Hyper-v virtualisoi Windows-palvelimet
Jani Järvinen • Piirros: Petri Rotsten
Hyper-v virtualisoi Windows-palvelimet
Palvelinten virtualisointi on toimivaksi havaittu tekniikka, jolla yhteen fyysiseen palvelimeen yhdistetään useampi virtuaalinen käyttöjärjestelmä. Näin toimien saavutetaan monia etuja, joista tärkeimpiä ovat parantuneet käyttöasteet, laitteistokuluissa säästäminen sekä helpompi siirtyminen laitteistosta toiseen.
Käyttöjärjestelmien virtualisointiin tarvitaan ohjelmisto, joiden markkinat ovat pitkään olleet käytännössä yhden valmistajan hallussa. Nykyisin EMC:n omistuksessa oleva Vmware kaappasi markkinat pitkälti itselleen Esx Server -nimisellä tuotteella, josta sittemmin tuli osa Vmware Virtual Infrastructure -kokonaisuutta.
Virtualisointi on käsitteenä laaja, monia erilaisia toteutustapoja sisältävä termi. Termillä voidaan tarkoittaa niin laitteistoavusteista kuin emuloitua, täysin ohjelmistopohjaistakin virtualisointia. Asiaa mutkistaa vielä sekin, että myös sovellusohjelmia on mahdollista virtualisoida. Useimmin Intelin x86- ja x64-ympäristöissä tarkoitetaan käyttöjärjestelmien täyttä virtualisointia (platform virtualization, full virtualization), jossa virtualisointiohjelmisto osaa simuloida kokonaista laitteistoa.
Täyden virtualisoinnin historia alkaa jo 1960-luvulta, ja pc-maailmassa toimiva toteutuksia on ollut saatavilla kymmenkunta vuotta. Vmwaren Workstation-tuote teki tuolloin virtualisoinnin tunnetuksi suurille käyttäjäjoukoille, ja tuote on edelleen laajassa käytössä varsinkin sovelluskehitys- ja testausyrityksissä.
Workstationin tyyppiset virtualisointiohjelmistot tukevat täyttä virtualisointia, ja mahdollistavat useiden erilaisten käyttöjärjestelmien ajamisen virtuaalikoneissa sellaisinaan, ilman muutoksia käyttöjärjestelmän ohjelmakoodiin. Vaikka tällaisten ohjelmistojen toimivuus on hyvä, jättää niiden suorituskyky ja laitteistoresurssien käyttö varsinkin raskaammassa käytössä toivomisen varaa.
Tämä johtuu siitä, että tällaiset virtualisointiohjelmistot vaativat alleen normaalin käyttöjärjestelmän, esimerkiksi Windows Serverin tai Linuxin. Varsinkin palvelinten virtualisoinnissa varsinainet hyötysovellukset pyörivät virtuaalikoneissa ja isäntäkäyttöjärjestelmä (host operating system) toimii vain virtuaalikoneohjelmiston alustana.
Hypervisor-kerros tuo tehoa
Isäntäkäyttöjärjestelmästä eroon pääseminen vaatii erityisen hypervisor-ohjelmiston käyttöönottoa. Sen tarkoituksena on olla ohut ohjelmistokerros fyysisen laitteiston ja virtuaalisten käyttöjärjestelmien välissä.
Hypervisorin avulla isäntäkäyttöjärjestelmää ei tarvita lainkaan. Tämä vähentää laitteistotarpeita ja toisaalta nostaa virtuaalikoneiden suorituskykyä. Tällöin puhutaan tason 1 ohjelmistosta erotuksena tasosta 2, jossa virtualisointi toteutetaan käyttöjärjestelmien päällä.
Hypervisor-ohjelmiston tehtävänä on koordinoida laitteiston toimintaa, ja toisaalta näyttää laitteisto oikealla tavalla virtuaalisille käyttöjärjestelmille. Pienimillään tällaisen ohjelmiston koko on vain muutamia megatavuja. Esimerkiksi Vmwaren hypervisor-ohjelmisto on kooltaan noin 30 megatavua. Tässä on huima ero esimerkiksi Windows-käyttöjärjestelmien kokoihin, jotka ovat nykyisin gigatavuluokkaa.
