0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тренды информационных технологий: виртуализация

Тренды информационных технологий: виртуализация

Согласно представленному в июне 2019 года отчету компании TechNavio, текущий объем рынка программных средств виртуализации равен $62,91 млрд. По мнению аналитиков, в период с 2019 по 2023 год его совокупный среднегодовой темп роста (CAGR) составит впечатляющие 27 %. Как получилось, что этот вид ПО, имеющий за плечами многолетнюю историю, до сих пор демонстрирует столь впечатляющую динамику развития?

Изобретение виртуальной машины

В начале 1960-х у IBM был широкий спектр систем, каждое поколение которых существенно отличалось от предыдущего. Это мешало клиентам успевать за изменениями и требованиями каждой новой системы. Кроме того, компьютеры могли обрабатывать только один процесс за за раз. Если вам нужно было выполнить две задачи, вам нужно было запускать процессы в пакетном режиме. Это требование пакетной обработки не представляло особой важности для IBM, поскольку большинство их пользователей были членами научного сообщества, и до этого времени пакетная обработка, казалось, удовлетворяла потребности клиентов.

Из-за широкого диапазона требований к оборудованию IBM начала работу над системой мэйнфрейма S/360, разработанной как широкая замена для многих других своих систем. Когда система была впервые разработана, она должна была стать однопользовательской для выполнения пакетных заданий.

Статья в тему:  Что такое смарт-контракты и зачем они нужны

Однако история виртуализации набрала ход в 63-ем году прошлого века, когда Массачусетский институт объявил о проекте, именуемом MAC. Проект MAC расшифровывался как «Математика и вычисления», но позже был переименован в «Компьютер с множественным доступом».

В рамках этого исследовательского гранта MIT нуждался в новом компьютерном оборудовании, способном работать более чем с одним пользователем одновременно, и запросил предложения от различных поставщиков компьютеров, включая GE и IBM. В то время IBM не желала брать на себя обязательства по созданию многопользовательского компьютера, тогда как MIT не хотел использовать специально модифицированную систему. GE, с другой стороны, была готова взять на себя обязательство создать такой компьютер. По этой причине MIT выбрал GE в качестве поставщика.

В ответ на потребности Массачусетского технологического института и Bell Labs IBM разработала мэйнфрейм CP-40. Первая виртуальная машина CP-40 использовалась только в лабораториях. CP-40 позже превратился в систему CP-67, ставшую первым коммерческим основным фреймом, поддерживающим виртуализацию. Операционная система, работающая на CP-67, называлась CP/CMS. Идея заключалась в том, что CP запускался на мэйнфрейме и создавал виртуальные машины, на которых работала CMS, с которым затем будет взаимодействовать пользователь.

Традиционный подход к компьютеру заключался в разделении памяти и других системных ресурсов между пользователями. Примером операционной системы с разделением времени из той эпохи является MultiCS.

Подход CP позволял каждому пользователю иметь свою собственную полную операционную систему, которая фактически давала каждому пользователю собственный компьютер.

Статья в тему:  Что означают смайлики в телефоне. Что такое эмодзи

Появление виртуальных машин позволило более эффективно использовать систему, поскольку виртуальные машины могли совместно использовать общие ресурсы мэйнфрейма вместо того, чтобы ресурсы распределялись поровну между всеми пользователями. Безопасность была выше, поскольку каждый пользователь работал в совершенно отдельной операционной системе. Таким образом, ни один пользователь не мог вывести из строя всю систему.

Виртуализация памяти

В 1960-х память на магнитных сердечниках стоила очень дорого. А мейнфреймы, встроенная память которых превосходила бы 1 Мбайт, встречались редко. Всё это способствовало развитию концепции виртуальной памяти, которая активируется небольшими дополнениями к аппаратной части благодаря набору инструкций. Выделяют страничную и сегментную организацию виртуальной памяти.

Страничная организация виртуальной памяти

Именно этот вариант характерен для современных ОС. Здесь оперативка делится на области (страницы) фиксированного размера. Пользовательский поток, исполняемый процессором, обращается к памяти через адрес виртуальной памяти, разделённый на номер страницы и смещение внутри неё.

С помощью буфера ассоциативной трансляции (TLB) номер виртуальной страницы преобразуется процессором в адрес соответствующей ей физической страницы. Если не получается это выполнить, понадобится дозаполнение буфера через обращения к таблице страниц (Page Walk). Это может осуществить либо сам процессор, либо ОС. Если страницу выгрузили из оперативной памяти, подкачка страницы выполняется с жёсткого диска в процессе обработки события Page fault. Когда происходит запрос на выделение памяти, ОС переносит страницы, к которым долго не обращались, на жёсткий диск. При этом критические данные остаются в оперативной памяти.

Статья в тему:  Текстовый чат: как пользоваться. Что такое чат

Сегментная организация

При таком варианте организации виртуальной памяти пространство делится на сегменты любого размера. За счёт этого можно разбить данные процесса на логические блоки. Для каждого сегмента назначаются права доступа пользователям и его процессам. Когда начинает загружаться процесс, часть сегментов отправляется в оперативную память, а другая часть – в дисковую.

В процессе загрузки системы создаётся таблица сегментов процесса, где для каждого сегмента указывается начальный физический адрес в оперативной памяти, размер, права доступа, признак модификации, признак обращения к этому сегменту за последний промежуток времени и прочие данные. Если один и тот же сегмент входит в виртуальные адресные нескольких процессов, в таблице окажутся ссылки на один и тот же участок оперативной памяти, куда данный сегмент загружен в единственном экземпляре.

Система с сегментной организацией работает примерно так же, как страничная: периодически случаются прерывания из-за отсутствия нужных сегментов в памяти, если требуется освободить память, часть сегментов выгружается, каждый раз, когда происходит обращение к оперативной памяти, происходит преобразование виртуального адреса в физический. При этом проверяется, разрешен ли доступ к сегменту.

В случае сегментной организации памяти виртуальный адрес представляется парой (g, s), где g — номер сегмента, а s — смещение в сегменте. Физический адрес образуется сложением начального физического адреса сегмента, найденного в таблице сегментов по номеру g, и смещения s.

Статья в тему:  Как связаться с поддержкой iphone. Горячая линия Apple

Недостаток данного метода распределения памяти – фрагментация на уровне сегментов и более медленное, если сравнивать со страничной, преобразование адреса.

Технология виртуализации памяти позволила 1мБайту ОЗУ на IBM 360/67 поддерживать полноценное 24-битное адресное пространство (16 МБ), входящее в компьютерную архитектуру, а каждая ВМ могла получить свой набор виртуальной памяти.

Благодаря этому аппаратное обеспечение, созданное для работы одной программы или одной ОС стало доступно сразу для нескольких пользователей. Но из-за того, что оперативная память превосходит по скорости жесткие диски, быстродействие может быть снижено. Чтобы такого не происходило, в облаке Cloud4Y все ресурсы являются выделенными. То есть на каждую ВМ выделяются только свободные мощности, которые не будут использоваться другими машинами.

Закат и рассвет технологий виртуализации

Начавшийся в конце 20 века бум персональных компьютеров повлиял не только на индустрию мейнфреймов, но и на развитие технологий виртуализации. Пока компьютеры были дорогими и громоздкими, компаниям выгоднее было использовать мейнфрейм с терминалами. Они не могли себе позволить покупать каждому сотруднику по компьютеру.

Но со временем компьютеры уменьшились и подешевели, и организации стали закупать их. В 80-х годах персональные компьютеры сменили терминалы. Вместе с мейнфреймами на второй план отошли технологии виртуализации. Правда, ненадолго.

Чтобы повысить стабильность, системные администраторы выделяли под одно приложение одну машину. Стабильность выросла, но вместе с ней выросли и расходы на оборудование. Тогда-то и вспомнили о виртуализации. Вместо нескольких физических машин стали использовать несколько виртуальных — но размещённых на одном физическом компьютере.

Статья в тему:  Ключи активации driver booster 4.5 свежие серии

Когда развились разные операционные системы, понадобилось запускать одну ОС на другой. И это тоже про виртуализацию. В 1988 году анонсировали SoftPC — ПО, которое позволяло запускать приложения Windows и MS-DOS на других операционных системах. Еще через несколько лет появилась Virtual PC, через которую другие операционные системы можно было запускать в ОС Windows.

