Что такое аппаратная виртуализация и как она работает

Аппаратная виртуализация — это технология, которая помогает в создании виртуальных помощников (машин). Технология поддерживает создание таких машин на физическом оборудовании, при этом соблюдая эффективное распределение ресурсов.

В статье узнаете, зачем нужна аппаратная виртуализация, чем отличаются друг от друга программная и аппаратная виртуализация и где она применяется.

Типы аппаратной виртуализации

Чтобы правильно использовать аппаратную виртуализацию, важно понимать, для чего конкретно она требуется, какие цели следует решать с ее помощью. Для этого нужно знать, на какие основные типы она подразделяется.

Их всего три:

1. Полная виртуализация. Этот тип характерен для оборудования, которое нужно имитировать полностью. Это значит, что нужно создать среду, которая будет запускаться на всех устройствах без дополнительной на то надстройки.
2. Паравиртуализация. Это упор на аппаратные ресурсы, которые представляет сервер, и, в зависимости от полученных данных, операционная система может быть либо полностью изменена, либо подвергнуться компиляции.
3. Аппаратная поддержка. Благодаря использованию аппаратного обеспечения, с нуля полностью создается виртуализированная машина.

Выбор типа аппаратной виртуализации зависит от задачи, которую нужно решить, но все равно желательно обратиться к специалисту. 

Также, чтобы выбрать нужный тип аппаратной виртуализации, потребуется ориентироваться на программные решения, например:

• Тип KVM. 

Это новая разработка, которая имеет простой функционал и большое количество возможностей. Подойдет на выбор новичкам в программном деле, так как не требует слишком суровых заморочек над работой.

Итогом такой работы становится созданная среда, которая запускается на разных серверах без какой-либо отдельной настройки.

• Тип Xen. 

Это аналог вышеописанного типа, но достаточно дорогой для приобретения и требующий уже более опытного пользователя. Для работы он использует собственные ресурсы и может быть перемещен с одного узла в другой при необходимости.

• Hyper-V. 

Уже знакомый и не менее изученный тип. В аппаратной виртуализации занимает крайне непопулярное место по причине того, что работа с ним поставляется по умолчанию с операционной системой. Каких-либо дополнительных настроек он не требует.

Принцип работы состоит из следующих этапов:

1. Изначально осуществляется контроль сервера, на который устанавливается специальная программа — гипервизор. Она создает в определенной последовательности виртуальные мощности, которые нужны для дальнейшей работы над аппаратной виртуализацией.
2. Далее виртуальная машина устанавливается на аппаратный гипервизор.
3. После того как гипервизор установился и «прижился», на виртуальную машину устанавливаются последние операции — система и ПО.

Включение аппаратной виртуализации нужно, чтобы:

• провести эмуляцию прочих операционных систем в сочетании друг с другом, но в пределах одного физического носителя (компьютера), к примеру, запустить устаревшую версию программного обеспечения;
• защитить устройство от появления ошибок, сбивающих работу, например, при тестировании новых программ;
• повысить производительность устройства, распределить нагрузку между всеми компонентами компьютера.

Виды виртуализации

Для начала следует изучить, как включить аппаратную виртуализацию, прежде чем переходить к ее видам. Включение и отключение также имеет непосредственную связь по видам виртуализации.

Есть две схемы включения виртуализации, одна для Intel, а вторая уже для AMD. 

Включение на Intel:

1. Для начала требуется запустить компьютер и активировать команду Advanced Mode, которая переносит запрос в соответствующий раздел.
2. Далее в открывшемся окошке нужно выбрать и активировать подраздел CPU Configuration.
3. Затем подключается параметр операционной технологии, после чего нужно выйти из BIOS, но обязательно перед этим сохранить все данные.

Для платформы AMD включение похожее:

1. Точно так же включить компьютер, запустить раздел с помощью команды Advanced Mode.
2. Открывшееся окно перенесет пользователя на пункт конфигурации. Далее нужно активировать SVM Mode.
3. Чтобы активация прошла успешно, надо нажать правую кнопку мыши по команде и таким образом включить виртуализацию.

Как отключить аппаратную виртуализацию? Способ универсален для обеих схем:

1. Компьютер нужно перезагрузить и отправиться затем в настройки системы. Для этого нужно нажать клавишу «F2».
2. Далее нужно перейти на вкладку защиты системы с помощью комбинации на клавиатуре или же найти строку Security.
3. После этого высветится опция отключения аппаратной виртуализации. Она будет иметь вид либо AMD-V, либо Intel VT-x. Отключив функцию, нужно сохранить изменения и перезагрузить устройство.

Возникает справедливый вопрос — если аппаратная виртуализация так полезна, то зачем ее вообще отключать?

1. Проблема в совместимости может вызвать серьезные сбои в устройстве, и тогда аппаратная виртуализация не нужна.
2. Для предотвращения утечки информации в случаях, когда требуется обработка конфиденциальных данных, виртуализацию тоже желательно отключить.
3. Снижение производительности и без того слабой системы может привести к крупным сбоям или даже выходу устройства из строя, если виртуализацию вовремя не отключить.
4. Элементарная перегрузка системы.

И теперь самое время рассмотреть виды виртуализации:

1. Программная виртуализация. Она делит все аппаратные ресурсы и «укладывает» их в одной системе. При этом виде все виртуальные машины питаются от одного общего ядра.
2. Аппаратная виртуализация. Этот вид изолирует все ресурсы сервера, чтобы каждый ресурс мог персонально работать по отдельной операционной системе.
3. Эмуляция. Это полная виртуализация для всей полагающейся платформы. Чаще всего пользователи слышат про эмуляцию на игровых консолях.
4. Операционная виртуализация. Осуществляет работы нескольких экземпляров в пределах одной операционной системы.
5. Виртуализация для приложений. Этот вид способствует слаженной работе приложений, которые отделены от основной операционной системы.
6. Виртуализация сервисов. Это та же эмуляция, но уже с системными компонентами, над которыми производится работа по запуску тестируемых приложений.

Отличия аппаратного представления от программного

Они похожи, но имеют достаточное количество существенных различий:

1. Системы аппаратной виртуализации не используют хосты для гипервизора. А программная распределяет ресурсы через прослойку в операционной системе, то есть создает контейнеры, которые работают на одном общем ядре.
2. Технология аппаратной виртуализации, к сожалению, не предполагает ни высокой скорости, ни простоты настроек, так как производительность виртуальных машин немного ниже, чем у программной версии.
3. Аппаратная виртуализация при исполнении команд обращается непосредственно к аппаратной части без вовлечения операционной системы.
4. Система, с помощью которой работает аппаратная виртуализация, отличается также более высокой производительностью для полноценного разделения ресурсов между виртуальными машинами.

Аппаратная поддержка

Это процесс создания виртуальных машин, а также тех или иных сред на основе архитектуры процессора. Она помогает создавать неограниченное (в пределах одной операции) количество гостевых систем. 

Чтобы понять, что делает аппаратная виртуализация, требуется рассмотреть пример как раз с аппаратной поддержкой. 

Она распределяет ядра между системами и значительно упрощает работу, но для работы аппаратной поддержки требуется выполнить следующие условия:

• процессоры должны поддерживать наборы инструкций, позволяющие осуществить прямой доступ из операционной системы машины до ресурсов процессора;
• чтобы аппаратная поддержка выполняла свой функционал, нужен гипервизор, так как гостевые операционные системы нужно разделить на независимые объекты, но не отделять их от совместных ресурсов одного сервера.

Применение виртуализации

Она применяется, чтобы эффективно распределять ресурсы. Это крайне важно для современного производства, которое напичкано передовыми технологиями и компьютеризацией. 

Конкретно в плане повышения производительности, аппаратная виртуализация позволяет:

• снизить затраты на обслуживание физического оборудования, а также на его фактическое приобретение и докупку каких-либо элементов;
• обеспечить гибкую и плодотворную работу всей инфраструктуры;
• повысить защиту от ошибок, устойчивость к отказам системы;
• изолировать виртуальные машины друг от друга во избежание непредвиденных ситуаций.

Аппаратная виртуализация используется повсеместно как крупными компаниями, у которых в приоритете сохранение стабильности, так и предпринимателями малого и среднего бизнеса, которые также заинтересованы в том, чтобы все информационные процессы передавались качественно и безопасно.

Аппаратная виртуализация в производстве — идеальный помощник, который выстраивает гибкую инфраструктуру на основе защиты от всяких внешних угроз.

Итог

1. Пользу аппаратной виртуализации нельзя недооценить. Она разработана для того, чтобы в современное время упрощать рабочую деятельность. 
2. Аппаратная виртуализация отлично снижает затраты на настройку и обслуживание физического оборудования, настраивает конфигурацию машины только один раз без дополнительных задач, а при увеличении нагрузки поднимает дополнительные виртуальные машины, чтобы равномерно распределить рабочие силы. 
3. Аппаратная виртуализация — хороший помощник на пути к упрощению работы.
4. Программная и аппаратная виртуализации имеют много отличий, но основной принцип их работы заключается в исправлении ресурсов компьютера, в упрощении работы и обеспечении стабильности.

Фото на обложке: Pexels