В традиционной физической вычислительной среде ПО, такое как операционные системы или корпоративные приложения, имеет прямой доступ к базовому компьютерному оборудованию и компонентам, включая процессор, память, хранилище, некоторые чипсеты драйверы ОС. Ранее это создавало серьезные проблемы в настройке программного обеспечения, а также существенно затрудняло перемещение или переустановку приложений на другое оборудование — например при восстановлении из резервных копий после аварии.

Об истоках виртуализации

Термин «виртуализация» был придуман в конце 1960-х - начале 1970-х годов в ходе исследовательских проектов IBM и MIT в области совместного использования вычислительных ресурсов группами пользователей. Подробнее об этом вы можете почитать в нашем блоге на Хабре: [ССЫЛКИ на IBM/360 и истоки виртуализации].

В настоящее время виртуализация широко распространена в ИТ. В сфере облачных сервисов лидируют продукты компаний VMware, Microsoft, Citrix и Oracle.

Как работает аппаратная виртуализация

Процесс аппаратной виртуализации включает в себя установку гипервизора или диспетчера виртуальных машин (VMM). Именно они создают уровень абстракции между программным обеспечением и непосредственным «железом». После установки гипервизора программное обеспечение полагается на виртуальные представления вычислительных компонентов — то есть, к примеру, на виртуальные CPU вместо физических. К наиболее популярным гипервизорам можно отнести решения VMware vSphere на основе ESXi и Microsoft Hyper-V.

Виртуализированные вычислительные ресурсы объединяются в изолированные «группы», называемые виртуальными машинами (ВМ). На подготовленную ВМ можно установить операционную системы, а затем требуемые приложения. Виртуализированные системы могут иметь сразу несколько виртуальных машин одновременно, при этом каждая виртуальная машина логически изолирована от своих «соседей». Таким образом, если одна из ВМ подвергнется атаке вируса, будет перегружена или взломана, это никак не скажется на других машинах внутри системы.

Виртуализация позволяет бизнесу сократить издержки, связанные с приобретением серверного оборудования. К примеру, вместо покупки 10 разных серверов для размещения 10 приложений, каждому из которых для работы требуется отдельная ОС, достаточно построить виртуализированную систему, которая будет содержать требуемое количество ВМ, в рамках всего одного достаточно мощного сервера.

https://searchservervirtualization.techtarget.com/definition/hardware-virtualization

Поскольку гипервизор устанавливается непосредственно на сервер, а операционные системы и ПО добавляются позже, такой подход часто называют виртуализацией «на голом железе». В последние годы гипервизоры стали самостоятельными узко заточенными ОС. Есть и альтернативный подход, работающий в случае, если вы не можете/не желаете работать с «голым железом» — сперва устанавливается главная операционная система, а уже в ней разворачивается гипервизор и все ВМ. Этот метод часто называют виртуализацией с хост-системой. Сейчас он чаще всего используется для виртуализации контейнеров.

Типы аппаратной виртуализации

Существует несколько типов аппаратной виртуализации. Среди них — полная виртуализация, паравиртуализация и виртуализация с аппаратной поддержкой. Кратко поговорим о каждом из них.

Полная виртуализация полностью имитирует требуемое оборудование для гостевой операционной системы. В итоге получается среда, аналогичная ОС, работающей на отдельном сервере. Использование полной виртуализации позволяет администраторам запускать виртуальные среды любых конфигураций без каких-либо дополнительных аппаратных ухищрений.

Паравиртуализацией называется подход, при котором на ВМ запускается особым образом подготовленная (измененная и/или перекомпилированная) версия гостевой ОС. Иными словами, системные администраторы должны соблюдать исходные требования ОС к железу лишь частично.

Виртуализация с аппаратной поддержкой использует аппаратное обеспечение компьютера в качестве «архитектурной поддержки» для создания полностью виртуализированной ВМ и управления ею. Виртуализация с аппаратной поддержкой была впервые представлена ​​IBM в 1972 году с IBM System / 370. Виртуализация с аппаратной поддержкой на сегодняшний день является наиболее распространенной формой виртуализации.

Технология виртуализации дала жизнь популярным сейчас облачным сервисам, таким как: