Introduzione alla virtualizzazione

Obiettivi del seminario
• Informare
– Cos’è la virtualizzazione
• Chiarire
– Tipi di virtualizzazione e differenze
• Analizzare
– vantaggi e svantaggi
• Dettagliare alcuni aspetti tecnici
– di virtualizzazione dei server e dei client
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
2
Presentazione aziende
•
•
•
•
•
•
•
Assyrus
Dell
Double Take
PlateSpin
Systematika
Vizioncore
VMware
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
3
Virtualizzazione
Introduzione
Reale o virtuale?
• Etimologia del termine “virtuale”
– deriva dal latino virtus
• significato di “virtù”, “facoltà”, “potenza”
• Il termine è usato con molti significati diversi
– nel significato di potenziale, che può accadere
– in informatica è spesso usato per indicare ciò che
non è reale
• simulato, virtuale e emulato NON sono sinonimi
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
5
Virtualizzazione
• Definizione (fonte: Wikipedia)
– creazione di una versione virtuale di una risorsa
normalmente fornita fisicamente
• definizione di virtuale
– “oggetto non realmente esistente, non avente una sua fisicità”
• Virtualizzazione
– meccanismo per creare contesti multipli,
partizionando le risorse
• Qualunque risorsa hardware o software può
essere virtualizzata
– sistemi operativi, server, processori, memoria,
spazio disco, applicazioni, fax, telefoni, …
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
6
Tipi di virtualizzazione (1)
• System Virtualization
– Server Virtualization
– DesktopVirtualization
• Virtualizzazione lato client
• Virtualizzazione lato server
• Application Virtualization
– Applicazioni “inscatolate”
– Applicazioni “portabili”
– Streaming di applicazioni
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
7
Tipi di virtualizzazione (2)
• Storage Virtualization
– SAN, NAS, CAS
• Network Virtualization
– VLAN, VPN
• Presentation Virtualization
– Terminal Server / Citrix
• Altri esempi di virtualizzazione
– Software-As-A-Service (SAAS)
– Grid
– Cluster
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
8
Considerazioni
• Perché tanti tipi di virtualizzazione?
– Per esigenze diverse
– Per aspetti tecnici diversi
• Quale scegliere?
–?
• Si possono combinare?
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
9
Livelli di un sistema
Programma Programma
Shared
• Presentation Virtualization
Shared
• Application Virtualization
Sistema
Operativo
Hardware
23/05/2008
• System Virtualization
Quali livelli vengono virtualizzati?
Da quale livello parte la virtualizzazione?
Seminario Virtualizzazione 2008
10
System Virtualization
Programma
Programma
Programma
Programma
Programma
Programma
Shared
Shared
Shared
Shared
Shared
Shared
Sistema
Operativo
Sistema
Operativo
Sistema
Operativo
Hardware
Hardware
Hardware
Hardware
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
11
Application Virtualization
Programma
Programma
Programma
Programma
Programma
Programma
Shared
Shared
Shared
Shared
Shared
Shared
Contesto
Contesto
Contesto
Sistema
Operativo
Hardware
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
12
Presentation Virtualization
Programma
Programma
Programma
Programma
Programma
Istanze
Shared
Shared
Sistema
Operativo
Hardware
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
13
Riepilogo
• Cosa virtualizzo?
Programma Programma
Shared
Shared
Sistema
Operativo
Hardware
23/05/2008
–
–
–
–
intero sistema (emulazione)
solo una parte
solo le librerie
solo le sessioni
• Come virtualizzo?
–
–
–
–
–
tramite hardware
tramite hypervisor
tramite software
tramite contesti
tramite istanze
Seminario Virtualizzazione 2008
14
Virtualizzazione dei sistemi
Introduzione
Cenni storici
• La preistoria (anni ’60)
– nasce il concetto di macchina virtuale
• da parte di IBM con il suo prodotto VM/370
• si parla di SuperVisor
• La storia (anni ’90)
– la ricerca di un meccanismo per rendere un
programma portabile su più architetture ha portato
nuovo interesse alle tecniche di virtualizzazione
• macchina virtuale simulata: Java Virtual Machine (JVM)
– negli anni recenti c’è stato un rinnovato interesse
per la virtualizzazione dell’hardware
• 1999 – primi prodotti di virtualizzazione x86
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
16
Sistema virtuale
Unmodified
Application
Virtual Machines
Unmodified
OS
Server
SW diESX
virtualizzazione
(X86) Physical Server
Hardware
virtuale
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
17
The Big Four
CPU
DISK
MEMORY
NETWORK
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
18
Terminologia
• Virtualization
– Desktop virtualization
– Server virtualization
•
•
•
•
Paravirtualization
Emulation
VMM (Virtual Machine Monitor)
Guest / DomainUs / VM
– La macchina virtuale
• Host / Domain0 / Parent
– La macchina reale sulla quale viene eseguito il
software di virtualizzazione
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
19
Architetture di virtualizzazione
Type-2 VMM
(Hosted VM)
Hybrid VMM
Type-1 VMM
(Native VM)
Guest 1 Guest 2
Guest 1 Guest 2
VMM
Guest 1 Guest 2
VMM
Host OS
Host OS
Host OS
Hardware
VMM
Hardware
Hardware
Esempi:
Esempi:
Esempi:
JVM
Microsoft Virtual PC
WMware ESX
CLR
Microsoft Virtual Server
Microsoft Hyper-V
VMware Workstation
Xen
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
20
Hypervisor
• VMM di tipo 1
– Virtualizzazione “bare-metal”
• Monolitico o microkernel
– Pochi MB
• ESX 3i
• Microsoft Hyper-V
• Perché è importante scegliere un sistema con
VMM di tipo 1?
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
21
Alcune considerazioni
• Perché si parla di virtualizzazione?
• Perché la virtualizzazione è possibile?
• Tre fenomeni distinti:
– Crescita dei server
• Server Sprawl
– Sotto-utilizzo dei server
– Crescita della potenza dei server
• Legge di Moore
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
22
Server Sprawl
• Nuovo servizio/applicazione = nuovo server
Application
Application
File/Print
Application
File/Print
Database
Database
Application
Application
File/Print
Application
Application
Application
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
23
Utilizzo dei sistemi
100%
Server Utilization Profile
% of Servers
80%
Source: Capacity Planner customer
analysis
60%
Prime Time
Peak
40%
20%
0%
0%
1
0-
0%
3
20
0%
5
40
0%
7
60
CPU Utilization
0%
9
80
Paying for unused computing power
“Through 2007, organizations with more than 200 servers will waste between $500,000
and $720,000 annually supporting underutilized application/server combinations”
Gartner Research, December 2004
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
24
Evoluzione dei server
Esplosione del numero di
sistemi fisici e logici
Basso utilizzo dei sistemi x86
Con potenza sempre crescente (MultiCore, GHz, …)
Relative CPU Utilization
70%
# components
60%
50%
+
40%
30%
20%
10%
SOA
Web
C/S
0%
Mainframe
Unix
x86
Source: IBM Scorpion, VMware Internal
• Dramatic increases in dedicated, under-utilized IT assets
• Management of servers is costly and complex
• Inflexibility makes it hard to meet business needs
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
25
Key Features of Virtualization
Partitioning
Isolation
Run multiple virtual machines
simultaneously on a single physical
server
Each virtual machine is isolated
from other virtual machines on the
same server
Encapsulation
Hardware Independence
………
…. ………
..
………. ..
………
………. ..
……
Virtual machines encapsulate entire
systems (hardware configuration,
operating system, apps) in files
23/05/2008
Run a virtual machine on any
server without modification
Seminario Virtualizzazione 2008
26
Resource Multiplier
Physical
Virtualized
4-way Server
Physical
2 HBAs (paired)
Run up to
32 Virtual
Machines !
6GB Memory
Virtualized
Create and
allocate up to
32 Virtual Disks !
2 NICs (paired)
Allocate up to
12 GB Virtual
Machine Memory !
Create and
allocate up to
16 Virtual NICs !
All physical resources are shared by virtual machines resulting in
a resource multiplier effect
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
27
Diffusione
• Top 10 delle previsioni, Enterprise Computing, IDC, maggio
2006
– il mercato ha raggiunto oltre 300 milioni di dollari nel 2004 attestandosi
su ritmi che lo porteranno ad avanzare a un tasso del 20%
– IDC estimates that in 2006, 2.3M virtual servers were deployed
compared to 7.7M physical servers
– IDC reports that 76 percent of companies are planning to adopt or are
adopting x86 virtualization in the next 12 months
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
28
Virtualizzazione dei sistemi
Pro e contro
Svantaggi
• Overhead aggiuntivo
– Consumo di memoria e processore del VMM
– Consumo di memoria per ogni VM accesa
– Consumo di storage per ogni VM
• Vincolato ad una piattaforma hardware
• Necessita di una infrastruttura?
• Maggior criticità
–
–
–
–
Numero effettivo di sistemi in produzione?
Soluzioni “giovani”?
Gestione più o meno complessa?
Quando non è applicabile?
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
30
Vantaggi
Systems
Staff
Agility
Maintenance
• Management costs
• I/T and user productivity
• Hardware refresh/ Legacy
Growth
Development
Bu
and
Dem
s
s
sine
IT
onse
Resp
Time
• Development &
0%
utilization
100%
• Under-utilized capacity
• Power, cooling & space
constraints
Server virtualization
can
help address
these
• Reduce planned
&
deployment
cycles
unplanned downtime
•
Limited
I/T
resources
challenges by improving manageability and
• Variable business demand
resource utilization
How do I simplify
application migration
operations?
How do I effectively
scale?
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
How do I improve
utilization?
31
Consolidation e Containment
Virtual infrastructure provides a managed approach to
regain control over x86-based server sprawl
Server consolidation
–
Reduce number of servers in datacenter
to reduce costs
Server containment
–
Create virtual machines instead of
provisioning new hardware
–
Reduces future hardware needs
For every server virtualized, save…
y ~$700 and ~7,000 kWh / year
y $300 in carbon offsets over lifetime
y 4 tons of CO2 emissions / year
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
32
Consolidamento dei sistemi
300 server
reali
8 server, 1 rack
e software di
virtualizzazione
10:1 consolidation = 80-90% less energy
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
33
GreenIT
• Meno server (reali) = meno consumo
– Energia elettrica
– Energia termica
• Quanto e cosa consuma in un PC?
–
–
–
–
CPU
alimentatori
schede video
dischi
• Energia (e potenza) on demand
– Distributed Power Management
• Basta la virtualizzazione per parlare di GreenIT o
Green Computing?
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
34
Ripristino dei sistemi
Physical to Physical
Recovery
Configure
hardware
Install
OS
Configure
OS
Install
backup
agent
Start “Single-step
automatic recovery”
Virtual to Virtual
Recovery
Customer Example:
• 40+ hours for physical to
physical recovery
• < 4 hours for virtual to virtual
recovery
Restore VM
Configuration
23/05/2008
Start data
recovery
Seminario Virtualizzazione 2008
35
Instant Provisioning
Physical
Configure
hardware
Deploy
from
Template
Virtual
Install
OS
Power
on VM
Configure
OS &
Tools
Assign
IP Addr
<1 hr of
work
1-2 days
lead time
Configure
Network
Test Apps
20-40 hrs
of work
4-6 week
lead time
Provisioning time reduced to minutes, not days to
weeks!
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
36
Riepilogo vantaggi (1)
• Riduzione del numero di server fisici
(consolidamento)
– riduzione dei costi hardware
– minor riscaldamento e minor consumo energetico
• Ottimizzazione degli spazi
– alternativa ai server Blade
• Ottimizzazione delle risorse
– alloca le risorse dinamicamente quando e dove
necessario
• Ottimizzazione dei consumi energetici
– aspetto ecologico-energetico
• risparmio di energia e minor inquinamento
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
37
Riepilogo vantaggi (2)
• Gestione dei sistemi semplificata
–
–
–
–
rapidità nella messa in opera di nuovi sistemi
gestione semplice di risorse eterogenee
definizione di procedure di disaster recovery
facilita ambienti di testing e debugging
• Continuità di servizio
– possibilità di “spostare” di server virtuali
– eventuali funzioni di alta disponibilità
– ripristino rapido di server virtuali
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
38
Riepilogo vantaggi (3)
• Scalabilità elevata
–
–
–
–
utilizzo di più server fisici
crescita graduale
ripartizione delle risorse
dynamic IT
• Sistemi indipendenti
– isola l’architettura da problemi a livello di sistema
operativo e applicativo
– isola il sistema operativo dal tipo di hardware fisico
• utile per sistemi legacy, ma non solo!
