IT685 หัวข้อพิเศษในเทคโนโลยีสารสนเทศ 2 IT&Cloud/ Infrastructure Virtualization November 18, 2009

Virtualization Paul A. Strassmann George Mason University

Scope of Virtualization Services

Virtualization Evolution

Business Continuity is the Objective

Virtualization Concepts

The Existing Role of the Operating System Virtualization is Based on Insertion of a Hypervisor on Top of Hardware

Virtualization Allows Transformation of a Server for Multiple Applications

Capacity Utilization: Stand-Alone vs. Virtualized Servers Dedicated Application Virtualized Applications

Hypervisor Installs Immediately – Supports Desktops and Laptops

Virtual Machines Run on Any Hardware Configuration

Virtual Machines Can Run on a Shared Infrastructure

A Single Software Can Span Different Hardware Components

Virtualization Allows Moving Applications Without Service Interruption

Advantages of Virtualization Zero downtime maintenance Freedom from vendor-imposed upgrade cycles Instant provisioning Pooling hardware resource Virtual hardware supports legacy operating systems efficiently Dynamic resource sharing Security and fault isolation Business continuity, backups, and automated restoration

Example of the Impact of Virtualization Before After

Labor Costs are 1/3 of the Costs of a Server

Operations Require One Staff per 200-400 Virtual Machines Note: Without virtualization one staff can handle up to 30 servers

Examples of Productivity Using Virtualization

Transforming Costs, Efficiency and Availability

Impact of Virtualization

Deploying Virtualization From Dedicated Processing to Pooled Processing

Pooling of Hardware for Shared Capacity Performance

Where to Run Your Application?

Business Continuity Challenges of Traditional Disaster Recovery

Infrastructure Challenges of Traditional Recovery

Virtual Site Recovery Management

Eliminating Downtime for Hardware Maintenance

Eliminating Downtime for Storage Changes

Redistribution of Workload to Handle Peak Processing Demands

Automatic Restart of a Failed Server

Backup Can Be Performed With Various Backup Products

Extending the Virtual Infrastructure to End-User Clients

Virtual Appliances

Traditional Approach: A Collection of Hardware and Cables

Virtualization is Based on Insertion of a Hypervisor on Top of Hardware

A Virtual Appliance Can Run a Range of Applications

Virtual Desktop

Driving Change

Apply Virtualization to the Desktop

The Virtual Desktop Runs in a Secure Data Center

Summary Virtualization offers major savings in data center operations. Virtualization makes possible significant reductions in the costs of managing data centers, with simplification of systems management tasks. Virtualization offers back-up and increased redundancy for delivery of high performance and high availability services. Virtualization is a step in the direction of “cloud computing”.

Virtualization

What is Virtualization? Virtualization allows multiple operating system instances to run concurrently on a single computer; it is a means of separating hardware from a single operating system. Each “guest” OS is managed by a Virtual Machine Monitor (VMM), also known as a hypervisor. Because the virtualization system sits between the guest and the hardware, it can control the guests’ use of CPU, memory, and storage, even allowing a guest OS to migrate from one machine to another. By using specially designed software, an administrator can convert one physical server into multiple virtual machines. Each virtual server acts like a unique physical device, capable of running its own operating system (OS). "Virtualization" ซึ่งหมายถึง การจำลองการทำงานของระบบคอมพิวเตอร์ให้สามารถทำงานได้ในอีกระบบหนึ่ง โดยไม่จำเป็นต้องมีการซื้อเครื่องคอมพิวเตอร์มาเพิ่มเติมแต่อย่างใด สามารถทำงานแยกกันได้อย่างไม่มีผลกระทบต่อระบบอื่นๆ ตัวอย่างการทำ Virtualization: มีคอมพิวเตอร์และระบบปฏิบัติการ Windows XP เป็นหลัก แต่อยากทดสอบใช้งาน Windows 7 โดยต้องการติดตั้งในเครื่องคอมฯ เครื่องเดียวกัน ไม่ต้องการทำ Multi-Boot (ซึ่งมีขั้นตอนยุ่งยาก) และที่สำคัญสามารถใช้งานได้ทั้ง 2 ระบบปฏิบัติการในเวลาเดียวกัน ปัญหานี้แก้ไขได้ด้วย Virtualization โดยใช้โปรแกรมฟรี ชื่อ Microsoft Virtual PC 2007 (ข้อมูลเพิ่มเติมและวิธีการใช้งาน คลิกที่นี่) จากนั้นก็ลงอีกระบบปฏิบัติการ คือ Windows 7 แค่นี้ ก็สามารถทำงานทั้ง 2 Windows ได้ในเครื่องเดียวกัน และพร้อมกันได้ด้วย ประโยชน์ที่ได้รับจากการทำ Virtualizaion ประหยัดค่าใช้จ่ายเรื่อง Hardware (แต่ความเป็นจริง คอมพิวเตอร์ที่ทำ Virtualization ต้องมีพื้นที่ว่างมากพอ และ RAM ต้องมีการมากๆ อย่างน้อย 2 GB ขึ้นไป แต่ทั้งนี้ ต้องขึ้นกับระบบปฏิบัติการที่ต้องการทำไปใช้ เช่น DOS, Unix, Windows 7 เป็นต้น) ทำงานทั้ง 2 ระบบ ได้พร้อมกัน สามารถ Share Resource ร่วมกันได้ เช่น CD-ROM / Hard disk เป็นต้น สามารถยกเลิกได้ทุกเวลาที่ต้องการ ถ้าเป็นระบบ Server ที่ใช้ในองค์กร ก็สามารถทำได้เช่นกัน โดยใช้โปรแกรมที่ทำ Virtualization ที่ดีกว่านี้ เช่น Microsoft Windows Server 2008 R2 ซึ่งจะมีโปรแกรม Virtualization ซึ่งเรียกว่า "Hyper-V“ มาให้ด้วย แต่ถ้าต้องการโปรแกรมอื่นๆ ก็สามารถหาซื้อได้เพิ่มเติมเช่น VMWare เป็นต้น

Virtualization Technology ในความหมายหรือใจความที่เข้าใจง่าย ๆ ก็คือ เทคโนโลยีที่ช่วยให้สามารถแชร์ Resource เช่น CPU, Memory, Hard disk เป็นต้น ของคอมพิวเตอร์ 1 เครื่องหรือมากกว่านั้น ให้สามารถรัน Software และ Application ในจำนวนมาก ๆ หรือ แม้แต่รันระบบปฏิบัติการหลาย ๆ ตัวได้ และสามารถทำงานพร้อมกันหลาย ๆ อย่างได้ ไม่ว่าจะเป็นคนละ platform กันก็ตาม ประโยชน์ ทำให้ใช้งาน Hardware ได้อย่างคุ้มค่า เต็มประสิทธิภาพ ลดค่าใช้จ่ายในการดำเนินการต่างๆ เช่น ค่าไฟ ค่าดูแลรักษา ชิ้นส่วนอุปกรณ์บางส่วนหรือแม้กระทั่ง ค่าอุปกรณ์ที่ไม่จำเป็นต้องซื้อเพิ่ม จากการลดค่าใช้จ่าย และแบ่ง Resource โดย Software ทำให้เพิ่มประสิทธิภาพในการลงทุน รวมทั้งการ Service ซึ่งสามารถทำให้ง่ายและรวดเร็วขึ้น

