Виртуализация как стандартный паттерн

Виртуализация как корпоративная концепция почти так же стара, как и сам бизнес-компьютинг. Ценность абстрагирования вычислений от физического оборудования была осознана очень рано, и почти сразу, как только у компьютеров появилась достаточная мощность для управления процессом абстрагирования, началась работа по реализации виртуализации в том виде, в котором мы знаем её сегодня.

Первые широко признанные работы по виртуализации начались в 1964 году с разработчиков операционной системы IBM CP-40 для мейнфрейма IBM System/360. Это был первый реальный опыт коммерческой виртуализации, и код и архитектура этой ранней платформы виртуализации дошли до наших дней в виде платформы IBM VM, непрерывно используемой с 1972 года в качестве уровня виртуализации для семейств мейнфреймов IBM на протяжении десятилетий. С тех пор как IBM первой представила виртуализацию, корпоративные системы практически повсеместно приняли этот паттерн аппаратной абстракции. Многие крупные вычислительные системы, мини-компьютеры и мейнфреймы перешли на виртуализацию в 1970-х, а основная часть остальных корпоративных систем последовала за ними — по мере доступности необходимых технологий — в 1980-х и 1990-х годах.

Единственным значимым исключением в сфере корпоративных вычислений оставалась платформа Intel IA32 (aka x86), которой не хватало необходимых аппаратных ресурсов для эффективной виртуализации вплоть до появления расширенной 64-битной платформы AMD64, и даже тогда — только при наличии специальных новых технологий. После их введения высокопроизводительная и высокозащищённая виртуализация стала доступна на всех основных платформах для бизнес-вычислений.

Поскольку недорогие x86-платформы не обладали полноценной виртуализацией (если не считать программной виртуализации с, как правило, невысокой производительностью и нишевых высокопроизводительных платформ паравиртуализации) вплоть до середины 2000-х годов, виртуализация оставалась практически недоступной для подавляющего большинства малых и средних предприятий. Это привело к тому, что многие специалисты, ориентированные именно на рынок МСБ, не знают о том, что виртуализация — хорошо зарекомендовавшая себя, зрелая технология, давно ставшая де-факто стандартом для бизнес-серверных вычислений. Аппаратная абстракция практически повсеместно используется в корпоративных вычислениях, а многие из крупнейших и наиболее стабильных платформ не имеют поддерживаемого варианта работы на «голом железе».

Существуют конкретные ниши, где отказ от аппаратной абстракции посредством виртуализации не рекомендуется, однако они крайне редки — особенно на рынке МСБ. К системам, которые, как правило, не следует виртуализировать, относятся чувствительные к задержкам системы (например, платформы низкочастотного трейдинга) и многосерверные объединённые нагрузки, такие как HPC-вычислительные кластеры, где главным приоритетом является производительность, а не стабильность и удобство. Ни один из этих случаев не характерен для МСБ.

Виртуализация предлагает множество преимуществ. Нередко в МСБ, где виртуализация менее ожидаема, предполагается, что её цель — консолидация с возможностью масштабной экономии затрат или предоставление новых механизмов обеспечения высокой доступности. Оба варианта отличны и могут помочь конкретным организациям в конкретных ситуациях, однако ни один из них не является базовым обоснованием виртуализации. Консолидацию и высокую доступность при необходимости можно реализовать и другими способами. Виртуализация просто предоставляет широкий набор возможностей именно в этих областях.

Многие варианты использования виртуализации являются артефактами экосистемы — например, потенциальное снижение затрат на лицензирование. Подобные преимущества не являются внутренними достоинствами виртуализации как таковой, однако существуют и не могут быть проигнорированы при реальной оценке. Не все преимущества применимы ко всем гипервизорам или платформам виртуализации, однако почти все они справедливы в общем случае. Аппаратная абстракция — это концепция, а не реализация, поэтому способы её использования будут различаться. С концептуальной точки зрения абстрагирование от оборудования — будь то на уровне хранилища, на вычислительном уровне и т. д. — очень важно, поскольку упрощает управление, повышает надёжность и ускоряет разработку.

Ниже перечислены некоторые преимущества виртуализации. Важно отметить, что, за исключением таких специфических вещей, как консолидация и высокая доступность, почти все эти преимущества относятся не только к виртуализации на одном физическом узле, но и к единственной рабочей нагрузке на этом узле.

1. Снижение трудозатрат и рисков, связанных с заменой, поломками, модификациями, расширением оборудования и т. д.
2. Инкапсуляция хранилища для упрощения процессов резервного копирования и восстановления, в том числе при переносе на разнородное оборудование
3. Создание снимков (снапшотов) всей системы для защиты при управлении изменениями
4. Простота архивирования после вывода системы из эксплуатации
5. Улучшенные возможности мониторинга, включая внеполосное управление даже на аппаратных платформах, которые не поддерживают его нативно
6. Аппаратная независимость исключает привязку к конкретному вендору, поскольку операционные системы воспринимают гипервизор как оборудование, а не само физическое железо
7. Простое разделение рабочих нагрузок
8. Простая консолидация с сохранением разделения рабочих нагрузок
9. Значительно улучшенное использование ресурсов
10. Аппаратная абстракция создаёт реальные возможности для повышения производительности и стабильности системы при снижении требований к операционной системе и разработчикам драйверов для гостевых ОС
11. Упрощённое развёртывание новых и разнообразных рабочих нагрузок
12. Простой переход от одноплатформенных к многоплатформенным средам хостинга, открывающий возможности для добавления облачных развёртываний или систем высокой доступности
13. Перемещение рабочих нагрузок для обеспечения простого физического масштабирования

В современных вычислительных средах серверные рабочие нагрузки должны быть повсеместно виртуализированы по этим причинам. Преимущества виртуализации огромны, а недостатки немногочисленны и несущественны. Два распространённых сценария, где виртуализации по-прежнему следует избегать, — это ситуации, когда необходимо напрямую использовать специализированное оборудование на сервере (сегодня это стало крайне редким, но всё ещё встречается) и системы с чрезвычайно низкими задержками, где субмиллисекундная задержка критична. Второй случай характерен лишь для крайне нишевых бизнес-ситуаций, таких как системы низкочастотного инвестиционного трейдинга. Системы с такими требованиями также будут иметь экстремальные требования к сети и геолокации — например, низкозадержная сеть Infiniband с оптическим каналом до торговой площадки протяжённостью менее восьми километров.

Некоторые указывают, что высокопроизводительные вычислительные кластеры не используют виртуализацию, однако это спорный момент, поскольку любая форма кластеризации по сути является формой виртуализации. Просто речь идёт о виртуализации на уровне «суперсистемы», а не строго на уровне отдельной системы.

Можно с уверенностью предположить: в любой ситуации, когда вам действительно не следует использовать виртуализацию, вы поймёте это совершенно однозначно и сможете эмпирически доказать, почему виртуализация физически или практически невозможна. Во всех остальных случаях — виртуализируйте. Виртуализируйте, если у вас только один физический сервер с одной физической рабочей нагрузкой и единственным пользователем. Виртуализируйте, если вы входите в Fortune 100 с самыми требовательными нагрузками. И виртуализируйте, если вы находитесь где-то посередине. Масштаб не имеет значения для виртуализации; мы виртуализируем из стремления иметь более эффективную и стабильную вычислительную среду — сегодня и в будущем.