کامل‌ترین توضیحات درباره مجازی‌سازی سرور

مجازی‌سازی سرور یعنی تقسیم یک منبع فیزیکی به تعدادی ماشین مجازی منحصربه‌فرد که هر قسمت ایزوله بوده و به‌صورت کاملا مستقل از دیگری کار می‌کند. روی هر قسمت از سرور‌های مجازی می‌توان سیستم‌عامل‌های متفاوتی را نصب و اجرا کرد، بدون آن که بخشی بر بخش دیگر تاثیر بگذارد.

منابع سخت‌افزاری و قدرت پردازشی Server‌ها بسیار بیشتر از یک سیستم و کامپیوتر معمولی است. ازاین‌رو می‌توان با استفاده از ویژگی‌های Server Virtualization و تقسیم‌بندی مناسب منابع یک سرور، از قدرت آن به‌صورت بهینه استفاده کرد. در ادامه به بررسی دقیق‌تر این مبحث و روش‌های مجازی کردن یک دستگاه پرداخته‌ایم. اگر می‌خواهید تا با انواع مختلف مجازی‌سازی و بخصوص نوع سروری آن آشنا شوید، تا انتهای مقاله همراه ما باشید.

منظور از مجازی‌سازی و Server Virtualization

در دنیای کامپیوتر از اصطلاح مجازی‌سازی یا Virtualization برای توصیف مفهومی که موجودیت‌های فیزیکی را به نوع مجازی آن تبدیل می‌کند، استفاده می‌کنند. برای مثال در پروژه متاورس شاهد این موضوع هستیم که زمین‌های واقعی و مکان‌های حقیقی شرکت‌های بزرگ در حال انتقال به یک محیط دیجیتالی است. مثل ساخت ورزشگاه تیم بزرگی همچون منچسترسیتی در این پروژه کامپیوتری و بسیاری از موارد دیگر.

اما سوال اینجاست که دقیقا منظور از Server Virtualization  (مجازی‌سازی سرور) چیست؟ در پاسخ باید گفت که تبدیل یک سیستم سخت‌افزاری به تعدادی ورک‌استیشن (Workstation) مجازی را گویند. برای مثال فرض کنید که یک‌خانه ویلایی بزرگ دارید، حال قصد دارید تا این خانه را خراب کرده و یک آپارتمان چندطبقه در آن بنا کنید. مفهوم مجازی کردن سرور نیز دقیقا به همین صورت است، با این تفاوت که ویلای ما سرور بوده و هر واحد از آپارتمان‌های احداث شده همان بخش‌های مجازی خواهد بود.

شرکت‌های بزرگ و به‌اندازه کافی توسعه‌یافته که قادر به تهیه سرور هستند، برای تأمین منابع و زیرساخت‌های نرم‌افزاری خود به‌منظور حفظ و نگهداری از داده‌ها و اطلاعات شرکت، راه‌اندازی شبکه بر روی بستر مناسب، متمرکز کردن نیروی کار و افزایش بهره‌وری کارمندان، بالابردن امنیت دارایی‌ها و… از این سیستم‌های قدرتمند فیزیکی استفاده می‌کنند. حال Virtualization سرور این امکان را می‌دهد تا بر منابع تهیه شده کنترل بهتری برای افزایش بهره‌وری داشت.

مزایای مجازی‌سازی سرور

مثالی که برای مجازی‌سازی شبکه زده شد را به‌خاطر بیاورید. آیا می‌توان یک‌خانه ویلایی با متراژ زیر بنای مثلا 200 مترمربع را به 4 خانواده اجاره داد؟ خیر. چون هر فردی از خانواده نیاز به حریم شخصی خود دارد و نمی‌توان این انتظار را داشت که 10 الی 20 نفر که با‌هم غریبه هستند، در یک حال، در یک آشپزخانه و شاید 2 اتاق‌خواب زندگی کنند.

 دقیقا در مورد سرور هم این موضوع صدق می‌کند. یعنی نمی‌توان این انتظار را داشت که دو نوع سیستم‌عامل روی یک میزبان نصب شده باشد و یا همه کارمندان در هر رده‌ای به‌تمامی اطلاعات و منابع موجود دسترسی داشته باشند. با این کار دارایی‌های یک شرکت که روی سرور قرار دارد، درخطر بزرگی خواهد بود و همچنین هر لحظه باید منتظر ظاهرشدن یک مشکل باشید.

یکی از مزیت‌های Server Virtualization این است که می‌توان یک منبع را به بخش‌های کاملا ایزوله تقسیم‌بندی کرد و هر بخش را در اختیار گروهی از کارمندان قرارداد. اگر تیمی نیاز به سیستم‌عاملی مانند لینوکس برای پیشبرد اهداف خود دارد، مشکلی نیست بر روی زیرساخت تخصیص‌یافته هر کاری که لازم است انجام بدهند زیرا که کار آن‌ها بر بخش‌های دیگر تاثیر نخواهد گذاشت.

مانند این‌که همان خانه ویلایی را خراب کرده و یک آپارتمان 4 واحدی بسازیم. حال هر خانواده به‌راحتی می‌توانند در واحد‌های مجزا زندگی کنند، بدون این‌که به حریم خصوصی فرد تجاوز شود. پس یکی از مهم‌ترین مزیت‌های مجازی‌سازی شبکه، بخش‌بندی منابع یک سرور به قسمت‌های کاملا منحصربه‌فرد و ایزوله است که امکان کار هر تیمی را بدون تاثیر گذاشتن بر فعالیت تیم‌ها و افراد دیگر میسر می‌کند. از مزیت‌های دیگر مجازی کردن Server می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• افزایش عملکرد برنامه‌ها و اپلیکیشن‌ها
• افزایش کارایی و بهره‌وری منابع انسانی و سخت‌افزاری
• کاهش هزینه‌های مربوط به تهیه زیر‌ساخت‌های مجزا
• ازبین‌بردن پیچیدگی سرور و مدیریت آسان‌تر آن
• افزایش قابلیت‌ها و توانایی‌های سرور
• بالابردن امنیت داده‌ها و دارایی‌ها با مدیریت و نظارت بر بخش‌های ایزوله و جدا
• کنترل استفاده از پهنای باند به‌اندازه نیاز

ساختار و نحوه کار مجازی‌سازی سرور

زمانی که قصد بنا کردن یک سازه چند طبقه‌ای روی زمینی که قبلا یک ویلا بود را دارید، هر واحد باید دیوار، درب و پنجره‌های منحصربه‌فرد خود را داشته باشد تا مرز هرکدام به‌خوبی مشخص گردد. همچنین موقعی که نیاز به مجازی‌سازی سرور است، می‌بایست منابع موجود (RAM، CPU، پهنای باند، فضای ذخیره‌سازی و…) نیز با روش‌هایی به قسمت‌های مجزا تقسیم شود.

ازاین‌رو ساختار و سازوکار Server Virtualization به این صورت است که با استفاده از نرم‌افزارهایی خاص، اگر 1 ترابایت فضای ذخیره‌سازی داشته باشیم می‌توانیم آن را به دو قسمت مساوی نیم ترابایتی که کاملا از هم جدا هستند تبدیل کنیم. یا مثلا اگر یک چیپ 8 هسته‌ای داشته باشیم، از چهار هسته آن برای یک بخش و 4 هسته دیگر برای بخشی دیگر استفاده شود.

زمانی که مرز‌ها مشخص شد، به‌هیچ‌عنوان نمی‌توان از آن‌ها تجاوز کرد. یعنی اگر برای کاری 4 هسته پردازشی کافی نباشد، نمی‌توان از 4 هسته بخش دیگر بهره برد. با این کار مشکلات به وجود آمده برای یک بخش، قسمت دیگر را متاثر نخواهد کرد. (البته این حالت برای یک نوع از مجازی‌سازی سرور است)

انواع Server Virtualization

حال که با ساختار مجازی‌سازی سرور آشنا شدیم بهتر است تا به این موضوع هم اشاره‌ای داشت که در حالت کلی برای تبدیل یک منبع فیزیکی به چندین قسمت مجازی، سه رویکرد متفاوت وجود دارد. از هرکدام از این رویکردها می‌توان در موارد مختلفی استفاده کرد. در ادامه به معرفی و بررسی کامل این سه نوع مورد از Server Virtualization پرداخته‌ایم.

1. Full virtualization or virtual machine model
2. Paravirtual machine model
3. Virtualization at the OS level

Full virtualization or virtual machine model

در این رویکرد از مجازی‌سازی شبکه، با استفاده از نرم‌افزار‌های hypervisor یک منبع سخت‌افزاری به قسمت‌هایی کاملا مجزا تقسیم‌بندی می‌شود. یعنی برنامه‌ای که مسئولیت انجام این عمل را برعهده دارد، کاری می‌کند که تمامی قسمت‌ها از یکدیگر بی‌خبر باشند. در نتیجه تمامی منابع بر اساس سلسله‌مراتبی بخش‌بندی شده و در شرایط گوناگون نمی‌توان این انتظار را داشت که یک بخش به منابع بخش دیگر تجاوز کند.

یکی از معایب این نوع رویکرد برای Server Virtualization این است که اگر برنامه یا نرم‌افزاری روی بخشی در حال اجرا باشد و مقدار نیروی پردازشی لازم برای کارکرد مناسب آن در دسترس نباشد، ممکن است برنامه از کار بیفتد. زیرا حق استفاده بیشتر از میزان تعیین شده را ندارد، درحالی‌که امکان دارد بخش دیگر حتی از 10 درصد منابع خود نیز در آن زمان استفاده نکند.

Paravirtual machine model

در مدل paravirtual، برخلاف مدل قبلی، نرم‌افزار‌های hypervisor با تقسیم‌بندی منابع به بخش‌های مختلف، مانع از باخبر بودن یک قسمت از قسمت دیگر نمی‌شوند. یعنی مرزهای تعیین شده دارای انعطاف‌پذیری بیشتری هستند. مدیریت hypervisor این امکان را دارد که به هر قسمت بر اساس نیازش منابع اختصاص دهد. مثلا اگر برنامه‌ای در یک بازه زمانی نیاز به قدرت پردازشی برابر با 2/1 کل سرور داشت، با مدیریت مناسب نیاز نرم‌افزار برطرف شده تا از مشکلاتی که ممکن است برای شبکه یا برنامه پیش آید، جلوگیری شود.

حال بعد از گذشت زمان و کاهش نیاز، با کنترل کامل می‌توان وضعیت را به بهترین حالت ممکن تغییر داد. استفاده از این نوع مجازی‌سازی سرور برای وب‌سایت‌ها و وب اپلیکیشن‌ها بسیار مناسب است. زیرا در یک بازه زمانی که تعداد کاربران زیاد می‌شود و نیاز به قدرت و منابع بیشتری است با کاهش سهم بخش‌های دیگر، منابع موردنیاز تأمین خواهد شد.

Virtualization at the OS level

بر خلاف دو مورد قبلی و در مجازی‌سازی سرور Level OS، virtualization در سطح سیستم‌عامل صورت می‌گیرد. در این مدل، منابع فیزیکی به containerهای مجزا تقسیم‌بندی می‌شود که بر روی یک سیستم‌عامل یکسان قرار دارند. یعنی اگر در هر کانتینر پروسه‌های مختلفی در حال اجرا باشد، تمامی آن‌ها با یک سیستم‌عامل واحد که روی کل سرور سوار است، باید سازگار باشند.

برای درک بهتر این رویکرد در نظر بگیرید که نوع اول یعنی Full virtualization یک پاساژ با مغازه‌هایی جدا از هم است که امکان دارد در مغازه‌ای لباس و در مغازه دیگری عتیقه و لوازم تزئینی به فروش برسد. نکته‌ای که وجود دارد، صاحب هر مغازه که سهم خود را خریده یا اجاره کرده است، نمی‌تواند برای مغازه‌داران دیگر تعیین تکلیف کند.

حال تصور کنید که نوع دوم (Paravirtual) همان پاساژ با مغازه‌های جدا از هم بوده ولی کل پاساژ برای یک نفر است و اوست که تعیین می‌کند در کدام مغازه چه جنسی فروخته شود یا مساحت یک غرفه چه‌قدر باشد. شاید زمانی نیاز باشد تا 10 مغازه باهم ترکیب شوند و لباس بفروشند و بعد از گذشت مدتی 10 مغازه دیگر هم به قبلی اضافه شده و با مساحت 20 غرفه، شروع به فروش لوازم‌خانگی شود.

اگر دو مورد نام‌برده‌شده را یک پاساژ اما با مدیریت‌های مختلف در نظر بگیریم، رویکرد سوم یک فروشگاه بزرگ مانند رفاه یا کوروش است. اگر دقت کنید در یک این نوع فروشگاه‌ها (هایپرمارکت) یک فضای بزرگ بدون دیوار به بخش‌های کوچکی تقسیم شده (همان کانتینرهای OS level) که کل فروشگاه نیز یک نوع دسته‌بندی از محصولات (مثلا مواد غذایی) را می‌فروشد. این دسته‌بندی ثابت از فروش محصولات، نشان‌دهنده اجرای تمامی پروسه‌ها روی یک سیستم‌عامل ثابت است.

منظور از hypervisor در مجازی‌سازی سرور و معرفی انواع مختلف آن

برای مدیریت و داشتن کنترل بر بخش‌بندی‌ها، نیاز است تا نرم‌افزاری بر روی سرور نصب شود و این کار را انجام دهد. hypervisor نام دسته‌بندی از نرم‌افزار‌هایی است که این کار را بر عهده دارند. هایپروایزرها مانند همان دیوار‌هایی هستند که یک ساختمان را به طبقه‌های مختلف تقسیم می‌کند. بر اساس ساختار hypervisor ها، دو نوع از آن وجود دارد:

• Type 1 hypervisors (native/bare metal hypervisors)
• Type 2 hypervisors (hosted hypervisors)

Type 1 یا نوع اول

در نوع اول یا native/bare metal hypervisors، نرم‌افزار مستقیما روی سخت‌افزار فیزیکی دستگاه میزبان نصب و اجرا می‌شود. برنامه‌هایی با این نوع ساختار که مجازی‌سازی سرور را ارائه می‌دهند، یک‌لایه و یا دیوار میان سخت‌افزار و منابع فیزیکی (CPU، RAM، Hard Drive و…) ایجاد می‌کنند. در این حالت هیچ نوع ارتباطی میان ماشین‌های مجازی به وجود آمده وجود نخواهد داشت و به‌راحتی می‌توان انواع مختلفی از OSها مانند، Linux و Windows را روی هر ماشین مجازی استفاده کرد.

مدیریت این نوع نرم‌افزار با استفاده از یک Management Console امکان‌پذیر می‌شود که ویژگی‌های کنترلی مانند خاموش و روشن‌کردن ماشین‌های مجازی یا انتقال سیستم‌عامل‌ها از یک سرور به سرور دیگر را در اختیار شما قرار می‌دهد. امنیت در این نوع از هایپروایزر نیز بیشتر است زیرا که بخش‌ها روی همدیگر تاثیری ندارند و در صورت به خطر افتادن یک بخش، ماشین‌های مجازی دیگر در امان هستند.

از جمله نرم‌افزار‌های hypervisors type 1 عبارت‌اند از: VMware ESXi، KVM، Oracle VM، Citrix XenServer، Microsoft Hyper-V و… .

Type 2 یا نوع دوم

برخلاف مورد قبلی، در نوع دوم از مجازی‌سازی سرور نرم‌افزار روی سیستم‌عامل نصب می‌شود. ازاین‌رو کاربر می‌تواند بدون تقسیم‌بندی منابع فیزیکی به بخش‌های جدا، از ماشین‌های مجازی مختلفی روی سرور خود استفاده کند. از این مدل بیشتر برای مجازی‌سازی سیستم‌های شخصی (PC) یا مشاغل کوچک استفاده می‌شود.

باید گفت که ماشین‌های مجازی ایجاد شده با این روش نیز در لایه‌های بالاتر از سیستم‌عامل ایزوله هستند و می‌توان OSهای مختلفی نیز با این متد روی دستگاه نصب کرد. ولی امنیت hosted hypervisors نسبت مورد قبلی کمتر است. از‌این‌جهت پیشنهاد می‌شود که اگر امنیت سرور و ماشین‌های مجازی ایجاد شده برای شما در اولویت است، از Type 1 استفاده کنید.

نرم‌افزار‌های Type 2 hypervisors (hosted hypervisors) عبارت‌اند از: VMware Workstation، KVM، Oracle VM VirtualBox، Microsoft Virtual PC، Red Hat Enterprise Virtualization و… .

جمع‌بندی

در حوزه‌های مختلفی مانند تدریس سیستم‌عامل‌های مختلف یا برنامه‌های گوناگون، راه‌اندازی شبکه، میزبانی از سایت‌ها و اپلیکیشن‌ها و… نیاز است تا منابع سخت‌افزاری سرورها مانند CPU، RAM، HHD، SSD و ازاین‌دست، به قسمت‌ها مختلفی بخش‌بندی شوند. به این کار مجازی‌سازی سرور یا Server Virtualization می‌گویند.

بر اساس ساختار‌های مختلفی که برای مجازی کردن Server استفاده می‌شود، سه رویکرد کلی وجود دارد. همچنین نرم‌افزار‌هایی که این کار را انجام می‌دهند نیز در دودسته مختلف، بر اساس لایه‌ای که روی آن نصب می‌شوند، قرار دارند. یک برنامه ممکن است روی لایه سخت‌افزاری و برنامه دیگری روی سیستم‌عامل نصب شود.

سعی شد تا در ابتدا با ارائه یک دید کلی از Virtualization، در ادامه مقاله به بررسی مجازی کردن سرور به پردازیم. امید است تا با انتشار این محتوا بتوانیم شما را در حل برخی مسائل یاری کرده باشیم.