Виртуализации серверов: вызовы рынка

Виртуализация сейчас повсеместно используется бизнесом, государственными предприятиями и научными учреждениями. Она стала основой многочисленных облачных сервисов. Чаще всего это виртуализация серверов, когда ресурсы физического хранилища разделяются на логически изолированные виртуальные машины. Какие же новые вызовы рынка серверной виртуализации появились в 2023 году, какие открываются новые возможности для бизнеса?

Виды виртуализации

Виртуализация серверов стала повсеместной, ее используют более 90% организаций. Однако существует несколько других ее видов, которые позволяют эффективно использовать аппаратные ресурсы и создавать изолированные среды для запуска приложений и операционных систем. Наряду с виртуализацией серверов обычно говорят о виртуализации приложений, рабочих станций, операционных систем, сетей или машин для хранения данных.

При виртуализации на уровне операционной системы один экземпляр ОС разделяется на несколько изолированных контейнеров. Они имеют собственные файловые системы и процессы, но все они используют одно ядро операционной системы. Примеры: Docker, LXC (Linux Containers).

Виртуализация с помощью гипервизоров 1-го типа (Bare Metal Hypervisors) осуществляется непосредственно на аппаратном уровне. Гипервизоры управляют виртуальными машинами (ВМ) и обеспечивают разделение ресурсов. Примеры: VMware vSphere/ESXi, Microsoft Hyper-V, Xen. Гипервизоры 2-го типа (Hosted Hypervisors) работают поверх установленной операционной системы. Они предоставляют интерфейс для управления виртуальными машинами и обеспечивают их изоляцию. Примеры: Oracle VirtualBox, VMware Workstation, Parallels Desktop.

В случае полной виртуализации гостевая операционная система полностью изолирована от системы хоста и считает, что она работает на реальном "железе". Для этого требуется эмуляция аппаратных компонентов. Пример: VMware.

При пара-виртуализации гостевая ОС модифицируется для работы в виртуальной среде. Это позволяет улучшить производительность по сравнению с полной виртуализацией, но требует изменений в коде гостевой ОС. Пример: Xen.

Популярным вариантом также стала контейнеризация. В отличие от виртуальных машин, которые эмулируют всю операционную систему, контейнеры функционируют на уровне ОС и совместно используют ядро хост-системы. Они изолированы друг от друга, но работают с общими ресурсами, что позволяет добиться более "легковесной" и быстрой виртуализации. Примеры платформ контейнеризации: Docker, Kubernetes, Podman.

При виртуализации приложений они изолируются от операционной системы и других приложений, что позволяет запускать их в изолированных средах, обеспечивая независимость и безопасность. Пример: Java Virtual Machine (JVM) для запуска Java-приложений, Microsoft App-V, Docker.

Виртуализация систем хранения позволяет объединять и абстрагировать физические хранилища (диски, массивы хранения) и использовать пул ресурсов хранения для управления данными. Сетевые хранилища объединяются в одно устройство хранения, к которому могут получить доступ несколько пользователей. Оно обеспечивает более высокий уровень контроля и гибкости по сравнению с физическим хранением. Продукты для виртуализации хранения, такие как IBM SAN Volume Controller (SVC) и USP V от Hitachi Data Systems, позволяют виртуализировать разные типы СХД, что может быть особенно полезно при слиянии или поглощении компаний.

Наряду с широко распространенной виртуализацией серверов популярным решением стала виртуализация рабочих станций (VDI, Virtual Desktop Infrastructure). Эта технология дает возможность централизованно управлять виртуальным рабочими станциями (виртуальными компьютерами) и предоставлять доступ к ним через сеть. Она позволяет развернуть виртуальные машины на серверах в дата-центре и работать с ними с различных клиентских устройств.

Преимущества VDI включают легкое управление и обслуживание, высокую безопасность (так как данные хранятся централизованно в ЦОД, а не на клиентских устройствах), простую масштабируемость и увеличение общей производительности системы. Однако для хорошего пользовательского опыта VDI требует высокой производительности серверов и сети.

