Технологии виртуализации. Основы виртуализации. Серверы

1. Технологии виртуализации Лекция №

Проф. каф. ИВТ СамГТУ д.т.н. С.Л.Гавлиевский
САМАРА
сентябрь 2026

2.

3.

4.

Серверные
процессоры
отличаются
от
десктопных по нескольким показателям:
• Поддерживают значительно большие объемы
оперативной памяти
• Поддерживают больше каналов оперативной
памяти
• Пропускная способность памяти значительно
выше
• Тактовые частоты процессоров на порядок ниже
десктопных моделей
• Количество потоков и ядер обычно больше чем
на десктопах

5.

6.

Как расшифровывается SSD?
Аббревиатура SSD расшифровывается как "Solid-State
Drive", что в дословном переводе звучит как
"твердотельный диск". Но устройство, по сути, диском
вовсе не является и не содержит движущихся
элементов, в отличие от "жестких собратьев" с
магнитными вращающимися дисками.
В SSD для хранения данных предназначены
микросхемы
flash-памяти.
Проще
говоря,
это
модифицированная большая флешка в прямом
смысле, только с продвинутым контроллером.

7.

8.

9.

10.

https://community.fs.com/ru/blog/popular-tor-and-torswitch-in-data-center-architectures.html
Top of rack (ToR) — это модель коммутации, когда в
каждой
стойке
стоит
коммутатор,
который
обрабатывает трафик с серверов в этой стойке, и
соединен с коммутатором ядра или с агрегирующим
слоем (в зависимости от количества уровней).
Согласно результатам опроса, проведенного в 2015
году, ToR была наиболее популярной системой, как в
центрах обработки данных, так и в корпоративных
центрах обработки данных. Исходя из нынешней
тенденции, он будет широко распространен как в
настоящем, так и в будущем. Таким образом, ToR
switch стал более популярным, чем раньше.

11.

12.

Виртуализация подразумевает запуск на одном физическом
компьютере нескольких виртуальных компьютеров

13.

В компьютерных технологиях под термином
«виртуализация»
обычно
понимается
абстракция
вычислительных
ресурсов
и
предоставление
пользователю
системы,
которая «инкапсулирует» (скрывает в себе)
собственную реализацию.
Проще говоря, пользователь работает с удобным
для себя представлением объекта, и для него не
имеет значения, как объект устроен в
действительности.

14.

В
основе
виртуализации
лежит
возможность одного компьютера выполнять
работу нескольких компьютеров благодаря
распределению
его
ресурсов
по
нескольким
средам.
С
помощью
виртуальных серверов и виртуальных
настольных
компьютеров
можно
разместить несколько ОС и несколько
приложений в едином местоположении.

15.

Таким
образом,
физические
и
географические ограничения перестают
иметь
какое-либо
значение.
Помимо
энергосбережения и сокращения расходов
благодаря
более
эффективному
использованию
аппаратных
ресурсов,
виртуальная инфраструктура обеспечивает
высокий уровень доступности ресурсов,
более эффективную систему управления,
повышенную
безопасность
и
усовершенствованную
систему
восстановления в критических ситуациях.

16.

В
широком
смысле
понятие
виртуализации
представляет собой сокрытие настоящей реализации
какого-либо процесса или объекта от истинного его
представления для того, кто им пользуется.
Продуктом виртуализации является нечто удобное
для использования, на самом деле, имеющее более
сложную или совсем иную структуру, отличную от той,
которая воспринимается при работе с объектом.
Иными
словами,
происходит
отделение
представления
от
реализации
чего-либо.
Виртуализация призвана абстрагировать программное
обеспечение от аппаратной части.

17.

Виртуальной
машиной
будем
называть
программную или аппаратную среду, которая
скрывает настоящую реализацию какого-либо
процесса
или
объекта
от
его
видимого
представления.
Виртуальная
машина
—
это
полностью
изолированный программный контейнер, который
работает с собственной ОС и приложениями,
подобно физическому компьютеру. Виртуальная
машина действует так же, как физический компьютер,
и
содержит
собственные
виртуальные
(т.е.
программные) ОЗУ, жесткий диск и сетевой адаптер.

18.

ОС не может различить виртуальную и
физическую машины.
То же самое можно сказать о приложениях и
других компьютерах в сети.
Даже сама виртуальная машина считает себя
«настоящим» компьютером.
Но несмотря на это виртуальные машины
состоят исключительно из программных
компонентов и не включают оборудование.
Это дает им ряд уникальных преимуществ над
физическим оборудованием.

19.