Hypervisor-ohjelmistojen Intel-markkinoilla toimivat sellaiset suuret nimet kuten Vmware, Citrix sekä tuoreimpana Microsoft. Toistaiseksi Microsoftin virtualisointiratkaisut ovat rajoittuneet Windows-käyttöjärjestelmien päällä toimiviin, Connectixilta hankittuihin Virtual Pc- ja Virtual Server -ohjelmistoihin, mutta Windows Server 2008 -käyttöjärjestelmä muutti tilanteen.
Virtuaalinen rooli
Server 2008:n myötä Microsoft toi saataville Hyper-v -ohjelmiston, joka on yksi tuoreimman Windows-palvelinkäyttöjärjestelmän rooleista (role). Hyper-v -ohjelmisto valmistui kesällä 2008, toisin sanoen vasta varsinaisen käyttöjärjestelmän valmistumisen jälkeen. Syyskuussa Microsoft ilmoitti, että se tuo maksutta saataville myös tuotteen nimeltä Hyper-v server 2008.
Hyper-v:n tekninen arkkitehtuuri on esitetty oheisessa kuvassa. Koska suurelle osalle käyttäjistä Hyper-v tulee Windowsin mukana, on se helppo nähdä vain Virtual Server -ohjelmiston integroituna versiona.
Näin ei kuitenkaan ole. Erilainen toteutus näkyy Hyper-v:n teknisissä ominaisuuksissa. Virtual Server ei esimerkiksi tue useampaa kuin yhtä suoritinta, 64-bittisiä virtuaalikoineita eikä yli neljän gigatavun muistiavaruuksia virtuaalikoneissa. Hyper-v:llä ei näitä puutteita ole.
Paperilla Hyper-v:n tekniset ominaisuudet näyttävätkin varsin hyviltä. Virtuaalikoneet voivat olla sekä 32- että 64-bittisiä käyttöjärjestelmiä ja kussakin virtuaalikoneessa voi olla maksimissaan 64 gigatavua muistia sekä useita suorittimia. Isäntäkoneessa voi olla kaksi teratavua muistia, minkä lisäksi Hyper-v -palvelimet voidaan klusteroida Windowsin omalla klusterointituella. Loogisia prosessoreita voi olla 24 ja virtuaalikoneita 192.
Ominaisuuksien hintana on kuitenkin uuden laitteiston tarve: Hyper-v vaatii alleen tuoreen palvelimen. Suorittimesta on esimerkiksi löydyttävä laitteistotason virtualisointituki. Intel-suorittimissa tämä tarkoittaa lähinnä Xeon-sarjaa, AMD:n vastaavia ovat viimeisimmät Opteron-suorittimet.
Ladattavissa maksutta
Microsoftin Hyper-v -virtualisointi on kaikkien niiden käytettävissä, jotka hankkivat Windows Server 2008 -palvelimensa 64-bittisenä versiona Hyper-v -lisensointuna. Jos on hankkimassa Windows-palvelinta, kannattaa Windows Server 2008 aina ostaa Hyper-v -lisenssillä, koska lisähinta on vain 20 euroa.
Toinen vaihtoehto on asentaa Microsoftin sivustolta maksutta ladattava Hyper-v server. Vmwaren maksuton Esxi-ohjelmisto lienee tärkein syy, miksi Microsoft päätti julkaista virtualisointituotteestaan erillisen version.
Toisaalta, joskus arvokkaammilla kaupallisilla ohjelmistoilla on puolensa. Palvelinten virtualisointi ja useamman kuin yhden virtuaalipalvelimen ajaminen yhdessä fyysisessä laitteessa muodostaa nimittäin riskin: jos fyysinen palvelin vikaantuu, voivat kaikki virtuaaliset käyttöjärjestelmät kaatua kerralla.
