Serwerowe ABC – Czym jest maszyna wirtualna

Gdy ktoś mówi „postawiłem to na wirtualce”, dla wielu osób brzmi to jak żargon, który zna tylko dział IT. Tymczasem maszyny wirtualne są jednym z fundamentów współczesnej informatyki. Działają w firmowych serwerowniach, w chmurze i w usługach, z których korzystamy na co dzień, często o tym nie wiedząc.

W poprzednim artykule z cyklu „Serwerowe ABC” wyjaśniliśmy, czym jest serwer i jak może wyglądać. Dziś zajmiemy się tym, co dzieje się w jego środku, gdy jeden fizyczny sprzęt zaczyna udawać kilka osobnych komputerów.

Czym jest maszyna wirtualna?

Maszyna wirtualna (VM, od ang. Virtual Machine) to programowo odwzorowany system komputerowy, który działa na fizycznym sprzęcie, ale jest logicznie od niego odseparowany.

Posiada własny system operacyjny oraz wirtualne odpowiedniki podstawowych komponentów: procesora, pamięci RAM, dysku i karty sieciowej. Zasoby te nie istnieją jako osobne urządzenia. Są wydzielane z puli fizycznego serwera, zwanego hostem, i przydzielane maszynie wirtualnej przez warstwę wirtualizacji. Z perspektywy zainstalowanego systemu i uruchomionych w nim aplikacji maszyna wirtualna działa tak samo jak klasyczny komputer.

Kto zarządza tym wszystkim? Poznaj hypervisor

Współdzielenie sprzętu przez wiele maszyn wirtualnych wymaga mechanizmu, który zarządza dostępem do zasobów fizycznych. Tę funkcję pełni hypervisor, nazywany również monitorem maszyn wirtualnych (VMM, Virtual Machine Monitor). Jest to warstwa oprogramowania, która tworzy i uruchamia maszyny wirtualne, a następnie przydziela im moc obliczeniową procesora, pamięć operacyjną, przestrzeń dyskową i dostęp do sieci. Dba przy tym o to, aby poszczególne maszyny pozostawały od siebie odizolowane i nie zakłócały wzajemnie swojej pracy. 

Jak to wygląda w praktyce?

Rozważmy przykład organizacji, która potrzebuje uruchomić kilka usług:

• Serwer plików,
• Kontroler domeny do zarządzania kontami użytkowników,
• Serwer z aplikacją księgową,
• Serwer testowy dla zespołu programistów.

W klasycznym podejściu każda z tych ról wymagałaby osobnego serwera fizycznego. Oznacza to wyższe koszty zakupu, zużycia energii, chłodzenia i serwisu, a jednocześnie niskie wykorzystanie mocy każdego z urządzeń, które przez większość czasu pracują znacznie poniżej swoich możliwości.

Po wirtualizacji wystarczy jeden odpowiednio wydajny serwer z zainstalowanym hypervisorem, na którym uruchamiamy cztery niezależne maszyny wirtualne. Każda z nich może pracować pod kontrolą innego systemu, na przykład Windows Server lub Linux, i realizować odrębną funkcję.

Korzyści z wykorzystania maszyn wirtualnych

• Efektywne wykorzystanie zasobów
  Konsolidacja wielu usług na jednym serwerze pozwala lepiej wykorzystać dostępną moc obliczeniową. Przekłada się to na niższe koszty sprzętu, zasilania i przestrzeni w szafie serwerowej.
• Izolacja środowisk
  Każda maszyna wirtualna działa niezależnie od pozostałych. Awaria lub kompromitacja jednej z nich nie wpływa bezpośrednio na inne maszyny ani na system hosta. 
• Snapshoty
  Mechanizm migawek umożliwia zapisanie stanu maszyny wirtualnej w określonym momencie bez konieczności jej wyłączania. W razie nieudanej aktualizacji lub błędnej zmiany konfiguracji pozwala to szybko przywrócić poprzedni stan systemu.
• Przenośność
  Maszyna wirtualna składa się z plików konfiguracyjnych i wirtualnych dysków, dzięki czemu można ją skopiować, zarchiwizować lub przenieść na inny serwer, a także do środowiska chmurowego, bez konieczności ponownej instalacji systemu i aplikacji.
• Elastyczność i skalowalność
  Zasoby przydzielone maszynie, takie jak pamięć RAM czy liczba rdzeni procesora, można zazwyczaj modyfikować z poziomu panelu zarządzania. Nowe środowiska uruchamia się w krótkim czasie, często na podstawie gotowych szablonów, bez oczekiwania na dostawę dodatkowego sprzętu.

Maszyny wirtualne a chmura

Wirtualizacja jest podstawą działania usług chmurowych. Hosting, serwery VPS i środowiska chmury publicznej opierają się na maszynach wirtualnych uruchomionych w centrach danych. Dostawca utrzymuje infrastrukturę fizyczną, a klient otrzymuje maszynę o określonych parametrach i rozlicza się za faktycznie wykorzystywane zasoby.

Ograniczenia i aspekty, o których warto pamiętać

Wirtualizacja przynosi wiele korzyści, ale wymaga świadomego projektowania środowiska:

• Host jako pojedynczy punkt awarii. Awaria serwera fizycznego powoduje niedostępność wszystkich działających na nim maszyn. W środowiskach produkcyjnych ryzyko to ogranicza się poprzez klastry, redundancję i kopie zapasowe.
• Ograniczona pula zasobów. Zbyt duża liczba maszyn na jednym hoście, przy niewłaściwym doborze zasobów, prowadzi do spadku wydajności.
• Licencjonowanie. Wdrażając wirtualizację, należy uwzględnić zasady licencjonowania zarówno systemów operacyjnych i aplikacji, jak i samego hypervisora.
• Snapshoty nie zastępują kopii zapasowych. Migawki są wygodnym narzędziem operacyjnym, ale nie stanowią pełnej strategii backupu.

Serwerowe ABC

Maszyna wirtualna to w pełni programowe środowisko komputerowe uruchamiane na serwerze fizycznym za pośrednictwem hypervisora. Pozwala jednemu serwerowi realizować funkcje wielu niezależnych komputerów, z których każdy może pracować pod kontrolą innego systemu i pełnić odmienną rolę. Dzięki temu organizacje mogą efektywniej wykorzystywać sprzęt, upraszczać proces tworzenia kopii zapasowych, szybciej wdrażać nowe środowiska i bezpieczniej testować zmiany.

Jeśli zastanawiasz się, czy wirtualizacja sprawdzi się w Twojej organizacji, lub planujesz wdrożenie serwera i maszyn wirtualnych, skontaktuj się z nami. Pomożemy dobrać rozwiązanie dopasowane do Twoich potrzeb.

Zrezygnowałem z nazw firm w treści (VMware, IBM, Azure, Docker), zastępując je odnośnikami lub opisami ogólnymi. Jeśli wolisz, żeby któraś nazwa jednak padła, na przykład Proxmox, tak jak w Twoim pierwszym artykule, daj znać.