Согласно статистике средний уровень
загрузки
процессорных
мощностей
у
серверов под управлением Windows не
превышает 10%, у Unix-систем этот
показатель лучше, но тем не менее в
среднем не превышает 20%. Низкая
эффективность использования серверов
объясняется широко применяемым с начала
90-х годов подходом “одно приложение —
один сервер”, т. е. каждый раз для
развертывания
нового
приложения
компания приобретает новый сервер.

20.

Виртуализация ресурсов физического сервера
позволяет
гибко
распределять
их
между
приложениями, каждое из которых при этом “видит”
только предназначенные ему ресурсы и “считает”,
что ему выделен отдельный сервер, т. е. в данном
случае реализуется подход “один сервер —
несколько
приложений”,
но
без
снижения
производительности, доступности и безопасности
серверных приложений. Кроме того, решения
виртуализации дают возможность запускать в
разделах разные ОС с помощью эмуляции их
системных вызовов к аппаратным ресурсам сервера.

21.

Cloud Computing Virtualization
[Виртуализация облачных вычислений]
Virtualization is a technique, which allows to share
single physical instance of an application or
resource among multiple organizations or tenants
(customers).
[Виртуализация — это метод, который
позволяет совместно использовать один
физический экземпляр приложения или ресурса
нескольким организациям или арендаторам
(клиентам).]

22.

It does so by assigning a logical name to a
physical resource and providing a pointer to
that physical resource on demand.
[Для
этого
физическому
ресурсу
присваивается логическое имя, а по
запросу предоставляется указатель на
этот физический ресурс.]

23.

Virtualization Concept
[Концепция виртуализации]
Creating a virtual machine over existing
operating system and hardware is referred as
Hardware Virtualization.
[Создание виртуальной машины поверх
существующей операционной системы и
оборудования
называется
аппаратной
виртуализацией.]

24.

Virtual Machines provide an environment
that is logically separated from the
underlying hardware.
[Виртуальные машины обеспечивают
среду, которая логически отделена от
основного оборудования.]

25.

The machine on which the virtual machine is
created is known as host machine and
virtual machine is referred as a guest
machine.
[Машина,
на
которой
создается
виртуальная машина, называется хостмашиной,
а
виртуальная
машина
называется гостевой машиной.]

26.

27.

Контейнеризация
Контейнеризация
(виртуализация
на
уровне
операционной системы, контейнерная виртуализация,
зонная виртуализация) — метод виртуализации, при
котором ядро операционной системы поддерживает
несколько изолированных экземпляров пространства
пользователя вместо одного. Эти экземпляры (обычно
называемые контейнерами или зонами) с точки зрения
выполняемых в них процессов идентичны отдельному
экземпляру операционной системы.

28.

Бессерверные вычисления
Бессерверные вычисления (англ. serverless computing)
— стратегия организации платформенных облачных
услуг,
при
которой
облако
автоматически
и
динамически управляет выделением вычислительных
ресурсов в зависимости от пользовательской нагрузки.
Основная задача такой стратегии — реализация
шаблона «функция как услуга», при котором для
выполнения каждого запроса (вызова функции)
создаётся отдельный контейнер или виртуальная
машина, уничтожающиеся после выполнения.

29.

30.

31.

32.

33.

34.

35.

36.

Что такое гипервизор? В чем разница между типами 1 и
2?
Что такое гипервизор?
Гипервизор – это системное программное обеспечение,
которое выступает в качестве посредника между
компьютерным
оборудованием
и
виртуальными
машинами.
Он отвечает за эффективное распределение и
использование
аппаратных
ресурсов
для
соответствующих
виртуальных
машин,
которые
работают индивидуально на физическом хосте.
По этой причине гипервизоры
менеджерами виртуальных машин.
также
называют

37.

Типы гипервизоров.
Существует два основных вида гипервизоров.
Гипервизоры первого типа (сюда входят решения
Hyper-V, KVM, ESXi) работают на аппаратном уровне
без необходимости установки какой-либо ОС на хост.
Поэтому их еще называют аппаратными. Гипервизорам
второго типа (VMware Workstation, Oracle Virtual Box,
OpenVZ) необходима ОС для доступа монитора
виртуальных машин к аппаратным ресурсам хоста.

38.

39.

Type 1 hypervisor executes on bare system.
[Гипервизор типа 1 выполняется на голой системе.]
LynxSecure, RTS Hypervisor, Oracle VM, Sun xVM Server,
VirtualLogic VLX are examples of Type 1 hypervisor.
[LynxSecure, RTS Hypervisor, Oracle VM, Sun xVM
Server, VirtualLogic VLX — примеры гипервизора типа
1.]
The following diagram shows the Type 1 hypervisor.
[На следующей диаграмме показан гипервизор типа 1.]