Наконец, виртуализировать можно и сети передачи данных. Виртуализация сети — это технология, позволяющая создавать на основе физической инфраструктуры виртуальные сетевые ресурсы и функции. Это дает возможность гибко и эффективно управлять сетью и автоматизировать различные задачи.

Сетевая виртуализация базируется на архитектуре программно-определяемых сетей (SDN, Software Defined Network) и виртуализации функций элементов сети оператора связи (NFV, Network Functions Virtualization). SDN — это подход к архитектуре, который заключается в разделении плоскостей данных, контроля и управления, причем вся функциональность сети и логика реализуются на программном уровне, что упрощает настройку и администрирование сети. Сетевые функции, такие как межсетевые экраны, оптимизация трафика и балансировка нагрузки, виртуализированы и предоставляются как программные службы. Это упрощает их развертывание и управление ими.

Сети можно разделить на виртуальные сегменты, полностью изолированные друг от друга. Это способствует повышению уровня безопасности, улучшению производительности и гибкости настройки конфигурации. С помощью виртуализации также можно создавать поверх общедоступных сетей виртуальные частные сети (VPN), обеспечивая безопасное подключение удаленных пользователей и филиалов. Преимущества виртуализации сети включают в себя простоту управления сетевой инфраструктурой, быстрое развертывание новых сервисов и приложений, улучшенную масштабируемость и гибкость, а также повышенную безопасность.

Виртуализация улучшает масштабируемость ИТ-инфраструктуры, позволяет уменьшить количество серверов, снизить энергопотребление, уменьшить стоимость ее обслуживания, сервисов частных и публичных облаков. Однако каждый из видов виртуализации имеет свои преимущества и недостатки, и выбор подходящего решения зависит от конкретных задач, бюджета, сценариев использования и потребностей.

Рынок виртуализации

На мировом рынке программного обеспечения для виртуализации доминируют такие игроки как VMware, Citrix Systems, Oracle, Microsoft и Red Hat. В последнее время на российском рынке ведущие позиции занимало ПО виртуализации от VMware. И сейчас половина компаний продолжают использовать зарубежные коммерческие продукты виртуализации. По оценкам экспертов, доля российских систем виртуализации на рынке пока что составляет 10-15%. Наиболее активно их внедряют госкорпорации и промышленные предприятия в рамках проектов импортозамещения.

Российский рынок виртуализации до 2022 года: доли вендоров.
Российский рынок виртуализации до 2022 года: доли вендоров.

Тем не менее, с уходом западных вендоров рынок отечественной виртуализации заметно оживился. Спрос на российские платформы кратно увеличился. Многие компании спешно мигрируют на российские системы, а некоторые занимаются собственной разработкой на базе Open Source.

Выбор в пользу российских решений виртуализации становится очевидным для все большего числа компаний. Это позволяет решить вопросы безопасности, техподдержки и работоспособности продукта. Российские системы виртуализации подчас считаются недостаточно зрелыми, однако многие из них позволяют решить большинство реальных бизнес-задач. На рынке уже есть российские платформы виртуализации, способные заменить ПО VMware и продукты других зарубежных вендоров, хотя и уступают им по функциональности.

Рейтинг российских продуктов виртуализации. Источник: CNews.

Заказчики могут выбирать из более десятка опробованных и проверенных отечественных решений, включая РУСТЭК с одноименной системой виртуализации, "Ред Софт" (платформа "Ред Виртуализация"), НТЦ ИТ РОСА (ROSA Virtualization) и VMmanager компании ISPsystem. Например, последний продукт представляет собой решение для создания масштабируемой и отказоустойчивой среды виртуализации на базе QEMU/KVM и контейнеризации LXD/LXC. Большинство российских систем реализованы на основе гипервизора KVM.

Преимущества виртуализации серверов

Серверная виртуализация позволяет снизить количество физических серверов, сократить издержки на их техническое обслуживание, упрощает ИТ-инфраструктуру, что способствует ее лучшей управляемости и гибкости. Она дает возможность эффективно использовать аппаратные ресурсы, повысить надежность и упростить управление всей средой.

Администраторы могут в короткие сроки разворачивать ИТ-инфраструктуры для тестирования (виртуальный сервер быстро устанавливается и запускается), выделять серверы для "старых" ОС и приложений. Снижаются трудозатраты на резервирование данных, возрастает отказоустойчивость, масштабируемость. Контроль доступа к данным и ресурсам помогает привести рабочие процессы в соответствие с требованиями безопасности.

В результате серверная виртуализация дает ощутимые преимущества для любого бизнеса - от небольших компаний до крупных корпораций. А при использовании виртуальных серверов в облаке заказчики получают такие преимущества как скорость, удобство и относительную дешевизну аренды и управления по сравнению с покупкой и обслуживанием выделенных серверов в ЦОД.

Проблемы виртуализации

Виртуализация серверов предоставляет множество преимуществ, но требует внимательного планирования, управления и мониторинга. При виртуализации серверов могут возникнуть различные сложности, вот некоторые из них:

• Производительность: Виртуализация может привести к небольшому снижению производительности из-за накладных расходов виртуализационного слоя. Но современные решения обычно сводят этот эффект к минимуму.
• Ресурсы: Неправильное распределение ресурсов между виртуальными машинами может вызвать нехватку процессорного времени, оперативной памяти, дискового пространства и пропускной способности сети.
• Управление: Управление большим количеством ВМ может быть непростой задачей. Необходимо обеспечивать мониторинг, резервное копирование, миграцию и своевременное обновление всех ВМ.
• Безопасность: Виртуализация может увеличить поверхность атак, так как на одном физическом сервере работает множество ВМ. Неправильная конфигурация или уязвимости одной ВМ могут повлиять на другие.
• Совместимость: Некоторые приложения и операционные системы могут иметь проблемы с работой в виртуальной среде. Перед миграцией важно тестировать их и проверять совместимость.
• Лицензии: Некоторые программные продукты могут иметь ограничения на виртуализацию или требовать дополнительных лицензий при работе в виртуальной среде. Также может возникнуть необходимость в поддержке различных гостевых операционных систем.
• Сложность восстановления: В случае сбоев виртуальной инфраструктуры может потребоваться сложное восстановление всей среды.
• Проектирование и масштабирование: Неправильное проектирование и масштабирование инфраструктуры виртуализации может в будущем привести к проблемам.
• Зависимость от хост-системы: Работа ВМ зависит от стабильной работы хост-системы. Сбои на уровне хоста могут повлиять на все ВМ.
• Сложность настройки: Настройка среды виртуализации и конфигурации сети может быть сложной задачей, особенно для неподготовленных специалистов.

Что касается перехода с одного программного обеспечения на другое, то это всегда стресс для бизнеса. Но многие российские компании не спешат отказываться от использования иностранного ПО не только по этой причине, но и из-за недостатка информации о возможностях российских решений. Между тем на рынке есть достаточно продвинутые продукты, которые успешно используются отечественным бизнесом уже несколько лет.

Основные тренды в сегменте виртуализации и прогнозы на будущее

По данным MarketWatch, на три ведущие компании, VMware, IBM и Huawei, сейчас приходится 80% мирового рынка виртуальных машин. Прогнозируется, что объем этого рынка к 2027 году достигнет 4451,7 млн долларов при среднегодовом росте в 2,9%. В 2020 году он составлял 3644,3 млн долларов.

