Виртуализация серверов: методы исследования и разработки

Оглавление
Введение 3
Глава 1. Характеристика серверных систем в научной литературе 5
1.1 Общая характеристика серверных систем 5
1.2 Современная классификация серверной инфраструктуры 8
Глава 2. Виртуализации серверной инфраструктуры 15
2.1 Понятие виртуализации серверной системы 15
2.2 Технологии виртуализации серверных систем 19
Глава 3. Методы исследования и разработки виртуальных серверов 24
3.1 Методы исследования виртуализации 24
3.2 Методы разработки виртуальных серверов 25
Заключение 33
Список использованной литературы 35

Введение
Актуальность исследования заключается в том, что высокая потребность вести бизнес в интернете приводит к большому притоку пользователей, как на новые системы, так и на старые, что приводит к высокому значению качества и устойчивости функционирования серверных систем..
Виртуализация серверов – попытка одновременно решить эти две проблемы. Согласно предложенному методу, администратор, применяя специальное программное обеспечение, может преобразовать один физический сервер в множество виртуальных машин.
Каждый виртуальный сервер действует как отдельное физическое устройство со своей операционной системой (ОС). Теоретически можно создать достаточное количество виртуальных серверов, чтобы использовались все вычислительные мощности машины, однако на практике такой подход невсегда оправдан.
Концепция виртуализации не нова. Ученые-компьютерщики уже на протяжении десятилетий создают виртуальные машины на суперкомпьютерах. Однако лишь в последние годы появилась возможность осуществления виртуализации серверов. Современные технологии виртуализации позволяют значительно (до 65-70%) увеличить коэффициент использования ресурсов (Utilization).
По статистике, средняя загрузка серверов составляет не более 20-25 процентов, а специфика многих информационных систем не позволяет использовать их совместно с другими системами в одной операционной среде. Виртуализация серверов позволяет решить эту проблему путем размещения нескольких изолированных друг от друга виртуальных систем на одном компьютере.
При этом обеспечивается надежность работы, безопасность, удобство и простота администрирования. Помимо снижения прямых затрат (капитальные вложения в приобретение серверов), применение виртуализации имеет своей целью снижение затрат на электроэнергию, аренду площадей (или места в стойках), лицензирование и администрирование.
Объект исследования: виртуальные серверные системы.
Предмет исследования: виртуализация серверов: методы исследования и разработки.
Цель исследовательской работы: изучить методы исследования и разработки виртуальных серверов.
Задачи курсовой работы:
1. Дать общую характеристику серверных систем.
2. Изучить современную классификацию серверной инфраструктуры.
3. Раскрыть понятие виртуализации серверной системы.
4. Рассмотреть технологии виртуализации серверных систем
4. Проанализировать методы исследования и разработки виртуальных серверов.

Глава 1. Характеристика серверных систем в научной литературе
1.1 Общая характеристика серверных систем
В настоящее время в корпоративных информационных системах появляется все больше задач, предъявляющих повышенные требования к качественным и количественным характеристикам вычислительных ресурсов. Возрастающие потребности в вычислительной мощности систем обработки данных современного предприятия сдерживаются недостатком площадей для размещения оборудования, ресурсов инженерной инфраструктуры, необходимых для обеспечения качественного энергопитания и параметров окружающей среды.
В современной ИТ-индустрии используется множество различных типов серверов с различными характеристиками. Каждый тип сервера и каждый набор характеристик используется для определённых приложений и ситуаций. Нет смысла, например, использовать мощный сервер бизнес-класса для небольшого офиса в 5-10 компьютеров.
Также неоправданным будет использование сервера соответствующего класса, но со значительным превышением характеристик над практическим потребностями. Справедливо и обратное – экономия на параметрах сервера часто оборачивается «боком»: компьютеры в рабочей сети «виснут», процессор сервера работает на пределе мощности, загрузка файлов в хранилище превращается в неразрешимую проблему.
Рассмотрим основные характеристики современных серверов в плане их применимости к той или иной ситуации, чтобы помочь сориентироваться в многообразии параметров серверов и выбрать соответствующий для той или иной ситуации.
Серверная система — это сетевой компьютер, который обрабатывает запросы от других компьютеров в локальной или глобальной сети. Он состоит из двух частей: мощного компьютера, отвечающего за хранение и обработку большого количества информации, и программного обеспечения, установленного на этот компьютер.
Серверные системы имеют следующие признаки::
• Большая вычислительная мощность. Для серверов используют специальные комплектующие, например, серверные процессоры и особую оперативную память. Все детали рассчитаны на беспрерывную работу и большую нагрузку.
• Отказоустойчивость. Сервер должен работать без остановок и сбоев. Поэтому все системы в нём обычно дублируются. Например, у него может быть две сетевые карты и пара блоков питания. Если одна деталь выйдет из строя, запасная её заменит.
• Высокоскоростное сетевое подключение. Оно необходимо для того, чтобы обмениваться большими информационными потоками по локальным/глобальным сетям.
• Работа под управлением специализированного программного обеспечения. Лучше всего — на специальной сетевой операционной системе.
• Наличие огромного количества долговременной памяти. Это достигается за счёт подключения нескольких объёмных жёстких дисков.
• Обеспечение многократной защиты от различных сбоев — как аппаратных, так и программных. Сюда же можно отнести обеспечение безопасности для предотвращения хакерских атак.
• Масштабируемость. Серверное оборудование позволяет масштабировать бизнес по мере его роста, добавляя новые серверы и ресурсы для обработки увеличивающихся объёмов данных и нагрузки на систему.
Подбор серверных систем происходит по сформулированным запросам заказчиков. Благодаря широкому ассортименту не просто с ходу подобрать подходящее устройство, чтобы оно удовлетворяло пожеланиям клиента и оперативно справлялось с поставленными задачами, поэтому ориентируются на:
• мощность;
• габариты;
• надежность;
• управляемость;
• масштабируемость;
• бюджет;
• готовность к работе.
