مفهوم مجازي سازي مفهوم تازه اي نيست. اين مفهوم در دهه 60، هنگامي كه از Mainframe ها استفاده مي شد، به وجود آمد. با پيشرفت هاي دنياي ديجيتال و خصوصا كامپيوتر و شبكه هاي كامپيوتري، يكي از نيازهاي كاربران و مديران دسترسي آسان و سريع به منابع و سرويسها با سرعت بالا بود. با توجه به گسترش ارتباطات و بالارفتن نرخ ارسال اطلاعات مشكل كمبود سرعت انتقال اطلاعات در حال بهبود يافتن بود. بعد از بالا رفتن توان پردازشيMainframeها، بيشتر مديران به سمت استفاده ازMainframe براي سرويس دادن به كاربران در زمان مناسب و با هزينه پايين رفتند. در راهبرد قديمي،Mainframe را به تعدادي ماشين مجازي به صورت منطقي تقسيم مي كردند(شكل 1) و براي پردازش كارهاي كاربران هر كدام از اين ماشينهاي مجازي را به كارهاي كاربران تخصيص مي دادند. در صورت بروز مشكل براي يك ماشين مجازي، ماشينهاي ديگر تحت تاثير قرار نمي گرفتند.
شکل 1-تقسيم يك Mainframe به ماشينهاي مجازي
بعد از ظهور نسل جديد سرورها -كه داراي توان بالا و قيمت پايين بودند- رويكرد قبلي به تدريج كمرنگ شد. با توجه به افزايش سرويسهاي جديد در شبكه ها، و نياز هركدام از اين سرويسها به سخت افزار و سيستم عامل اختصاصي، راهبرد جديد به „يك سرور يك سرويس” تغيير پيدا كرد. اين رويكرد در دهه 90 و اوايل دهه جاري مناسب بود، اما بعد از اينكه سرورها داراي سخت افزارهايي با توان بالا شدند، اين رويكرد نياز به بازنگري پيدا كرد. بعد از مانيتور كردن منابع استفاده شده در سرورها مشاهده شد كه در تعداد كثيري از سرورها ميزان استفاده از منابع كمتر از 20% مي باشد. اين رويه باعث بالا رفتن هزينه و مصرف انرژي و در عين حال كاهش بهره وري سخت افزار مي شد. با توجه به اين مسائل در راهبردهاي جديد هدف كاهش هزينه، بالابردن بهره وري سخت افزار و مديريت آسانتر و كاراتر سرورها بود. در (شكل 2) اين مساله نشان داده شده است. بنابراين اين مسائل مديران و متخصصان شبكه را به سمت قرار دادن سرورهاي مختلف بر روي يك سخت افزار قدرتمند سوق داد. در راهبرد جديد هدف قراردادن سرويس هاي متنوع بر روي يك سخت افزار به صورت متمركز و با هزينه كمتر بود تا از اين طريق مديريت آن آسانتر، كم هزينه تر ، فرايندهاي نگهداري و پشتيبان گيري راحتتر، ميزان در دسترس بودن و قابليت اعتماد آن بالاتر باشد.
شکل 2- روند صعودي در روش قبلي در مقايسه با راهبرد جديد
مجازي سازي را انتزاع منابع كامپيوتر تعريف مي كنند. اين انتزاع مي تواند موارد زير باشد. :
پلتفرم: سيستم عامل را از سخت افزار جدا مي كند.
Desktop: يك Desktop را به همراه OS، كاربردها و منابع سخت افزاري آن شبيه سازي مي كند.
كاربردها: كاربردها را به صورت مستقل از سيستم عامل ايجاد مي كند.
منابع: شبكه ،I/O ،حافظه، منابع ذخيره سازي و حافظه مجازي
در اين مجال، مجازي سازي به مفهوم جداسازي لايه سخت افزار از سيستم عامل بكار رفته است. در اين مفهوم با توجه به جداسازي صورت گرفته، يك سيستم عامل به راحتي مي تواند بر روي سخت افزارهاي مختلف اجرا شود و در مقابل نيز بر روي يك سخت افزار، سيستم عامل هاي مختلف مي توانند اجرا شوند.. در شكل 3 تفاوت يك سيستم واقعي -كه در آن يك سيستم عامل به همراه كاربردها بر روي يك سخت افزار خاص قرار گرفته است- در مقابل ماشين هاي مجازي -كه هر كدام داراي سيستم عامل مختلف بوده و داراي محيط اختصاصي مي باشند- و بر روي يك سخت افزار وجود دارند، نشان داده شده است. همانطور كه در شكل پيداست، هدف ارائه يك ديد يكپارچه از سخت افزار به سيستم عامل ها است.
شکل 3- مقايسه سيستم واقعي و مجازي
با توجه به جذابيت هاي اين تكنولوژي براي كاربران و مديران شبكه ها، لازم است ابعاد این تکنولوژی به درستي درك شده و پياده سازي آن با دقت و صحت صورت گيرد تا مزايا و نتايج قابل انتظار آن حاصل شود. در بين محصولات مجازي سازي محصولات شركت VMware در مقابل شركت هاي رقيب اصلي – Microsoft،Citrix و IBM - بيشترين اقبال را بين استفاده كنندگان از مجازي سازي بدست آورده است. محصولاتي كه VMware ارائه كرده داراي امكانات بيشتر و كارايي بالاتر بوده اند، بنابراين ما براي معرفي از محصولات شركت VMware استفاده كرده ايم. بر اساس آمار، درصد استفاده از محصولات اين شركت براي مجازي سازي بيش از 70% مي باشد.
شکل 4 - مقايسه سهم هر كدام از توليدكنندگان نرم افزارهاي مجازي سازي از بازار
اگر به جاي سرورها، مجازي سازي را براي Desktopهاي كاربران انجام دهيم به آن Desktop Virtualization يا VDI گفته مي شود. تفاوت اساسي مجازي سازي سرورها با Desktopها در تعداد زيادتر Desktopها و منابع كمتر مورد نياز آن به نسبت سرورها و خود تفاوت ذاتي كار يك سرور و يك Desktop است. به هر كدام از Desktopها يا سرورها يك Virtual Machine يا VM گفته مي شود. علت اطلاق ماشين مجازي با آن داشتن تمام منابع نرم افزاري و سخت افزاري يك سيستم فيزيكي مستقل است.
شركت هاي مختلفي در ايران در حال استفاده از اين تكنولوژي هستند. اكثر شركت هايي كه خدمات Data Center ارائه مي كنند براي مثال داده پردازي ايران يا پارس آنلاين اين تكنولوژي را پياده كرده اند. يكي از شركتهاي فعال در اين زمينه شركت همكاران سيستم است كه در اين عرصه جزء يكي از پيشتازان است.
جزئيات تكنولوژي مجازي سازي
براي مجازي سازي از يك نرم افزار خاص جهت جداسازي منابع فيزيكي استفاده مي شود تا يك ديد يكپارچه از سخت افزار به VM داده شود و به نوعي تنوع سخت افزاري از ديد VMها پنهان شود. لايه جداسازي امكان داشتن چند VM بر روي هر سخت افزار فيزيكي را مي دهد. هريك از VMها مي توانند داراي سيستم عامل و محيط خاص خود باشند و آن را اجرا كنند. اگر راه اندازي VM در لايه جداسازي به درستي صورت گيرد، سيستم عاملي كه روي VM اجرا مي شود، درست مثل اين كه روي خود سخت افزار نصب شده باشد، كار مي كند. سيستم عامل ميزبان (ESX Server) در لايه اول قرار دارد(در شكل 1 بخش سبز رنگ است) و مستقيما بر روي سخت افزار فيزيكي نصب مي شود. سيسستم عامل هاي ميهمان(guest) ، تحت كنترل نرم افزار مجازي سازي و روي VMهاي اختصاصي خودشان اجرا مي شوند. سيستم عامل هاي ميهمان از طريق لايه مجازي سازي به منابع ماشين فيزيكي (كامپيوتر يا سرور اصلي) دسترسي دارند.
بخش كليدي در ساختن لايه جداسازي، معمولا Hypervisorاست. اين قسمت از نرم افزار مسئول به اشتراك گذاشتن منابع فيزيكي كامپيوتر بين VMهايي است كه روي آن اجرا مي شوند. نوشتن برنامه Hypervisor كار ساده اي نيست. چون اين برنامه بايد طوري به سيستم عامل ميهمان وانمود كند كه انگار كنترل سخت افزار واقعي سيستم را در دست دارد. براي انجام اين كار، VMM در سطح پردازنده، يعني حلقه صفر، كار مي كند. سيستم عامل ميهمان يك سطح بالاتر و در حلقه يك اجرا مي شود. اكثر سيستم عامل ها برنامه هاي كاربردي را در حلقه سه اجرا مي كنند. در اين سطح حفاظتي، برنامه هاي كاربردي مجوزهاي محدودي دارند و نمي توانند كارهايي را انجام دهند كه به از كارافتادن سيستم عامل يا خطرات امنيتي منجر مي شوند. اجرا كردن OS در حلقه يك باعث مي شود Hypervisor عمليات مختلفي را كه سيستم عامل مي خواهد انجام دهد (مثلا دسترسي به حافظه) ، تشخيص دهد وخودش آن ها را انجام دهد.
بخش مهم ديگر در ساختن VM، جداسازي لايه سخت افزار است. نرم افزار VM بايد براي OS ميهمان، دستگاه ها و سخت افزارهاي مختلف، نظير چيپ ست IDE، كارت شبكه و كارت اسكازي را به طور مجازي شبيه سازي كند. هر يك از نرم افزارهاي VM، سخت افزارهاي خاصي را شبيه سازي مي كنند در ضمن، دستورات و داده هايي كه سيستم عامل ميهمان به اين دستگاه مجازي ارسال مي كند، از طريق نرم افزار VM براي سخت افزار فيزيكي موجود ترجمه و فرستاده مي شود.
با استفاده از دستگاه هاي سخت افزار مجازي، اين امكان به وجود مي آيد كه سيستم عامل ميهمان را روي كامپيوتري با سخت افزار كاملا متفاوت كپي كنيم و بدون مشكل به كار خود ادامه دهيم. Hypervisor مسئول فرستادن داده ها و دستورات از دستگاه مجازي به دستگاه فيزيكي است. براي مثال، محصولات VM مايكروسافت، كارت شبكه Intel 21141 و محصولات VMware هم كارت AMD PCnet را شبيه سازي مي كنند.
برای مجازي سازي نياز به داشتن يك زير ساخت است. در شكل 5 زير ساخت لازم براي مجازي سازي به كمك محصولات شركت VMware نشان داده شده است. همانطور كه در شكل پيداست، در سه لايه پايين با سخت افزارها سروكار داريم. در اين بخش بايد سرور، شبكه ارتباطي و حافظه لازم به همراه نرم افزارهاي شركت VMware خريداري شود. بدون داشتن سرورهاي سخت افزاري مناسب ، شبكه سرعت بالا و حافظه اي با ظرفيت و سرعت بالا عملا نمي توان از قابليت هاي اين تكنولوژي بهره برد. بعد از نصب سيستم عامل ESX Server بر روي سرورها مي توان به كمك يك رابط كاربر(بخش سبز رنگ) مديريت بقيه مراحل ايجاد زيرساخت را انجام داد. در قسمت خاكستري رنگ سروريسهايي كه اين زيرساخت ارائه مي كند نشان داده شده است. براي مثال از VMotion براي انتقال يك سرويس در حال اجرا از روي يك سرور به سرور ديگر مي توان استفاده كرد.
شکل 5 - زير ساخت مجازي سازي برايمحصولات شركت VMWare
پياده سازي سرورها به وسيله VMware ESX Server نه تنها بودجه يك سازمان را حفظ مي نمايد، بلکه محيطي به مراتب ايمن تر و مناسب تر را فراهم مي كند و زمان کمتري را براي رفع اشکالات نسبت به سرورهاي واقعي نياز دارد. با توجه به اينكه هزينه هاي ارتقا، نگهداري و رفع اشكال سيستم ها و سرورها بالا بوده و هر سيستم بعد از مدتي كاركردن مستهلك شده و نياز به تعويض يا ارتقا دارند بنابراين يكي از مسائل مهم در مديريت شبكه ها هزينه هاي نگهداري است. در راهبرد جديد تمام اطلاعات در مراكز داده نگهداري مي شود و با توجه به اينكه امروزه سخت افزارهايي استفاده مي شود كه عمر بالايي دارند و اغلب نيازي به ارتقا نداشته و هزينه پشتيباني آن هم به مراتب كمتر مي باشد بنابراين سيستم هاي جديد داراي امنيت بالاتر، هزينه پايين تر و قابليت دسترسي راحت تري هستند. لازم به ذكر است مديريت اين سيستم ها بسيار آسان تر است و فرايندهاي ايجاد، نگهداري و حذف به راحتي و از طريق يك رابط كاربر و تحت وب قابل انجام است. دسترسي آسان از عواملي تاثيرگذار بر گرايش به سوي اين راهبرد جديد بوده است. در تمام نقاط داخل شبكه سازمان، مديران براحتي مي توانند به سيستم ها بصورت امن دسترسي داشته باشند. مجازي سازي شرکتها را قادر مي سازد تا به ازاي سخت افزار موجود از آنها استفاده بهينه شده و بازدهي سرورها افزايش يافته و كارايي سخت افزار موجود را از ۵ تا ۷۰ درصد افزايش دهند. با استفاده از VMware ESX قادر به ايجاد ديتا سنتر هاي اتوماتيک و دايناميک خواهيد بود که اين Data Center ها داراي كارايي، توسعه پذيري و قابليت اعتماد بالايي خواهند بود. با استفاده از اين برنامه ها مي توانيد از يك سرور براي چند كاربرد مختلف استفاده كنيد و يا كامپيوتري با چند سيستم عامل كاملا مستقل داشته باشيد و از آن براي تست نرم افزار و يا دادن سرويسهاي مختلف استفاده كنيد.
سوالي كه اغلب مطرح مي شود اين است كه يك برنامه تحت چه شرايطي نبايد بر روي سرور مجازي قرار گيرد؟ يكي از معيارهاي اصلي ما نياز يك برنامه به پردازشگر است. اگر برنامه براي مدت طولاني به پردازشگر نياز داشته باشد پس براي سرور فيزيكي مناسب است. بنابراين اگر در يك بازه زماني طولاني ميزان استفاده از پردزاشگر بيشتر از 80 درصد باشد در اينصورت اين برنامه مناسب استفاده در محيط مجازي نخواهد بود و برنامه به يك پردازشگر اختصاصي نياز دارد. آيا يك خط مبنا براي هر برنامه انتخاب مي شود يا يك خط مبنا براي تمام برنامه ها؟ امروزه هر برنامه جديد مورد آزمايش قرار مي گيرد. پردازشگر مانيتور مي شود و سپس تعيين مي شود كه برنامه حذف شود يا بماند..
دستاوردها و مزاياي مجازي سازي
تکنولوژي هاي مجازي سازي راه و روش کسب و کار و تفکر ما را بهبود بخشيده اند. داشتن يك سرور قدرتمند و اجراي مجموعه مختلفي از سرويسها بر روي آن و يا داشتن مجموعه اي از سرورهاي ارزان و بهره وري حداكثري از منابع آن يكي از علل اصلي گرايش به سمت مفهوم مجازي سازي بوده است. مجازي سازي تكنولوژي جديدي است كه هر مدير شبكه اي و هر كاربر كامپيوتري مي تواند از مزاياي آن بهرمند شود. كاربران متعدد و شركت هاي مختلفي در سراسر جهان از راه حلهاي مجازي سازي VMware به عنوان يك راه حل مفيد و سودمند براي مديريت IT در راستاي كاهش هزينه، افزايش كارايي، انعطاف پذيري و بهره وري از سخت افزارها در سازمانهاي خود، استفاده مي كنند. به طور كلي مزاياي مجازي سازي را مي توان به صورت زير دسته بندي كرد:
يكپارچه سازي سرورها و بهينه سازي زيرساخت: يكي از بزرگترين مشكلات سازمانهاي بزرگ تهيه و نگهداري سخت افزار كاربران است. اين مساله وقتي سازماني به صورت پراكنده باشد بسيار بحراني تر خواهد شد زيرا فرايندهاي ارتقا ، تعمير و به روزرساني بسيار وقتگير است. مجازي سازي امكان بهره وري حداكثري از منابع را با بهره گيري از تمام منابع و شكستن سنت „يك سرور براي يك كاربرد” ، مي توان از منابع به صورت بهينه استفاده كند.Your Adsense Code
كاهش هزينه زيرساخت فيزيكي: با مجازي سازي تعداد سرورها و سخت افزارهاي مرتبط با آن در ديتاسنتر ها به مقدار قابل ملاحظه اي كاهش مي يابد. هر چه تعداد سرورها كمتر باشد، باعث كاهش فضاي مورد نياز ، تجهيزات برقي و تهويه مطبوع خواهد شد كه هر كدام به نوبه خود تاثير فزاينده اي دركاهش هزينه ها خواهند داشت.
بهبود قدرت پاسخگويي و انعطاف پذيري اعمال: مجازي سازي يك روش جديد مديريت زيرساخت در راستاي كمك به مديرانIT است تا با كاهش اعمال تكراري مانند پيكره بندي، مانتيتورينگ، نگهداري و provisioning درصرفه جويي زمان اين مديران نقش بسزايي داشته باشد.
بالا بردن ميزان در دسترس بودن كاربردها و بهبود دوام كسب و كار : از بين بردن ميزان زمانهاي downtime Planned و بازيابي سريع در هنگام بروز خرابي هاي پيش بيني نشده و قابليت پشتيبان گيري امن و انتقال تمام محيطهاي مجازي بدون وقفه در سرويس است.