Перечислим основные тренды в сегменте виртуализации:

• Контейнеризация: Контейнеризация, особенно с использованием технологии Kubernetes, остается одним из наиболее актуальных трендов. Это позволяет более эффективно управлять приложениями, ускоряя их развертывание и масштабирование.
• Мультиоблачные среды: Компании могут сделать свою работу более гибкой, используя несколько облачных платформ для различных задач. Виртуализация позволяет перемещать ресурсы и управлять ими в разных облаках.
• Периферийные вычисления: С увеличением числа устройств интернета вещей (IoT) возрастает и потребность в обработке данных на периферии сети. Виртуализация помогает эффективно управлять такими вычислениями и масштабировать периферийные ресурсы.
• Виртуализация сетевых функций: NFV (Network Function Virtualization ) позволяет провайдерам более гибко настраивать и обслуживать сети, что ускоряет внедрение новых услуг.
• ИИ и автоматизация: Виртуализация в сочетании с искусственным интеллектом улучшает автоматизацию управления ресурсами, оптимизацию работы и предсказание событий.
• Бессерверные вычисления: Компании все чаще применяют их при разработке приложений. Виртуализация играет ключевую роль в управлении серверными функциями. При бессерверных вычислениях вычислительные ресурсы в облаке предоставляются автоматически в том объеме, необходимом для выполнения конкретной задачи.
• Гибридные решения: Популярными становятся гибридные решения, объединяющие физические, виртуальные и облачные ресурсы. Это требует эффективного управления и интеграции различных сред.

Вот также некоторые прогнозы на будущее:

• Развитие виртуализации на уровне ОС: Это упростит управление ресурсами и изоляцию приложений.
• Улучшение безопасности: Виртуализация может улучшить изоляцию и защиту приложений, что становится особенно актуальным с ростом киберугроз.
• Дальнейшее слияние с ИИ: Виртуализация будет тесно интегрироваться с искусственным интеллектом для автоматизации и оптимизации.
• Развитие квантовой виртуализации: С развитием квантовых вычислений можно ожидать появления новых методов виртуализации для эффективной работы с квантовыми ресурсами.
• Энергосбережение и экологичность: Виртуализация может стать инструментом для оптимизации использования ресурсов и снижения энергопотребления.
• Микросервисная архитектура и виртуализация: С развитием микросервисной архитектуры виртуализация и контейнеризация будут играть важную роль в масштабировании независимых сервисов и управлении ими, обеспечивая более гибкое развертывание.
• Децентрализованные приложения: Виртуализация может способствовать развитию децентрализованных приложений и систем, что будет актуально в контексте блокчейн-технологий и децентрализованных сетей.
• Использование в образовательных целях: Виртуализация будет активно применяться в образовательных учреждениях для создания виртуальных сред в целях обучения и исследований.
• Специализированные и отраслевые решения: Ожидается развитие более специализированных решений виртуализации для конкретных отраслей, таких как здравоохранение, финансы и промышленность.
• Эволюция управления: Для управления будут использоваться новые методы оркестрации, мониторинга и автоматизации.
• Рост востребованности решений класса SDS (Software-defined storage). Программно-определяемые системы хранения данных, построенные на базе недорогих устройств под управлением ОС общего назначения, позволяют создавать отказоустойчивые распределенные СХД, управляемые с помощью ПО виртуализации.
• Виртуализация на уровне данных: С постоянным ростом объема данных организации будут искать способы более эффективной виртуализации и управления данными.
• Широкое внедрение концепции vCPE (Virtual customer premises equipment). Виртуализация клиентского оборудования на каналах связи открывает возможности гибкого обслуживания и настройки сетей, снижает стоимость развертывания новых услуг.
• Виртуальная реальность: Виртуализация сыграет важную роль в развитии метавселенных и виртуальных сред, улучшая опыт взаимодействия с ними пользователей.

Виртуализация будет адаптироваться к изменяющимся потребности бизнеса и развиваться в соответствии с технологическим прогрессом. Ее роль в обеспечении гибкости, эффективности и безопасности ИТ-инфраструктуры становится все более важной. Она остается ключевой технологией для оптимизации использования ресурсов, повышения гибкости и эффективности работы ИТ-инфраструктуры. А компаниям предстоит активнее прорабатывать стратегию перехода на отечественные продукты.