Увеличение сложности систем предъявляет более высокие требования к их обслуживанию. Все указанные факторы определяют формирование новых требований к серверной инфраструктуре в организациях, что позволяет обеспечивать оптимизацию функционирования предприятий. Решением проблем оптимизации информационной инфраструктуры организации, связанных со сложностью, безопасностью, надёжностью и дороговизной компонентов информационной системы, может служить совершенствование организационной структуры организации (разграничение обязанностей участников, формирование новых требований к информационной инфраструктуре), обновление средств программноаппаратного комплекса, модернизации серверной инфраструктуры и систем хранения данных. использование услуг аутсорсинга, внедрение технологий серверной виртуализации.
Рассмотрим основные понятия, которые относятся к технологиям организации серверной инфраструктуры. Так, Гачко Д. и Стародубцев А. дают следующие определения элементам серверных инфраструктур [35]:
• сервер – компьютерное оборудование, предназначенное для поддержки функционирования информационных сервисов;
• виртуализация – технология представления вычислительных ресурсов, абстрагированных от аппаратной части;
• гипервизор – программа для реализации виртуализации;
• система хранения данных – комплекс оборудования, предназначенного для консолидации дискового пространства в рамках одной системы.
Одним из основных подходов к реализации серверной инфраструктуры, помимо использования множества реальных серверов и других аппаратных средств, является технология виртуализации - предоставление вычислительных ресурсов, абстрагированное от их реальной аппаратной реализации, например, одновременное выполнение нескольких, изолированных друг от друга, операционных систем и приложений на одном компьютере.

1.2 Современная классификация серверной инфраструктуры
Серверы группируют, принимая во внимание разные признаки: с учетом выполняемого функционала, количества пользователей, которых предстоит обслуживать и т.д.
Сервер рабочей группы
Это аппаратно-программный комплекс начального уровня преимущественно с одним процессором, который небольшие компании, организации, предприятия располагают прямо в своем офисе, так как нет возможности подыскать специальное место.
Сервер контроллер домена
Машина нужна для централизованного управления сетевыми ресурсами и файлами организации, когда количество рабочего персонала перевалило за двадцатку. Параллельный функционал, как и у серверов печати. С сервером рабочей группы эту машину не сравнить: отличается повышенной надежностью и качеством, плюс, когда пользователей локальной сети становится больше, сервер может масштабироваться. Насколько огромен потенциал компании, настолько и мощный нужно выбирать аппаратно-программный комплекс. В большинстве случаев предостаточно однопроцессорного иди двухпроцессорного узла. Управляет серверами данного типа MS Windows Server.
Прокси сервер
Безопасная работа офисного персонала компании или организации в сети интернет обеспечена данным типом серверного устройства. Все или избранные компьютеры офиса имеют доступ к интернету. К шлюзу выдвигают особые требования высокой производительности и отказоустойчивости, если персонал работает во внешней сети для развития бизнеса компании. Работа специализированного ПО зачастую потребляет огромное количество системных ресурсов: полноценная работа антивирусов в реальном времени, анализ атак, учет трафика и т.п.
Сервер электронной почты
Машина работает с почтовыми приложениями, обрабатывает информацию. Обычно устанавливают серверы компании, у которых в штате числится около 40 сотрудников максимум. Обеспечивает централизованное управление перепиской внутри сети, внешней корреспонденцией. Узел отлично справляется и с такой функцией, как управление документооборотом. Настраивают фильтры, используют специальные программы, чтобы меньше получать нежелательной почты и исключить возможность потерять важные данные, избежать попадания конфиденциальной информации третьим лицам.
Веб сервер
Многие фирмы, компании, организации имеют в интернет пространстве визитную карточку – сайты, на которых они позиционируют свои услуги, возможности. Одни сайты просто информационные – рассказывают о компании, ее продукции. Другие – построены по принципу интернет-магазинов, чтобы не только демонстрировать продукцию, но еще ее и продавать. Такие сайты сложные: с онлайн-каталогами, порталом, позволяют потенциальным клиентам моментально отреагировать на их предложение и сделать заказ. Поэтому от того, как слаженно работают web службы, зависит развитие и существование бизнес процессов организаций. В данном случае речь идет о web сервере.
Терминальный сервер
Обеспечивает естественный доступ через интернет к рабочим ресурсам сотрудникам, которые работают из дома, во время путешествий и командировок. Серверы обеспечивают нормальное и качественное функционирование удаленных офисов. Связь безопасная и надежная за счет передачи зашифрованных данных. Для соединения между пользователем и сервером используется канал связи. После успешного соединения пользователь вводит учетные данные, и система дает допуск к личным документам или виртуальному рабочему столу. Вся важная информация хранится не в компьютере, когда может быть использована третьими лицами при хищении оборудования или изъятия специализированными органами, а на сервере. Информация доступна пользователю в любой точке мира, главное, чтобы был интернет. Еще один плюс – удаленное использование программы 1С из любого государства мира при наличии доступа в интернет.
Сервер базы данных
С данным типом устройств есть возможность обрабатывать данные, которые хранятся совместно, при этом по правилам структурированные и организованные. Самые популярные инструменты для управления базами данных:
• MySql;
• MS SQL Server;
• Apache;
• Oracle.
Эти средства нужны, если бизнес процессы организации требуют отдельный вычислительный ресурс, когда подготавливают и обрабатывают данные.
Узел должен быть надежным и отказоустойчивым, чтобы доступность данных была на необходимом уровне.
Файловый сервер
Программно-аппаратный комплекс организовывает и структурирует хранение данных пользователей. Учитывается политика доступа, безопасности. С какой «начинкой» и возможностями будет система, зависит от объема хранимых данных и количества пользователей.
Серверы приложений
Отличаются возможностью расширенно обрабатывать информационные данные. Контакт с клиентом происходит практически также, как и работа приложения. Предлагая серверы заказчикам, продавцы предоставляют комплексное решение с необходимыми компонентами технологий. Многие компании положительно настроены относительно создания серверов приложений, используя комплексный подход, поскольку разработка упрощена за счет унификации моделей, над которыми работают. Плюс централизованная поддержка.
