Virtualizációs technikák, technológiák

Adott:

• sok-sok PC a Salgó polcon: mindegyik valamelyik osztályé, tanszéké, haveré, ügyfélé stb.; vagy
• egy nagy szerver, ami Sokmindent Csinál.

Baj a sok-sok PC-vel:

• A Salgó Polcon Álló PC Nem Professzionális;

• ha gagyik:
  • lefagynak - ilyenkor oda kell menni és belerúgni;
  • kereshetünk bele való gagyi hardvert;
  • papírfecnivel ki kell ékelni a processzorhűtőt;
  • poroltót kell tartani a közelben.

• ha újak, esetleg márkásak:
  • bonyolultabb és/vagy sokkal drágább lesz az alkatrészcsere, amikor elromlik;
  • fáj, hogy Ott Az A Szép Nagy Gép És Nem Is Csinál Semmit;
  • sok áramot fogyaszt;
  • sok hőt ad le (drága lesz a légkondi).

• ha nem mi menedzseljük őket:
  • a rendszergazdák folyton elfelejtik a rootjelszót, és mehetünk oda a konzolhoz betörni;
  • a rendszergazda lusta, dilettáns, rosszhiszemű és rosszindulatú;
  • emiatt viszonylag nehezen tudunk rendet tartani a hálózatban.

• ha mi menedzseljük őket:
  • akkor is macerás mindig odamenni a konzolhoz, amikor valamelyiknek valami baja van;
  • LOM (Lights Out Management) megoldás lehet erre, de elég drága.

Baj az egy nagy szerverrel, ami Sokmindent Csinál:

• az Ezen A Héten Divatos Projekt fejlesztőjének azonnal kell a még csak bétában elérhető PHP 8.0, de
• ennek lefordításához és futtatásához kell az új, szintén béta libc6, viszont
• a Múlt Héten Divatos És Még Mindig Fontos Projekt fejlesztői által írt alkalmazás az előző libc6 egy olyan "nemdokumentált funkcióját" használja ki, ami az új libc6-ban nincs benne; valamint
• kernelt is kell cserélni, mert a jelenlegiben túl régi az a NagyonTáposAPI, amit a szintén szükséges új Java is használ, de
• a Menedzsment Által Preferált Kereskedelmi Csoportmunka-Alkalmazás kizárólag a Sun Java 1.3.02 litván nyelvű változatának 1633-as buildjével működik helyesen.
• Rövidebben: a különböző funkciókhoz tartozó szoftverek között túl sok lehet az összefüggés, így az egyiknek az upgrade-je interferálhat egy másikkal.

1 Az elképzelt megoldás

• Legyen egy (vagy több, de kevés) nagyteljesítményű, rendkívül megbízható szerverünk, és
• ezeken külön virtuális szerverekben futtassuk az egyes kisPC-ket vagy a Sokmindent Csináló Gép egyes funkcióit.

Sok virtualizációs megoldás van, ezek sokmindenben hasonlítanak, és meg több mindenben különböznek; most nem megyünk bele.

2 Virtualizációs technikák

Ez most az aktuális buzzword. A gyári 2.6.19-ben bizonyos előkészületek már lesznek a virtualizáció támogatására.

Addig is a legfontosabb megoldások:

2.1 Apache Virtualhost

• igazából max. viszonyítási alapnak illik ide

2.2 chroot

• Csak fájlrendszer-szintű szétválasztás:
• a System V IPC közös, a két különböző chrootban azonos UID-del futó processzek küldhetnek egymásnak signalt stb.;
• egy chrootnak nem lehet saját IP-je, saját tűzfalszabályai;
• két chrootban ugyanolyan UID alatt futó processzek küldhetnek egymásnak signalt; stb.
• nem igazán lehet egy-egy chroot erőforrásfoglalását korlátozni.
  • Nincs diszk-kvóta;
  • nem méltányos az osztozkodás a CPU-n, a hálózaton, a diszken;
  • live migrációról pedig ne is álmodjunk.

• A FreeBSD jailje azért biztosít hálózati leválasztást, tehát a jailben futó alkalmazásnak lehet saját IP-je.

2.3 vserver

• Olyan mint a chroot, csak jobb.
• Minden virtuális gép ugyanazon a kernelen fut.
  • Minimális overhead, úgyhogy gyors.
  • Pl. az összes vserver osztozik a diszk-cache-en.
  • Cserébe ha borul a kernel, az egész rendszer borul.
• A vservereket logikailag teljesen szétválasztja egymástól:
  • IPC,
  • processzkezelés,
  • saját IP.
• Viszont: nem lehet fájlrendszereket mountolni a guestben, és
• a host automatikusan hozzáfér a guest összes adatához.
• Elvileg változtatás nélkül elindul vserverben a legtöbb Linux-disztribúció.
• Egyáltalán nincs szükség emulációra
• Még olyan eszköz is van, ami megkeresi több guestben az azonos tartalmú fájlokat, és összehardlinkeli őket; de ha valamelyik írna bele, megszűnik a hardlink.
• Ehhez persze a vservereknek egy fájlrendszeren kell lenniük (de elvileg van vserver-szintű diszk-kvóta, úgyhogy annyira nem baj).
• Megadhatunk egy-egy vserverre vonatkozó erőforráslimiteket.
• Egy vserver migrálása nagyon egyszerű: tar.
• A vserver hálózati konfigurációját a hoszt állítja be, úgyhogy a migráció tényleg teljesen átlátszó a vserver számára.
• De: még mindig nem tudunk saját tűzfalszabályokat adni a virtuális gépeknek, és nem csinálhatunk komplex virtuális routingot sem.
• Sajnos patchelni kell a kernelt.
• A vserverben nem 1 lesz az init PID-ja (ez okozhat gondokat; az OpenVZ virtualizálja a PID-kat, így elkerüli ezt a problémát).
• Nincs IPv6-támogatás.

