Úvod do virtualizace na desktopu

Už několik let je výpočetní výkon u PC střední třídy na takové
úrovni, že jej při běžné kancelářské práci jen stěží využijeme
celý. Naskýtá se nám tak možnost používat pokročilejších softwarových
nástrojů pro práci i na běžném domácím PC, aniž bychom museli
investovat několik desítek tisíc do výkonných součástek.

Za pokročilejší nástroj můžeme označit i virtualizační software.
Ten nám umožní na našem domácím PC provozovat virtualizaci, kterou si
nejsnadněji představíme jako počítač v počítači. Jedná se o způsob,
jakým lze spouštět i několik operačních systémů (Windows, Linux) na
jiném již běžícím operačním systému.

Seriály o virtualizaci na desktopu

Seriál o virtualizaci na desktopu přináší sérii dílů na
pokračování, v jejichž jednotlivých dílech se dozvíte základy
o virtualizaci na desktopu, jak nainstalovat vybraný virtualizační nástroj,
jak vytvořit první virtuální stroj a jak si do něj nainstalovat Windows.
Jednotlivé díly budou vycházet nepravidelně a mohou být na základě
zpětné vazby rozšířeny, nebo doplněny.

K čemu virtualizace na desktopu slouží

K čemu je nám vlastně virtualizace dobrá? Ve firemním prostředí je
nasazení virtualizace logickým vyústěním požadavků na snížení
nákladů na provoz serverů. K čemu však využije virtualizaci běžný
uživatel na svém desktopu, nebo notebooku? Oblastí, kde je virtualizace
přínosem, je několik. Nejlépe si je uvedeme na příkladech.

Softwarová kompatibilita

Pokud si dnes zakoupíme nové PC s operačním systémem Windows 7, Windows
8.1, nebo také nějakou Linuxovou distribucí, může se stát, že i přes
různá nastavení, která mají pomoci vyřešit problémy s kompatibilitou
starších programů, nebudeme tyto programy schopni na novém systému rozjet.
Situaci můžeme vyřešit tak, že se poohlédneme po jiném softwaru. To však
často není možné (migrace dat, hledisko funkcí, jedinečnost atp.).
V takovém případě je pro nás virtualizace tím nejlepším řešením.

Ve virtualizačním softwaru si vytvoříme virtuální stroj, např.
s Windows XP, někdy i Windows 98/2000 a v něm můžeme bez potíží
provozovat požadovaný program. Rovněž zde můžeme snadno vytvářet zálohy
a tento systém spravovat efektivněji, než při běhu na samostatném PC.
Problém kompatibility programů se staršími systémy za pomoci virtualizace
se snaží řešit i samotný Microsoft, který nabízí pro Windows 7 funkci
XP mode.

Podobná situace může nastat u přechodu na jiný operační systém.
Pokud jste například doposud kvůli studiu používali některou
z distribucí Linuxu a chcete přejít na MS Windows. Nebo naopak chcete
z Windows přejít třeba na Apple s operačním systémem MacOS X. Může se
stát, že aplikace, na které jste byli v minulém systému zvyklí, nebudou
v novém k dispozici. V takovém případě lze opět vytvořit virtuální
stroj a v něm provozovat předchozí operační systém, než pro dané
aplikace najdete adekvátní náhradu.

Instalace velkého množství softwaru

Lidé mnohdy instalují hromady softwaru. Při odinstalování často
dochází k tomu, že se neodstraní všechny nainstalované komponenty. To se
postupem času projevuje úbytkem místa na disku, zahlcováním systémových
registrů a načítáním nepotřebných knihoven, což vede k celkovému
zpomalení operačního systému. Může také dojít k narušení funkcí
systému a jeho celkového selhání. Zde se opět dá využít virtualizace.
Veškerý požadovaný software můžeme odzkoušet ve virtuálním PC. Teprve
poté, pokud nám vyhovuje a nijak neovlivní chod systému, jej můžeme
nainstalovat na svém fyzickém PC.

Vzdělávání

Pokud se o informatiku začínáte zajímat více a chcete se například
naučit spravovat Microsoft Windows Server, nebo Linux, pak se bez virtualizace
neobejdete. Obnovování celého operačního systému na fyzickém PC je mnohem
náročnější na čas, než je tomu v případě toho virtuálního, kde lze
vše vyřešit jediným kliknutím. Pokud vám to dovolí výkon vašeho
počítače, můžete také provozovat kromě serveru, několik klientů a
vytvořit tak plně funkční síť.

Rovněž zájemci o experimentování s jinými operační systémy,
nadšenci nebo správci, mají díky virtualizačním nástrojům mnohem
jednoduší život. Abychom si například mohli vyzkoušet některou
z linuxových distribucí, museli bychom ji instalovat přímo do systému,
vyhradit ji celé fyzické PC, nebo rozdělovat pevný disk a vytvořit, tzv.
dualboot (dva systémy vedle sebe). To opět díky virtualizačnímu softwaru
není potřeba a zvolenou linuxovou distribuci si bez potíží vyzkoušíme ve
virtuálním prostředí. Nemusíme se obávat nekompatibilního hardwaru a
problémů s ovladači.

Vývojové nástroje

Další běžnou situací jsou vývojové nástroje. Pokud se například
začnete zajímat o tvorbu webových stránek, můžete dříve nebo později
potřebovat vhodný software pro jejich tvorbu. Abyste nemuseli instalovat jedno
vývojové prostředí přes druhé a zanášet si výchozí operační systém,
vytvoříte si virtuální stroj, v němž si vše odzkoušíte. Někdo dokonce
provozuje celé vývojové prostředí pouze ve virtuálním prostředí.

Shrnutí

Z virtualizace na desktopu nám tedy plynou následující výhody:

  • Možnost provozovat starší aplikace na nových operačních
    systémech
  • Bezpečné testování softwaru v různých operačních systémech
  • Zálohování celých virtuálních strojů
  • Migrace virtuálních strojů

Jak to všechno funguje

Hostitel a Host

Abychom si mohli vysvětlit princip fungování virtualizace a usnadnili si
orientaci v dalším textu, je potřeba se nejdříve podívat na několik
pojmů. První dva vyjadřují vztah mezi fyzickým a virtuálním strojem.

  • Hostitel (anglicky: Host) je fyzické PC, na kterém
    běží příslušný virtualizační software. Hostitel tedy poskytuje
    hardwarovou základnu pro spouštění virtuálních strojů.
  • Host (anglicky: Guest) je pak již samotný virtuální
    stroj, který na tomto hostiteli běží a využívá jeho hardwarovou
    kapacitu.

Hypervisor

Je nejpodstatnějším prvkem, jelikož vytváří vlastní virtualizační
vrstvu a odděluje fyzický hardware od virtuálního. Jedná se o software,
který se stará o přerozdělování dostupných zdrojů hostitele (operační
paměť, procesor, disk) tak, aby byly k dispozici podle potřeby pro
virtuální stroj. Hypervisor zajišťuje komunikaci mezi fyzickým a
virtuálním hardwarem. Na kvalitě hypervisoru pak závisí rychlost a
stabilita virtuálních strojů. Hypervisory se dělí na hostované a nativní.
Nativní hypervisory se používají při virtualizaci serverových řešení a
dále se jimi proto nebudeme zabývat.

  • Hostované (Typ 2) hypervisory jsou spouštěny na již
    běžícím operačním systému. Nejvyužívanější nástroje pro desktopovou
    virtualizaci jako VMware Workstation, nebo Oracle VirtualBox, jsou založeny
    právě na hostovaném hypervisoru.

Při virtualizaci dochází k simulování hardwaru. Simulovány jsou
jednotlivé komponenty běžného počítače (pevný disk, síťová karta,
grafická karta, základní deska a její čipová sada, apod.), čímž
dochází k vytvoření virtuálního prostředí. Do takto vytvořeného
virtuálního prostředí, se pak instaluje software naprosto stejně, jako při
instalaci do fyzického stroje. Jelikož je virtuální stroj provozován na
běžícím operačním systému, dochází k jeho zpomalování právě tímto
operačním systémem, který si pro sebe vyhrazuje určitou část
hardwarových prostředků.

Jak je z obrázku výše patrné, na fyzickém PC běží operační systém
(Microsoft Windows, Linux, nebo MacOS), na nějž nainstalujeme virtualizační
software (VMware Workstation, Oracle VirtualBox, apod.), který obsahuje
hypervisor. Tento hypervisor nám následně umožní vytvořit virtuální
počítač.