Брандмауэры, файрволлы
Защитные системы, блокирующие отрицательное воздействие из интернета. Исходящие данные проходят без проблем. А обратная связь организована сложнее: полный анализ поступающего информационного потока. Сервер определяет опасные, вредоносные данные и извлекает их из общей информационной массы. Сегодня такие экраны отлично выполняют свои функции, защищают от атак, вирусов, которые так и норовят проникнуть из интернета и украсть информацию или все поломать.
Если грамотно поработать с прокси-серверами, они будут анализировать сетевые запросы из интернета и «локалки», и принимать решение, какие типы из них отвергать, а какие – принимать. В данном конфигурационном исполнении тип сервера не что иное, как брандмауэр. Он обеспечивает высокий уровень безопасности и скрупулезно просматривает составные части единого потока данных, чтобы в сеть поступала только безопасная, а не вредоносная информация.
Серверы DHCP
В локальной сети IP-адрес компьютерным агрегатам назначают в ручном режиме, также реально сделать это и автоматически благодаря серверу DHCP. Его открывают на одном из устройств, и он присваивает IP-адрес всем остальным компьютерам в локальной сети. Главный плюс серверов DHCP: когда «локалка» расширяется, ее конфигурацию можно менять свободно. Очень удобно, если приходится работать с портативными машинами. Оборудование легко добавить или удалить.
Серверы FTP
Десятки лет назад стандартным шаблоном при передаче файловой информации в интернете стали фактически серверы, действующие на протоколах file transfer protocol. FTP серверы разработаны и созданы для поддержки работы упрощенных компьютерных программ, позволяющих выполнить самые частые операции над файлами.
Повышение безопасности серверов – это актуальный вопрос, который успешно решаем благодаря конфигурируемым ресурсам, ограничениям на объемы передаваемой информации, минимальной скорости передачи и другим средствам.
Принт-серверы
Устройства этого вида дают возможность всем компьютерам в «локалке» печатать документацию на печатном оборудовании общего назначения, доступного всем. Печатных устройств зачастую больше одного. Такой подход удобен, ведь реально сократить финансовые расходы в компании, избежать покупки принтера для каждого ПК. Помимо этого, компьютеры задействованы для выполнения прочих поставленных задач, пока принт-сервер занимается подготовкой документов к распечатке и распечаткой. Устройство оснащено собственным жестким диском, где выстраивает очередь из документов, которые пользователи хотят распечатать и уже дали аналогичную команду, запоминает ее, как и все документы. Каждый документ будет распечатан строго в порядке своей очереди.
Домашний сервер
Сегодня компьютерная техника настолько широко распространена и предложена пользователям по доступной цене, что ПК есть практически в каждом доме или квартире. Причем современные операционные системы обладают серверным потенциалом.
Организовать домашний сервер можно на любом компе с обычной конфигурацией, даже если нет в наличии монитора. Используется, чтобы хранить файлы и разделить доступ к интернету.
Если речь идет об игровых серверах, тогда понадобится более мощное и производительное компьютерное оборудование. Ничего удивительного или невозможного в этом нет: в маленьких локальных сетях это практикуют очень часто.
Классификация серверов по классу
Серверных решений предостаточно для выполнения конкретно поставленных пользователем задач. Однако нужно понимать, перед выбором определенного варианта, сильные и слабые стороны машин, насколько каждый тип отвечает запросам.
Серверы начального уровня (Entry-level server)
Оснащены процессорными устройствами CPU. По бюджету серверы практически сопоставимы с высококлассным персональным компьютерным оборудованием. Сервер отменно подходит для обслуживания офисов с маленькими «локалками», небольшими базами данных, когда распечатывают маленькие объемы документов. Реально обслужить с серверами до двадцати терминалов.
Серверы для рабочих групп (Workgroup-level server)
Низкоуровневые двухпроцессорные серверные системы. Здесь зарезервированные элементы в разы превосходят, если сравнивать с предыдущим типом серверов. Продуктивно обслуживает до 50 терминалов. Сервер по стоимости превосходит крутые и дорогие высококлассные ПК примерно в три раза. Для обеспечения нормальной работой среднеразмерных локальных сетей ставки делают именно на эти серверы.
Серверы уровня департамента (Department-level server)
Двухпроцессорные серверные решения среднего уровня с большим количеством зарезервированных источников питания. Успешно работает с сотнями подключенных к нему терминалов. А по стоимости сервер превосходит около шести дорогостоящих ПК вместе взятых. Машины обслуживают среднеразмерные сети корпоративного типа.
Серверы уровня предприятия (Enterprise-level server)
Высококлассное серверное устройство. В оснастке машины от двух до четырех процессоров. В наличии также сдвоенные шины dual-PCI независимого типа. Что же касается конструктивного исполнения, речь идет о rack-серверах или блейд-серверах. Можно расширить память при необходимости, сделать это дают возможность системные платы. Также они обеспечивают в высокоскоростном режиме считывание и запись памяти.
Серверам отдают предпочтение для эффективного обслуживания тысяч терминалов в разных отраслях.

Глава 2. Виртуализации серверной инфраструктуры
2.1 Понятие виртуализации серверной системы
Виртуализация вычислительной инфраструктуры – подход, позволяющий сформировать и использовать управляемую, высоконадежную, защищенную и наиболее продуктивную информационную инфраструктуру, которая может гибко и быстрым образом настраиваться на все возможные перемены в бизнесе. Виртуализация отвечает за процесс, который изолирует вычислительные ресурсы друг от друга, и который позволяет снизить зависимость между ними, что в результате приводит к упрощению управления переменами в системе посредством их локализации в каком-либо определенном слое изолированных через виртуализацию ресурсов [42].
Под виртуализацией понимают технологию, которая позволяет, используя более современные, мощные и менее энергоемкие серверы объединять приложения с платформ и аппаратных средств предыдущих поколений. С каждым годом сферы использование этой технологии расширяются. Примером может служить виртуализация хранения, когда создаются базы данных, состоящие из нескольких уровней. Или виртуализация клиентских мест, когда пользователь может получить рабочие материалы, используя любой терминал, в том числе территориально удаленный [18].
