Abstract:
This article describes the software which is organized with the help of cloud infrastructure and implemented server virtualization.


Ключевые слова:
Облачная инфраструктура, виртуализация, VMware, Citrix, Microsoft

Keywords:
Cloud infrastructure, virtualization, VMware, Citrix, Microsoft


УДК 004.418


Облачные вычисления — это новая возможность внедрения инноваций для ИТ-отделов. Они могут минимизировать избыточные вложения в процессы, обучение и технологии и при этом реализовать максимальную адаптивность ИТ-среды и бизнеса. Они могут изменить свою позицию по отношению к бизнесу: перейти от реагирования на нескончаемые запросы к партнерству в достижении успеха. Облачные вычисления представляют стратегический сдвиг в принципах работы ИТ-сред. ИТ-инфраструктуры, созданные на основе этой технологии, более гибки и более оперативно реагируют на потребности бизнеса. Облачные вычисления могут повысить эффективность и адаптивность ИТ-инфраструктуры, а также снизить эксплуатационные риски в организациях любых размеров. Наконец, что наиболее важно, облачные вычисления помогают создавать более надежные ИТ-инфраструктуры без ущерба для безопасности и управляемости.

Для обеспечения максимальной выгоды и отдачи от инвестиций облачные вычисления необходимо рассматривать как часть комплекса мероприятий по увеличению эффективности управления и интеграции. Решения для организации облачных вычислений, которые не могут быть эффективно управляемы или усложняют процессы вместо их упрощения, не будут в полной мере обеспечивать запланированное повышение эффективности и гибкости. В этой статье рассматриваются подходы, использованные VMware, Microsoft и Citrix при разработке их облачных решений. Все они являются ведущими игроками на рынке облачных вычислений и предоставляют полный пакет программных средств для реализации облачной среды.

Сегодня, говоря о технологиях виртуализации, как правило, подразумевают виртуализацию серверов, так как последняя становится наиболее популярным решением на рынке IT. Виртуализация серверов подразумевает запуск на одном физическом сервере нескольких виртуальных серверов. На каждой виртуальной машине может быть установлена операционная система, на которую могут быть установлены приложения и службы. Наиболее распространенным способом виртуализации серверов является – паравиртуализация. Обычная виртуализация в данном случае создает абстрактный слой между аппаратной частью компьютеров и операционными системами, полностью эмулируя устройства. То есть создаются виртуальные диски, память, сетевые карты и так далее.

 

рис.1. Паравиртуализация

Решение для облачных вычислений VMware основано на платформе виртуализации VSphere, разработанной VMware. Облачная модель VMware позволяет клиентам создавать виртуальные машины VMware, которые содержат операционную систему, а также одно или несколько приложений. Эти виртуальные машины работают на серверах виртуализации VMware, которые либо размещаются для частного использования в центрах обработки данных компании, либо размещаются для общего доступа у одного из хостинг-партнеров VMware. Кроме того, компанией VMware организован «рынок приложений», где можно загрузить предварительно сконфигурированные виртуальные машины для использования в облачных вычислительных средах VMware. VMware использует большое количество компонентов для создания своих облачных решений. Некоторые из этих компонентов доступны только в лицензиях VMware высшей ценовой категории, другие компоненты предлагаются по схеме отдельного лицензирования за дополнительную плату(подробнее о лицензировании можно узнать у поставщиков решений):

 

  •     VMware vCompute использует гипервизор ESX для виртуализации ресурсов сервера и объединения этих ресурсов в логические пулы.
  •     VMware vStorage абстрагирует ресурсы хранения от используемого аппаратного обеспечения.
  •     VMware vNetwork предоставляет сетевые службы для виртуальных машин, размещенных в среде облачных вычислений.
  •     VMware VMotion используется для осуществления миграции виртуальных машин с одного хоста ESX на другой в режиме реального времени.
  •     VMware Storage VMotion используется для осуществления миграции единиц хранения виртуальных машин из одной сети хранения данных (SAN) в другую.
  •     VMware High Availability используется для мониторинга виртуальных машин и запуска их на другом хост-сервере при обнаружении неисправности.
  •     VMware Fault Tolerance используется для обеспечения нулевого простоя при аварийном переключении между виртуальными машинами VMware.
  •     VMware Data Recovery используется для создания дисковых резервных копий виртуальных машин VMware.
  •     VMware vShield Zones используется для мониторинга, регистрации событий и блокирования трафика между виртуальными машинами.
  •     VMware VMsafe представляет собой API, через который партнеры VMware могут подключить на уровне гипервизора ПО для обеспечения безопасности.
  •     VMware vCenter Orchestrator используется для создания рабочих процессов, позволяющих автоматизировать операционные задачи.
  •     VMware vCenter Chargeback используется для учета взаиморасчетов при использовании служб облачных вычислений.

 

Облачные вычислительные среды VMware могут быть развернуты как на площадке клиента в виде частного облака, так и в качестве публичного облака с внешним размещением. Частное облако будет использовать оборудование, расположенное в центре обработки данных организации, для обеспечения работы служб облачных вычислений. Публичное облако будет использовать аппаратное обеспечение, предоставляемое партнером VMware и расположенное в центре обработки данных партнера.

VMware способствует переходу центров обработки данных на новый уровень: уровень программных ЦОД. Программный центр обработки данных — основная стратегия полного перехода к облаку. Эта технология устраняет традиционные ограничения и сложность, характерные для эксплуатации инфраструктуры, путем преобразования служб вычислительных ресурсов, хранилищ, сети и систем безопасности в виртуальные программные службы. Программный ЦОД создается как новый уровень инфраструктуры на базе стандартного оборудования. Он автоматически и динамически настраивается в соответствии с потребностями всех рабочих нагрузок и обеспечивает максимальный уровень автоматизации, гибкости и эффективности для каждого приложения.


рис.2. Общая структура программного ЦОДа

Во многих ИТ-отделах идут процессы преобразования, и виртуализация помогает объединять вычислительные ресурсы в пулы, включающие сотни и даже тысячи серверов, которыми раньше приходилось управлять по отдельности. С помощью решений VMware организации могут объединить эти ресурсы и управлять пулами, охватывающими несколько физических расположений, в гибридных облачных средах, включающих как облака на основе решений VMware, так и облака на основе других технологий.

Облачная платформа приложений VMware vFabric™ разработана в соответствии с уникальными потребностями облачных приложений. Она предоставляет ИТ-отделам средства для создания, выполнения и масштабирования современных веб-ориентированных динамических приложений, обрабатывающих большие объемы данных в реальном времени. Платформа vFabric, развернутая в инфраструктуре компании или за ее пределами, обеспечивает максимальную производительность приложений, качество обслуживания и оптимальное использование ресурсов за счет интеллектуального управления базовой инфраструктурой. Кроме того, с ее помощью организации могут с легкостью внедрять новые типы пользовательских приложений, например социальные сети, средства мобильного доступа или совместной работы. Разработчики, использующие платформы и средства vFabric, быстро внедряют инновации в своих компаниях. Ядро vFabric — платформа Spring, используемая более чем тремя миллионами разработчиков во всем мире. С помощью этой платформы и других ведущих в отрасли технологий ИТ-отделы модернизируют приложения, используемые в настоящее время и создаваемые с расчетом на будущее. Для внутренних сред vFabric компания VMware предлагает открытую платформу Cloud Foundry™, поддерживающую модель «платформа как услуга». Cloud Foundry существенно расширяет возможности разработчиков по развертыванию, выполнению и масштабированию приложений и поддерживает множество частных и общедоступных облаков, стандартных высокопроизводительных платформ разработки и служб инфраструктуры приложений.

VMware предоставляет свободу конечным пользователям и необходимый уровень контроля ИТ-отделам организаций, переходящим к облачным вычислениям в посткомпьютерную эру. Организации могут упростить ИТ-инфраструктуру путем преобразования ресурсов конечных пользователей (таких как настольные компьютеры, приложения и данные) из изолированных вычислительных блоков в ИТ-услуги с централизованным управлением. VMware помогает ИТ-отделам улучшить управление их средами за счет создания единой центральной консоли, в которой можно устанавливать политики, инициализировать настольные компьютеры и приложения и контролировать соответствие нормативным требованиям в частном и общедоступном облаке. С помощью технологий VMware компании могут повысить производительность труда конечных пользователей и расширить их возможности подключения в сети за счет поддержки предоставления доступа к файлам, приложениям и другим пользователям по требованию вне зависимости от используемых устройств (корпоративных или личных – «BYOD») и при сохранении контроля со стороны ИТ-отдела.

Решение Microsoft по организации облачных вычислений основано на предоставлении услуг пользователям при помощи гибкой, легко управляемой инфраструктуры. Существует две инфраструктурных модели, которые клиенты Microsoft могут использовать для реализации облачных служб: частные облака и публичные облака. Клиенты могут выбирать между двумя этими моделями инфраструктуры, основываясь на своих потребностях в доставке приложений, или они могут комбинировать эти модели для решения более сложных задач.

Организации, которые хотят воспользоваться преимуществами гибкой, динамичной частной облачной инфраструктуры, могут использовать Hyper-V™ и System Center для создания облачных служб на базе своих центров обработки данных. Они также могут арендовать облачные службы на базе виртуальных машин у хостинг-партнера Microsoft для динамического увеличения производительности собственных центров обработки данных или аутсорсинга работ по эксплуатации оборудования и администрированию. При использовании любого из этих подходов комплексные средства управления, предлагаемые System Center, будут обеспечивать мониторинг оборудования, операционных систем, виртуальных машин и приложений, установленных как на физических серверах, так и на виртуальных машинах. Это позволяет System Center осуществлять мониторинг и управление всей инфраструктурой, формируя целостную картину функционирования центра обработки данных, включающую в себя причинно-следственные связи между компонентами системы. Это облегчает поиск неисправностей и способствует повышению эффективности и доступности ресурсов при использовании центра обработки данных. Для виртуализации серверов Microsoft использует:

  •     Microsoft Virtual Server. Может использоваться на сервере под управлением операционной системы Windows Server 2003 и предназначена для одновременного запуска нескольких виртуальных машин на одном физическом хосте. Платформа бесплатна и предоставляет только базовые функции.
  •     Microsoft Hyper-V. Продукт Microsoft позиционируется как основной конкурент VMware ESX Server в области корпоративных платформ виртуализации. Microsoft Hyper-V представляет собой решение для виртуализации серверов на базе процессоров с архитектурой x64 в корпоративных средах. В отличие от продуктов Microsoft Virtual Server или Virtual PC, Hyper-V обеспечивает виртуализацию на аппаратном уровне, с использованием технологий виртуализации, встроенных в процессоры. Hyper-V обеспечивает высокую производительность, практически равную производительности одной операционной системы, работающей на выделенном сервере. Hyper-V распространяется двумя способами: как часть Windows Server 2008 или в составе независимого бесплатного продукта Microsoft Hyper-V Server.

 

рис.3. Общая схема компонентов виртуализации Microsoft

В Windows Server 2008 технология Hyper-V может быть развернута как в полной установке, так и в режиме Server Core, Hyper-V Server работает только в режиме Core. Это позволяет в полной мере реализовать все преимущества "тонкой", экономичной и управляемой платформы виртуализации. Hyper-V является встроенным компонентом 64-разрядных версий Windows Server 2008 Standard, Windows Server 2008 Enterprise и Windows Server 2008 Datacenter. Эта технология недоступна в 32-разрядных версиях Windows Server 2008, в Windows Server 2008 Standard без Hyper-V, Windows Server 2008 Enterprise без Hyper-V, Windows Server 2008 Datacenter без Hyper-V, в Windows Web Server 2008 и Windows Server 2008 для систем на базе Itanium. Рассмотрим кратко особенности архитектуры Hyper-v. Hyper-v представляет собой гипервизор, т.е. прослойку между оборудованием и виртуальными машинами уровнем ниже операционной системы. Эта архитектура была первоначально разработана IBM в 1960-е годы для мэйнфреймов и недавно стала доступной на платформах x86/x64, как часть ряда решений, включая Windows Server 2008 Hyper-V и Vmware ESX.

Все версии Hyper-V имеют один родительский раздел. Этот раздел управляет функциями Hyper-V. Из родительского раздела запускается консоль Windows Server Virtualization. Кроме того, родительский раздел используется для запуска виртуальных машин (VM), поддерживающих потоковую эмуляцию старых аппаратных средств. Такие VM, построенные на готовых шаблонах, эмулирующих аппаратные средства, являются аналогами VM, работающих в продуктах с виртуализацией на базе хоста, например Virtual Server.

 

рис.4. Архитектура Hyper-V

Гостевые VM запускаются из дочерних разделов Hyper-V. Дочерние разделы поддерживают два типа VM: высокопроизводительные VM на основе архитектуры VMBus и VM, управляемые системой-хостом. В первую группу входят VM с системами Windows Server 2003, Windows Vista, Server 2008 и Linux (поддерживающими Xen). Новую архитектуру VMBus отличает высокопроизводительный конвейер, функционирующий в оперативной памяти, соединяющий клиентов Virtualization Service Clients (VSC) на гостевых VM с провайдером Virtual Service Provider (VSP) хоста. VM, управляемые хостом, запускают платформы, не поддерживающие новую архитектуру VMBus: Windows NT, Windows 2000 и Linux (без поддержки технологии Xen, например SUSE Linux Server Enterprise 10).

Microsoft System Center Virtual Machine Manager (SCVMM) - отдельный продукт семейства System Center для управления виртуальной инфраструктурой, эффективного использованием ресурсов физических узлов, а также упрощение подготовки и создания новых гостевых систем для администраторов и пользователей. Продукт обеспечивает всестороннюю поддержку консолидации физических серверов в виртуальной инфраструктуре, быстрое и надежное преобразование физических машин в виртуальные, разумное размещение виртуальных нагрузок на подходящих физических узлах, а также единую консоль для управления ресурсами и их оптимизации. SCVMM обеспечивает следующие возможности:

  • Централизованное управление серверами виртуальных машин в масштабах предприятия. SCVMM поддерживает управление серверами Microsoft Hyper-V, Microsoft Virtual Server, VMware ESX и в будущем будет реализована поддержка Xen.
  • Создание библиотеки шаблонов виртуальных машин. Шаблоны виртуальных машин представляют собой наборы образов предустановленных операционных систем, которые могут быть развёрнуты за считанные минуты.
  • Мониторинг и размещение виртуальных машин в соответствие с загруженностью физических серверов.
  • Миграция (конвертирование) физических серверов в виртуальные машины - технология P2V. Технология P2V позволяет произвести перенос физического сервера на виртуальный без остановки работы. Таким образом, появляется возможность онлайнового резервирования целого сервера, и в случае выхода его из строя, можно в течение минуты запустить виртуальный сервер и продолжить работу.
  • Миграция (конвертирование) виртуальных машин других форматов в виртуальные машины Hyper-V - технология V2V. Данная технология аналогична P2V, но при этом позволяет переносить виртуальные машины Microsoft Virtual Server или VMware ESX в Hyper-V.
  • Управление кластерами Hyper-V.