مديريت و امنيت بهتر: توانايي بكارگيري، مديريت و مانيتور كردن محيطهاي Desktop به صورت امن كه قابل اجرا بر روي هر سيستم كامپيوتر مي باشد و كاربران نهايي مي توانند به صورت محلي يا از راه دور با يا بدون ارتباط شبكه اي استفاده كنند. در صورت خرابي و بروز مشكل براي يك سيستم بلافاصله قابل جايگزيني هستند و داده هاي شخصي هر شخص را هم مي توان به صورت جدا از خود سيستم مجازي ذخيره كرد.
ارتقاء و بروزرساني آسان : در صورت كم بودن منابع سخت افزاري تخصيص يافته به يك ماشين به راحتي مي توان به منابع ماشين اضافه كرد. براي به روز رساني به راحتي مي توان سيستم هاي متعددي را بدون نياز به انتقالات زياد، به روز رساني كرد.
امكان حمايت از Remote Developer: براي شركتهايي كه با مشترياني به صورت برون سپاري كار مي كنند، مساله امنيت داده هاي آن بسيار مهم است. با اين تكنولوژي به راحتي داده ها به صورت امن در حافظه هاي داخل سازمان نگهداري خواهد شد.
مزاياي مطرح شده تنها بخشي از قضيه است. در كنار مزاياي مطرح شده هر روش يا تكنولوژي جديدي داراي معايبي خواهد بود. عمده معايبي آن عبارتند از:
نياز به بستر مجازي سازي و بستر شبكه مناسب
نياز به سخت افزار گران(كلاسهاي سرور قوي) و SAN
نياز به افراد خبره جهت راه اندازي و نگهداري VI
لازم به ذكر است تلاشهاي زيادي در راستاي بهبود كارايي اين تكنولوژي در حال انجام است. شركتها سازنده تجهيزات شبكه مانند سيسكو وHP در حال بالابردن ميزان حمايت تجهيزات توليدي خود از اين تكنولوژي جديد اند. براي مثال يكي از توليدات اخير سوييچهاي كلاسهاي Cisco Nexus 1000V مي باشد كه محصول همكاري دو شركت است.
آينده اين تكنولوژي
نرخ رشد ارتباطات سيار در حال بهبود است و در كنار آن محاسبات ابري يكي ديگر از مباحث جذاب و در حال رشد شبكه هاي كامپيوتري است. با توجه به اين مسائل و مزاياي مجازي سازي در آينده اكثر سرويسها بر روي سخت افزارهاي قوي و با قابليت اطمينان بالا و بصورت مجازي سازي شده عرضه خواهند شد. سرويسهاي اين تكنولوژي هنوز نياز به بهبود دارد و شركت هاي سخت افزاري در حال بالابردن ميزان حمايت محصولات خود از مجازي سازي هستند.
مويد اين مطلب، محصولات شركت سيسكو و HP و حمایت بزرگان عرصه IT از مجازي سازي است. محصول جديد شركت VMware كه در آوريل 2009 با نام VSphere ارائه شد، تاييدي بر اين ادعاست. شركت HP در 21 آوريل سال جاري اعلام حمايت از محصول جديد در سرورهاي HP Proliant و BladeSystem G6 كرد. اين محصول جديد باعث ايجاد تحولي شگرف در بازار شد و اين اميد را زنده نگه داشت كه آينده به سوي مجازي سازي پيش خواهد رفت. در اين محصول سرويسهاي مختلف به كاربران بدون نياز به نصب نرم افزارهاي مختلف بر روي سيستم هاي آنها قابل ارائه است.
به طور خلاصه مي توان گفت : براي مجازي سازي ، نويدهايي در رابطه با صرفه جويي در سخت افزارها و كاهش در تعداد و تنوع سرويس دهنده ها مي دهد. با كاربردي شدن فناوري محاسبات ابري، سرويس دهنده ها به كلي از اين معادله خارج مي شوند. سازمان ها فضاي مورد نياز براي ذخيره اطلاعاتشان را روي سرويس دهنده هاي مجازي اجاره مي كنند، از طريق اينترنت به آنها دسترسي دارند و از راه دور پردازش هاي لازم را با استفاده از پردازش گرهاي مستقر در مراكز داده ها انجام مي دهند. مشتريان تنها براي چيزي كه استفاده مي كنند پول مي پردازند و به اين ترتيب مقادير قابل توجهي در هزينه هاي دريافت خدماتي مانند روشنايي، گرما و سرما، صرفه جويي مي كنند.
شکل 6 - محصول جديد شركت VMwareبا نام VSphere