40.

The
type1
hypervisor does not
have
any
host
operating
system
because they are
installed on a bare
system.
[Гипервизор типа 1
не имеет какойлибо
основной
операционной
системы,
поскольку
он
установлен
на
пустой системе.]

41.

Type 2 hypervisor is a software interface that emulates
the devices with which a system normally interacts.
[Гипервизор типа 2 — это программный интерфейс,
эмулирующий устройства, с которыми обычно
взаимодействует система.]
Containers, KVM, Microsoft Hyper V, VMWare Fusion,
Virtual
Server
2005
R2,
Windows
Virtual
PC and VMWare workstation 6.0 are examples of Type 2
hypervisor.
[Контейнеры, KVM, Microsoft Hyper V, VMWare Fusion,
Virtual Server 2005 R2, Windows Virtual PC и VMWare
workstation 6.0 – примеры гипервизора типа 2.]
The following diagram shows the Type 2 hypervisor. [На
следующей диаграмме показан гипервизор типа 2.]

42.

43.

44.

Types of Hardware Virtualization
[Типы аппаратной виртуализации]
Here are the three types of hardware virtualization:
[Вот три типа аппаратной виртуализации:]
Full Virtualization [Полная виртуализация]
Emulation Virtualization [Эмуляция виртуализации]
Paravirtualization [паравиртуализация]

45.

Преимущества виртуализации
1. Эффективное использование вычислительных
ресурсов.
2. Сокращение расходов на инфраструктуру
3. Снижение затрат на программное обеспечение.
4. Повышение гибкости и скорости реагирования
системы
5. Несовместимые приложения могут работать на одном
компьютере.
6. Повышение доступности приложений и обеспечение
непрерывности работы предприятия:
7. Возможности легкой архивации.
8. Повышение управляемости инфраструктуры

46.

Рассмотрим основные особенности виртуальных машин
более детально:
1. Совместимость.
• Виртуальные машины, как правило, совместимы со всеми
стандартными компьютерами.
• Как и физический компьютер, виртуальная машина работает под
управлением собственной гостевой оперативной системы и
выполняет собственные приложения.
• Она также содержит все компоненты, стандартные для
физического компьютера (материнскую плату, видеокарту,
сетевой контроллер и т.д. ).
• Поэтому виртуальные машины полностью совместимы со всеми
стандартными операционными системами, приложениями и
драйверами устройств.
• Виртуальную машину можно использовать для выполнения
любого
программного
обеспечения,
пригодного
для
соответствующего физического компьютера.

47.

2. Изолированность.
• Виртуальные машины полностью изолированы друг
от друга, как если бы они были физическими
компьютерами
• Виртуальные машины могут использовать общие
физические ресурсы одного компьютера и при этом
оставаться полностью изолированными друг от
друга, как если бы они были отдельными
физическими машинами.
• Например, если на одном физическом сервере
запущено четыре виртуальных машины, и одна из
них дает сбой, это не влияет на доступность
оставшихся трех машин.
• Изолированность — важная причина гораздо более
высокой доступности и безопасности приложений

48.

3. Инкапсуляция.
• Виртуальные машины полностью инкапсулируют
вычислительную среду.
• Виртуальная машина представляет собой программный
контейнер, связывающий, или «инкапсулирующий» полный
комплект виртуальных аппаратных ресурсов, а также ОС и все
её приложения в программном пакете.
• Благодаря инкапсуляции виртуальные машины становятся
невероятно мобильными и удобными в управлении.
• Например, виртуальную машину можно переместить или
скопировать из одного местоположения в другое так же, как
любой другой программный файл.
• Кроме того, виртуальную машину можно сохранить на любом
стандартном носителе данных: от компактной карты Flashпамяти USB до корпоративных сетей хранения данных.

49.

4. Независимость от оборудования.
• Виртуальные машины полностью независимы от базового
физического оборудования, на котором они работают.
• Например, для виртуальной машины с виртуальными
компонентами (ЦП, сетевой картой, контроллером SCSI) можно
задать настройки, абсолютно не совпадающие с физическими
характеристиками базового аппаратного обеспечения.
• Виртуальные машины могут даже выполнять разные
операционные системы (Windows, Linux и др.) на одном и том
же физическом сервере.
• В сочетании со свойствами инкапсуляции и совместимости,
аппаратная независимость обеспечивает возможность
свободно перемещать виртуальные машины с одного
компьютера на базе x86 на другой, не меняя драйверы
устройств, ОС или приложения.
• Независимость от оборудования также дает возможность
запускать в сочетании абсолютно разные ОС и приложения на
одном физическом компьютере.