Автоматизированные системы обработки информации и управления

 

2. Ознакомление  с техналогией OpenVZ

OpenVZ — это реализация  технологии виртуализации на уровне операционной системы, которая базируется на ядре Linux. OpenVZ позволяет на одном физическом сервере запускать множество изолированных копий операционной системы, называемых Виртуальные Частные Серверы (Virtual Private Servers, VPS) или Виртуальные Среды (Virtual Environments, VE).

Поскольку OpenVZ базируется на ядре Linux, в отличие от виртуальных  машин (напр. VMware) или паравиртуализационных  технологий (напр. Xen), в роли «гостевых» систем могут выступать только дистрибутивы Linux. Однако, виртуализация на уровне операционной системы в OpenVZ даёт лучшую[1] производительность, масштабируемость, плотность размещения, динамическое управление ресурсами, а также лёгкость в администрировании, чем у альтернативных решений. Согласно сайту OpenVZ, накладные расходы на виртуализацию очень малы, и падение производительности составляет всего 1-3 %, по сравнению с обычными Linux-системами.

OpenVZ является базовой  платформой для Virtuozzo — проприетарного  продукта Parallels, Inc. OpenVZ распространяется  на условиях лицензии GNU GPL v.2.

OpenVZ состоит из  модифицированного ядра Linux и пользовательских  утилит.

 

Ядро

 

ро OpenVZ — это модифицированное ядро Linux, добавляющее концепцию  виртуальной среды (VE). Ядро обеспечивает виртуализацию, изоляцию, управление ресурсами и чекпоинтинг (сохранение текущего состояния VE).

 

Версии

Ядра

На данный момент поддерживается четыре ветки OpenVZ-ядер:

ovzkernel-2.6.9-023stab054.1 —  основанная на патчсетах RHEL4 ветка.  Стабильное, рекомендовано для промышленного  использования, поддерживаемое.

ovzkernel-2.6.18-238.19.1.el5.028stab092.2 — основанная на патчсетах  RHEL5.5 ветка. Стабильное, рекомендовано  для промышленного использования,  поддерживаемое.

vzkernel-2.6.32-042stab035.1 - основанная  на патчсетах RHEL6 ветка. Стабильное, рекомендовано для промышленного использования, поддерживаемое. Основное.

ovzkernel-2.6.18-274.el5.028stab093.1 - тестовое ядро. Не рекомендуется  к использованию.

Комплект пользовательских утилит

Основными утилитами  являются:

vzctl — Основная  утилита для управления контейнерами. Применяется для создания, удаления, запуска, остановки и перезапуска контейнеров, а также для применения новых параметров.

Последняя версия vzctl-3.0.24.2. В состав пакета также входят vzlist, vzmigrate, vzcalc, vzcfgvalidate, vzmemcheck, vzcpucheck, vzpid, vzsplit и некоторые другие, менее значимые утилиты.

vzlist — Печатает  листинг контейнеров. Поддерживает  выборки по различным параметрам  контейнеров и их комбинациям.

vzmigrate — Утилита  для offline и online миграции.

vzcfgvalidate — Проверяет верность конфигурационного файла контейнера.

vzmemcheck, vzcpucheck, vzcalc —  Служат для получения информации  об используемых ресурсах.

vzsplit — Служит для  генерации конфигурационных файлов  контейнеров. Позволяет «разделить»  физический сервер на указанное число частей.

vzpid — Позволяет  определить, какому контейнеру принадлежит  процесс. В качестве параметра  принимает pid-номер процесса.

vzquota — Утилита  для работы с дисковой квотой  контейнера. Текущая версия: vzquota-3.0.12-1.

Так же существует ряд утилит либо не поддерживаемых официально, либо «заброшенных»:

vzdump — Неофициальная  утилита для создания backup’ов  контейнеров. Поддерживает «горячее»  создание копий.

vzrpm, vzyum, vzpkg — утилиты  для работы с HardwareNode с пакетной  системой гостевого окружения и темплейтами.

vzpkg2 — Форк vzpkg, поддерживает  менеджмент RedHat-based и Debian-based гостевых  окружений (Centos, Fedora, Debian, Ubuntu). По  всей видимости, проект заброшен.

 

Виртуализация и изоляция

Каждая VE — это  отдельная сущность, и с точки зрения владельца VE она выглядит практически как обычный физический сервер. Каждая VE имеет свои собственные:

Файлы

Системные библиотеки, приложения, виртуализованные ФС /proc и /sys, виртуализованные блокировки и  т. п.

Пользователи и  группы

Свои собственные пользователи и группы, включая root.

Дерево процессов

VE видит только  свои собственные процессы (начиная  с init). Идентификаторы процессов  (PID) также виртуализованы, поэтому  PID программы init — 1, как и должно  быть.

Сеть

Виртуальное сетевое  устройство (venet), позволяющая VE иметь свои собственные адреса IP, а также наборы правил маршрутизации и файрволла (netfilter/iptables).

Устройства

При необходимости  администратор OpenVZ сервера может  дать VE доступ к реальным устройствам, напр. сетевым адаптерам, портам, разделам диска и т. д.

Объекты IPC

Разделяемая память, семафоры, сообщения.

И так далее и  тому подобное…

 

Управление ресурсами

Управление ресурсами  в OpenVZ состоит из трёх компонентов: двухуровневая дисковая квота, честный  планировщик процессора, и так называемые юзер бинкаунтеры (user beancounters). Эти ресурсы могут быть изменены во время работы VE, перезагрузка не требуется.

 

Двухуровневая дисковая квота

Администратор OpenVZ сервера  может установить дисковые квоты  на VE, в терминах дискового пространства и количества айнодов (i-nodes, число которых примерно равно количеству файлов). Это первый уровень дисковой квоты.

В дополнение к этому, администратор VE (root) может использовать обычные утилиты внутри своей VE для  настроек стандартных дисковых квот UNIX для пользователей и групп.

 

Честный планировщик  процессора

Планировщик процессора в OpenVZ также двухуровневый. На первом уровне планировщик решает, какой VE дать квант процессорного времени, базируясь на значении параметра cpuunits для VE. На втором уровне стандартный планировщик Linux решает, какому процессу в выбранном VE дать квант времени, базируясь на стандартных приоритетах процесса в Линуксе и т. п.

Администратор OpenVZ сервера  может устанавливать различные  значения cpuunits для разных VE, и процессорное время будет распределяться соответственно соотношению этих величин назначенных для VE.

Также имеется параметр ограничения — cpulimit, устанавливающий  верхний лимит процессорного  времени в процентах, отводимый  для определенной VE.

 

User Beancounters

User Beancounters — это  набор счётчиков, ограничений  и гарантий на каждую VE. Имеется  набор из примерно 20 параметров, которые выбраны для того, чтобы  покрыть все аспекты работы VE так, чтобы никакая VE не могла  злоупотребить каким-либо ресурсом, который ограничен для всего сервера, и таким образом помешать другим VE.

Ресурсы, которые  считаются и контролируются —  это, в основном, оперативная память и различные объекты в ядре, например, разделяемые сегменты памяти IPC, сетевые буферы и т. п. Каждый ресурс можно посмотреть в файле /proc/user_beancounters  — для него есть пять значений: текущее использование, максимальное использование (за всё время жизни VE), барьер, лимит и счётчик отказов. Смысл барьера и лимита зависит от параметра; вкратце, о них можно думать как о мягком лимите и жёстком лимите. Если какой-либо ресурс пытается превысить лимит, его счётчик отказов увеличивается — таким образом, владелец VE может видеть, что происходит, путём чтения файла /proc/user_beancounters в своём VE.

 
 

Чекпоинтинг и миграция на лету

Функциональность  миграции «на лету» и чекпоинтинга была выпущена для OpenVZ в середине апреля 2006. Она позволяет переносить VE с  одного физического сервера на другой без необходимости останавливать/перезапускать VE. Этот процесс называется чекпоинтинг: VE «замораживается» и её полное состояние сохраняется в файл на диске. Далее этот файл можно перенести на другую машину и там «разморозить» (восстановить) VE. Задержка этого процесса (время, когда VE заморожена) — примерно несколько секунд; важно подчеркнуть, что это задержка в обслуживании, а не отказ в обслуживании.

Начиная с версии 2.6.24, в ядро включены pid namespaces (пространства имен pid, pid — идентификатор процесса), вследствие чего миграция «на лету»  становится «безопасной», так как в этом случае 2 процесса в разных VE смогут иметь один и тот же pid.

Так как все детали состояния VE, включая открытые сетевые  соединения, сохраняются, то с точки  зрения пользователя VE процесс миграции выглядит как задержка в ответе: скажем, одна из транзакций базы данных заняла больше времени, чем обычно, и далее работа продолжается как обычно; таким образом, пользователь не замечает, что его сервер баз данных работает уже на другом физическом сервере.

Эта возможность делает реальными такие сценарии, как апгрейд сервера без необходимости его перезагрузки: к примеру, если вашей СУБД нужно больше памяти или более мощный процессор, вы покупаете новый более мощный сервер и мигрируете VE с СУБД на него, а потом увеличиваете лимиты на эту VE. Если вам нужно добавить оперативной памяти в сервер, вы мигрируете все VE с этого сервера на другой, выключаете сервер, устанавливаете дополнительную память, запускаете сервер и мигрируете все VE обратно.

 

Отличительные черты OpenVZ

 

Масштабируемость

Ввиду того, что OpenVZ использует одно ядро для всех VE, система является столь же масштабируемой, как обычное ядро Linux 2.6, то есть поддерживает до 4096 процессоров и до 64 ГБ оперативной памяти. Единственная виртуальная среда может быть расширена до размеров всего физического сервера, то есть использовать все доступное процессорное время и память.

Можно использовать OpenVZ с единственной виртуальной  средой на сервере. Данный подход позволяет VE полностью использовать все аппаратные ресурсы сервера с практически «родной» производительностью, и пользоваться дополнительными преимуществами: независимость VE от «железа», подсистему управления ресурсами, «живую» миграцию.

 

Массовое управление

Владелец физического  сервера с OpenVZ (root) может видеть все  процессы и файлы всех VE. Эта особенность делает возможным массовое управление, в отличие от других технологии виртуализации (напр. VMware или Xen), где виртуальные сервера являются отдельными сущностями, которыми невозможно напрямую управлять с хост-системы.

 

Примеры использования

 

Эти примеры использования  подходят ко всем виртуализационным  технологиям. Однако, уникальность технологии виртуализации на уровне ОС заключается  в том, что вам не нужно много  «платить» за виртуализацию (напр. потерей  производительности и т. п.), что делает низлежащие сценарии ещё более привлекательными.

Безопасность

Используйте отдельные VE для каждого сетевого сервиса (напр. таких, как веб-сервер, почтовый сервер, DNS сервер и т.д). В случае, если хакер  находит и использует уязвимость в одном из приложений, чтобы попасть на вашу систему, всё, что он сможет поломать, это тот самый сервис с уязвимостью — все остальные сервисы находятся в отдельных изолированных VE, к которым он не имеет доступа.

Консолидация серверов

В наше время большинство  серверов недоиспользуются, то есть простаивают. Используя OpenVZ, такие сервера могут быть консолидированы (объединены) путём их переноса внутрь виртуальных сред. Таким образом, вы увеличите загрузку серверов, уменьшите занимаемое ими место, за счёт сокращения количества машин, и даже сможете сэкономить на электричестве.

Хостинг

Похоже, что виртуализация  на уровне ОС — это единственный тип виртуализации, который могут  себе позволить хостинг-компании, чтобы  продавать дешёвые виртуальные  среды для своих клиентов: по цене $5…15 в месяц, например. Заметьте при этом, что эти дешёвые VE имеют полный рутовый доступ, а значит, владелец VE может переинсталлировать всё, что угодно, кроме ядра, и даже использовать такие возможности, как собственный брандмауэр.

Разработка и тестирование ПО

Обычно разработчикам  и тестировщикам программного обеспечения  под Linux требуется доступ ко множеству  различных дистрибутивов, и у  них часто возникает необходимость  переинсталляции дистрибутивов  с нуля. Используя OpenVZ, они могут  получить всё это на одном сервере, без необходимости перезагрузок и с «родной» производительностью. Новую «машину» можно создать за минуту. Клонирование VE тоже очень просто — нужно всего лишь скопировать файлы VE, а также её конфигурационный файл.