Виртуальные машины и их операционные системы

Монитор может взаимодействовать с приложением двумя способами:

• синхронно при помощи обмена информационными сообщениями через драйвер виртуальных машин;
• асинхронно при помощи разделяемых системных структур и участков памяти.

Монитор работает в изолированном от хостовой операционной системы контексте и поддерживает свои собственные системные таблицы GDT (Global Descriptor Table), IDT и т.д. При переключении контекста между монитором и хостовой операционной системой выполняется операция сохранения одного контекста и загрузка другого. Переключение контекста напоминает процедуру переключения задач операционной системы, но включает в себя дополнительный набор данных. Также, монитор должен отлавливать и перенаправлять хостовой операционной системе все прерывания от реальных внешних устройств.

 

2 Разновидности виртуальных машин

Существует множество разновидностей виртуальных функционирующих по различным схемам виртуализации, предназначенных для решения широкого круга задач. На корпоративном уровне используются такие гипервизоры как Microsoft Hiper-V Server, Xen, VMvare-ESX.

Для запуска устаревших DOS приложений под windows и *nix существуют такие эмуляторы как DOSbox или DOSEMU.

Для полноценной виртуализации операционных систем для наиболее распространенных платформ существуют такие решения как:

• Parallels;
• VirtualBox;
• Microsoft VirtualPC;
• VMware Workstation/Server.

Дальнейший обзор технологий виртуализации будет построен на описании следующих трех виртуальных машин:

• VMware Server 1.0.4;
• Microsoft VirtualPC 2007 SP1;
• VirtualBOX 2.0.6

2.1 Обзор виртуальной машины VMware Server

VMware inc является одним из крупнейших  разработчиков систем виртуальных  машин. Наиболее известные продукты  этой корпорации VMware Workstation, VMware Server, VMware ESX Server и VMware Player.

VMware Server является полноценной виртуальной машиной для запуска и эмуляции гостевых операционных систем на различных платформах. Это приложение для «настольных» систем, обеспечивающее создание и управление виртуальными машинами, а так же создание сложной сетевой среды. Потенциальные пользователи этого продукта разработчики и тестеры программного обеспечения, системные инженеры и другие IТ-специалисты.

Рисунок 3 – Виртуальная машина VMware Server

Каждая виртуальная машина, созданная с помощью VMware Server, представляет собой автономный компьютер с собственными аппаратными ресурсами, часть которых эмулируется программно, а часть заимствуется у хост-компьютера.

Параметры виртуального компьютера сохраняются в специальном конфигурационном VMX-файле (в текстовом формате). Этот файл (как и другие файлы, определяющие работу ВМ), при необходимости может быть перенесен на другой хост-компьютер с целью воспроизведения параметров виртуальной машины.

Однако в составе VMware отсутствуют штатные средства подключения к консоли таких «чужих» ВМ.

VMware Server имеет внушительный список поддерживаемых  гостевых опреационных систем, в  который входят ОС семейства Windows, Linux, Nowell NetWare, SunSolaris, DOS и другие.

VMware предоставляет  великолепные возможности по  работе с виртуальными жесткими  дисками. К каждой ВМ можно  подключить до четырех виртуальных  жестких дисков с интерфейсом IDE и до семи дисков с интерфейсом SCSI.В VMware доступны два режима выделения пространства физического диска под файлы виртуальных дисков, как использование дисков фиксированного размера, так и динамических дисков. Более того, VMware предоставляет возможности для работы с логическими разделами физических жестких дисков.

В VMware реализован механизм отката (восстановления некоторого предыдущего состояния виртуальной машины и ее дисков). Этот механизм основан на создании так называемых снимков состояния (snapshot) виртуальной машины. Такой снимок может быть создан в любой момент в ходе работы с VMware. Затем все можно вернуть к зафиксированному состоянию. Все изменения, сделанные за прошедший период, будут отменены.

VMware server имеет множество возможностей  для работы с сетевым окружением. Каждая вновь созданная виртуальная машина с типовой конфигурацией сразу готова для работы в сети.

Если сравнивать два основных продукта VMware, то есть VMware Workstation и VMware Server то последний выгодно различают именно сетевые возможности.

VMware Server поддерживает несколько вариантов конфигурирования ВМ для включения в состав вычислительной сети:

• Bridged Networking (Сетевой мост) – виртуальная машина идентифицируется в сети как самостоятельный компьютер;
• Network Address Translation (Трансляция сетевых адресов);
• Host Only (Только хост) – виртуальная машина конфигурируется таким обоазом, что сетевое взаимодействие возможно только с хост-компьютером;
• Team virtual machines (Группа виртуальных машин) – виртуальная машина включается в состав группы виртуальных машин, в пределах которой возможна. В этом режиме существует возможность включения в VPN (Virtual Private Network).

 

Для формирования сетей с участием виртуальных машин VMware использует виртуальные сетевые компоненты. Некоторые из них устанавливаются непосредственно на хостовую ОС при установке VMware Workstation, другие – на гостевую ОС при создании ВМ, третьи могут выбираться и устанавливаться пользователем на его усмотрение.

Рисунок 5 – Виртуальная машина VMware Server

Большим преимуществом виртуальных машин VMware является большое разнообразие различных утилит, таких VMware console или VMware player.

Виртуальная машина VMware Server является бесплатным продуктом (для частного использования) с закрытым исходным кодом. Для получения лицензионного ключа необходима регистрация на официальном сайте сайте корпорации по https://www.vmware.com.

Большинство остальных продуктов VMware, таких как VMware Workstation или VMware ESX Server платные.

2.2 Обзор виртуальной машины Microsoft Virtual PC

Технология, заложенная в Virtual PC, была разработана компанией Connectix, однако компания в начале 2003 года приобрела права на Virtual PC. В ноябре 2003 появилась доработанная и модифицированная версия продукта – Virtual PC 2004, уже под торговой маркой Microsoft. В июле 2006 года Майкрософт выпустила Windows-версию пакета для бесплатного использования.

На текущий момент версия продукта Microsoft Virtual PC 2007.

Каждая виртуальная машина, созданная с помощью Microsoft Virtual PC 2007, представляет собой автономный компьютер с собственными аппаратными ресурсами, часть которых эмулируется программно, а часть заимствуется у хост-компьютера, как и в случае использования виртуальной машины VMware Server.

Параметры виртуального компьютера сохраняются в специальном конфигурационном файле (в формате XML), который при необходимости может быть перенесен на другой хост-компьютер с целью воспроизведения параметров виртуальной машины.

При первом взгляде интерфейс Microsoft Virtual PC интерфейс выглядит более чем аскетично.

Рисунок 6 – Виртуальная машина Microsoft Virtual PC 2007

В отличие VMware Server,   Microsoft Virtual PC имеет более скромный список поддерживаемых опреационных систем, в который входят в основном ОС производства Microsoft.

Как следствие Microsoft Virtual PC 2007 можно порекомендовать тем, кто будет работать исключительно с операционными системами семейства Windows.

В виртуальной машине обычным образом используются такие устройства, подключаемые к реальному компьютеру, как принтеры, модемы и устройства чтения CD/DVD. Стандартные устройства ввода, подключаемые к USB-порту, поддерживаются посредством эмуляции интерфейса PS/2.

Однако те устройства с интерфейсом USB, для которых требуется устанавливать собственный драйвер (например, сканеры), Virtual PC не поддерживает. Кроме того, виртуальная машина Virtual PC «не видит» физическую видеокарту хост-компьютера и не поддерживает устройства с интерфейсом SCSI.

К возможностям Virtual PC 2007 по работе с виртуальными жесткими дисками следует отнеси:

• подключения к каждой ВМ до трех виртуальных жестких дисков;
• поддержка трех типов таких дисков: диска фиксированного размера, динамического диска и связанного диска (ссылка на физический жесткий диск на хост-компьютере).

К средствам повышения безопасности в Microsoft Virtual PC относится так называемый «диск отката» (undo disk). Он позволяет пользователю отменить любые изменения содержимого «основного» виртуального диска. Такие изменения Virtual PC сохраняет в отдельном временном файле, и по завершении сеанса работы с ВМ пользователь может либо принять (подтвердить) внесенные изменения, либо отказаться от них.

Диск отката создается по умолчанию для каждой новой ВМ, однако его использование требуется разрешить при конфигурировании ВМ.

Virtual PC имеет некоторые возможности  для работы с сетевым окружением:

• Not connected (нет соеденений) – сетевые адаптеры не используются;
• Local only (Только локально) – ВМ является участником сети, состоящей только из других виртуальных машин, зарегистрированных на данном хост-компьютере;
• Shared networking (NAT) (Совместное использование сети) – разрешено подключение ВМ к частной сети, созданной средствами Virtual PC; Сконфигурированная соответствующим образом ВМ получает доступ к большинству сетевых ресурсов хост-компьютера на основе протокола TCP/IP;
• физический адаптер хост-компьютера – ВМ, для которой указан данный вариант, получает непосредственный доступ к физическому сетевому подключению хостовой ОС.

Виртуальная машина Microsoft Virtual PC 2007 является бесплатным продуктом (с 2006 года) с закрытым исходным кодом. Последнию версию данной виртуальной машины можно найти на сайте www.microsoft.com.

