Top.Mail.Ru
КОНФИГУРАТОР Серверы
Сетевое оборудование
СХД IP-телефоны IP-камеры Источники бесперебойного питания (ИБП) Комплектующие Готовые решения -40 % Серверы под задачу
О компании Купить в лизинг Блог Отзывы Доставка Гарантия Контакты Работа у нас Реквизиты Спецпредложения Игровые ПК на ISKRAPC
Эксперты в подборе IT-оборудования

Виртуализация процессора: для чего нужна

17 июня 2023

Сервер позволяет выполнять самые разные задачи. Однако иногда его недостаточно, поэтому пользователям хочется иметь несколько разных систем на одном устройстве. Чтобы добиться желаемого, следует использовать технологию виртуализации процессора.

Эта технология нужна для создания виртуальных машин на одном физическом процессоре. Виртуальная машина – это эмуляция ПК с определенными характеристиками и операционной системой, которая работает как отдельный компьютер внутри основного. Виртуализация процессора нужна, чтобы:

  • экономить ресурсы ПК;
  • повышать безопасность;
  • упрощать тестирование и разработку;
  • расширять возможности и функциональность компьютера.

Виртуализация в процессоре

Виртуализация – это способность процессора поддерживать несколько виртуальных машин на одном или нескольких физических ядрах. Чтобы воспользоваться возможностями этой технологии, нужно иметь подходящее оборудование и программное обеспечение. Одним из способов подобрать оптимальный вариант для своих нужд является конфигуратор сервера. Это онлайн-сервис, который позволяет выбрать и сравнить различные параметры серверов: процессор, память, диски, сетевые карты. Конфигуратор поможет определиться с тем, какой сервер лучше подходит для конкретных целей виртуализации.

Как включить виртуализацию

Чтобы включить виртуализацию, нужно проверить, поддерживает ли процессор эту технологию. Для этого можно использовать специальные программы, которые покажут наличие или отсутствие флагов VT-x (для Intel) или AMD-V (для AMD) в характеристиках процессора.

Также нужно включить технологию виртуализации в BIOS или UEFI компьютера. Дополнительно потребуется включение платформы виртуальных машин в ОС Windows.

После выполнения этих действий можно использовать виртуализацию для создания и запуска виртуальных машин. Эта возможность может быть полезна для разных пользователей. Например, для тех, кто задается вопросом – как создать свой сервер для веб-сайта? Для этого можно установить на виртуальную машину ОС и необходимое ПО для работы с сайтом: Apache, MySQL и PHP. В результате можно тестировать и разрабатывать сайт на локальном сервере, не завися от сторонних хостинг-провайдеров.

Виртуализация устройств

Виртуализация устройств – это технология, которая позволяет эмулировать работу дисков, сетевых карт. Она нужна, чтобы:

  • обеспечить совместимость оборудования;
  • улучшить производительность;
  • повысить безопасность;
  • расширить возможности и функционал.

Чтобы воспользоваться преимуществами виртуализации устройств, нужно позаботиться о наличии соответствующего ПО. Оно позволит создавать виртуальные устройства и управлять ими. Дополнительно потребуются коммутаторы, маршрутизаторы, точки доступа. Выбор оборудования для локальной сети поможет определиться с тем, какие устройства лучше подходят для локальной сети и работы с виртуализацией.

Виртуализация приложений

Эта технология позволяет запускать приложения в изолированной среде, не зависящей от ОС или других программ. Виртуализация приложений необходима для работы на разных ПК без потери функциональности или данных. Она также позволяет оптимизировать использование ресурсов компьютера и защитить его от вредоносных программ или ошибок в других приложениях.

Чтобы воспользоваться преимуществами этой технологии, следует иметь подходящее физическое оборудование. В частности, нужно купить сервер. Чтобы подобрать необходимое серверное оборудование, стоит воспользоваться конфигуратором.

Аппаратная виртуализация. Теория, реальность и поддержка в архитектурах процессоров

Аппаратная виртуализация используется, чтобы:

  1. Эмулировать другие операционные системы или платформы на одном физическом компьютере. 
  2. Изолировать и защищать виртуальные машины от внешних воздействий или ошибок. Например, можно использовать виртуальные машины для тестирования программ или обеспечения безопасности данных.
  3. Повысить производительность компьютера. Например, с ее помощью можно распределять нагрузку между виртуальными машинами в зависимости от имеющихся потребностей.