Tämä pysäyttää helposti monen käyttäjän toimet, ja pahimmillaan myös it-ylläpitäjän. Tästä syystä virtualisointiohjelmistojen valmistajat ovat tehneet paljon töitä korkean käytettävyyden ratkaisujen kehittämiseksi.
Näillä ominaisuuksilla on hintansa.
Ominaisuudet riittävät alkuun
Vmwarelta löytyy tuote nimeltä Vmotion, jolla virtuaalikone voidaan siirtää toiselle fyysiselle palvelimelle virtuaalikoneen toiminnan keskeytymättä. Tästä ominaisuudesta käytetään yleisesti englanninkielistä nimitystä live migration.
Ajossa olevien virtuaalikoneiden siirto fyysiseltä laitteelta toiselle on yksi ominaisuus, jota arvostetaan varsinkin järeämmässä käytössä. Tässä kohdin Hyper-v:n ominaisuudet voivat olla riittämättömiä, sillä live migration -ominaisuus puuttuu – ainakin toistaiseksi.
Jos lyhyet käyttökatkokset ovat kuitenkin hyväksyttävissä, voidaan avuksi ottaa Windows Server 2008:n Enterprise- ja Datacenter-versioissa tuettu quick migration -ominaisuus. Toiminnon avulla vikaantuneen palvelimen virtuaalikoneet siirretään automaattisesti toiselle palvelimelle ja käynnistetään uudelleen. Toiminnon käyttö edellyttää, että Windows-palvelimet ovat klusteroituja.
Toinen Hyper-v:n merkittävä puute liittyy muistinhallintaan. Virtualisoinnissa kullekin virtuaalikoneelle on määriteltävä, kuinka paljon muistia se voi enintään käyttää. Tyypillinen järjestelmä ei kuitenkaan käynnissä ollessaan tarvitse kaikkea muistia. Jos tätä vapaana olevaa muistia voisi käyttää muiden virtuaalikoneiden tarpeisiin, voitaisiin samalla laitteistolla pyörittää useampia virtuaalikoneita.
Hyper-v ei toistaiseksi tue muistisivujen jakoa virtuaalikoneiden kesken (page sharing), jolloin fyysistä keskusmuistia tarvitaan enemmän. Muistia lisäämättä ei Windows-palvelimella voida ajaa yhtä montaa virtuaalikonetta kuin muiden valmistajien ratkaisuilla, jotka tukevat muistin jakoa tai ylivaraamista (over-commit).
Käyttöjärjestelmä alla tuo katkoja
Windows Server 2008:aan integroitu Hyper-v asennetaan käyttöjärjestelmän rooliksi (role). Näin ollen se tarvitsee alleen normaalin käyttöjärjestelmän. Koska virtualisoinnin kannalta ylimääräiset ohjelmistokomponentit sekä hidastavat järjestelmän toimintaa että hankaloittavat ylläpitoa, voidaan Hyper-v asentaa roolina myös Server core -asennukseen.
Server core on Windows Server 2008:n uusi asennustapa, jossa käyttöjärjestelmästä asennetaan vain välttämättömimmät osat: esimerkiksi graafinen käyttöliittymä jää pois. Hallinta tapahtuu tällöin komentokehotteesta. Tietoturvasta tuttu ajattelumalli, jossa vain välttämättömimmät palvelut asennetaan, on ollut Server coren suunnittelun johtavana ajatuksena.
Server coren avulla Windows-käyttöjärjestelmästä voidaan pudottaa pois ne ominaisuudet, joita ei tarvita esimerkiksi virtualisointiin. Näin tietoturvahyökkäysten mahdollisuus pienenee ja toisaalta esimerkiksi tietoturvapäivityksistä johtuvat uudelleenkäynnistykset vähenevät.
Virtualisoitaessa käyttöjärjestelmiä Hyper-v:llä, on Server core -asennus toimiva ratkaisu. Windows-käyttöliittymiin tottuneille ylläpitäjille pelkkä komentorivi voi aiheuttaa harmaita hiuksia, mutta onneksi verkosta löytyy valmiita esimerkkikomentoja ja -skriptejä vaikkapa ip-osoitteiden ja konenimien määrittämiseen.