Существует тесная взаимосвязь между аппаратным обеспечением, операционной системой и программами. Их взаимозависимость в физической среде весьма выраженная, в то время как в виртуальной среде эта зависимость минимальна и существует логическая изолированность. Разберем на примере принципа «машинной виртуализации». Это ситуация, когда на одном компьютере, благодаря установке специального программного комплекса (монитора виртуальных машин) разделяется оперативная память, процессор и устройства ввода-вывода между виртуальными машинами. И создаются условия, при которых одна машина работает как несколько. Все данные на них разделены, установлены различные программы, операционные системы [9, 27].
Виртуальные машины обеспечивают широкий спектр возможностей. С информацией на ней можно осуществлять любые операции, создавать резервные копии, машину можно останавливать и перезапускать, получать данные о состоянии жесткого диска и оперативной памяти. Существуют гибкие возможности переноса виртуальной машины с одного компьютера на другой. Эти возможности сохраняются даже если нет совпадения аппаратных конфигураций систем, на которые переносится виртуальная машина. Это достигается благодаря универсальности хост-систем всех виртуальных машин. Виртуализация приложений и представлений (службы терминалов) также являются примерами виртуализации [33].
Большие возможности предоставляет серверная виртуализация. На хостсерверах создаются виртуальные машины. Это позволяет перераспределить нагрузки между серверами [35]. Преимущества, которые предоставляет этот метод:
1. Сохранение или увеличиение функциональности и надежности серверов. При этом не нужно поддерживать целый парк серверов. Администрирование становится гораздо проще. Предоставляется возможность экономии на аренде помещений, снижаются затраты на охлаждение и электропитание.
2. Установка виртуальных серверов предоставляет возможность использовать хост-сервер в полной мере, так как зачастую физические серверы являются загруженными недостаточно. Это делает работу более эффективной.
3. ИТ-сервисы становятся более доступными. Это достигается благодаря перераспределению нагрузок между хост-серверами. Не возникает ситуаций, при которых один сервер недогружен, а другой перегружен. Нагрузка равномерная. Это устраняет запланированные и незапланированные простои системы.
4. Виртуальные машины имеют решения, которые базируются на оборудовании и операционных системах предыдущего поколения. Производители уже не поддерживают это оборудование. Но его можно эффективно использовать, применяя серверную виртуализацию.
Виртуализация серверов является новейшим и главным технологическим трендом в центрах обработки данных. Несмотря на ограничения, касающиеся виртуализации серверов, она дает огромный положительный результат в отношении расходов предприятий на электроэнергию и охлаждение, а также емкости и мощности центров обработки данных. Она позволяет продлить жизнь стареющим центрам обработки данных и даже дает некоторым крупным компаниям возможность закрыть некоторые из имеющихся центров обработки данных [21].
Технологии второго поколения виртуализации, позволяющие нескольким виртуальным серверам совместно использовать одну лицензию операционной, создают возможности для дальнейшей консолидации. Она позволяет строить узлы, где в одной физической стойке работает по 50-100 виртуальных серверов, обслуживающих приложения, создающие высокую вычислительную нагрузку и плохо подходящие для использования с технологиями виртуализации первого поколения [19, 27].
Виртуализация позволяет освободить приложения от ограничений единственного физического сервера. Она позволяет запускать несколько приложений на одном сервере и дает каждому приложению возможность использовать ресурсы всей корпоративной сети.
Одним из серьезных преимуществ виртуализации является возможность динамического перемещения приложений с одного физического сервера на другой для обеспечения доступности ресурсов и непрерывности обслуживания. Виртуализация также предполагает обязательное использование сетей хранения данных (SAN) и сетевых хранилищ. Это делает сети основным элементом инфраструктуры и архитектуры ИТ [8].
С точки зрения безопасности, сосредоточение нескольких приложений на одном устройстве создает единую точку отказа, как на самом физическом сервере, так и на его сетевом подключении. В случае сбоя виртуального сервера, падения скорости или отказа его сетевого подключения, это повлияет на все приложения данной стойки [1].
Последствия этого при планировании сети проявляются в том, что на нескольких крупных серверах намного больше трафика, будет сосредоточено вместо его распределения по большому числу небольших компьютеров, размещенных в центре обработки данных. Кроме того, виртуализация лучше всего работает с сетевыми, а не физически подключенными накопителями. Это требует очень быстрого и надежного сетевого соединения между серверами, и накопителями, размещенными на сети хранения данных (SAN). Отказ от применения физически подключаемых накопителей, происходящий в рамках перехода к виртуализации, приводит к значительному росту сетевого трафика. Все это увеличивает потребность в мощной системе управления сетью [9, 30].
Жизнеспособность среды с высокой степенью виртуализации зависит от эффективности и надежности сети передачи данных. Отказ физического сервера, соединений, коммутатора или маршрутизатора может оказаться очень дорогостоящим, если приведет к отключению рабочих мест, зависимых от работоспособности ИТ-инфраструктуры [25].
Создание серверной виртуализации имеет ряд отличительных особенностей. Более эффективно используются ресурсы, происходит интеграция ресурсов, информационные системы становятся более доступными и появляются возможности масштабирования, снижается стоимость обслуживания, оно становиться проще, дешевле и эффективнее.
Виртуальными машинами несложно управлять, между ними легко перераспределять ресурсы. Это позволяет владельцам центров обработки данных оказывать услуги по предоставлению вычислительных ресурсов и ресурсов хранения. Предприниматели могут не иметь собственного ЦОД. Они пользуются внешними сервисами при обработке данных. Это приводит к экономии, ведь нужно платить лишь за потребленную вычислительную мощность [31].

2.2 Технологии виртуализации серверных систем
Технологии виртуализации серверных ресурсов появились на рынке как средства, позволяющие использовать одну физическую вычислительную платформу в качестве основы для организации нескольких виртуальных платформ (виртуальных серверов). Для адекватной работы виртуальных серверов не имеет значение тип операционной системы, которая будет им управлять. На физическом сервере рационально распределяются ресурсы, они используются приблизительно на 30% [30, 35]. Один сервер при классической схеме, обслуживает одну задачу.