С развитием интернета для виртуализации появилось еще одна причина возродиться — рынок хостинга.

Виртуализация: история и тренды развития

В наши дни лидерами рынка виртуализации являются VMware, Microsoft, Citrix и Red Hat, однако эти компании не стояли у истоков технологии. В 1960-х годах прошлого века все начиналось с разработок специалистов таких компаний, как General Electric (GE), Bell Labs, IBM и др.

За более чем полвека область виртуализации прошла значительный путь. Сегодня мы поговорим об её истории, текущем положении и прогнозах развития технологий на ближайшее будущее.

На заре

Виртуализация зародилась в качестве средства для расширения размеров оперативной памяти компьютеров в 60-х годах прошлого века.

В те времена речь шла о том, чтобы добиться возможности исполнения нескольких программ — первым суперкомпьютером, в котором процессы операционной системы были разделены, стал проект департамента электротехники Университета Манчестера под названием Atlas (финансировался компанией Ferranti Limited).

Суперкомпьютер Atlas

Atlas был самым быстрым суперкомпьютером своего времени. Частично это достигалось благодаря разделению системных процессов с помощью суперзвизора (компонент, отвечающий за контроль ключевых ресурсов — процессорного времени и т.д.) и компонента, осуществлявшего исполнение пользовательских программ.

Статья в тему:  Копия windows 7 не является подлинной 7601. Что же делать


Суперкомпьютер Atlas

Впервые в Atlas была использована виртуальная память (one-level store) — системное хранилище памяти было отделено от использовавшегося пользовательскими программами. Данные разработки стали первыми шагами по направлению к созданию уровня абстракции, использованного в дальнейшем во всех основных технологиях виртуализации.

Проект M44/44X

Следующим шагом в развитии технологий виртуализации стал проект корпорации IBM. Американские исследователи пошли дальше британских коллег и разработали концепцию «виртуальной машины», попытавшись разделить компьютер на отдельные небольшие части.

Основным компьютером был «научный» IBM 7044 (M44), на котором запускались виртуальные машины 7044 (40X) — на данном этапе виртуальные машины не симулировали полностью работу «железа».

CP/CMS

IBM работала над мейнфреймом S/360 — планировалось, что этот продукт станет заменой предыдущим разработкам корпорации. S/360 была однопользовательской системой, которая могла запускать несколько процессов одновременно.

Фокус деятельности корпорации начал меняться после 1 июля 1963 года, когда ученые Массачусетского технологического института (MIT) запустили проект MAC. Изначально сокращение системы было образовано от фразы Mathematics and Computation, показывая направленность разработки, но позднее под MAC стали понимать Multiple Access Computer («компьютер множественного доступа»).


IBM S/360

Проект MAC получил грант от американского оборонного агентства DARPA в размере $2 млн — среди поставленных задач было проведение исследований в области операционных систем, искусственного интеллекта и теории вычислений.

Для решения некоторых из этих задач ученым MIT понадобилось компьютерное «железо», с помощью которого могли бы работать несколько пользователей одновременно. Запросы о возможности создания таких систем были отправлены в IBM, General Electric и некоторым другим вендорам.

Статья в тему:  Проверка где посылка. Универсальное отслеживание посылок

IBM в то время не была заинтересована в создании подобного компьютера — в руководстве корпорации считали, что на рынке отсутствует спрос на такие устройства. В MIT, в свою очередь, не захотели использовать для исследований модифицированную версию S/360.

Потеря контракта стала настоящим ударом для IBM — особенно после того, как в корпорации узнали об интересе к многозадачным компьютерам со стороны Bell Labs.

Для удовлетворения нужд MIT и Bell Labs был создан мейнфрейм CP-40. Частным клиентам этот компьютер никогда не продавался и использовался лишь учеными, однако данная разработка является крайне важной вехой в истории виртуализации, поскольку именно она позднее эволюционировала в систему CP-67, которая стала первым коммерческим мейнфреймом с поддержкой виртуализации.

Операционная система CP-67 называлась CP/CMS — первые две буквы были сокращением от Control Program, а CMS — сокращением фразы Console Monitor System.

CMS была однопользовательской интерактивной операционной системой, а CP была программой, которая создавала виртуальные машины. Суть системы заключалась в запуске модуля CP на мейнфрейме — на нем запускались виртуальные машины, работающие на операционной системе CMS, с которой, в свою очередь, уже работали пользователи.

В данном проекте была впервые реализована интерактивность — ранее системы IBM могли только «съедать» поданные на вход программы и печатать результаты вычислений, в CMS появилась возможность взаимодействия с программами во время их работы.

Статья в тему:  Обновления ios 11 для iphone 5

Публичный релиз CP/CMS состоялась в 1968 году. В дальнейшем IBM создала многопользовательскую операционную среду на компьютерах IBM System 370 (1972 году) и System 390 (операционная система VM/ESA).

  • Livermore Time-Sharing System (LTSS) — разработка лаборатории Лоуренса Ливермора. Исследователи создавали операционную систему для суперкомпьютеров Control Data CDC 7600, которые отобрали звание самых быстрых суперкомпьютеров у проекта Atlas.
  • Cray Time-Sharing System (CTSS — ранние разработки IBM также скрывались за аналогичной аббревиатурой, не стоит их путать) — система для первых суперкомпьютеров Cray, созданная научной лабораторией Лос-Аламоса в сотрудничестве с лабораторией Ливермора. Компьютеры Cray X-MP с операционной системой CTSS использовались министерством энергетики США для проведения ядерных исследований.
  • New Livermore Time-Sharing System (NLTSS). Новейшая версия CTSS, поддерживавшая самые передовые технологии своего времени (например, TCP/IP и LINCS). Проект был свернут в конце 80-х годов.
Виртуализация в СССР

В СССР аналогом IBM System/370 являлся проект СВМ [2] (Система Виртуальных Машин), запущенный в 1969 году. Одной из главных задач проекта была адаптация системы IBM VM/370 Release 5 (её более ранняя версия CP/CMS). В СВМ была реализована последовательная и полная виртуализация (на виртуальной машине можно было запустить другую копию СВМ и т.д.).


Экран текстового редактора XEDIT в ПДО СВМ. Изображение: Wikipedia [3]

SoftPC, Virtual PC и VMware

В 1988 году компания Insignia Solutions представила [4] эмулятор программного обеспечения SoftPC, с помощью которого можно было запускать приложения DOS на рабочих станциях Unix — функциональность, которая ранее была недоступна. В то время PC с возможностью запуска MS DOS стоил около $1500, а рабочая UNIX-станция с SoftPC обошелся бы всего в $500.

Статья в тему:  Распаковка winrar архива. Файлы ZIP — как их разархивировать

В 1989 году была выпущена Mac-версия SoftPC — пользователи этой ОС смогли не только запускать приложения DOS, но и Windows-программы.

Успех SoftPC сподвиг другие компании к выпуску аналогичных продуктов. В 1997 году Apple создала программу Virtual PC (продавалась через компанию Connectix [5] ). С помощью этого продукта пользователи Mac получили возможность запускать ОС Windows, что позволило сгладить недостаток софта под Mac.

В 1998 года была основана компания VMware, которая в 1999 году вывела на рынок аналогичный продукт под названием VMware Workstation. Первоначально программа работала только на Windows, однако позднее была добавлена поддержка других операционных систем. В этом же году компания выпустила первое средство виртуализации для платформы x86 под названием VMware Virtual Platform.

Развитие рынка в 2000-х

В 2001 году VMware выпуcтила два новых продукта, которые позволили компании выйти на корпоративный рынок — ESX Server и GSX Server. GSX позволил пользователям запускать виртуальные машины внутри операционных систем вроде MS Windows (данная технология является гипервизором второго типа — Type-2 Hypervisor). ESX Server относится к гипервизорам первого типа (Type-1 Hypervizor) и не требует наличия домашней операционной системы для запуска виртуальных машин.