Ilyesmi lehet a FreeVPS és az OpenVZ is. Házi feladat. :)

Kedvcsinálónak:

2.4 OpenVZ

• Olyasmi, mint a vserver (egy kernelen fut az összes virtuális gép).
• De pl. a VE-knek (Virtual Environment) lehet saját routingja és tűzfala.
• A PID-kat virtualizálja, így az init mindig megkapja az 1-est.
• Virtualizálja a /proc és a /sys fájlrendszereket is (a vserver csak részben - konkrétumok?).
• A VE-k megkaphatnak valódi hardvert, pl. sorosportot, hálózati interfészt.
• A VE-k erőforráskorlátai menet közben növelhetők és csökkenthetők(!).
• A CPU-t méltányosan ütemezi az egyes VE-k között.
• Checkpointing segítségével egy élő VE migrálható fizikai gépek között.
• Külön eszközzel támogatja az új VE fájlrendszerének létrehozását.
• Egy közepes PC 1G RAMmal akár 100 VE-t is gond nélkül futtathat (mindegyikben apache-val és sshd-val).
• x86, amd64, ia64, ppc

2.5 User Mode Linux

• Egy linuxos hoszton több guest kernelt futtathatunk, mindegyik kisszámú userspace processznek látszik.
• Viszonylag gyors (CPU-korlátos műveletek esetén közel natív teljesítmény, I/O esetén jelentősen lassúbb).
• Minden guest-rendszerhívást emulálni kell.
• A hardver kezelését a hoszt kernel végzi, a guest kernel csak hardver-absztrakciókkal találkozik.
• Természetesen minden guestnek saját, korlátos memóriája van, de használhat saját swapet.
• A guestek:
  • saját tűzfalszabályokat állíthatnak be;
  • szabadon mountolhatnak fájlrendszereket (persze csak azok közül, amikhez hozzáférnek);
  • egyszerűen kaphatnak közvetlen hozzáférést fizikai diszkhez vagy LV-hez, amin aztán olyan filerendszert csinálnak, amilyet csak akarnak.
• Az UML elvileg titkosíthatja a saját fájlrendszerét úgy, hogy a hosztgép üzemeltetője ne tudja elolvasni (kivéve a rootfs-t).
• A hosztgépen debugolhatjuk a guest kernelt (ha kernelfejlesztők vagyunk).
• Elvileg az UML hibája miatt nem fagyhat szét a hosztgép kernele.
• Nem (feltétlenül) kell hozzá kernelt patchelni (legalábbis ezen a héten).
• Nem kell annyi fizikai memóriával rendelkezni, amennyit elosztogatunk a guestek között (használhatnak swapet).
• 64 bites hoszton futtathatunk 32 bites guestet (a Xen pl. ezt nem tudja).
• Bonyolult virtuális hálózati topológiákba szervezhetjük az UML-eket anélkül, hogy a valódi hálózatra kilátnának.
• Egy vendéggép konzolját kirakhatjuk egy tcp portra, úgyhogy elérhető lehet a hálózatról anélkül, hogy neki magának lenne hálózati kapcsolata (a TCP-kapcsolat a hoszttal épül fel).
• Eleinte a guestben gyakorlatilag nem volt memóriavédelem, mivel a hosztkernel szempontjából egyetlen processz volt az egész (ez ma már szerencsére nem igaz).
• x86, IA64, PowerPC, Sparc?

2.6 Xen

• "Paravirtualizáció" (de most már tud hardvereset is: Vanderpool, Pacifica)
• Hypervisor, Dom0, DomU
• A Xen virtuális gépei idővel futni fognak a Longhorn hypervisora alatt is.
• Hardveres virtualizációval fut benne a Windows XP is.
• Tud live migrációt: apránként átmásolja a domU-t egy másik gépre, majd 1 másodpercnél rövidebb idő alatt átkapcsol rá.
• x86, amd64, ia64, ppc; Sparc készülőben
• dom0-ban lehet: Linux, NetBSD (hamarosan FreeBSD is).
• paravirtualizált domU-ban lehet: Linux, NetBSD, FreeBSD, Minix, Plan9, OpenSolaris, NetWare
• Létezik paravirtualizált Windows XP is, csak a licencfeltételek miatt nem adhatja ki a University of Cambridge.
• Később lesz róla szó részletesebben is.

3 Ajánlott irodalom

• Nem ajánlott: Projects on the move, ismeretterjesztő cikk többek között a virtualizációs technikákról. Óvatosan olvassátok, vannak benne marhaságok (pl. "As each VServer has its own init process, it can launch services with their own IP addresses." - igaz, igaz, nincs összefüggés). Azért szerepel itt, mert a google esetleg kidobja, mint találatot.
• Egy thread a debian-administration.org fórumán a virtualizációs technikákról.
• Annotated HOWTO for creating an SELinux enabled UML system - szakácskönyv.
• Comparison of virtual machines
• ZAP - userspace-ben megvalósított processz-migráció Linuxra