Wirtualizacja w chmurze: rola wirtualizacji w przetwarzaniu w chmurze

Zanim organizacja przeprowadzi migrację do chmury, ważne jest, aby zrozumieć, jak działa podstawowa architektura chmury. U podstaw tej architektury leży wirtualizacja - technologia, która napędza ekonomię przetwarzania w chmurze i umożliwia użytkownikom dynamiczne dostosowywanie zasobów do obciążeń w chmurze.

Ten artykuł stanowi wprowadzenie do wirtualizacji chmury i roli, jaką odgrywa ta technologia w środowiskach opartych na chmurze. Dołącz, aby dowiedzieć się, jak działa wirtualizacja i dlaczego zwirtualizowane zasoby IT są niezbędne do efektywnego wykorzystania sprzętu w infrastrukturze chmury.

Czym jest wirtualizacja w chmurze obliczeniowej?

Wirtualizacja chmury odnosi się do wykorzystania wirtualizacji w środowisku opartym na chmurze. Dostawcy usług chmurowych wykorzystują tę technologię do tworzenia wirtualnych instancji zasobów obliczeniowych i dostarczania ich użytkownikom końcowym za pośrednictwem Internetu.

Wirtualizacja dzieli komponenty sprzętowe (procesory, pamięć, pamięć masowa) na jednym serwerze na wiele maszyn wirtualnych (VM). Każda maszyna wirtualna obsługuje oddzielny system operacyjny i działa jak niezależny komputer, mimo że działa tylko na części podstawowego sprzętu.

Oto przegląd tego, jak wirtualizacja chmury działa w praktyce:

• Dostawca konfiguruje serwery fizyczne i sprzęt sieciowy w centrum danych. Zasoby te stanowią szkielet infrastruktury chmurowej.
• Na każdym serwerze fizycznym działa hypervisor, który przydziela zasoby fizyczne wielu maszynom wirtualnym działającym na serwerze.
• Chociaż maszyny wirtualne działają na tym samym serwerze, działają jako izolowane środowiska komputerowe. Każda maszyna wirtualna ma swój własny wirtualny procesor, pamięć, pamięć masową i interfejsy sieciowe i nie mają na nią wpływu zmiany ani problemy w innych maszynach wirtualnych.
• Użytkownicy chmury wchodzą w interakcję ze zwirtualizowanymi zasobami za pośrednictwem interfejsu internetowego, interfejsu API lub narzędzia wiersza poleceń. Samoobsługa umożliwia użytkownikom udostępnianie i konfigurowanie maszyn wirtualnych oraz zarządzanie nimi w zależności od ich potrzeb.
• Hiperwizor dynamicznie przydziela procesor, pamięć, pamięć masową i przepustowość sieci serwerowi fizycznemu maszynom wirtualnym w oparciu o bieżące zapotrzebowanie na obciążenie.

Z punktu widzenia dostawcy wirtualizacja w chmurze optymalizuje wykorzystanie sprzętu i zmniejsza koszty w porównaniu z wdrażaniem indywidualnych serwerów typu bare metal dla każdej aplikacji lub obciążenia. Z punktu widzenia użytkownika końcowego wirtualizacja w chmurze umożliwia łatwe skalowanie zasobów i poprawia elastyczność IT. Technologia ta umożliwia także użytkownikom płacenie tylko za zasoby, z których aktywnie korzystają, zamiast wynajmować całe serwery.

Charakterystyka wirtualizacji

Wirtualizacja to podstawowa technologia w nowoczesnym informatyce, ponieważ oferuje szereg kluczowych funkcji zwiększających elastyczność i wydajność IT. Oto najważniejsze cechy wirtualizacji:

• Abstrakcja sprzętu. Wirtualizacja abstrahuje fizyczne zasoby sprzętowe do instancji wirtualnych. Abstrakcja umożliwia administratorom i użytkownikom końcowym zarządzanie zasobami niezależnie od podstawowego sprzętu.
• Izolacja instancji. Wirtualizacja izoluje wszystkie instancje wirtualne obecne na serwerze. Każde środowisko działa niezależnie i bezpiecznie, bez zakłóceń ze strony innych instancji.
• Enkapsulacja stanu. Wirtualizacja hermetyzuje cały stan instancji wirtualnej w plikach lub obrazach. Ta funkcja ułatwia replikację instancji.
• Łączenie zasobów. Wirtualizacja umożliwia łączenie zasobów fizycznych z wielu urządzeń sprzętowych we wspólną pulę zasobów. W ten sposób instancje mogą sprostać wymaganiom przekraczającym możliwości pojedynczego urządzenia.
• Dynamiczne udostępnianie. Wirtualizacja umożliwia dynamiczne udostępnianie i skalowanie instancji. Przydzielasz lub zwalniasz zasoby w czasie rzeczywistym w oparciu o aktualne wymagania, bez konieczności zarządzania sprzętem.
• Niezależność sprzętu. Abstrakcja podstawowego sprzętu umożliwia maszynom wirtualnym działanie na różnych typach infrastruktury fizycznej bez konieczności modyfikacji. Niezależność sprzętowa ułatwia migrację maszyn wirtualnych między różnymi dostawcami lub środowiskami IT.
• Skalowalność zasobów. Wirtualizacja umożliwia użytkownikom łatwe skalowanie instancji. Użytkownicy mogą skalować zarówno w pionie (tj. dodając więcej zasobów do istniejących instancji), jak i w poziomie (tj. wdrażając więcej instancji).

Rodzaje wirtualizacji

Rozdzielenie serwerów na wiele maszyn wirtualnych to tylko jedna z kilku strategii wirtualizacji stosowanych przez firmy w celu usprawnienia operacji. Poniżej znajduje się pięć innych popularnych typów wirtualizacji, które zwiększają wydajność IT i opłacalność.

Wirtualizacja pamięci masowej

Wirtualizacja pamięci masowej oddziela fizyczne zasoby pamięci masowej (dyski twarde, dyski SSD, macierze pamięci masowej itp.) od podstawowego sprzętu, umożliwiając administratorom zarządzanie nimi jako pojedynczą pulą pamięci masowej. Zwirtualizowane pule pamięci działają jako spójny zasób pamięci, który umożliwia:

• Bardziej efektywne wykorzystanie pojemności pamięci.
• Uproszczone zarządzanie pamięcią masową.
• Usprawnione procedury archiwizacji, tworzenia kopii zapasowych i odzyskiwania.
• Prostsze migracje danych.

Wirtualizacja pamięci masowej umożliwia integrację urządzeń pochodzących od różnych dostawców i znajdujących się w różnych lokalizacjach w jednolitą infrastrukturę pamięci masowej. Integracja ta maksymalizuje istniejące inwestycje i pomaga uniknąć uzależnienia od dostawcy.

Wirtualizacja pamięci masowej często obejmuje także możliwości cienkiego udostępniania, które umożliwiają administratorom przydzielanie pojemności pamięci masowej na żądanie zamiast wstępnego alokowania fizycznej przestrzeni dyskowej. Cienka alokacja pomaga zoptymalizować wykorzystanie pamięci masowej i zmniejszyć ilość odpadów.

Wirtualizacja sieci

Wirtualizacja sieci abstrahuje zasoby sieciowe, aby umożliwić tworzenie wielu sieci wirtualnych na współdzielonej infrastrukturze fizycznej. Administratorzy kontrolują wyodrębnione zasoby bez konieczności zarządzania sprzętem, co znacznie upraszcza zarządzanie siecią.

Każda sieć wirtualna działa jako logicznie oddzielna jednostka z indywidualnymi zasadami sieciowymi, przestrzenią adresową i konfiguracjami. Ruch z jednej sieci wirtualnej nie może bezpośrednio uzyskiwać dostępu do ruchu z innej sieci wirtualnej ani zakłócać go.

Istnieją dwa rodzaje wirtualizacji sieci:

• Sieć definiowana programowo (SDN). SDN wirtualizuje płaszczyznę kontroli (która określa sposób przekazywania ruchu) i oddziela ją od płaszczyzny danych (która faktycznie przekazuje ruch). Zdefiniowane programowo płaszczyzny sterujące instruują sprzęt, w jaki sposób kierować ruchem, co ułatwia zarządzanie sieciami.
• Wirtualizacja funkcji sieciowych (NFV). NFV wirtualizuje urządzenia sieciowe (routery, zapory ogniowe, moduły równoważenia obciążenia itp.) i przekształca je w instancje oparte na oprogramowaniu. NFV ułatwia konfigurację, udostępnianie i zarządzanie urządzeniami sieciowymi.

Wirtualizacja sieci ma kluczowe znaczenie dla łączności hybrydowej i wielochmurowej. Technologia ta umożliwia bezproblemowe połączenia i mobilność obciążeń między zasobami lokalnymi i zasobami w chmurze, co jest kluczowe w architekturach chmur wielo- i hybrydowych.

Wirtualizacja danych

Wirtualizacja danych wyodrębnia i integruje dane z różnych baz danych, hurtowni danych i usług. W rezultacie wyodrębniasz fizyczną lokalizację, format i strukturę danych z podstawowych źródeł danych, przedstawiając je użytkownikom i aplikacjom w logicznym, ujednoliconym widoku.

Wirtualizacja danych eliminuje złożoność przechowywania i odzyskiwania danych, ułatwiając dostęp do danych i ich wykorzystanie. Ten typ wirtualizacji ułatwia także integrację danych z różnych źródeł, w tym:

• Różne typy baz danych.
• Pliki płaskie.
• Usługi internetowe.
• Platformy przechowywania w chmurze.

Wirtualizacja danych często obejmuje także agregację, transformację i wzbogacanie danych w locie. Funkcje te umożliwiają użytkownikom łączenie i manipulowanie danymi z różnych źródeł w celu spełnienia określonych potrzeb biznesowych.

Wirtualizacja aplikacji

Wirtualizacja aplikacji wyodrębnia aplikacje z bazowego systemu operacyjnego i hermetyzuje je w samodzielne pakiety, które działają w izolacji od środowiska hosta. Zwirtualizowane pakiety zawierają wszystko, czego potrzebuje aplikacja do działania, w tym wszystkie niezbędne pliki, biblioteki i zależności.

Każda zwirtualizowana aplikacja działa w piaskownicy, aby zapobiec konfliktom z innymi aplikacjami i konfiguracjami systemu. W rezultacie wirtualizacja aplikacji pomaga rozwiązać problemy ze zgodnością. Można na przykład użyć tego typu wirtualizacji do uruchomienia aplikacji Windows w systemie Linux i odwrotnie.

Istnieją trzy typy wirtualizacji aplikacji:

• Lokalna wirtualizacja aplikacji. W tym podejściu cała aplikacja działa w środowisku wykonawczym na urządzeniu końcowym. Użytkownicy instalują i uruchamiają aplikację lokalnie, ale aplikacja działa w środowisku wirtualnym odizolowanym od systemu operacyjnego i innych programów.
• Przesyłanie strumieniowe aplikacji. W tej metodzie aplikacja znajduje się na serwerze, który przesyła strumieniowo niewielkie komponenty oprogramowania lub niezbędne dane do urządzenia końcowego. W rezultacie aplikacja działa na punkcie końcowym bez konieczności pełnej instalacji, co zmniejsza wymagania dotyczące zasobów urządzenia.
• Wirtualizacja aplikacji na serwerze (lub publikowanie aplikacji). W tym podejściu aplikacja działa całkowicie na serwerze lub w zdalnej infrastrukturze. Serwer przesyła elementy interfejsu użytkownika aplikacji do urządzenia klienckiego wyłącznie za pośrednictwem przeglądarki internetowej lub interfejsu klienta.

Zwirtualizowane aplikacje zużywają mniej zasobów systemowych w porównaniu do tradycyjnych instalacji. Aplikacje te nie wymagają od użytkowników modyfikowania plików systemowych ani ustawień rejestru na niekompatybilnych urządzeniach, co prowadzi do poprawy wydajności w systemach hosta.

Wirtualizacja pulpitu

Wirtualizacja pulpitów, znana również jako infrastruktura wirtualnych pulpitów (VDI), polega na hostowaniu wirtualnych pulpitów na scentralizowanym serwerze i dostarczaniu ich do urządzeń użytkowników końcowych za pośrednictwem sieci lokalnej lub Internetu.

Zamiast uruchamiać systemy operacyjne i aplikacje komputerowe lokalnie na swoich urządzeniach, użytkownicy uzyskują zdalny dostęp do wirtualnych pulpitów za pośrednictwem komputerów stacjonarnych, laptopów, tabletów lub smartfonów. Ta dostępność zwiększa mobilność i umożliwia pracę zdalną, ponieważ użytkownicy mogą bezpiecznie uzyskiwać dostęp do wirtualnych pulpitów z domu, w podróży lub w oddziałach.

Zwirtualizowany pulpit może być trwały lub nietrwały:

• Trwałe komputery stacjonarne zachowują ustawienia, pliki i aplikacje w trakcie sesji.
• Nietrwałe komputery stacjonarne odrzucają wszystkie zmiany wprowadzone podczas sesji po wylogowaniu, zapewniając czyste konto następnemu użytkownikowi.

Wirtualizacja komputerów stacjonarnych centralizuje zadania zarządzania, takie jak udostępnianie, instalowanie poprawek, aktualizacja i tworzenie kopii zapasowych. Administratorzy zarządzają wirtualnymi pulpitami z konsoli centralnej, co ułatwia utrzymanie spójności i bezpieczeństwa we wszystkich środowiskach.

Praktyczne zastosowania wirtualizacji

Oto kilka praktycznych zastosowań wirtualizacji w różnych domenach:

• Przetwarzanie w chmurze. Wirtualizacja jest podstawą przetwarzania w chmurze i jest niezbędna w przypadku wszystkich modeli wdrażania chmury. Technologia ta umożliwia dynamiczną alokację zasobów obliczeniowych niezbędnych do zapewnienia skalowalności na żądanie.
• Konsolidacja sprzętu. Wirtualizacja umożliwia organizacjom konsolidację wielu serwerów fizycznych w mniejszą liczbę maszyn wirtualnych. W rezultacie firmy zmniejszają koszty sprzętu, zużycie energii i powierzchnię centrum danych lub serwerowni.
• Funkcje sieciowe. Wirtualizacja funkcji i usług sieciowych umożliwia bardziej wydajne i opłacalne wdrażanie usług sieciowych oraz zarządzanie nimi.
• Analiza danych. Wirtualizacja umożliwia organizacjom tworzenie wirtualnych jezior danych i środowisk analitycznych do przetwarzania i analizowania dużych zbiorów danych.
• Odzyskiwanie po awarii. Wirtualizacja umożliwia ekonomiczne odzyskiwanie po awarii poprzez replikację i tworzenie kopii zapasowych zwirtualizowanych obciążeń w zdalnych centrach danych lub środowiskach chmurowych.
• Zespoły pracujące przede wszystkim zdalnie. Własne rozwiązania VDI i outsourcing DaaS umożliwiają organizacjom dostarczanie pracownikom środowisk stacjonarnych przez Internet. Zwirtualizowane komputery stacjonarne zwiększają bezpieczeństwo i łatwość zarządzania oraz w naturalny sposób pasują do pracy zdalnej i zasad BYOD.
• Obsługa starszych aplikacji. Wirtualizacja umożliwia hermetyzację starszych aplikacji i uruchamianie ich na nowoczesnym sprzęcie i systemach operacyjnych. W ten sposób wydłużysz żywotność starszych aplikacji i zmniejszysz problemy ze zgodnością.
• Komputery z wieloma systemami operacyjnymi. Niektórzy użytkownicy decydują się na uruchomienie hiperwizora na komputerze lokalnym, aby umożliwić mu obsługę kilku systemów operacyjnych. Możesz przełączać się z jednego systemu operacyjnego na inny, nie zmieniając niczego w podstawowym systemie operacyjnym.
• Sieci dostarczania treści (CDN). Sieci CDN często korzystają z wirtualizacji w celu poprawy wydajności aplikacji internetowych i multimediów przesyłanych strumieniowo. Zwirtualizowane serwery buforujące i węzły brzegowe dystrybuują treści bliżej użytkowników końcowych, zmniejszając opóźnienia i poprawiając wygodę użytkownika.
• DevOps. Wirtualizacja odgrywa kluczową rolę w DevOps, ponieważ technologia umożliwia elastyczne środowiska programistyczne i testowe na żądanie.

Wirtualizacja - zalety i wady

Podobnie jak wszystkie technologie, wirtualizacja ma zarówno zalety, jak i wady, o których należy wiedzieć przed rozpoczęciem wirtualizacji części infrastruktury IT. Przyjrzyjmy się bliżej głównym zaletom i wadom wirtualizacji.

Zalety

Wirtualizacja oferuje wiele korzyści, które zwiększają wydajność i elastyczność IT. Oddzielając zasoby obliczeniowe od sprzętu, wirtualizacja przekształca środowiska IT w dynamiczne, elastyczne i opłacalne ekosystemy.

Oto główne korzyści wynikające ze stosowania wirtualizacji:

• Lepsze wykorzystanie zasobów. Przeciętny serwer dedykowany podczas normalnej pracy zużywa tylko 15% swoich zasobów. Wirtualizacja umożliwia uruchomienie kilku maszyn wirtualnych na jednym serwerze i maksymalizację wykorzystania wydajności każdego serwera.
• Scentralizowane zarządzanie. Wirtualizacja centralizuje zadania zarządzania, takie jak udostępnianie, monitorowanie i konserwacja. Administratorzy zarządzają maszynami wirtualnymi za pośrednictwem ujednoliconego interfejsu lub zdefiniowanej programowo płaszczyzny sterowania, co usprawnia administrację i zmniejsza złożoność operacyjną.
• Oszczędności. Wirtualizacja znacznie zmniejsza koszty sprzętu poprzez konsolidację wielu maszyn wirtualnych na mniejszej liczbie serwerów fizycznych. Użytkownicy mogą obniżyć koszty zakupu sprzętu i koszty jego utrzymania.
• Wysoka skalowalność. Wirtualizacja umożliwia szybkie skalowanie infrastruktury IT w celu dostosowania się do zmieniających się wymagań dotyczących obciążenia. Ta elastyczność wspiera rozwój biznesu i wahania zapotrzebowania na zasoby.
• Szybsze udostępnianie. Kupowanie, instalowanie i konfigurowanie sprzętu fizycznego jest czasochłonne. Z drugiej strony, udostępnianie maszyn wirtualnych jest szybkie i łatwe, a ponadto może odbywać się automatycznie.
• Przenośność zadań. Środowiska zwirtualizowane są niezależne od platformy. Maszyny wirtualne bezproblemowo działają na różnych platformach sprzętowych i migrują między środowiskami lokalnymi i chmurowymi.
• Większe bezpieczeństwo. Wirtualizacja zwiększa bezpieczeństwo, izolując maszyny wirtualne od siebie i od podstawowego sprzętu. W rezultacie użytkownicy zmniejszają ryzyko infekcji złośliwym oprogramowaniem, naruszeń danych i nieautoryzowanego dostępu.
• Krótszy czas przestojów. Maszyny wirtualne przemieszczają się między hostami fizycznymi przy minimalnych przestojach, co ułatwia zapewnienie dostępności krytycznych usług. Można uruchomić wiele nadmiarowych maszyn wirtualnych obok siebie i skonfigurować przełączanie awaryjne między nimi, aby zapewnić zerowe przestoje podczas zakłócających incydentów.

Wady

Chociaż wirtualizacja oferuje wiele korzyści, technologia ta wprowadza kilka wad, które należy wziąć pod uwagę przed jej przyjęciem.

Oto główne wady wirtualizacji:

• Narzut na wydajność. Dodatkowa warstwa abstrakcji pomiędzy maszynami wirtualnymi a sprzętem fizycznym powoduje niewielki narzut na wydajność. Ten narzut może mieć wpływ na wydajność, jeśli uruchamiasz obciążenia wymagające dużej ilości zasobów.
• Walka o zasoby. W systemach wirtualnych mogą występować wąskie gardła, gdy maszyny wirtualne konkurują o udostępnione zasoby. Jedna maszyna wirtualna monopolizująca zasoby i wpływająca na wydajność innych maszyn wirtualnych jest częstym problemem, jeśli jednostka adoptująca nie skonfiguruje prawidłowo alokacji zasobów.
• Nowe wektory ataków. Choć wirtualizacja jest korzystna dla ogólnego bezpieczeństwa, wprowadza kilka nowych wektorów ataków. Osoby adoptujące muszą uwzględnić luki w zabezpieczeniach maszyn wirtualnych, exploity hypervisora i ataki typu gość do gościa.
• Uzależnienie od dostawców. Organizacje mogą stać się nadmiernie zależne od określonych dostawców i technologii wirtualizacji. To uzależnienie od dostawców sprawia, że przełączanie między platformami lub migracja maszyn wirtualnych do alternatywnych rozwiązań jest skomplikowane i kosztowne.
• Narzuty na przechowywanie. Maszyny wirtualne wymagają miejsca na dysku do przechowywania dysków wirtualnych (VMDK, VHD itp.) i migawek, co wiąże się z pewnym obciążeniem miejsca na dane. Zarządzanie zasobami pamięci wirtualnej wymaga starannego planowania, aby uniknąć rozproszenia i nieefektywności.
• Shadow IT. Pracownicy mogą wdrażać maszyny wirtualne bez odpowiedniej autoryzacji lub nadzoru ze strony zespołu ds. bezpieczeństwa. Te instancje Shadow IT zużywają zasoby i często wprowadzają nowe zagrożenia.

Kluczowa technologia zarówno lokalnie, jak i w chmurze

Dla dostawców usług w chmurze wirtualizacja jest podstawową technologią, bez której model przetwarzania w chmurze nie jest możliwy. W przypadku firm zainteresowanych wirtualizacją wewnętrzną abstrakcja sprzętu maksymalizuje inwestycje w sprzęt i upraszcza codzienne zarządzanie. Teraz, gdy wiesz, jak działa wirtualizacja, masz wszystkie informacje potrzebne do oceny, czy Twoja firma odniesie korzyści ze zwirtualizowanych zasobów IT.