Гипервизоры первого типа гораздо эффективнее, поскольку обладают большими возможностями по оптимизации и не требуют траты ресурсов на запуск и поддержание работы операционной системы.

Статья в тему:  Приложение йота для смартфона. Мобильное приложение


Различия гипервизоров первого и второго типа. Изображение: IBM.com [6]

После выпуска ESX Server компания VMware стремительными темпами захватила корпоративный рынок, опередив конкурентов.

Вслед за VMware на данный рынок вышли и другие игроки — в 2003 году Microsoft купила Connectix и перезапустила продукт Virtual PC, а затем, в 2005 году выпустила и энтерпрайз-решение Microsoft Virtual Server.

В 2007 году на рынок корпоративной виртуализации вышла корпорация Citrix, купившая open source платформу для виртуализации под названием Xensource. Этот продукт затем был переименован в Citrix XenServer.

Общая история развития технологий виртуализации представлена на инфографике [7] ресурса CloudTweaks:

[8]
По клику изображение откроется в полном размере

Текущее положение дел на рынке

В настоящий момент существует несколько разновидностей виртуализации (серверная, сетевая, десктоп-виртуализация, виртуализация памяти, виртуализация приложений). Наиболее активно развивается сегмент серверной виртуализации.

По данным аналитической компании IT Candor, объём рынка серверов в 2013 году оценивался в $56 млрд ($31 млрд пришелся на физические сервера, а еще $25 на виртуальные). Лидерство VMware на рынке виртуальных серверов на тот момент времени не подвергалось сомнению:

Тем не менее, у флагманского продукта VMware vSphere Hypervisor, есть конкуренты — Microsoft Hyper-V, Citrix XenServer, Oracle VirtualBox, Red Hat Enterprise Virtualization Hypervisor (REVH). Продажи этих продуктов растут [9] , а доля VMware на рынке снижается.

Статья в тему:  Что означают смайлики в телефоне. Что такое эмодзи

Аналитики американской биржи NASDAQ предсказывают [10] снижение доли компании на общем рынке виртуализации до чуть более 40% к 2020 году.

Тренды

По мнению некоторых аналитиков из крупных компаний, ключевыми точками роста для технологий виртуализации станут инфраструктурная виртуализация, виртуализация хранилищ, мобильная виртуализация, а область виртуализации десктопов будет постепенно отмирать.

Кроме того называются следующие перспективные сферы и области, связанные с технологиями виртуализации:

Микровиртуализация

Корпоративные серверы обычно хорошо защищены от внешних вторжений, поэтому злоумышленники часто проникают в корпоративные сети через рабочие машины сотрудников. В результате такие десктопы внутри сети становятся плацдармом для дальнейшего развития атаки на организацию.

Компания Bromium создала технологию защиты десктоп-компьютеров, построенную на технологиях виртуализации. Это средство умеет создавать микро-виртуальные машины, «внутри» которых запускаются обычные пользовательские процессы (например, открытие веб-страниц или документов). После закрытия документа или окна браузера микро-виртуальная машина уничтожается.

В следствие того, что такие виртуальные машины изолированы от операционной системе, то хакерам не удастся проникнуть в неё с помощью зловредных файлов — даже если вредоносный софт устанавливается в микро-виртуальную машину, он будет уничтожен с её неизбежным закрытием.

Технология виртуальных сетей хранения данных (Virtual SAN)

Сети хранения данных (Storage Area Network, VSAN) позволяют организациям более эффективно использовать свою, в том числе, виртуальную инфраструктуру. Однако подобные продукты для подключения внешних устройств хранения (оптические приводы, дисковые массивы и т.п.) часто стоят слишком дорого для небольших компаний.

Статья в тему:  Что такое смарт-контракты и зачем они нужны

С появлением продукта [11] Virtual SAN от VMware возможности обычных SAN стали доступны более маленьким бизнесам. Преимуществам этого проекта является тот факт, что Virtual SAN VMware встроен прямо в основной гипервизор компании.

P. S. Если вы заметили опечатку, ошибку или неточность изложения — напишите личным сообщением и мы оперативно все исправим. Спасибо за внимание!

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector