مجازی سازی و مزایای آن

اگر از علاقه مندان و فعالان حوزه IT هستید، حتما شما نیز اصطلاحات پردازش ابری، مجازی سازی و ماشین مجازی را شنیده اید. این مقاله با هدف آشنایی بیشتر با مفهوم مجازی سازی، انواع سطوح آن و راهکارهای پیاده سازی آن تهیه شده است.

مجازی سازی چیست؟

مجازی سازی، راهکاری است که با استفاده از نرم افزار، یک لایه انتزاعی/میانی بر روی سخت افزار کامپیوتر ایجاد می کند. این لایه میانی این امکان را فراهم می آورد که عناصر سخت افزاری یک کامپیوتر، شامل: پردازنده، حافظه، منبع ذخیره سازی و …، به چندین کامپیوتر مجازی (ماشین های مجازی یا همان VMs) تقسیم شود. در این حالت هر VM، سیستم عامل خود را اجرا می کند و مانند یک کامپیوتر مستقل رفتار می کند؛ هر چند که در واقع بر روی بخشی از زیرساخت سخت افزاری موجود قرار گرفته است.

مجازی سازی به عنوان یک استاندارد شناخته شده، نقش مهمی در معماری کلان فناوری اطلاعات ایفا می کند. مجازی سازی ارائه دهندگان ابر (Cloud) را قادر می سازد تا با استفاده از سخت افزار کامپیوترهای فیزیکی خود، خدمات موردنیاز کاربران را تامین کنند. مجازی سازی این امکان را برای کاربران فراهم می سازد تا فقط به میزان منابع محاسباتی موردنیاز و در زمان نیاز، هزینه پرداخت کنند و این منابع را به طور مقرون به صرفه و با توجه به حجم کارشان افزایش دهند.

 مزایای مجازی سازی

مجازی سازی مزایایی را برای مرکز داده و ارائه دهندگان خدمات پردازش ابری به ارمغان می آورد:

• بهره وری منابع

پیش از استفاده از مجازی سازی، برای راه اندازی هر سرور، نیاز بود تا تامین منابع پردازشی و سخت افزاری به صورت فیزیکی انجام پذیرد. در این حالت معمولا کارشناسان IT، با هدف افزایش اطمینان از صحت عملکرد سرور و امنیت بالاتر، ترجیح می دادند تا بر روی یک کامپیوتر مستقل سیستم عامل و سرویس/ برنامه موردنیاز را به صورت مجزا نصب و پیکربندی نمایند. یعنی پس از مدتی، مجموعه ای از سرورهای فیزیکی داشتیم که اگرچه از تمام توان پردازشی آن ها استفاده نمی شد، اما به صورت دوره ای نیز در حال افزایش تعداد بودند. با استفاده از فناوری مجازی سازی، این امکان فراهم می شود که بر روی یک کامپیوتر فیزیکی و بدون به خطر افتادن صحت عملکرد یا امنیت، چندین سرویس/برنامه (هر کدام در VM خود با سیستم عامل مجزا) اجرا شود. این امر حداکثر استفاده از ظرفیت محاسبات سخت افزاری فیزیکی را امکان پذیر می سازد.

• مدیریت آسان

با جایگزینی کامپیوترهای فیزیکی با ماشین های مجازی تعریف شده توسط نرم افزار، امکان استفاده از سیاست های نوشته شده در نرم افزار فراهم می شود. به عنوان مثال، ابزارهای مدیریتی که لایه میانی در اختیار راهبر قرار می دهد، مدیران را قادر می سازد، تا با ایجاد قالب های از پیش تعریف شده (مثلا مجموعه ای از ماشین های مجازی و برنامه های کاربردی)،  این خدمات را به صورت مکرر و مداوم بدون نیاز به صرف زمان، نصب و راه­اندازی کنند. این سیاست ها حتی می توانند بهره وری منابع را با قابلیت هایی چون خاموش کردن کامپیوترهای فیزیکی کم استفاده و جایگزینی سایر کامپیوترهای فیزیکی، برای صرفه جویی در هزینه ها و توان برق مصرفی افزایش دهند.

• خرابی حداقل

بروز خطا بر روی یک سیستم عامل یا برنامه می تواند باعث اختلال در ارائه سرویس گردد. با استفاده از فناوری مجازی سازی و پیکربندی قابلیت هایی چون افزونگی، احتمال بروز اختلال در سرویس دهی (به دلیل بروز خطا بر روی یک ماشین مجازی یا در سطحی کلان تر یک سرور فیزیکی (هاست)) کاهش می یابد. بدون استفاده از فناوری مجازی سازی، اجرای طرح های افزونگی بر روی چند سرور فیزیکی، هزینه بیشتری خواهد داشت.

• تأمین سریع تر

فرآیند خرید، نصب و پیکربندی سخت افزار برای هر سرویس/برنامه، زمان گیر و هزینه بر است. با توجه به اینکه، با استفاده از فناوری مجازی سازی، سخت افزار پیش از این تامین و در مرکزداده قرار دارد، ارائه ماشین های مجازی و سرویس/ برنامه، به میزان قابل توجهی سریع تر انجام خواهد شد.

ماشین مجازی

ماشین های مجازی (VMs) محیط های مجازی هستند که کامپیوتر فیزیکی را مبتنی بر نرم افزار، شبیه سازی می کنند. ماشین های مجازی معمولا شامل چندین فایل حاوی پیکربندی VM، هارد دیسک مجازی و احتمالا Snapshot هایی است که وضعیت ماشین مجازی را در یک نقطه خاص در زمان، حفظ می کند.

هایپروایزر

یک Hypervisor، در واقع همان لایه نرم افزاری میانی یا انتزاعی است که امکان ایجاد و مدیریت VM ها را فراهم می کند. هایپروایزر به عنوان یک رابط، میان VM و منابع سخت افزاری فیزیکی، این اطمینان را حاصل می کند که هر یک از VM ها به منابع فیزیکی مورد نیاز خود دسترسی داشته باشند. هایپروایزر این تضمین را ایجاد می کند که VM ها در فضای حافظه یا پردازش یکدیگر دخالت نمی کنند و عملکرد یکدیگر را تحت تاثیر قرار نمی دهند.

 انواع هایپروایزر

• نوع 1 یا Bare-Metal: این نوع هایپروایزر به عنوان جایگزین سیستم عامل سنتی عمل می کند و مستقیما بر روی منبع فیزیکی نصب می شوند. برای مجازی سازی در سطح سرور، از این نوع هایپروایزر استفاده می شود.
• نوع 2 : این نوع هایپروایزر به عنوان یک برنامه بر روی سیستم عامل موجود عمل می کند. از این نوع هایپروایزر اغلب بر روی Endpoint Device ها با هدف نصب سیستم عامل های جایگزین مورد استفاده قرار می گیرد. هایپروایزر نوع 2، دارای سربار هستند. زیرا از سیستم عامل میزبان برای دسترسی و هماهنگ کردن منابع سخت افزاری استفاده می کنند.

سطوح مجازی سازی

آنچه تا این بخش بیان شد، مجازی سازی سرور بود. باید توجه داشت امکان مجازی سازی علاوه بر مجازی سازی سرور، در سایر سطوح زیرساخت فناوری اطلاعات نیز امکان پذیر است. در ادامه، برخی از این سطوح مورداشاره قرار می گیرند.

• مجازی سازی دسکتاپ

مجازی سازی دسکتاپ این قابلیت را فراهم می آورد تا بیش از یک سیستم عامل دسکتاپ و هر یک بر روی یک VM مجزا، اما بر روی یک سرور مرکزی یکسان اجرا شوند. در این حالت می­توان دسترسی کاربران به انواع سیستم عامل ها را از هر دستگاهی (بدون نیاز به نصب سیستم عامل بر روی دستگاه کاربر)، فراهم کرد.

• مجازی سازی اپلیکیشن

مجازی سازی نرم افزار کاربردی، این امکان را فراهم می­کند تا یک اپلیکیشن را بدون نیاز به نصب بر روی سیستم عامل کاربر، اجرا کنیم. باید توجه داشت این نوع مجازی سازی متفاوت از مجازی سازی کامل دسکتاپ (ذکر شده در بالا) است، زیرا تنها برنامه در یک محیط مجازی اجرا شده و سیستم عامل در دستگاه کاربر به طور معمول اجرا می شود.

• مجازی سازی منابع ذخیره سازی

در این نوع مجازی سازی، با تجمیع فلش ها، هارددیسک ها و منابع مختلف ذخیره سازی، یک منبع مشترک ذخیره­سازی انعطاف پذیر ایجاد می گردد. این منبع یکتا از طریق یک کنسول مرکزی، مدیریت و در دسترس سرورها قرار می­گیرد.

با پیاده سازی این نوع از مجازی سازی، ارائه منابع ذخیره سازی برای VM ها آسان تر و استفاده بهینه از تمام منابع ذخیره سازی موجود در شبکه، امکان پذیر می شود.

• مجازی سازی شبکه

در این نوع مجازی سازی، مفاهیم و تکنولوژی های موجود در شبکه های فیزیکی با استفاده از نرم افزار پیاده سازی می­شود. مجازی سازی شبکه با تفکیک مفاهیم کنترلی و مدیریتی، از داده ها و ترافیک شبکه، امکان مدیریت منابع و سرویس­های شبکه را، با استفاده از یک کنسول واحد فراهم می کند. مدیر شبکه می تواند بدون دست زدن به اجزای فیزیکی، تنظیمات مدنظر خود را در شبکه اعمال و کنترل کند.، این امر به طور چشمگیری مدیریت شبکه را ساده می کند.

انواع مجازی سازی شبکه عبارتند از:

شبکه های مبتنی بر نرم افزار (Software-Defined Networking (SDN؛ سخت افزارهایی را که مسیریابی ترافیک شبکه را کنترل می کنند، مجازی سازی می کند.(Control-Plane)

مجازی سازی عملکرد شبکه (Network Function Virtualization (NFV؛ این نوع از مجازی سازی، امکان مجازی سازی یک یا چند دستگاه سخت افزاری را، که عملکرد خاصی را در شبکه ایفا می کنند (به عنوان مثال: فایروال، تعادل بار و یا تجزیه و تحلیل ترافیک) فراهم می آورد و از این طریق راه اندازی، پیکربندی و مدیریت آن ها را تسهیل می کند.

• مجازی سازی مرکز داده

مجازی سازی مرکز داده، فرایندی است که در آن طراحی، توسعه و استقرار مرکز داده بر پایه پردازش ابری و فناوری های مجازی سازی انجام می شود. مجازی سازی مرکز داده، استفاده از فناوری هایی است که تا حد ممکن، سخت افزارهای موجود (منابع پردازشی، منابع ذخیره سازی، شبکه) را مبتنی بر نرم افزار ارائه دهد.این نوع مجازی سازی، مدیر را قادر می سازد تا یک مرکز داده فیزیکی را به صورت مرکز داده مجازی برای کاربران مختلف تقسیم کند. هر کاربر می تواند به “زیرساخت به عنوان سرویس (IaaS)” خود، که بر روی همان بستر سخت افزار فیزیکی قرار می گیرد، دسترسی پیدا کند. به این ترتیب یک سازمان به سرعت می تواند یک محیط مرکز داده کامل را، بدون خرید زیرساخت سخت افزاری، راه اندازی کند.

 راهکارهای مجازی سازی

شرکت های متنوعی به ارائه راهکارهای مجازی سازی می­پردازند. تنوع محصولات این شرکت ها، شامل مجازی سازی در مرکز داده و یا مجازی سازی متمرکز بر ارائه دسکتاپ به کاربر است.

شرکت VMware متخصص در ارائه مجازی سازی سرور، شبکه، منابع ذخیره سازی و دسکتاپ کاربر است. برای آشنایی با قابلیت­های نسخه VMware vSphere 6.7 کلیک نمایید.

شرکت Citrix از شرکت های پیش رو در مجازی سازی برنامه های کاربردی است. همچنین مجازی سازی را در سطوح سرور و دسکتاپ مجازی نیز ارائه می دهد.

شرکت Microsoft راه حل مجازی سازی Hyper-V را با ویندوز عرضه می کند و بر روی نسخه های مجازی سرور و رایانه های رومیزی تمرکز دارد.

مقالات بعدی به معرفی بیشتر این راهکارها و تمایز آنها از یکدیگر اختصاص خواهد داشت.