Имеются преимущества и при размещении на виртуальных серверах приложений. Эти преимущества реализуются не только за счет рационального перераспределения ресурсов, но и за счет того, что более приоритетные задачи выполняются в первую очередь, а менее приоритетные позже.
Построение виртуальной вычислительной платформы, как было указано выше, позволяет консолидировать ресурсы, повышая тем самым степень контроля ИТ-сервисов, улучшая характеристики управляемости и, как следствие, уменьшая количество сбоев в работе систем за счёт более оперативного реагирования на первые признаки некорректной работы [30].
Бизнес и информатизация постоянно растут и развиваются. И при таком темпе роста физические платформы не справляются с объемами обработки данных. А виртуализация позволяет масштабировать ресурсы. Их проще добавлять к физическим платформам. В этом плане наиболее эффективными являются блейд-серверы. Это серверы-лезвия, на базе которых создается виртуальная серверная платформа. ИТ-инфраструктура в целом становится совершеннее. Меньше затрачивается физического пространства на оборудование, в том числе сетевое, уменьшаются энергозатраты. Это делает блейд-серверы наиболее используемыми в данной сфере [9].
Централизованный мониторинг и управление серверной платформой с помощью виртуализации делают серверы более доступными. Кроме того, создаются специальные возможности по дальнейшему увеличению доступности серверов. Преимуществом является и то, что переносить виртуальные серверы с платформы на платформу становится проще. Не нужно останавливать приложения, они могут работать в автоматическом режиме по определенным заранее критериям.
Эти системы защищены от сбоев программного и аппаратного оборудования. Это выгодно отличает их от кластерных систем, при том, что принципы работы у них аналогичные. Для предотвращения сбоев используется технология локальной защиты. Кроме того, для дополнительной защиты используются географическое кластерное разнесение. Для этого виртуальный сервер переносят на большое расстояние. При этом он дальше работает на новом сайте. Можно проводить плановые работы с аппаратным и программным оборудованием без остановки работы ИТ-сервиса [7].
Консолидация ресурсов и повышение эффективности их использования снижает требования к помещениям и инженерной инфраструктуре. Важным дополнением к этим технологиям являются дополнительные средства, позволяющие снизить затраты на инженерную инфраструктуру. Бывают периоды времени с невысокой нагрузкой на серверы, ресурсы используются мало. В эти периоды происходит перегруппировка серверов. Они распределяются так, чтобы занимать наименьшее количество физического оборудования. То оборудование, которое не используется, выходит из эксплуатации и даже отключается. И наоборот, когда повышается потребность в ресурсах, увеличивается число используемого оборудования до полного закрытия потребностей [4].
При построении ИТ-инфраструктуры компании, создаются отдельные платформы отдельно для каждого жизненного цикла приложения. Поэтому для стадий разработки, тестирования или продуктивного использования создаются и работают разные платформы. Особенностью является то, что нужна архитектурная схожесть платформ. Это позволит уменьшить количество ошибок и сбоев. И виртуальные платформы подходят для этого наилучшим образом. Они сходны по архитектуре, ресурсы между нимилегко перераспределяются [3].
Консолидация всех серверных платформ предприятия в рамках одной виртуальной среды дает возможность строить систему мониторинга и управления на базе средств, обеспечивающих единый механизм взаимодействия с вычислительной средой.
В дополнение к функционалу классических средств управления, средства управления виртуальным окружением позволяют перераспределить ресурсы в соответствии с текущими потребностями систем, автоматизировать процессы, оптимизировать ресурсы и гарантировать высокую доступность виртуальной ИТ-инфраструктуры.
Это обеспечивает ИТ-средам уникальную простоту эксплуатации, эффективности и надежности. Как правило, централизованные средства управления и мониторинга виртуальной среды включают обширный набор программных интерфейсов веб-служб, обеспечивающих интеграцию с продуктами для управления инфраструктурой других производителей, а также разработку специализированных решений.
Положительными результатами использования виртуализации являются:
снижение сервисных расходов, которые обычно направлены на
поддержание программного и аппаратного оборудования.
нивелирование ошибок, обусловленных человеческим фактором.
улучшение качества работы, за счет снижения совокупных затрат [14].
Другими популярными методами виртуализации являются виртуализация систем хранения данных, передачи данных, создание виртуальных рабочих мест.
Для этого существует концепция централизованной обработки данных - Server Base Computing.
Это помогает создать наиболее удобную для использования систему, которая реагирует на любые изменения потребностей бизнеса, изменяется в зависимости от требований, надежно и бесперебойно работает и доступна для пользователя [18].
Уровень операционных систем и уровень аппаратного обеспечения отделены друг от друга благодаря специально разработанным механизмам. Благодаря этому осуществляется гибкое распределение вычислительных ресурсов и ресурсов хранения данных между операционными системами, позволяют организовывать взаимодействие с вычислительными центрами по сервисной модели.
Это качественно новый подход к организации обработки пользовательских данных при котором ресурсы центра обработки данных предоставляются пользователям как сервис. Такой подход называется - «облачные вычисления» (cloud computing). В этом случае пользователь не вкладывает средства в организацию центра обработки данных как такового, не заботится о поддержании инфраструктуры центра обработки данных, работоспособности программного и аппаратного обеспечения, пользователь оплачивает лишь услугу по обработке своих данных с заданными эксплуатационными показателями. Организация обработки данных путём облачных вычислений позволяет контролировать издержки в максимальной степени [32].
Допускается также интегрировать классический подход и облачные вычисления в единую информационную инфраструктуру предприятия и применять тот или иной подход к обеспечению различных ИТ-сервисов в зависимости от требований бизнеса [25, 35].
Единые механизмы виртуализации ИТ-инфраструктуры классического центра обработки данных и ИТинфраструктуры облака, а также разработанные интерфейсы взаимодействия со смежными системами позволяют гибко мигрировать ИТ-сервисы между внешним облаком и центром обработки данных. Это создает необходимое равновесие: затраты на содержание ИТ-инфраструктуры фирмы против абсолютного контроля за теми сервисами, которые играют ключевую роль в работе компании.

