Ορισμός

Ο όρος

Ο όρος Virtualization, εικονικοποίηση εν Ελληνιστί, είναι μια τεχνολογία που επιτρέπει σε ένα φυσικό κομμάτι υλικού (hardware) να υποστηρίζει την εκτέλεση πολλών λειτουργικών συστημάτων ταυτόχρονα, σαν να πρόκειται για ξεχωριστά συστήματα.

Virtualization ορίζεται η τεχνογνωστική της δημιουργίας εικονικών περιβαλλόντων, διάφορων εφαρμογών και χρήσεων, απομονωμένα μεταξύ τους, με αποτελεσματική διαχείριση των πόρων των υπολογιστών.

Κίνητρο ανάπτυξης

Η εικονικοποίηση έχει προκύψει από την ανάγκη να αξιοποιηθούν με τον πιο αποτελεσματικό τρόπο οι πόροι των υπολογιστών, να μείνει το κόστος λειτουργίας χαμηλό και να αυξηθεί η ασφάλεια των συστημάτων.

Αρχή λειτουργίας

Η τεχνολογία της εικονικοποίησης (Virtualization) για να λειτουργήσει σε ένα σύστημα (hardware) απαιτεί ένα λογισμικό, το οποίο ονομάζεται Hypervisor (Υπερεπόπτης^[1]).
Ο hypervisor δημιουργεί ένα εικονικό περιβάλλον (virtual machine, VM) πάνω στο φυσικό υλικό. Το εικονικό αυτό περιβάλλον (virtual machine) παρέχει ένα
ολοκληρωμένο σύνολο πόρων, όπως CPU, μνήμη, δίσκοι, κάρτες δικτύου, κλπ., προσομοιώνοντας ένα πραγματικό σύστημα. Στο εικονικό περιβάλλον (virtual machine) μπορεί να εγκατασταθεί και να εκτελεστεί ένα λειτουργικό
σύστημα, λειτουργώντας ανεξάρτητα από τα υπόλοιπα συστήματα.

Επιγραμματικά

1. Hypervisor: Ένα λογισμικό δημιουργεί το εικονικό περιβάλλον (virtual machine) πάνω στο φυσικό υλικό.
2. VM: Το εικονικό περιβάλλον παρέχει το σύνολο των πόρων (CPU, RAM, HD-SSD, LAN, DEVICES), προσομοιώνοντας ένα πραγματικό σύστημα.
3. OS: Ένα λειτουργικό σύστημα εγκαθιστάται και εκτελείται εντός του Virtual Machine, λειτουργώντας ανεξάρτητα από τα υπόλοιπα συστήματα.

Σχηματικά

Το παραπάνω σχήμα αποτελεί το βασικό μοντέλο εικονικοποίησης, στο οποίο ο Hypervisor:

• Διαχειρίζεται τον απευθείας έλεγχο του υλικού (hardware).
• Δημιουργεί ένα εικονικό περιβάλλον για κάθε OS.
• Διανέμει τους πόρους του υλικού στα εικονικά συστήματα.
• Παρέχει τις απαραίτητες υπηρεσίες για την απρόσκοπτη λειτουργία των εικονικών συστημάτων.

Τύποι hypervisors

Ανάλογα με τον τρόπο που εγκαθίσταται ο hypervisor στο υπολογιστικό σύστημα και την πρόσβαση που έχει στο hardware, τους διαχωρίζουμε σε δύο βασικούς τύπους:

1. Type 1 Hypervisors (Bare-Metal Hypervisors):
   • Εγκαθίστανται άμεσα στο hardware του υπολογιστή, χωρίς να χρειάζεται ένα λειτουργικό σύστημα κάτω από αυτούς.
   • Παρέχουν άμεση πρόσβαση στο hardware και προσφέρουν υψηλή απόδοση.

Γνωστοί Type 1 Hypervisors: VMware ESXi, XenServer, Microsoft Hyper-V Server, Proxmox VE, Oracle VM Server, Red Hat Virtualization, Citrix Hypervisor.