 

Citrix компания известная в первую очередь как производитель высококачественной надстройки над терминальным решение Microsoft успешно расширила пакет своих продуктов системой виртуализации Citrix XenServer. Данный продукт изначально разрабатывался группой разработчиков под именем Xen. Компания Citrix целиком приобрела всю компанию, сохранив при этом состав программистов и архитекторов и начала интенсивно совершенствовать доступный функционал системы, используя свои наработки систем Presentation Server и прочих продуктов. На сегодня последней версией продукта является Citrix XenServer 6.2, у него есть как бесплатная, так и платная версия. Функционал бесплатной версии не так сильно отличается от платной как, например, у продуктов VMware.

XenServer представляет собой комплексное решение виртуальной инфраструкту­ры, которое включает 64-битный гипервизор, интуитивно понятную консоль управ­ления виртуализацией, возможность живой миграции, а также инструменты, необ­ходимые для перемещения существующих нагрузок с физической в виртуальную среду. XenServer позволяет организациям создавать и управлять неограниченным количеством серверов и виртуальных машин (ВМ), которыми можно безопасно и надежно управлять с помощью единой консоли управления. Клиенты, которые нуждаются в дополнительных возможностях управления, доступности, интеграции и автоматизации, могут просто перейти на улучшенную версию XenServer для соз­дания расширенного виртуального центра обработки данных. Версии XenServer Advanced, Enterprise и Platinum предлагают расширенные возможности в сфере управления и автоматизации, которые обеспечивают полную автоматизацию цен­тров обработки данных, расширенную интеграцию и управление, а также ключе­вые функции оптимизации производительности.

 

рис. 5. Консоль управления XenServer

Citrix XenCenter предоставляет все возможности мониторинга, управления и об­щих функций управления виртуальными машинами в едином интерфейсе, который позволяет ИТ-специалистам с легкостью управлять сотнями виртуальных машин с помощью централизованной, высокодоступной консоли управления, которая уста­навливается на любой рабочий стол Windows.

1 октября 2013 года компания Citrix Systems сообщила о реализации поддержки платформой Citrix XenServer технологии NVIDIA GRID. Официальный релиз поддержки технологии совпал с выпуском XenDeskpot 7.1. С использованием технологии XenServer hardware GPU sharing (поддерживается в XenServer 6.2) становится доступным применение виртуальных графических адаптеров (vGPU) в виртуальных машинах, напрямую использующих ресурсы специального аппаратного обеспечения от NVIDIA и осуществляющих интенсивную обработку 3D-графики. Оборудование не всех вендоров совместимо с этой технологией. Технология NVIDIA GRID доступна как для Citrix XenServer, так и для VMware Sphere/ ESXi (основа VDI-решения VMware View), однако Citrix заявила об использовании "родных" драйверов NVIDIA, в то время как VMware применяет свои собственные.

 

рис.6. Реализация NVIDIA GRID

Следует обратить внимание, что тесное сотрудничество Citrix и Microsoft перешло с терминальных решений на системы виртуализации серверов. В результате Citrix предлагает пакет платных опций не только для своей платформы XenServer но и для платформы Hyper-V. Также обе компании используют единый формат хранения виртуальных машин, что позволяет проще переносить их между платформами.

Сравнение функциональной составляющей платформ

Категория сравнения

VMware vSphere

Microsoft Hyper-V R2 и Virtual Machine Manager

Citrix XenServer

Тип гипервизора

Устанавливается на сервер без операционной системы

Устанавливается как роль сервера Windows Server 2008 R2 (Hyper-V)

Устанавливается на сервер без операционной системы

Варианты поставки

Бесплатное издание VMware ESXi либо в составе коммерческой платформы VMware vSphere (гипервизоры ESX и ESXi)

Бесплатный продукт Microsoft Hyper-V Server 2008 R2 на базе Server Core либо как роль сервера Windows 2008 Server R2

Бесплатное издание CitrixXen либо в составе коммерческой платформы Citrix XenCenter

