Virtualizarea: cum rulează mai multe calculatoare pe unul

Virtualizarea este tehnica prin care un singur calculator fizic se comportă ca mai multe calculatoare separate, numite mașini virtuale. Fiecare dintre ele are propriul sistem de operare, propriile programe și propriul disc, fără să știe că împarte aceeași mașinărie cu altele. Fără virtualizare, cloudul așa cum îl cunoști nu ar exista în forma actuală.

Ideea pare ciudată la început: de ce ai vrea să împarți un calculator în bucăți? Răspunsul ține de eficiență. Un server obișnuit, care rulează o singură aplicație, își folosește adesea doar o mică parte din capacitate, iar restul stă degeaba. Virtualizarea umple golurile acestea.

Ce este o mașină virtuală?

O mașină virtuală este un calculator simulat prin software, care se comportă ca unul real. Are procesor virtual, memorie virtuală, disc virtual și placă de rețea virtuală, toate puse la dispoziție de calculatorul fizic pe care rulează, numit gazdă.

Din interior, un sistem de operare instalat într-o mașină virtuală nu poate deosebi simularea de hardware-ul adevărat. Discul virtual este, de fapt, un fișier mare pe discul gazdei. Memoria este o porțiune rezervată din memoria gazdei. Poți copia, muta sau opri întregul „calculator” ca pe un simplu fișier, ceea ce explică de ce serverele din cloud se pot crea și șterge atât de repede.

Un exemplu concret: pe laptopul tău cu Windows poți rula, într-o fereastră, o mașină virtuală cu Linux, pentru a testa un program fără riscul să strici sistemul principal. Dacă se strică ceva, ștergi fișierul mașinii virtuale și iei totul de la capăt.

Ce face hipervizorul?

Hipervizorul este programul care creează mașinile virtuale și împarte resursele gazdei între ele. El stă între hardware și sisteme de operare, decide cine primește cât timp de procesor și cât spațiu de memorie și împiedică o mașină să vadă datele alteia.

Există două categorii mari:

• hipervizor de tip 1, instalat direct pe hardware, fără sistem de operare intermediar; este varianta folosită în centrele de date, pentru că pierde cel mai puțin din performanță;
• hipervizor de tip 2, instalat ca un program obișnuit peste un sistem de operare existent; este varianta pe care o folosești pe laptop sau pe calculatorul de acasă.

Procesoarele moderne includ instrucțiuni speciale pentru virtualizare, care lasă codul din mașina virtuală să ruleze aproape direct pe procesor, nu prin simulare lentă. De aceea diferența de viteză față de un server fizic este adesea mică, de ordinul câtorva procente în sarcini obișnuite.

De ce depinde cloudul de virtualizare?

Cloudul depinde de virtualizare pentru că aceasta transformă hardware-ul într-un material flexibil, care se taie în felii de orice mărime. Când comanzi un server la un furnizor, nu ți se montează o piesă nouă într-un dulap; se creează o mașină virtuală pe un server care are deja loc.

Din asta rezultă avantaje clare:

1. Viteză de creare. O mașină virtuală pornește în câteva minute, fără livrare de echipamente.
2. Folosire eficientă. Pe aceeași gazdă pot rula zeci de mașini ale unor clienți diferiți, iar cererile lor nu apar toate în același moment.
3. Mutare fără oprire. Multe sisteme permit mutarea unei mașini virtuale de pe o gazdă pe alta, uneori fără ca utilizatorii să observe, ceea ce ajută la reparații și întreținere.
4. Instantanee. Poți salva starea exactă a unei mașini la un moment dat și te poți întoarce la ea dacă o actualizare merge prost.

Modelele de servicii descrise în IaaS, PaaS și SaaS: diferențele explicate simplu se sprijină pe acest mecanism, mai ales primul dintre ele, în care închiriezi chiar mașina virtuală.

Care sunt limitele virtualizării?

Virtualizarea are un cost: fiecare mașină virtuală poartă după ea un sistem de operare complet, ceea ce consumă memorie și spațiu pe disc. Zece mașini virtuale înseamnă zece sisteme de operare pornite, nu unul.

Mai apar și alte limite practice:

• resurse partajate: dacă o mașină vecină consumă foarte mult disc sau rețea, a ta poate încetini; fenomenul este numit uneori „vecin zgomotos”;
• pornire relativ lentă față de alte soluții mai ușoare, cum sunt containerele, despre care afli în Containerele: diferența față de mașinile virtuale;
• dependența de gazdă: dacă serverul fizic se defectează, toate mașinile de pe el sunt afectate, motiv pentru care furnizorii le replică în alte locuri;
• licențe: unele programe comerciale se taxează diferit în mediile virtuale.

Atenție: Izolarea dintre mașinile virtuale este foarte bună, dar nu absolută, iar actualizările de software contează aici la fel de mult ca oriunde. Au existat vulnerabilități ale procesoarelor care au permis, teoretic, citirea datelor între mașini vecine. Furnizorii le repară prin actualizări, iar tu rămâi protejat dacă sistemele sunt ținute la zi.

Cum folosești virtualizarea acasă?

Poți folosi virtualizarea acasă fără costuri mari, cu un program gratuit de tip 2 și un laptop cu memorie suficientă. Cazurile utile sunt puține, dar reale.

Primul este testarea: instalezi un program necunoscut într-o mașină virtuală, nu pe sistemul principal. Dacă se dovedește dăunător, rămâne închis în fișierul lui. Al doilea este învățarea: poți încerca un alt sistem de operare, fără să-ți formatezi calculatorul. Al treilea este rularea unui program vechi, care nu mai merge pe versiunea actuală de sistem.

Pentru o mașină virtuală confortabilă îi rezervi, de obicei, jumătate din procesor și din memoria laptopului, cel mult. Dacă îi dai mai mult, gazda devine lentă. Gândește-te la gazdă ca la o casă în care chiriașii au nevoie de spațiu, dar trebuie să rămână loc și pentru proprietar.

Legătura cu centrele de date este directă; ele sunt clădirile în care se află gazdele fizice, iar detalii despre consum și răcire găsești în Centrele de date: cum funcționează și ce resurse consumă.