Аппаратная виртуализация требует поддержки со стороны процессора. Он должен иметь специальные инструкции и режимы работы для создания и управления виртуальными машинами и средами. 

Классический критерий виртуализуемости

Классический критерий виртуализуемости был определен в 1974 году. Он предполагает, что:

  1. Все инструкции процессора должны быть разделены на 2 класса: привилегированные и непривилегированные.
  2. Привилегированные инструкции должны вызывать исключение (trap), если они выполняются в непривилегированном режиме (user mode).
  3. Непривилегированные инструкции должны иметь одинаковый эффект в привилегированном и непривилегированном режимах.

Соблюдение этих условий позволяет управлять множеством виртуальных машин, работающих в непривилегированном режиме и имитирующих поведение реального процессора.

Ограничения применимости критерия виртуализуемости

Классический критерий виртуализуемости имеет ряд ограничений, которые не позволяют его применять к некоторым архитектурам процессоров или требуют его модификации. В частности, нужно выделить такие ограничения:

  1. Не все инструкции процессора могут быть однозначно разделены на привилегированные и непривилегированные. Например, некоторые инструкции могут иметь разный эффект в зависимости от режима работы процессора или значения регистров. 
  2. Некоторые привилегированные инструкции могут не вызывать исключения, если они выполняются в непривилегированном режиме. Они могут просто игнорироваться или возвращать некорректный результат. Такие инструкции называются тихими. Они могут нарушать корректность работы виртуальных машин1.
  3. Некоторые архитектуры процессоров имеют больше двух уровней привилегий или режимов работы, что усложняет разделение инструкций на привилегированные и непривилегированные. 

Расширение принципа

Чтобы улучшить возможности процессора, можно добавить:

  1. Новый режим работы – monitor mode. Этот режим является более привилегированным. Он позволяет контролировать все операции, которые выполняются виртуальными машинами, и переключаться между ними. 
  2. Новые инструкции для управления виртуальными машинами. Они называются гипервизорными. Эти инструкции позволяют монитору виртуальных машин создавать, запускать, останавливать, приостанавливать или мигрировать виртуальные машины, а также настраивать их параметры и ресурсы. 
  3. Новые структуры данных для хранения состояния виртуальных машин. Эти структуры содержат информацию о регистрах, памяти, прерываниях и других аспектах работы виртуальных машин.

Модель системы

Модель системы виртуализации – это схема, которая описывает основные компоненты и взаимодействия. Наиболее востребованной считается модель с гипервизором или монитором виртуальных машин. В ней есть следующие компоненты:

  1. Хозяин (host) – это физическая система, на которой запущен монитор виртуальных машин. 
  2. Гипервизор – это ПО, которое создает и управляет виртуальными машинами. 
  3. Виртуальная машина – это ПО, которое имитирует работу реальной системы. Виртуальная машина имеет свои собственные ресурсы: регистры, память, диски, сеть.
  4. Операционная система – это программное обеспечение, которое управляет ресурсами виртуальной машины и предоставляет интерфейс для работы приложений. 
  5. Приложение – это программное решение, выполняющее какую-либо задачу на виртуальной машине. 

Периферия

Периферия – это виртуальные устройства, которые обеспечивают взаимодействие с хозяином и другими виртуальными машинами. Существует эмулированная и паравиртуализированная периферия. Эмулированная полностью имитирует поведение реального устройства. Она позволяет использовать стандартные драйверы и не требует изменения ОС. 

Паравиртуализированная периферия не имитирует поведение устройства, а предоставляет специальный интерфейс для обмена данными между виртуальной машиной и хостом. Она позволяет использовать оптимизированные драйверы и повышает производительность. 


Прерывания

Прерывания – это сигналы, которые поступают от аппаратных устройств или ПО к процессору и требуют его немедленного внимания. Прерывания позволяют процессору реагировать на ввод с клавиатуры, приход пакетов по сети или истечение таймера. 

В виртуализации прерывания представляют собой сложную проблему. Это обусловлено тем, что они должны быть доставлены к соответствующей виртуальной машине и обрабатываться ее ОС. Доставка и обработка прерываний должны быть:

  1. Максимально быстрыми и эффективными. Благодаря этому не будет снижена скорость работы виртуальных машин.
  2. Согласованными с ожиданиями гостевой ОС. Они не должны нарушать ее логику работы.
  3. Изолированными от других виртуальных машин и хост-системы. За счет этого не будут создаваться конфликты или угрозы безопасности.