Централизованное управление

VMware vCenter

System Center Virtual Machine Manager

Citrix XenCenter

Файловая система для хранилищ виртуальных машин

Кластерная система VMFS, собственная разработка VMware

Гибридная файловая система CSV, надстройка над NTFS

LVM

Кластеры высокой доступности и отказоустойчивости

VMware High Availability

Кластеры Windows Server 2008 R2 и Virtual Machine Manager

Поддерживает

Балансировка нагрузки между хост-серверами

VMware Distributed Resource Scheduler

Технология Performance Resource Optimization (PRO) от Microsoft и партнеров

Поддерживает

Динамическое перемещение виртуальных машин между физическими серверами без простоя

VMware VMotion

Microsoft Live Migration

XenMotion

Динамическое перемещение хранилищ виртуальных машин

Storage VMotion (без простоя)

Quick Storage Migration (с прерыванием работы виртуальной машины)

Citrix StorageLink (интеграция с СХД)

Резервное копирование

VMware Data Recovery и сторонние продукты через интерфейса VMware vStorage API. Есть интеграция с продуктами Symantec, HP, IBM, CA и другими

Data Protection Manager 2007 R2, Data Protection Manager 2010 (в стадии бета-тестрирования), сторонние решения от Symantec, IBM, CA и др.

Поддерживает. Есть интеграция с продуктами Symantec и др.

Непрерывная доступность виртуальных машин при отказе оборудования хост-сервера

Технология VMware Fault Tolerance

Нет

CitrixXenServerHA

Развертывание виртуальных машин с дисками, растущими по мере наполнения данными

VMware Thin Provisioning

При помощи партнерских продуктов (например Citrix Essentials for Hyper-V)

Citrix Essentials

Преимущества средства управления

Централизация управления сетью (распределенный коммутатор), профилями хост-серверов (Host Profiles)

Средства управления и мониторинга System Center (Operation Manager, Configuration Manager)

Citrix XenCenter

Мониторинг физической и виртуальной инфраструтуры, мониторинг работы приложений в виртуальной среде

Минимальное

Расширенное, cредствами System Center

Минимальное

Средства обеспечения катастрофоустойчивости

Отдельный продукт VMware Site Recovery Manager

Интеграция службы кластеризации, встроенной в ОС (в том числе в бесплатную версию) с механизмами переключения репликации от производителей дисковых массивов

Integrated Site Recovery (Disaster Recovery)

Поддержка независимыми разработчиками ПО

Специализированные продукты Veeam, Cisco и других производителей, а также поддержка VMware в существующих продуктах крупнейших вендоров (HP, IBM, Symantec и т.п.)

Несколько продуктов с поддержкой Hyper-V

Специализированные продукты Veeam, Cisco и других производителей, а также поддержка VMware в существующих продуктах крупнейших вендоров (HP, IBM, Symantec и т.п.)

 

Несмотря на то, что средства виртуализации Microsoft пока несколько отстают от VMware технологически, они уже сегодня обладают критически важными функциями для многих компаний, в первую очередь, среднего и малого бизнеса. Как и крупным компаниям, им, помимо управления виртуальной средой, актуально также управление и физическими системами, где позиции Microsoft исторически сильны. Если же сравнить Citrix и VMware, то средства виртуализации у них схожие и функционал предоставляемый обоими продуктами практически идентичен.

Библиографический список:

1. Интернет портал - http://www.vmgu.ru
2. Интернет портал - http://www.citrix.ru
3. Интернет портал - http://www.vmware.ru
4. Интернет портал - http://www.microsoft.ru




Рецензии:

28.11.2013, 2:29 Назарова Ольга Петровна
Рецензия: Пересмотреть структуру статьи. Не рекомендуется к печати. Извиняюсь, не увидела продолжения. Рекомендуется к печати.

28.11.2013 7:07 Ответ на рецензию автора Кауфман Евгений Андреевич:
Что именно по структуре вызывает вопросы?



Комментарии пользователей:

16.12.2013, 7:48 Кауфман Евгений Андреевич
Отзыв: Исправлено. Пересмотрел структуру статьи.


Оставить комментарий


 
 

Вверх