Глава 3. Методы исследования и разработки виртуальных серверов
3.1 Методы исследования виртуализации
Виртуализация вычислительной инфраструктуры – подход, позволяющий сформировать и использовать управляемую, высоконадежную, защищенную и наиболее продуктивную информационную инфраструктуру, которая может гибко и быстрым образом настраиваться на все возможные перемены в бизнесе. Виртуализация отвечает за процесс, который изолирует вычислительные ресурсы друг от друга, и который позволяет снизить зависимость между ними, что в результате приводит к упрощению управления переменами в системе посредством их локализации в каком-либо определенном слое изолированных через виртуализацию ресурсов [42].
Под виртуализацией понимают технологию, которая позволяет, используя более современные, мощные и менее энергоемкие серверы объединять приложения с платформ и аппаратных средств предыдущих поколений. С каждым годом сферы использование этой технологии расширяются. Примером может служить виртуализация хранения, когда создаются базы данных, состоящие из нескольких уровней. Или виртуализация клиентских мест, когда пользователь может получить рабочие материалы, используя любой терминал, в том числе территориально удаленный [18].
Существует тесная взаимосвязь между аппаратным обеспечением, операционной системой и программами. Их взаимозависимость в физической среде весьма выраженная, в то время как в виртуальной среде эта зависимость минимальна и существует логическая изолированность. Разберем на примере принципа «машинной виртуализации». Это ситуация, когда на одном компьютере, благодаря установке специального программного комплекса (монитора виртуальных машин) разделяется оперативная память, процессор и устройства ввода-вывода между виртуальными машинами. И создаются условия, при которых одна машина работает как несколько. Все данные на них разделены, установлены различные программы, операционные системы [9, 27].
Некоторые методы исследования виртуализации серверов:
• Абстрактно-логический метод.
• Анализ научной и учебной литературы.
• Классификация.
• Метод обобщения.
• Описательный метод.
• Проектный метод.
• Синтез.
• Системный анализ и подход.
• Сравнительный анализ.
• Тестирование.
• Эмпирический метод.
Исследования виртуализации серверов могут базироваться на принципах параллельной и распределённой обработки информации, передачи данных в компьютерных системах, защиты компьютерных систем и других.

3.2 Методы разработки виртуальных серверов
Технология виртуализации позволяет наиболее рациональным способом использовать ресурсы. Это достигается тем, что нивелируется модель "одно приложение на сервер", а все стандартные ресурсы объединяются в единую систему. Для работы нужно меньше серверов. Сокращается количество необходимого оборудования. Однотипные задачи (инициация, настройка, отслеживание и техническое обслуживание) выполняются быстрее, часто автоматически.
Это облегчает работу ИТ-администраторов, снижает расход времени на решение этих задач [33]. На одном сервере можно разместить несколько несовместимых платформ, например linux и windows серверов, но только при условии наличия виртуализированной системы.
При возникновении критической ситуации виртуализированную систему проще восстановить. У нее надежная система резервного копирования, а виртуальные среды можно переносить целиком. Для планового обслуживания не нужно останавливать работу системы. Это уменьшает периоды бездействий. Всю машину можно скопировать на носитель, ведь жестким диском у нее является файл определенного формата и расположения. Его можно скопировать, заархивировать, сделать резервную копию. Виртуальная структура управляется централизованно и затраты времени на модерацию серверов минимальны. В такой системе нагрузка распределена равномерно, виртуальные машин могут свободно мигрировать [4].
Инфраструктура современного предприятия включает в себя различного вида информационные ресурсы. Наиболее сложная в реализации задача обеспечение корректного взаимодействия сотрудников с ресурсами, включая быстрое развертывание, ввод в эксплуатацию, масштабирование и миграцию информационных систем.
Вместе с тем данная задача приобретает особую важность с учетом множества граничных условий, связанных со стоимостью аппаратного и программного обеспечения, сложностью организации сетевой связи, ограничений на физическое размещение оборудования и т. д.
Дополнительно, специфика работы организации предполагает возможность разделения прав доступа при эксплуатации информационных ресурсов, возможность получения индивидуального доступа к ресурсам, их создания, модификации и т. п. С учетом недостаточного уровня профессиональной подготовки новых работников поддержка информационной системы предприятия в консистентном состоянии становится нетривиальной задачей для сетевых и системных администраторов. Таким образом, можно конкретизировать задачи, стоящие перед руководством организации в области технологического совершенствования информационной среды [9, 30]:
• быстрое развертывание и ввод в эксплуатацию новых программных систем, быстрое свертывание, вывод из эксплуатации и замена программных систем;
• быстрая миграция программных систем с одного физического узла на другой;
• возможность масштабирования программных систем, модификация количества аппаратных и программных ресурсов, предоставляемых в их пользование;
• быстрое развертывание и ввод в эксплуатацию личных кабинетов сотрудников с интеграцией в инфраструктуру компании; централизованный контроль за состоянием информационной системы; централизованный контроль за состоянием и содержимым системы;
• минимизация расходов на приобретение и ввод в эксплуатацию аппаратного и программного обеспечения;
• минимизация расходов на выполнение всех вышеперечисленных работ.
Внедрение технологий виртуализации является одним из механизмов, который позволит обеспечить решение поставленной совокупности задач. Технологии виртуализации позволяют обеспечить быстрый ввод в эксплуатацию информационных ресурсов, их масштабирование, миграцию между физическими узлами, изоляцию окружения, консолидацию ресурсов. С их помощью могут быть быстро развернуты, а в последствии оперативно свернуты эксплуатационные и экспериментальные площадки, без необходимости ввода в строй новых аппаратных ресурсов и с минимальным влиянием на остальные части информационной системы компании [1, 30].
Система виртуализации на предприятии позволяет обеспечить логическую изоляцию друг от друга множества наборов процессов и ресурсов в рамках одного или нескольких физических ресурсов. В прикладном понимании это означает возможность одновременного запуска нескольких программных систем, полностью изолированных друг от друга, на одной аппаратной системе [11].
Технология виртуальных машин на предприятии обеспечивает эмуляцию аппаратных ресурсов в рамках программной виртуализации или предоставление изолированного доступа к аппаратным ресурсам в рамках аппаратной виртуализации для полностью изолированных друг от друга операционных систем. Хостовая машина, обеспечивающая виртуализацию гостевых окружений, реализует данную задачу с помощью гипервизора, расположенного в ПЗУ или ППЗУ, либо с помощью дополнительного ПО для операционной системы, запущенной на хостовой машине. Данная технология позволяет запускать на одном физическом узле множество виртуальных машин с различными операционными системами в полноценном, с точки зрения гостевой системы, аппаратном окружении [8].
Среди достоинств, специфичных именно для виртуальной машины на предприятии, следует выделить:
• полный контроль администратора гостевой машины над ее ПО; отсутствие ограничений на тип ОС и другого ПО;
• высокая производительность гостевых машин в случае использования
• аппаратной виртуализации;
• высокий уровень стандартизации образов виртуальных машин, что
• позволяет использовать гостевые машины на гипервизорах различных производителей.
Среди недостатков использования виртуальных машин в рамках деятельности предприятия следует обратить внимание на:
• низкую производительность гостевых машин в случае использования программной виртуализации;
• относительно высокую стоимость физических узлов с поддержкой аппаратной виртуализации;
• низкий уровень контроля администратора хостовых машин над процессами, происходящими в гостевых машинах и их содержимым; относительно низкая скорость развертывания новых гостевых машин; высокие затраты внешней памяти на создание архивных копий.
На сегодняшний день предприятие может использовать достаточно большой набор программных продуктов, обеспечивающих поддержку виртуальных машин с программной или аппаратной виртуализацией, наиболее известными из которых являются: KVM (аппаратная), Qemu (программная и аппаратная), Hyper-V (аппаратная), VirtualBox (программная и аппаратная), VMware (программная и аппаратная), Xen (аппаратная и паравиртуализация) и многие другие [31, 34].
Вторая из рассматриваемых технологий виртуализации операционных систем (ТВОС), позволяет обеспечить запуск на одном и том же ядре ОС в рамках хостовой машины множество полностью изолированных друг от друга гостевых машин. Изоляция обеспечивается только на уровне гостевых машин, с точки зрения администратора хостовой машины все процессы гостевых машин исполняются в адресном пространстве хостовой и полностью доступны администратору.
Пространство внешней памяти (жесткого диска) для гостевых машин обеспечивается в отдельном каталоге файловой системы хостовой машины, что означает перманентную доступность файлов гостевых машин администратору хостовой машины. Во многих реализациях данной технологии существует возможность передавать отдельные устройства в эксклюзивное пользование от хостовой машины гостевой.
Среди достоинств, специфичных для данной технологии, следует выделить [32, 35]:
полный контроль администратора хостовой машины над ресурсами и процессами всех гостевых машин;
максимальный уровень производительности среди всех технологий
виртуализации; отсутствие требований к наличию аппаратной виртуализации и, как следствие, удешевление аппаратного обеспечения хостовой машины; высокая скорость и простота миграции гостевых машин с одной хостовой машины на другую; высокая скорость ввода и вывода из эксплуатации гостевых машин; минимальные затраты внешней памяти на архивацию, простота реализации инкрементной архивации.
Среди недостатков следует обратить внимание на:
невозможность запуска в гостевой машине операционной системы или ядра ОС, отличного от ОС/ядра хостовой системы; ограниченность доступа к аппаратным устройствам;
несовместимость контента гостевых машин в различных технология виртуализации уровня ОС.
ТВОС специфична для каждой конкретной операционной системы. На сегодняшний день существуют и активно развиваются следующие реализации данной технологии: OpenVZ (ОС Linux), Virtuozzo (ОС Linux, ОС Windows),
Solaris Containers (ОС Solaris), FreeBSD Jail (ОС FreeBSD) и некоторые другие [33, 35].
Ниже приведены несколько наиболее распространенных сценариев использования серверной виртуализации, которые можно использовать в рамках функционирования информационных технологий предприятия [27, 31, 35]:
Консолидация. С помощью консолидации предприятия могут быстро и просто снизить операционные затраты на ИТ: серверная виртуализация помогает уменьшить количество подлежащих техническому обслуживанию физических систем и таким образом упростить ИТ-инфраструктуру. Компания может извлечь значительную экономическую выгоду из консолидации как большого центра обработки данных, так и небольших серверных ферм, используемых, например, в филиалах.
Тестирование и разработка. Серверная виртуализация значительно облегчает процесс тестирования программного обеспечения. Администраторы могут быстро развернуть новые операционные системы, приложения и целые решения в виртуальной среде для целей тестирования. Причем это не потребует приобретения дополнительного оборудования или использования рабочей инфраструктуры предприятия с риском ее повреждения. Разработчики также получают возможность провести всестороннее тестирование создаваемых программных продуктов с возможностью вернуться к любому сохраненному ранее состоянию среды тестирования.
Непрерывность ИТ-сервисов. При использовании серверной виртуализации влияние запланированных и незапланированных простоев физических серверов значительно меньше влияет на доступность ИТ-сервисов.
В случае сбоя физического сервера можно оперативно ввести функционирующие на нем виртуальные машины в работу на другом сервере, что сводит к минимуму обусловленные сбоями перерывы в работе ИТ.
Динамический центр обработки данных. Виртуализация сервера является важным шагом в обеспечении адаптивности ИТ-инфраструктуры к меняющимся потребностям бизнеса. Благодаря возможности переноса виртуальных машин между хост-серверами, может осуществляться динамическая балансировка загруженности существующих в центре обработки данных вычислительных ресурсов. Инструменты для сквозного управления инфраструктурой позволяют контролировать состояние систем не только по простым параметрам загруженности физических серверов, таким как использованная оперативная память и процессорное время, но и по специфическим, важным для конкретных полезных нагрузок и бизнесприложений характеристикам. Таким образом достигается способность адаптации инфраструктуры, исходя из текущих потребностей бизнеса.

Заключение
В результате выполнения работы нами были рассмотрены современные способы организации серверной инфраструктуры, определено понятие и значение технологии виртуализации, изучены исторические аспекты развития технологий серверной виртуализации и особенности практического применения технологий виртуализации серверной инфраструктуры.
Виртуализация – это технология, которая дает возможность объединить приложения на различных платформах и аппаратных средствах предыдущих поколений с использованием меньшего числа современных, более мощных серверов с низким энергопотреблением.
Виртуализация серверов является новейшим и главным технологическим трендом в центрах обработки данных. Несмотря на ограничения, касающиеся виртуализации серверов, она дает огромный положительный результат в отношении расходов предприятий на электроэнергию и охлаждение, а также емкости и мощности центров обработки данных.
При изучении понятия и особенностей технологии виртуализации серверной инфраструктуры были рассмотрены современные способы организации серверной инфраструктуры, определено понятие и значение технологии виртуализации, изучены исторические аспекты развития технологий серверной виртуализации и особенности практического применения технологий виртуализации серверной инфраструктуры.
Виртуализация – это технология, которая дает возможность объединить приложения на различных платформах и аппаратных средствах предыдущих поколений с использованием меньшего числа современных, более мощных серверов с низким энергопотреблением. Виртуализация серверов является новейшим и главным технологическим трендом в центрах обработки данных. Несмотря на ограничения, касающиеся виртуализации серверов, она дает огромный положительный результат в отношении расходов предприятий на электроэнергию и охлаждение, а также емкости и мощности центров обработки данных.
При выполнении анализа современных решений виртуализации серверной инфраструктуры было изучено программное и аппаратное обеспечение в современных решениях серверной виртуализации, рассмотрены платформы виртуализации серверной инфраструктуры, определена проблематика и специфика внедрения технологий виртуализации.

Список использованной литературы
1. Виртуализация серверов - ключевая тенденция в мировой ИТ-сфере / М. М. Коккоз, С. Т. Исагулов, Г. Т. Даненова, А. Макишева // Автоматика. Информатика. – 2014. – № 1(34). – С. 33-36.
2. Гузуева, Э. Р. Виртуализация серверов: минусы и плюсы / Э. Р. Гузуева // Итоговая научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава, посвященная году науки и технологии : материалы докладов и выступлений участников ежегодной итоговой научно-практической конференции, Грозный, 19 марта 2021 года. – Грозный: Чеченский государственный университет, 2021. – С. 167-168.
3. Корнилов В. В. Перспективы использования центров обработки данных при решении задач математической биологии и биоинформатики / В. В. Корнилов, Е. А. Исаев, К. А. Исаев // Математическая биология и биоинформатика. 2015. Т. 10. № 1. С. 60-71.
4. Лебедева Т. А. Облачные технологии работы с документами / Т. А. Лебедева // Документ в современном обществе: между прошлым и будущим : тезисы X Всероссийской студенческой научно-практической конференции, г. Екатеринбург, 7-8 апреля 2017 г. / Урал. федер. ун-т им. Б. Н. Ельцина, Рос. гос. проф.-пед. ун-т. - Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2017. - С. 140-143.
5. Малахов, А. Д. Системы виртуализации серверов / А. Д. Малахов, Н. M. Воротынцева // Уральский научный вестник. – 2016. – Т. 9, № 2. – С. 18-21.
6. Монахов Д. Н., Монахов Н. В. Облачные Технологии. Теория и практика / Д. Н. Монахов, Н. В. Монахов. - МАКС Пресс Москва, МГУ, 2013–128 c.
7. Нейронные сети в прикладной экономике: [учебное пособие] / Е. А. Трофимова, В. Д. Мазуров, Д. В. Гилёв; [под общ. ред. Е. А. Трофимовой]; М-во образования и науки рос. Федерации, Урал. федер. ун-т. — Екатеринбург: изд-во Урал. ун-та, 2017. — 96 с.
8. Никитин, А. А. Роль виртуализации серверов в разработке веб-приложений / А. А. Никитин // Университетская наука. – 2024. – № 2(18). – С. 186-189.
9. Синдеев, М. А. Технология виртуализации серверов / М. А. Синдеев // Студенческий вестник. – 2019. – № 47-7(97). – С. 43-45.
10. Синдеев, М. А. Технология виртуализации серверов / М. А. Синдеев // Студенческий вестник. – 2019. – № 47-7(97). – С. 43-45.
11. Терешкин, Д. О. Обзор применения технологий виртуализации для консолидации серверов / Д. О. Терешкин, А. И. Мартышкин // Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов : Сборник статей XIX Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 60-летию первого полета в космос Юрия Алексеевича Гагарина, Пенза, 13–14 мая 2021 года / Под редакцией И.И. Сальникова. – Пенза: Автономная некоммерческая научно-образовательная организация «Приволжский Дом знаний», 2021. – С. 93-97.
12. Тойшыбек, Н. Виртуализация как способ управления ресурсами сервера / Н. Тойшыбек // Перспективы развития информационных технологий : Труды Всероссийской молодежной научно-практической конференции, Кемерово, 29–30 мая 2014 года / Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, Международный научно-образовательный центр КузГТУ-Arena Multimedia. – Кемерово: Кузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. Горбачева, 2014. – С. 292-293.
13. Хрулев, П. А. Проектирование защищенной информационной системы на основе сервера виртуализации / П. А. Хрулев, А. А. Бодрова, В. И. Логвин // Международный научно-исследовательский журнал. – 2015. – № 3-1(34). – С. 120-121.
14. Черняк, Л. Виртуализация серверов стандартной архитектуры / Л. Черняк // Открытые системы. СУБД. – 2008. – № 3. – С. 40-47.
15. Шин, В. В. виртуализация серверов / В. В. Шин, Р. Д. Ходжаев // Вестник Таджикского технического университета. – 2008. – Т. 3, № 3. – С. 52-56.
16. Школьник, М. М. Терминальный сервер и виртуализация серверов / М. М. Школьник, А. Я. Москвичева // Современные тенденции и проекты развития информационных систем и технологий : Материалы Городской научно-исследовательской конференции студентов и школьников, Хабаровск, 14 апреля 2020 года / Под научной редакцией О.И. Чуйко. – Хабаровск: Хабаровский государственный университет экономики и права, 2020. – С. 124-128.