Types of Virtualization Application virtualization Desktop virtualization Server virtualization Application virtualization : เทคโนโลยี Application Virtualization เริ่มจาก Citrix Systems Inc. ซึ่งเป็นผู้นำตลาดด้าน Application Virtualization และเป็นผู้คิดค้น Terminal Server ให้กับ Microsoft เกิดเป็น Microsoft Terminal Server 2000, 2003 และ 2008 ในปัจจุบัน โดยใช้ Remote Desktop Protocol (RDP) ช่วยในการนำส่ง Application Screen จาก Windows Server สู่ Wyse Thin Client และที่ Wyse Thin Client ทำหน้าที่เพียงรับหน้าจอจาก Server และส่ง Key Strokes และ Mouse Clicks กลับไปที่ Server เท่านั้น การประมวลผล Application จะทำงานที่ Server 100% ดังนั้นเราไม่ต้องสนใจทรัพยากรบน Thin Client เลย Desktop virtualization : เป็นเทคโนโลยีที่ช่วยให้เราสามารถส่งหน้าจอ Desktop ของ Windows XP Pro, Windows Vista สู่เครื่อง Client ปลายทาง โดยลักษณะการทำงานเป็นแบบ Desktop ของใครของมัน หรือจะเป็นในลักษณะ Pool ก็ได้ เช่นกำหนด Pool ไว้ 5 Desktop ใครมาก่อนก็จะเข้า Desktop 1 (First Come First Serve) เป็นต้น ปัจจุบันมีผู้นำตลาดด้านนี้อยู่ 2 ค่าย คือ VMware VDM ชึ่งใช้ RDP และ Citrix XenDesktop ใช้ ICA Protocol. เราต้องมี VMware ESX หรือ Citrix XenServer เพราะเก็บ Windows XP หรือ Windows Vista ไว้ตามจำนวนผู้ใช้งานจริง เช่นใช้ Client ปลายทางจำนวน 10 เครื่อง เราต้องเตรียม Windows XP ไว้อย่างน้อย 10 Desktops และจะมี Broker Server กลางซึ่งทำงานเป็น Broker ให้เครื่อง Client ปลายทางเรียกเข้ามาใช้งานเพื่อทำการ Authen ก่อนแล้วเครื่อง Broker Server จะส่งให้ เครื่อง Client วิ่งเข้าไปใช้ Windows XP หลังบ้านต่อไป Server virtualization : เทคโนโลยี  Server Virtualization หรือการทำ Server Consolidation หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งคือการรวมเอา Server ที่มีอยู่ทั้งหมดเข้ามาอยู่กลายเป็น Server ขนาดใหญ่ยักษ์เพียงตัวเดียว แทนที่จะปล่อยแต่ละ Server แยกกันอยู่ และเป็นเพียง Server เล็ก ๆ อยู่อย่างนั้น การนำเทคโนโลยี Virtualization มาช่วยรวม Server เข้าด้วยกัน สามารถแชร์ทรัพยากร เช่น CPU, Memory, Hard disk และอื่นๆ บนเครื่องคอมพิวเตอร์แม่ข่ายให้สามารถรัน ระบบปฏิบัติการหลาย ๆ ตัวได้ พร้อมกันหลาย ๆ อย่างทำให้มีการใช้งานอุปกรณ์ต่าง ๆ ร่วมกันและค่าใช้จ่ายลดลง เนื่องจากอุปกรณ์ต่าง ๆ เป็นการแชร์ Resource ร่วมกัน ช่วยลดจำนวนเครื่องฮาร์ดแวร์ได้อย่างมาก และนอกจากนี้ยังทำให้มีความซับซ้อนน้อยลง รวมไปถึงสามารถดูข้อมูลและบริหารจัดการ Server ทั้งหมดได้ในหน้าจอเดียวกันอีกด้วย ผู้นำตลาดด้าน Server Virtualization  เช่น VMware ESX, Citrix XenServer และ Microsoft Hyper-V

Why Virtualization ลดต้นทุนในการซื้อ Server รองรับการเชื่อมต่อเข้าจากเครื่อง Thin Client ได้จากทุกที่ทุกเวลาง่ายต่อการจัดการดูแลระบบ ง่ายต่อการโอนย้ายระบบ กรณีเปลี่ยน Server เพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของระบบโดยรวม ตอบสนองทางธุรกิจได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ ประหยัดพลังงาน ลดค่าใช้จ่าย ลดต้นทุน ค่าไฟฟ้า  ค่าใช้จ่ายในด้านบุคลากร เพราะเป็นระบบที่ง่ายต่อการดูแลระบบใช้คนไม่มากนัก แบ่งทรัพยากรทางด้านเครือข่ายเพื่อให้สามารถใช้ทรัพยากรร่วมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ

Why use server Virtualization? Consolidation Redundancy Segregation Legacy Hardware Migration องค์กรแบบใดที่เหมาะสำหรับการนำเทคโนโลยี Server Virtualization องค์กร หรือหน่วยงานที่มีจำนวนเซิร์ฟเวอร์และเครื่อง client อยู่จำนวนมากการใช้เทคโนโลยี VM เป็นการลดจำนวนเซิร์ฟเวอร์ในองค์กรลงได้มากประหยัดงบประมาณด้านบำรุงรักษา ด้านบุคลากร จัดการได้ง่ายขื้น ง่ายต่อการจัดการ  การรวมเซิร์ฟเวอร์ (Server Consolidation)ในองค์กรให้เหลือน้อยลงเป็นหนทางที่ดีที่สุด หน่วยงานที่มีผู้ใช้งานซอฟแวร์หลายๆลักษณะงาน ต้องใช้ Os ต่างระบบกันมากๆ บริษัท ที่รับพัฒนาซอฟแวร์ เพราะจะช่วยในเรื่องของการทดสอบระบบจะทำได้ง่ายขึ้น ยิ่งต้องทดสอบบนระบบปฏิบัติการ(OS)ที่แตกต่างกันยิ่งใช้ประโยชน์ของการทำ Server Virtualization ได้มากขึ้น หน่วยงานการศึกษา เพราะมีนักศึกษาและบุคลากรอยู่เป็นจำนวนมาก หน่วยงานทั่วไปที่ต้องการประหยัดค่าใช้จ่ายในด้านซอฟแวร์และฮาร์ดแวร์ ค่าไฟฟ้า,ประหยัดพื้นที่ ที่มา : http://www.g-able.com/portal/page/portal/g-able/thai/it_talks/Y2009/Virtualization_Technology