2.3 Обзор виртуальной машины Virtual BOX

VirtualBox – программный продукт виртуализации для операционных систем Microsoft Windows, DOS, GNU/Linux, Mac OS X и SUN Solaris/OpenSolaris. Программа была создана компанией Innotek с использованием исходного кода Qemu. Первая публично доступная версия VirtualBox появилась 15 января 2007 года. Существует две версии – свободная (OSE, англ. Open Source Edition), выпущенная под GNU GPL, и проприетарная (PUEL), различающиеся по функциональности; полнофункциональная проприетарная версия для личного использования распространяется бесплатно. Если продукт будет использоваться в производственной среде необходимо приобретение лицензий, условия которых можно узнать у компании InnoTek.

В VirtualBox есть возможность выбора языка интерфейса (поддерживается и русскоязычный интерфейс).

Каждая виртуальная машина, созданная с помощью VirtualBox, представляет собой автономный компьютер с собственными аппаратными ресурсами, часть которых эмулируется программно, а часть заимствуется у хост-компьютера, как и в случае использования виртуальной машины VMware Server и Microsoft Virtual PC.

Рисунок 9 – Виртуальная машина Virtual BOX

VirtualBox имеет большой список поддерживаемых операционных систем, по разнообразию   сравнимый с VMware.

В этот список входят операционные системы семейства Windows, Linux, Unix, Novell NetWare и другие.

К возможностям VirtualBox по работе с виртуальными жесткими дисками следует отнеси:

• подключения к каждой ВМ множества жестких дисков;
• поддержка диска фиксированного и   динамического размера.

Платформа VirtualBox исполняет код гостевой системы нативно (прямой передачей инструкций процессору хоста). Этот подход работает хорошо для кода, исполняющегося в кольце третьей гостевой системы, для кода гостевой системы, исполняющегося в нулевом кольце, требующего привилегированных инструкций, необходим его перехват платформой виртуализации. Для этой цели VirtualBox использует оригинальный подход: код, исполняющийся в нулевом кольце гостевой системы, исполняется в первом кольце хостовой системы, которое не используется в архитектуре Intel.

К возможностям VirtualBOX в плане поддержки переферии можно отнести:

• эмуляцию видиоадаптера как стандартного VESA с 8 Мб видеопамяти, при этом установка Guest VM Additions (только для Windows и Linux хостов) позволяет увеличить производительность виртуального видеоадаптера и динамически менять размер окна виртуальной машины;
• аудиоконтроллер на базе Intel ICH AC'97;
• в издании с закрытым исходным кодом эмулируются также контроллеры USB, при этом USB-устройства, вставленные в разъемы хоста, автоматически подхватываются в гостевой системе. Также если виртуальная машина действует как RDP (Remote Desktop Protocol) сервер, то в клиенте также будут видны USB-устройства;
• сетевой адаптер эмулируется как интерфейс AMD PCNe.

Сетевое взаимодействие между виртуальными машинами в VirtualBox может быть трех типов:

• NAT – Виртуальная машина «прячется» за NAT-сервером хоста и может инициировать соединения во внешнюю по отношению к нему сеть, но из внешней сети инициировать соединение с такой виртуальной машиной нельзя;
• host Interface Networking – в этом случае виртуальная машина разделяет ресурсы физического адаптера с хостовой операционной системой и доступна из внешней сети как независимый компьютер;
• internal Networking – тип сетевого взаимодействия для построения виртуальной сети в пределах хоста, когда не требуется выход из виртуальной машины во внешнюю сеть и доступ к ней извне. Компонент iSCSI initiator является одной из закрытых частей платформы VirtualBox. Он позволяет использовать внешние устройства по протоколу iSCSI в качестве виртуальных дисков в гостевой системе без дополнительной поддержки со стороны гостевой ОС.

Рассмотрев основные возможности VirtualBox, можно сказать, что эта платформа готова занять пустующую нишу в сфере настольных систем виртуализации как мощная, производительная, удобная и, главное, бесплатная платформа. Безусловным плюсом системы является ее кроссплатформенность и поддержка со стороны сообщества Open Source. Большой список поддерживаемых гостевых и хостовых операционных систем открывает широкие возможности по применению VirtualBox в контексте различных вариантов использования.

Среди бесплатных платформ VirtualBox, определенно, одна из лучших на данный момент. При этом компания InnoTek ориентируется не только на конечных пользователей. Наличие таких функций, как RDP сервер и iSCSI initiator, говорит, что в будущем платформа может серьезно использоваться в производственной среде. Дружественный интерфейс пользователя вкупе с высокой производительностью VirtualBox сейчас имеют множество приверженцев во всем мире.

Между тем, у VirtualBox есть и некоторые проблемы: прежде всего, это проблемы со стабильностью на многих хостовых платформах (Mac OC) и отсутствие совместимости формата виртуальных дисков (VDI ) с другими системами виртуализации.