Виртуальная машина

В этой статье будут рассмотрены две стороны понятия виртуальная машина:

     ♦ Теоретическая - общее описание и схема работы

     ♦ Практическая – пример установки виртуальной машины, на примере, VMware ESXi сервера

И так, виртуальная машина – это полностью изолированный контейнер, в котором может быть запущена операционная система и различные приложения. ВМ на 100% программная среда и представляет собой набор из фалов, которые может прочесть и исполнить гипервизор.

Гипервизор – это специально разработанная операционная система, которая устанавливается на физический сервер, на «голое железо». С ее помощью можно создавать и запускать виртуальные машины, управлять ими в процессе использования.

Физический сервер с установленным гипервизором называется хост. Гипервизор имеет ограниченный набор драйверов и совместимость гипервизора с вашим сервером перед установкой нужно проверить, заглянув в Hardware Compatibility List. В нем можно найти совместимые с вашим гипервизором модели серверов, карт расширения, систем хранения данных.

Использование процессора

Виртуальной машине гипервизором выделяются свободные ядра, которые еще не задействованы для других ВМ. Вручную назначить ядра процессора физического сервера какой-то конкретной виртуальной машине нельзя. Если виртуальных машин много, и ядер на всех не хватает, то виртуальные машины начинают использовать их совместно. Гипервизор  редко вмешивается в работу между ВМ и процессорами, поэтому можно сказать, что взаимодействие происходит напрямую. Процессорная виртуализация это не эмуляция, разница между этими понятиями заключается в том, что все операции при эмуляции выполняются на программном уровне, через эмулятор, который неизбежно бы тормозил работу виртуальных машин.

В гипервизоре можно выдать виртуальной машине, так называемый vCPU, если ресурсов достаточно, то ВМ получит ядро процессора целиком. А если, например,  на хосте с одним четыре ядерным процессором каждой ВМ выдавать по 4 vCPU, использоваться будут все ядра всеми ВМ.

Использование оперативной памяти

Виртуальная сеть

Основные элементы виртуальной сети это виртуальные свитчи (vSwitch) и виртуальные сетевые адаптеры. В виртуальной машине могут быть установлены несколько виртуальных сетевых карт, эти сетевые карты подключаются к виртуальным свитчам, таким образом, ВМ взаимодействуют между собой и подключаться к физической сети компании. Виртуальные свитчи  поддерживают настройку VLAN сегментации на уровне портов. Виртуальные свитчи не могут быть соединены между собой, что исключает возникновение замкнутых петель и broadcast штормов. Для простоты понимания, стоит применять к виртуальным устройствам те же правила и принципы, которые вы применяете к физическому оборудованию.

Также стоит отметить, что в сетевых настройках хоста ESXi есть легко включаемые функции балансировки нагрузки для физических сетевых интерфейсов сервера, ими с удовольствием пользуются многие администраторы виртуальных инфраструктур.

Файловая система, VMware VMFS

Обычно, файловая система, например NTFS, позволяет осуществлять единичный доступ к файлам на чтение/запись в момент времени. Для виртуализации такой порядок работы с файлами не подходит, поэтому VMware разработала свою файловую систему VMFS, которая поддерживает архитектуру множественного доступа к файлам и работу хостов ESXi в едином кластере. VMFS была изначально спроектирована и оптимизирована для работы в ней виртуальных машин VMware. Для повышения отказоустойчивости в VMFS используется журналирование  изменений фалов, оно позволяет не потерять данные после внезапного сбоя оборудования. При подключении чистого LUN-а к хосту VMware ESXi, происходит форматирование LUN в файловую систему VMFS. После этого в настройках хоста можно увидеть подключенный storage, который готов к созданию виртуальных машин и поддержке таких технологий, как «живая миграция» vMotion, «высокая доступность» High Availability, автоматическое распределение нагрузки DRS и других. Файловая система VMFS универсальна и позволяет хостам подключаться к одному и тому же хранилищу по разным протоколам (Fiber Channel, Fiber Channel over Ethernet, iSCSI и NAS). Том VMFS можно увеличивать динамически за счет ресурсов системы хранения, не прерывая работы виртуальных машин, – это еще одно преимущество кластерной файловой системы VMFS.

В папке виртуальной машины располагаются файлы ВМ.

• .vmx – текстовый конфигурационный файл, содержит информацию  настройках ВМ, а именно, объем оперативной памяти, количество и конфигурация сетевых адаптеров, информация о жестких дисках, параллельных портах, настройки включения/выключения.
• .vswp – файл подкачки, создается вместе с виртуальной машиной, но начинает использоваться только в том случае, когда оперативная память ВМ заканчивается.
• .nvram – BIOS файл, хранит конфигурацию биоса виртуальной машины.
• .log – лог файл, используется администраторами для решения сложных проблем, поиска неисправностей, о которых обычные средства мониторинга не сообщают
• .vmdk – текстовый файл дескриптор, несет информацию о геометрии и размере виртуального жесткого диска
• .flat-vmdk – файл виртуального жесткого диска
• -delta.vmdk – файл мгновенного снимка (snapshot)
• -rdm.vmdk – файл создается, когда ВМ использует raw device, т.е. напрямую использует LUN

Установка и первоначальная настройка виртуальной машины в гипервизоре ESXi

Определения:
Виртуальная машина – это полностью изолированный программный контейнер (несколько файлов), способный выполнять собственную операционную систему(гостевую операционную систему) и приложения, как физический компьютер.
ESX(i) - операционная система, которая устанавливается на сервер и позволяет создавать  и запускать виртуальные машины. Специальное название для такого рода ОС - Гипервизор.

Несколько ссылок:

vSphere client - бесплатная программа для подключения к ESXi или vCenter server (http://dl.dropbox.com/u/63546957/VMware-viclient.exe)
Дистрибутив ESXi - образ для установки, для получения бесплатной лицензии все равно придется зарегистрироваться на сайте VMware (http://dl.dropbox.com/u/63546957/VMware-VMvisor-Installer-5.0.0-441354.x86_64.iso)

Установка гостевой опреационной системы не является проблемой и многие администраторы часто делают это в таких программах, как VMware Workstation, Virtual Box и прочих. Основное отличие серверной модели виртуализации в том, что ESXi устанавливается на "голое железо", прямо на сервер и в нем создаются виртуальные машины. Т.е. нет обычной прослойки из Windows ОС.

Видео по установке виртуальной машины в ESXi 5.0

Описание установки виртуальной машины на ESXi 4

Для описания создания и настройки виртуальной машины поставлена цель - установить Windows 7. В процессе установки будут задействованы следующие ресурсы:

• сервер с установленным на него ESXi гипервизором (процесс установки описан в статье ESXI)
• образ (iso) установочного диска Windows 7 32-bit rus.
• компьютер с установленным vSphere Client

Для начала необходимо подключиться, используя VMware vSphere Client, к хосту ESXi. Правой кнопкой кликаем по серверу и выбираем пункт Create New Virtual Machine. Попадаем в меню выбора конфигурации, где есть два варианта первоначальной настройки: простой(Typical) и расширенный(Custom). Для поставленной цели подойдет простой режим.

Следующим шагом выбираем название виртуальной машины. Выбранное имя будет отображаться в консоли vSphere Client, оставим имя по умолчанию.

Затем выбираем хранилище для файлов виртуальной машины. В данном случае к серверу не подключены внешние хранилища, поэтому отображается только локальный диск. При установке ESXi на сервер локальные диски были отформатированы в кластерной файловой системе VMFS (Virual Machine File System). Эта файловая система позволяет разным хостам ESX(i) получать совместный доступ к файлам виртуальных машин. На этом принципе основано большинство технологий VMware vSphere 4. Но в случае установки виртуальной машины на локальные диски видеть файлы виртуальных машин сможет только один сервер.

Следующий шаг - выбор операционной системы. VMware vSphere 4 поддерживает более 48 операционных систем. На данном этапе предлагается выбрать, какую именно операционную систему мы собираемся установить, чтобы в дальнейшем была возможность инсталлировать подходящие драйверы. Выбираем Windows 7 32-bit.

Далее необходимо задать размер жесткого диска виртуальной машины. Рекомендуемый VMware для Windows 7 32-bit размер составляет 24Гб. Также отмечаем, чтобы созданный диск был "тонким". Жесткий диск виртуальной машины в хранилище представляет собой файл с расширением .vmdk . Технология "тонких дисков" позволяет динамически увеличивать размер файла жесткого диска в соответствии с ростом объема, который реально занимает операционная система. Например, после установки Windows 7 будет занимать в хранилище 7Гб, после установки MSoffice  8Гб и т.д., объем будет увеличиваться динамически, пока не достигнет установленных 24Гб. Стоит отметить, что если виртуальная машина исчерпает отведенные ей 24Гб свободного места, изменить это значение можно в любое время, не прерывая работы виртуальной машины.

Основные настройки заданы и виртуальная машина готова к запуску, но перед этим стоит проверить настройки полной конфигурации, для чего выбираем пункт Edit the virtual machine settings before completion.

В этих настройках есть возможность:

• изменять размер выделенной оперативной памяти
• изменять количество выделенных процессоров
• добавлять и удалять другие устройства (контроллеры жестких дисков, жесткие диски, сетевые адаптеры, Floppy и .т.д)
• закладки Options и Resources используются администраторами для тонкой настройки и в этой статье рассматриваться не будут
   

Нас устраивают настройки, если будет необходимость, их можно будет поменять в процессе работы. Все готово для запуска виртуальной машины и начала установки операционной системы. Для того, чтобы следить за установкой, необходимо открыть консоль виртуальной машины, выбрав пункт Open Console.

Теперь можно нажать кнопку Start, которая запустит виртуальную машину. Чтобы переключиться в окно консоли виртуальной машины, необходимо щелкнуть по нему курсором мыши, чтобы выйти из консоли - Ctrl + Alt. Сочетание "Ctrl + Alt + Delete" внутри консоли заменяет "Ctrl + Alt + Ins" . Итак, после запуска виртуальной машины для начала установки операционной системе необходимо подключить образ Windows 7 (образ хранится  на локальном компьютере, в котором запущен vSphere Client) к виртуальному DVD приводу. Как это сделать, показано на рисунке ниже. Чтобы попасть в boot menu, необходимо при включении виртуальной машины переключиться в окно консоли и нажать Esc.

Далее начинается обычная установка операционной системы, которая ничем не отличается от установки на физический компьютер. После завершения процесса инсталляции, необходимо установить набор драйверов VMware Tools. При выборе Install/Update VMware Tools в виртуальную машину автоматически монтируется диск с необходимым набором драйверов. После установки VMware Tools и перезагрузки операционной системы, Windows 7 определит все установленные устройства. Сетевая карта будет по-умолчанию подключена через виртуальный свич к тому же физическому коммутатору, что и физическая сетевая карта сервера. Установленный Windows 7 получил все необходимые сетевые настройки и успешно вышел в интернет. Установка заняла примерно 20 минут.