Aivan kokonaan esimerkiksi palvelimen uudelleenkäynnistyksistä ei päästä Server corellakaan, sillä tietoturvapäivityksiä tulee myös käyttöjärjestelmän ydinosiin. Isäntäkäyttöjärjestelmän uudelleenkäynnistys tietysti vaatii myös virtuaalikoneiden käynnistämistä uudelleen, joten jokainen uudelleenkäynnistys on mietittävä tarkkaan.
Hallinta parhaiten System centerillä
Koska Hyper-v on osa Windows-käyttöjärjestelmää, myös sen hallinta tapahtuu Windowsin tutuilla välineillä. Windows Server 2008:ssa entistä useammat hallintatoimenpiteet voidaan tehdä Server manager -ikkunan kautta, ja tämä koskee myös Hyper-v:llä ajettavia virtuaalikoneita. Tarvittaessa virtuaalikoneiden hallintaikkuna voidaan käynnistää erikseenkin start-valikosta.
Hyper-v:n oman hallintanäkymän avulla virtuaalikoneita voidaan esimerkiksi luoda, käynnistää ja pysäyttää. Myös tilannekuvien (snapshot) ottaminen, levy- ja verkkomääritysten tekeminen sekä yhteydenotto virtuaalikoneiden istuntoihin onnistuvat. Vaikka perusominaisuuksilla pääsee pitkälle, tarjoaa Microsoft vaativampiin hallintatarpeisiin erillistä tuotetta nimeltä System center virtual machine manager. Se tarjoaa ylläpitäjille muun muassa fyysisten koneiden muuntamisen virtuaalisiksi (p2v), mallipohjat virtuaalikäyttöjärjestelmien nopeaan säätöön, sekä esimerkiksi skriptaustuen Powershell-ympäristössä.
Kokonaisuutena Hyper-v on toimiva avaus aiempaa tehokkaampaan virtualisointiin Windows-ympäristöissä. Tekniset ominaisuudet ovat riittävät moniin tarpeisiin, joskin raskaammissa ympäristöissä jäädään vielä jälkeen kilpailijoista. Microsoft on kuitenkin jo nyt väläytellyt kehittyneempiä versioita. Ei lienekään epäselvää, että Microsoft tavoittelee itselleen virtualisoinnin massamarkkinoita.
Hyper-v ja käyttöjärjestelmätuki
Hyper-v vaatii toimiakseen Windows Server 2008:n 64-bittisen version. Tämän lisäksi suorittimelta vaaditaan laitteistotason virtualisointitukea (Intel VT tai AMD-V). Kun nämä vaatimukset täyttyvät, ovat varsinaisten virtuaalisten käyttöjärjestelmien vaatimukset kevyemmät.
Kaikki tuoreet Windows-käyttöjärjestelmät Windows 2000 Serveristä alkaen toimivat Hyper-v:ssä niin 32- kuin 64-bittisinä versioinakin. Samoin esimerkiksi Suse Linux Enterprise server 10 on virallisesti tuettu, ja verkosta löytyvien tietojen perusteella muutkin Linux-distribuutiot ovat käyttökelpoisia. Microsoft ei kuitenkaan tue virallisesti kuin Susea. Muissa distribuutioissa tärkeät integrointikomponentit (integration components) eivät välttämättä asennu.
Hyper-v:n integrointikomponentit vastaavat Virtual pc- ja Virtual server -ympäristöjen Virtual machine additions- ja Vmware-ympäristöjen Vmware Tools -ajuripaketteja, joiden avulla virtuaalikoneiden toiminnallisuus paranee. Lista Hyper-v:n tukemista käyttöjärjestelmistä löytyy osoitteesta
http://www.microsoft.com/windowsserver2008/en/us/hyperv-supported-guest-os.aspx.