Příklad simulace hardwaru ve VMware Workstation

Virtualizace se tedy zakládá na simulování hardwarových komponent. Pro
tyto komponenty jsou vytvořeny samostatné ovladače a operační systém
instalovaný do virtuálního stroje se domnívá, že jsou reálné. Hypervisor
se pak stará o překlad instrukcí mezi virtuální (simulovanou) základní
deskou a tou, která se nachází fyzicky v PC. V praxi to znamená, že pokud
je vaše PC založeno na platformě AMD s čipovou sadou ATI 580, operační
systém instalovaný ve virtuálním stroji ji považuje za základní desku
s čipsetem Intel 440BX. Stejně je to pak i s ostatními komponentami, jako
grafická karta, síťová karta, optická mechanika DVD, apod.

Výjimku zde tvoří procesor, který je do virtuálního stoje
„vložený“. Procesor tedy není ve virtuálním stroji simulován, ale je
do něho přímo „vsunut“. Vlastníte-li například procesor Intel Core
2 Duo E8600, pak procesor ve virtuálním stroji bude identický.

Ovladače pro virtuální hardware

Pro každý hardware musí mít operační systém k dispozici příslušné
ovladače, aby s ním mohl pracovat. Stejně tomu je i u virtuálních
strojů. Jelikož se virtuální hardware liší od fyzického, nemůžeme
použít stejné ovladače. Máme-li ve svém PC grafickou kartu od společnosti
AMD/Nvidia, nemůžeme nainstalovat ovladače těchto výrobců do virtuálního
stoje, protože ten využívá svou vlastní virtuální grafickou kartu.

Pro tyto případy má každý virtualizační software k dispozici balík
ovladačů pro různé operační systémy. U VMware Workstationu se tento
balík nazývá VMware Tools. U Virtual Boxu je to zase Oracle Guest Additions.
Ať už je název jakýkoli, účel je stále stejný. Po instalaci může náš
virtuální operační systém plnohodnotně pracovat s virtuálním
hardwarem.

Software umožňující virtualizaci

Kvalitních virtualizačních nástrojů, založených na hostovaném
hypervisoru není mnoho. Výčet uvedený níže, je v podstatě vším,
o čem bychom měli uvažovat, pokud chceme s virtualizací pracovat na
úrovni.

  • VMware Workstation
  • VMware Player
  • Oracle VirtualBox
  • Hyper-V ve Windows 8 (8.1)
  • Windows VirtualPC

Komerční VMware Workstation, je jednoznačně tím nejlepším z této
nabídky a budeme mu věnovat více pozornosti i v dalších článcích. Je
určen pro platformy Windows a Linux. Od stejné společnosti je také VMware
Player. Ten je nabízen zdarma. Dovoluje tvorbu a provozování virtuálních
strojů, oproti Workstationu však postrádá některé důležité funkce, jako
jsou například Snapshoty. V oblasti bezplatných nástrojů se proto jeví
lepší variantou VirtualBox. Ten je rovněž, jako VMware Player zdarma, avšak
nabízí mnohem více funkcí. Microsoft Windows Virtual PC je základním
virtualizačním nástrojem Microsoftu. Jeho vývoj je momentálně za
konkurencí velmi pozadu a není proto nejvhodnější volbou. Pokud chcete
využívat virtualizačních nástrojů společnosti Microsoft, pak určitě
vyzkoušejte Hyper-V v jeho nejnovější verzi ve Windows 8 (8.1).

Požadavky na hostitelský systém

Obecně se dá říci, že virtualizaci lze provozovat na jakémkoli PC
postaveném na procesorové platformě Intel, nebo AMD. Platí však, že pokud
chcete s virtualizačními nástroji pracovat na úrovni, je minimem čtyř
jádrový procesor a 4GB operační paměti. Lépe však od 6GB výše. Rovněž
je vhodné mít procesor s podporou virtualizačních technologií. Tato
podpora je nazývána Intel VT, nebo AMD-V. Pokud chcete zjistit, zda váš
procesor touto funkcí disponuje, pak stačí zadat jeho název do Googlu a
ověřit si, které technologie má implementovány. Využít lze také
aplikací CPU-Z, nebo HWiNFO.

Zdroje

10 Responses to “Úvod do virtualizace na desktopu”


Leave a Reply