CONSOLIDATION It's common practice to dedicate each server to a single application. If several applications only use a small amount of processing power, the network administrator can combine several machines into one server running multiple virtual environments. For companies that have hundreds or thousands of servers, the need for physical space can decrease significantly. This saves on: •Cost : 10000$ per maintenance cost per machine •Space: Less servers, less space needed •Energy: Savings by up to 80% •Environment: Reduced CO2 emissions due to decrease in number of servers

REDUNDANCY Server virtualization provides a way for companies to practice redundancy without purchasing additional hardware. Redundancy refers to running the same application on multiple servers. It's a safety measure -- if a server fails for any reason, another server running the same application can take its place. This minimizes any interruption in service. It wouldn't make sense to build two virtual servers performing the same application on the same physical server. If the physical server were to crash, both virtual servers would also fail. In most cases, network administrators will create redundant virtual servers on different physical machines.

SEGREGATION Virtual servers offer programmers isolated, independent systems in which they can test new applications or operating systems. Rather than buying a dedicated physical machine, the network administrator can create a virtual server on an existing machine. Because each virtual server is independent in relation to all the other servers, programmers can run software without worrying about affecting other applications.

LEGACY HARDWARE Server hardware will eventually become obsolete, and switching from one system to another can be difficult. In order to continue offering the services provided by these outdated systems – sometimes called legacy systems -- a network administrator could create a virtual version of the hardware on modern servers. From an application perspective, nothing has changed. The programs perform as if they were still running on the old hardware. This can give the company time to transition to new processes without worrying about hardware failures, particularly if the company that produced the legacy hardware no longer exists and can't fix broken equipment.

MIGRATION An emerging trend in server virtualization is called migration. Migration refers to moving a server environment from one place to another. With the right hardware and software, it's possible to move a virtual server from one physical machine in a network to another. Originally, this was possible only if both physical machines ran on the same hardware, operating system and processor. It's possible now to migrate virtual servers from one physical machine to another even if both machines have different processors, but only if the processors come from the same manufacturer.

Types of Virtualization Full Virtualization Para-Virtualization OS-level Virtualization

Full Virtualization Full virtualization uses a special kind of software called a hypervisor. The hypervisor interacts directly with the physical server's CPU and disk space. It serves as a platform for the virtual servers' operating systems The hypervisor keeps each virtual server completely independent and unaware of the other virtual servers running on the physical machine. Each guest server runs on its own OS -you can even have one guest running on Linux and another on Windows.

Full Virtualization

Para-Virtualization The para-virtualization approach is a little different than the full virtualization technique, the guest servers in a para-virtualization system are aware of one another. A para-virtualization hypervisor doesn't need as much processing power to manage the guest operating systems, because each OS is already aware of the demands the other operating systems are placing on the physical server. The entire system works together as a cohesive unit.

Para-Virtualization

OS-level Virtualization An OS-level virtualization approach doesn't use a hypervisor at all. Instead, the virtualization capability is part of the host OS, which performs all the functions of a fully virtualized hypervisor. The biggest limitation of this approach is that all the guest servers must run the same OS. Each virtual server remains independent from all the others, but you can't mix and match operating systems among them. Because all the guest operating systems must be the same, this is called aho mo geneou s environment.

OS-level Virtualization

Limitations of Virtualization For servers dedicated to applications with high demands on processing power, virtualization isn't a good choice. It's also unwise to overload a server's CPU by creating too many virtual servers on one physical machine. The more virtual machines a physical server must support, the less processing power each server can receive. Another limitation is migration. Right now, it's only possible to migrate a virtual server from one physical machine to another if both physical machines use the same manufacturer's processor

What is Windows Azure and Why is it in the Cloud?