Многопроцессорные системы

Многопроцессорные системы имеют несколько ядер на одном или нескольких физических узлах. Они позволяют повысить производительность и надежность вычислений за счет распределения нагрузки и резервирования ресурсов.

В виртуализации многопроцессорные системы представляют собой возможность для повышения эффективности использования ресурсов хост-системы и гостевых ОС. Виртуализация позволяет создавать виртуальные машины с различным количеством виртуальных процессоров (vCPU) или ядер (vCore), связанных с физическими процессорами (pCPU) или ядрами (pCore) различными способами.

Преобразование адресов для периферийных устройств

Преобразование адресов – это механизм, позволяющий периферийным устройствам (сетевым картам или контроллерам дисков) обращаться к оперативной памяти хост-системы или виртуальных машин без участия процессора. Такая возможность повышает производительность и эффективность передачи данных между устройствами и памятью. 

В виртуализации преобразование адресов считается сложной проблемой. Это объясняется тем, что необходимо обеспечить согласованность и изоляцию адресных пространств хост-машин. При этом необходимо позаботиться о сохранении производительности устройств и виртуальных машин.

Рекурсивная виртуализация

Рекурсивная виртуализация – это способность запускать одну или несколько машин внутри виртуальной. Такая способность позволяет создавать сложные сценарии тестирования, обучения или разработки, когда необходимо имитировать различные конфигурации систем или приложений. Рекурсивная виртуализация также может быть полезна для повышения безопасности или изоляции некоторых процессов или данных.

В рекурсивной виртуализации можно выделить несколько уровней:

  1. Первый (L1) – это хост-система, на которой запущен гипервизор первого порядка.
  2. Второй (L2) – это гостевая система первого порядка, на которой, соответственно, запущен гипервизор второго порядка.
  3. Третий уровень (L3) гостевой системой второго порядка, на которой запущено приложение или ОС.

Аппаратная виртуализация

Аппаратная виртуализация – это создание виртуальных машин на основе архитектуры процессора. Она позволяет запускать на одном физическом компьютере несколько ОС или приложений, изолированных друг от друга и от хост-системы. 

Для реализации аппаратной виртуализации необходимо обеспечить совместимость и эффективность работы всех компонентов системы.

Поддержка аппаратным обеспечением

Поддержка аппаратным обеспечением – это способность процессора или других компонентов компьютера облегчить или ускорить работу гипервизора при реализации аппаратной виртуализации. Поддержка может заключаться в добавлении специальных инструкций, регистров, режимов работы или других элементов к архитектуре процессора или оборудования.

Существуют разные технологии поддержки аппаратным обеспечением:

  • Intel VT-x;
  • AMD-V;

Что такое виртуализация

В заключение нужно еще раз подчеркнуть, что виртуализация позволяет серверу эмулировать другую ОС, машину или приложение. Она может повысить производительность, безопасность и эффективность использования ресурсов физического ПК.

Где применяются виртуальные системы

Виртуальные системы применяются в различных областях информационных технологий:

  1. Облачных вычислениях. Виртуализация используется для создания масштабируемых и гибких сред для развертывания приложений и хранения данных.
  2. Тестировании и отладке. Эта технология нужна для проверки работоспособности и исправления ошибок в ПО.
  3. Обучении и образовании. Виртуализация позволяет создавать интерактивные и реалистичные симуляции и демонстрации различных объектов и процессов.

Эту технологию также используют в развлечениях и играх. Она позволяет создавать виртуальные миры и персонажи, которым можно управлять.

 
Поделитесь статьей в соцсетях   
 
Вам также может быть интересно

ТОП-5 ошибок при выборе сервера
Товар добавлен в список сравнения
Перейти в сравнение
Продолжить просмотр
Подбираете сервер для 1С?
Подпишитесь на специальную серию писем про выбор и настройку сервера под 1С
Подписаться
Боитесь неправильно выбрать сервер?
Оставьте свой email, и мы пришлем чек-лист с 5 самыми распространенными ошибками
Получить чек-лист
Нажимая кнопку "Получить чек-лист", вы даёте согласие на обработку персональных данных
Заказать консультацию
IT-архитектор подберет сервер под вашу задачу
Заказать сервер
Мы свяжемся с вами в течение 15 мин
Заявка на лизинг