Bir fiziksel sunucu genelde kapasitesinin küçük bir kısmını kullanır. Sanallaştırma, o boşluğu değerlendirmenin yoludur: tek bir makine üzerinde birbirinden yalıtılmış çok sayıda sanal makine çalıştırmak. Bunu yöneten katmana hipervizör denir.
Ne yapar
Hipervizör, fiziksel kaynakları — işlemci, bellek, disk, ağ — sanal makineler arasında paylaştırır ve her birine kendi donanımı varmış gibi bir görüntü sunar.
Sanal makine içindeki işletim sistemi, sanallaştırıldığını genelde bilmez. Kendi çekirdeğini çalıştırır, kendi sürücülerini yükler, kendi disklerini görür.
Kritik olan yalıtımdır: bir sanal makinedeki çökme ya da ele geçirme, komşusuna geçmemelidir. Hipervizörün asıl işi kaynak paylaşımından çok bu sınırı korumaktır.
Tip 1 ve Tip 2
İki temel mimari vardır ve fark, hipervizörün nerede durduğudur.
Tip 1 (çıplak metal) doğrudan donanımın üzerinde çalışır. Altında işletim sistemi yoktur; kendisi bir çekirdek gibi davranır. VMware ESXi, Hyper-V ve KVM bu ailedendir.
Tip 2 (barındırılan) mevcut bir işletim sisteminin üzerinde bir uygulama olarak çalışır. VirtualBox ve benzerleri böyledir.
Fark performansta ve amaçtadır. Tip 1 daha az katman içerdiği için hızlıdır ve sunucu ortamlarının tek seçeneğidir. Tip 2 masaüstünde test ve geliştirme içindir.
Ayrım pratikte bulanıklaşabilir — Hyper-V etkinleştirildiğinde Windows’un kendisi de bir sanal makineye dönüşür ve hipervizör altta çalışmaya başlar.
Donanım desteği
Modern sanallaştırma, işlemcideki özel komut kümelerine dayanır. Bunlar olmadan hipervizörün her ayrıcalıklı komutu yazılımda yakalaması gerekirdi ve performans kabul edilemez olurdu.
Bellek tarafında ikinci düzey adres çevirisi aynı işi bellek için yapar: sanal makinenin bellek haritasını donanım çevirir, hipervizör her erişimde araya girmez.
Bu özellikler BIOS’ta kapalıysa hipervizör ya hiç başlamaz ya da belirgin biçimde yavaş çalışır. Yeni bir sunucu kurarken denetlenecek ilk maddelerdendir; kontrol listesi yeni sunucu kurmadan önce rehberinde.
Aşırı tahsis
Sanallaştırmanın ekonomisi buradan gelir: sanal makinelere toplamda fiziksel kaynaktan fazlasını verebilirsiniz, çünkü hepsi aynı anda tepe kullanımda olmaz.
İşlemcide bu genelde güvenlidir; sanal işlemciler fiziksel çekirdekleri sırayla paylaşır. Oran iş yüküne göre değişir ve izlemeyle ayarlanır.
Bellekte durum farklıdır ve daha risklidir. Bellek gerçekten tükendiğinde hipervizör diske takas yapmaya başlar ve performans çöker. Dinamik bellek özellikleri bunu yumuşatır ama bazı iş yüklerinde zarar verir; ayrıntı dinamik bellek ne zaman zarar verir rehberinde.
Yoğunluk planını rakama dökmek için VM yoğunlaştırma aracı var.
Sanal disk ve ağ
Sanal makinenin diski, ana makinede bir dosyadır. İki temel biçim vardır: baştan tam yer ayıran sabit diskler ve büyüdükçe yer kaplayan ince diskler.
İnce diskler yer kazandırır ama iki tuzak taşır: ana makinede gerçek alan tükendiğinde tüm sanal makineler birden durur, ve silinen alan ana makineye bildirilmezse dosya küçülmez. Seçim ölçütleri sanal disk türleri ve yerleşimi rehberinde.
Ağ tarafında sanal anahtarlar devreye girer ve türleri erişim kapsamını belirler; sanal anahtar türleri rehberi bunu ele alıyor.
Konteynerlerle farkı
Sık karıştırılan iki teknoloji aynı sorunu farklı derinlikte çözer.
Hipervizör donanımı sanallaştırır; her sanal makinenin kendi işletim sistemi çekirdeği vardır. Yalıtım güçlüdür, ama her makine tam bir işletim sistemi yükü taşır.
Konteynerler işletim sistemini paylaşır; yalnızca uygulama ve bağımlılıkları paketlenir. Hafif ve hızlıdır, ama yalıtım daha zayıftır çünkü çekirdek ortaktır.
İkisi rakip değildir; çoğu ortamda konteynerler sanal makineler içinde çalışır. Karşılaştırma sanal makine mi konteyner mi yazısında.
Tek noktada toplanan risk
Sanallaştırmanın gizli maliyeti, arıza etkisinin büyümesidir. Bir fiziksel sunucu öldüğünde artık bir hizmet değil, üzerindeki onlarca hizmet birden düşer.
Bu yüzden kümeleme ve yüksek erişilebilirlik sanallaştırmanın ayrılmaz parçasıdır. Kümede karar mekanizmasının nasıl kurulacağı küme çoğunluğu ve tanık rehberinde.
Aynı mantık yedeklemede de geçerlidir: anlık görüntü ile yedek farklı şeylerdir ve biri diğerinin yerine geçmez.
Canlı taşıma
Sanallaştırmanın en somut işletim kazancı, çalışan bir sanal makineyi kapatmadan başka bir ana makineye taşıyabilmektir.
Mekanizma kabaca şöyledir: belleğin içeriği hedef makineye kopyalanırken kaynak makine çalışmayı sürdürür. Kopyalama sırasında değişen sayfalar tekrar tekrar gönderilir; kalan fark yeterince küçüldüğünde sanal makine bir anlığına donar, son parça aktarılır ve hedefte devam eder.
Kullanıcı tarafında kesinti genelde milisaniyelerle ölçülür. Bu, ana makineyi yamalamayı ve donanım bakımını çalışma saatleri içinde yapmayı mümkün kılar.
Koşulu şudur: her iki ana makine de aynı depolamaya erişebilmeli ve işlemci ailesi uyumlu olmalıdır. Farklı nesil işlemciler arasında taşıma yapmak için uyumluluk kipi açılır — bu, yeni komut kümelerini gizler ve küçük bir performans bedeli getirir.
Kısaca
Hipervizör, fiziksel kaynakları paylaştırıp sanal makineleri birbirinden yalıtan katmandır. Sunucu tarafında Tip 1 kullanılır ve donanım desteği şarttır.
Ekonomisi aşırı tahsisten gelir — ama bellek tarafında bu sınır dikkatli çizilmelidir. Ve tek makineye çok hizmet koymak, o makinenin arıza etkisini aynı oranda büyütür.