Лекция: Виртуализация платформ
Под виртуализацией платформ понимают создание программных систем на основе существующих аппаратно-программных комплексов, зависящих или независящих от них. Система, предоставляющая аппаратные ресурсы и программное обеспечение, называется хостовой (host), а симулируемые ей системы – гостевыми (guest). Чтобы гостевые системы могли стабильно функционировать на платформе хостовой системы, необходимо, чтобы программное и аппаратное обеспечение хоста было достаточно надежным и предоставляло необходимый набор интерфейсов для доступа к его ресурсам. Одна из классификаций видов виртуализации платформ по полноте симуляций аппаратного обеспечения:
1. Полная эмуляция (симуляция) полная виртуализация всего аппаратного обеспечения при сохранении гостевой операционной системы в неизменном виде. Такой подход позволяет эмулировать различные аппаратные архитектуры. Основной минус: существенно замедляет быстродействие гостевой системы, что делает работу с ней очень неудобной. Использование использования: разработка нового системного ПО для процессоров ещё до того, как они будут физически доступны; образовательные цели. Примеры продуктов для создания эмуляторов: Bochs, PearPC, QEMU (без ускорения), Hercules Emulator.
2. Частичная эмуляция (нативная виртуализация) виртуализация лишь необходимого количества аппаратного обеспечения, чтобы она могла быть запущена изолированно. Такой подход позволяет запускать гостевые операционные системы, разработанные только для той же архитектуры, что и у хоста. Таким образом, несколько экземпляров гостевых систем могут быть запущены одновременно. Плюсы: позволяет существенно увеличить быстродействие гостевых систем по сравнению с полной эмуляцией и широко используется в настоящее время. Для повышения быстродействия в таких платформах применяется гипервизор («прослойка», монитор виртуальных машин), позволяющий гостевой системе напрямую обращаться к ресурсам аппаратного обеспечения. Минус: отнести зависимость виртуальных машин от архитектуры аппаратной платформы. Примеры продуктов для нативной виртуализации: VMware Workstation, VMware Server, VMware ESX Server, Virtual Iron, Virtual PC, VirtualBox, Parallels Desktop и другие.
3. Частичная виртуализация, а также «виртуализация адресного пространства» («address space virtualization») симуляция нескольких экземпляров аппаратного окружения (но не всего), в частности, пространства адресов. Позволяет совместно использовать ресурсы и изолировать процессы на уровне ОС, но не позволяет разделять экземпляры гостевых операционных систем. В данный момент многие из известных операционных систем используют такой подход. Примером может послужить использование UML (User-mode Linux), в котором «гостевое» ядро запускается в пользовательском пространстве базового ядра (в его контексте).
4. Паравиртуализация – для использования в виртуальной среде ядро гостевых ОС незначительно модифицируется. Для взаимодействия с АО используется специальный программный интерфейс (API) для взаимодействия с гостевой операционной системой. Плюсы: высокая производительность. Минусы: Потребность в изменении гостевой ОС.
5. Виртуализация уровня операционной системы – не эмуляция АО, а работа на уровне разделения групп процессов и ресурсов в рамках одной ОС. Ядро ОС едино для всех виртуальных машин, однако различные виртуальные машины изолированы и не взаимодействуют друг с другом. Распределением ресурсов и разграничением доступа занимается подсистема виртуализации на уровне ядра.
6. Виртуализация уровня приложений – технология, помогающая использовать программные решения без установки на ПК. Вычисления хранение информации осуществляется в корпоративном центре обработки данных, а пользовательская работа ничем не отличается от привычного приложения.