2. Type 2 Hypervisors (Hosted Hypervisors):
   • Τρέχουν πάνω σε ένα λειτουργικό σύστημα, όπως Windows ή Linux.
   • Είναι πιο εύκολα στη χρήση και κατάλληλα για δοκιμές και ανάπτυξη.

Γνωστοί Type 2 Hypervisors: VMware Workstation, Oracle VM VirtualBox, Parallels Desktop, Microsoft Hyper-V Server.

Θυμάμαι!

• Type 1 Hypervisors: Εγκαθίστανται άμεσα στο hardware και προσφέρουν υψηλή απόδοση για επαγγελματικές και επιχειρηματικές χρήσεις.
• Type 2 Hypervisors: Τρέχουν πάνω σε ένα λειτουργικό σύστημα και είναι πιο εύκολα στη χρήση για προσωπική χρήση και δοκιμές.

Επίπεδα εικονικοποίησης

Σε αντιστοιχία με τον διαχωρισμό στον τρόπο εγκατάστασης και πρόσβασης στο hardware των Hypervisors, διαχωρισμός γίνεται και στον τρόπο με τον οποίο υλοποιείται η εικονικοποίηση στο hardware και στο λογισμικό.

1. Virtualization Επίπεδου 1 (System virtualization):
   • Απευθείας Εικονικοποίηση (Direct Virtualization): Ο hypervisor έχει άμεση πρόσβαση στο υλικό, επιτρέποντας την εκτέλεση διαφόρων λειτουργικών συστημάτων ταυτόχρονα.
   • Εικονικοποίηση Εντολών (Paravirtualization): Το λειτουργικό σύστημα τροποποιείται ώστε να εκμεταλλεύεται τον hypervisor, κάνοντας την εικονικοποίηση πιο αποδοτική.
2. Virtualization Επίπεδου 2 (Process virtualization):
   • Virtualization Εφαρμογής: Μια συγκεκριμένη εφαρμογή εκτελείται σε ένα εικονικό περιβάλλον, χωρίς να χρειάζεται να εγκατασταθεί ολόκληρο λειτουργικό σύστημα.
   • Εικονικοποίηση Δικτύου: Η διακίνηση δεδομένων σε ένα δίκτυο εικονικοποιείται, επιτρέποντας την δημιουργία εικονικών δικτύων.
3. Virtualization Επίπεδου 3 (Storage virtualization):
   • Συγκέντρωση χώρου αποθήκευσης (Storage Aggregation): Δημιουργεί ένα ενιαίο σημείο πρόσβασης σε πολλούς χώρους αποθήκευσης.
   • Εικονικοί δίσκοι (Virtual Disks): Δημιουργεί εικονικούς δίσκους, ανεξάρτητους από τον φυσικό υλικό.

Θυμάμαι!

• Τα επίπεδα εικονικοποίησης αφορούν το επίπεδο στο οποίο γίνεται η εικονικοποίηση του hardware ή του λογισμικού.
• Κάθε επίπεδο προσφέρει διαφορετικά πλεονεκτήματα και χρησιμοποιείται για διαφορετικούς σκοπούς.
• Η τεχνολογία της εικονικοποίησης εξελίσσεται συνεχώς και νέα επίπεδα εικονικοποίησης αναπτύσσονται για να αντιμετωπίσουν τις σύγχρονες ανάγκες της τεχνολογίας.

Πλεονεκτήματα

Η ανάπτυξη της εικονικοποίησης έχει φέρει μια σειρά από πλεονεκτήματα που έχουν μεταμορφώσει τον τρόπο που χρησιμοποιούμε τους υπολογιστές. Η δυνατότητα να τρέχουν πολλά λειτουργικά συστήματα σε ένα μόνο κομμάτι hardware οδήγησε σε πιο αποτελεσματική χρήση των πόρων, μείωση του κόστους και αυξημένη ασφάλεια. Η εικονικοποίηση επιτρέπει την απομόνωση εφαρμογών, μειώνοντας τον κίνδυνο μολύνσης από ιούς ή κακόβουλο λογισμικό. Η εύκολη δημιουργία και διαγραφή εικονικών μηχανών διευκολύνει την ανάπτυξη και τη διαχείριση εφαρμογών, ενώ η ελαστικότητα στην ανάπτυξη των πόρων επιτρέπει την προσαρμογή στις ανάγκες κάθε εφαρμογής.

Γιατί η τεχνολογία Virtualization έχει τόσο αλματώδη εξέλιξη;

• Εντατικοποίηση πόρων: Μπορούμε να εκμεταλλευτούμε καλύτερα το υλικό, εκτελώντας περισσότερες εργασίες ταυτόχρονα.
• Ασφάλεια: Η απομόνωση των εικονικών μηχανών μειώνει τον κίνδυνο μόλυνσης από ιούς ή κακόβουλες εφαρμογές.
• Εύκολη διαχείριση: Η virtualization διευκολύνει τη δημιουργία, τη διαγραφή, και την αναπαραγωγή εικονικών μηχανών.
• Ελαστικότητα: Μπορούμε εύκολα να αυξομειώνουμε τους πόρους μιας VM ανάλγα με τις ανάγκες.

Μειονεκτήματα

Ωστόσο, η εικονικοποίηση έχει και τα μειονεκτήματά της. Η δημιουργία μιας εικονικής μηχανής (VM) απαιτεί συνήθως σημαντικούς πόρους και η εκκίνησή της μπορεί να είναι σχετικά αργή.
Μια άλλη τεχνολογία, η containerization, η οποία έχει αναδυθεί ως μια νέα προσέγγιση στην διαχείριση εφαρμογών και υπηρεσιών, αντιμετωπίζει αυτά τα μειονεκτήματα. Η containerization επιτρέπει την εκτέλεση συγκεκριμένων εφαρμογών σε μια lightweight μονάδα που ονομάζεται container. Αυτά τα containers τρέχουν από το κοινό kernel του host systems και δεν απαιτούν την ανάπτυξη ολόκληρου του λειτουργικού συστήματος, οδηγώντας σε μικρότερο footprint και γρηγορότερες αποδόσεις.
Η Containerization περιγράφεται στην επόμενη ενότητα και είναι αυτή που χρησιμοποιείται ως επί το πλείστον στην ανάπτυξη της εργασίας σε αντίθεση με την Virtualization που παρέχει το VM για τη δημιουργία των containers.

Εφαρμογή

Η εικονικοποίηση, με την ικανότητά της να δημιουργεί εικονικά περιβάλλοντα, έχει βρει εφαρμογή σε ένα ευρύ φάσμα τομέων. Σήμερα, η εικονικοποίηση χρησιμοποιείται για την δημιουργία εικονικών servers και desktops, την ανάπτυξη και τη δοκιμή εφαρμογών, την εκτέλεση cloud services και την υποστήριξη εφαρμογών edge computing^[2]. Η εικονικοποίηση εξυπηρετεί την ανάγκη για αυξημένη αποδοτικότητα, εφαρμογή νέων τεχνολογιών και ευελιξία στην διαχείριση των IT υποδομών.

Οι προοπτικές για την εικονικοποίηση είναι πολύ υποσχόμενες, καθώς η τεχνολογία αναμένεται να εξελιχθεί με νέες λειτουργίες και να υποστηρίξει νέες εφαρμογές.
α την αν

Η εικονικοποίηση έχει μεταμορφώσει τον τρόπο που χρησιμοποιούμε τις IT υποδομές και θα συνεχίσει να διαδραματίζει κεντρικό ρόλο στην τεχνολογία του μέλλοντος.

---

1. Υπερεπόπτης: Συνήθως, η λέξη "Hypervisor" χρησιμοποιείται και στα ελληνικά, χωρίς μετάφραση. ↩︎

2. Edge computing: Είναι μια υπολογιστική στρατηγική που φέρνει την υπολογιστική ισχύ πιο κοντά στους χρήστες, στα δεδομένα και στις συσκευές. Αντί να μεταφέρονται όλα τα δεδομένα σε ένα κεντρικό cloud data center, επεξεργάζονται τοπικά σε σημεία που βρίσκονται κοντά στην πηγή των δεδομένων. ↩︎