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
39
Virtual Appliances
• 250+ virtual appliances are available for download
– http://www.vmware.com/appliances/
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
40
ROI (Return On Investment)
• Le soluzioni della virtualizzazione riducono i costi
– acquisto dell’hardware
– allocazione fisica
– manutenzione
• amministrazione centralizzata
• espansione del datacenter e provisioning di nuovi server
– test
– aggiornamento dell’hardware
• Stime e analisi indicative
–
–
–
–
–
–
–
ritorno completo sull’investimento in meno di 6 mesi
riduzione del TCO del Datacenter fino al 64 %
riduzione dei costi hardware del 40%
riduzione dei costi di manutenzione e testing fino al 70%
riduzione dei tempi di downtime del 25-55 %
riduzione dei tempi di failure recovery dell’ 80%
riduzione dei tempi di sviluppo e test da ore a minuti
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
41
Licenze virtuali o reali? (1)
• Considerazioni sulle licenze
– Una VM è l’equivalente di un computer
• stesse richieste di un server fisico
– Un software OEM è valido solo per un dato
hardware
– Per sistemi virtuali servirebbero licenze di tipo
• retail
• multilicenza
– Ogni sistema (host o virtuale) necessita di licenze
• una per ogni sistema operativo (che lo preveda)
• una per ogni software che lo preveda
• una per ogni processore, ove richiesto
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
42
Licenze virtuali o reali? (2)
• Licenze specifiche per il mondo virtuale
– Soluzioni forfetarie sul numero di licenze e/o sul
numero di VM accese
• Windows Vista Enterprise
– http://www.microsoft.com/windows/products/windowsvista/ent
erprise/benefits/licensing.mspx
• Windows Server 2003 R2 Enterprise Edition o Windows
Server 2008 Enterprise include 4 istanze
– http://www.vmware.com/solutions/whitepapers/msoft_addendu
m.html
– http://www.microsoft.com/licensing/highlights/virtualization/fa
q.mspx
– http://www.microsoft.com/windowsserver2008/en/us/virtualizat
ion-ent.aspx
• Windows Server Datacenter Edition
– licenze illimitate (per host)
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
43
Virtualizzazione dei sistemi
Soluzioni esistenti
Prodotti di virtualizzazione
• VMware
– VMware Virtual Infrastructure
• ESX Server + Virtual Center + …
– VMware Server
• Microsoft
– Virtual Server 2005 R2
– Hyper-V
• Xen
– Citrix XenServer, RedHat, Novell/SuSE, Oracle VM,
Virtual Iron, Sun xVM
• …
• Soluzioni specifiche per Linux
– Virtuozzo, KVM, …
– V-Server, UML, …
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
45
Come scegliere?
• Il prezzo non può essere l’unico fattore di scelta
• Criteri di scelta
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Tipi di sistemi da virtualizzare
Certificazione hardware/software
What do you consider the most important attribute in
Strumenti di gestione
selecting virtual machine technologies for x86 servers?
Livello di maturità
Maturity
Gestione risorse
Performance
Prestazioni
Management and automation
Overhead
Scalability
Scalabità
Heterogeneous OS Support
Sicurezza
Price
Gartner Conference : Dec 05
Prezzo
Security
0
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
5
10
15
20
30
25
46
Confronto soluzioni Enterprise
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
47
Perché VMware?
Reliable, Secure, Scalable
y Delivers entire virtualization infrastructure
y Built on best-in-class hypervisor
y Virtualization from the ground up;
not add-on to a generic OS
y 3rd generation: mature, robust, reliable
Tested and Proven
100,000+ customers use VMware
Survey: 85% use VMware in production
90% say products are “reliable and robust
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
48
Evoluzione della virtualizzazione
• Non più un fattore solo tecnologico
– Passaggio da tecnologie a servizi
• Servizi possibili
–
–
–
–
–
–
–
Migrazione di VM
Conversione di sistemi e consolidamento
Analisi pre-consolidamento (Capacity Planning)
HA (alta disponibilità)
Distribuzione del carico
Gestione aggiornamenti
Data protection e Disaster Recovery
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
49
Evoluzione della virtualizzazione
• Altri prodotti
– Gestione massiva di VM con archiviazione
– Stage Manager
– Conversione di macchine (P2V, V2V, V2P)
• Dynamic IT Environment
– “cluster” di sistemi host
• possibilmente con distribuzione di carico e alta
affidabilità
23/05/2008
Seminario Virtualizzazione 2008
50