Il documento fornisce una panoramica storica e tecnica della virtualizzazione, evidenziando il ruolo di VMware dal 1998 e descrivendo i benefici e le sfide della virtualizzazione nei sistemi IT. Vengono discussi i vari tipi e approcci alla virtualizzazione e come queste tecnologie abbiano evoluto l'infrastruttura IT moderna. Infine, il documento affronta l'integrazione con cloud computing tramite soluzioni come vSphere e vCloud.

1. VMWare:
Virtualization Overview
Dal 1998 al lavoro sulla
virtualizzazione dei sistemi x86/x64
Luciano Giuseppe
Veneruso Ciro
SOA 2014/2015
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2. Indice
• Informazioni sul paper
• Inquadramento storico
• Storia di VMWare
• Perché usare la virtualizzazione in un ambiente IT?
• Cosa è la virtualizzazione
• Tipi di virtualizzazione
– Operating system partitioning
• Come si effettua la virtualizzazione su x64
– Full Virtualization
• Benefici della virtualizzazione
– Copia trasparente di una VM in memoria
– Copia trasparente di una VM sul disco
• Le sfide della virtualizzazione
– Server “Consolidation” e “Containment”
• Il Cloud:
– vSphere
– vCloud

3. Informazioni sul paper
• Il paper è stato rilasciato dall’azienda VMWare
Inc. nel 2006

4. Inquadramento Storico
• 2000
– IBM annuncia z/VM una nuova versione di
macchine virtuali per z/Architecture a 64 bit
(mainframes).
• 2001
– Connectix lancia VirtualPC per Windows
– VMWare lancia il suo primo prodotto per server
x86

5. Inquadramento Storico
• 2003
– Rilascio del primo hypervisor open-source x86 Xen
– Microsoft acquisisce le tecnologie di
virtualizzazione della Connectix (VirtualPC e
VirtualServer)
– EMC acquisisce VMWare per 635 milioni di dollari
– Microsoft rilascia Microsoft VirtualPC per
facilitare la transazione a Windows XP

6. Inquadramento Storico
• 2005
– Vmware rilascia VMware Player, software gratuito per eseguire
macchine virtuali
– Sun rilascia Solaris 10, che include Solaris Zones per sistemi
x86/x64 e sistemi Sparc
• 2006
– VMware rilascia VMware Server in licenza free per il mercato
server
– Microsoft rilascia VirtualPC 2006 gratuitamente
– Microsoft compra Softricity Inc.
– Intel con VT-x e AMD con AMD-V introducono sulle CPU il
supporto (semplice) alla virtualizzazione hardware

7. Inquadramento Storico
• 2007
– innoTek rilascia Virtual Box Open Source Edition, il primo
virtualizzatore professionale sotto licenza GNU
• 2008
– VMware Workstation 6.5b capace di abilitare le DirectX 9
su una macchina virtuale Windows XP.

8. VMWare History
• VMware Inc è una società che si occupa di
sviluppare software per la realizzazione di
macchine virtuali per sistemi x86.
• Fondata nel 1998 da Diane Greene (CEO fino al
2008), Mendel Rosenblum, Scott Devine, Edward
Wang and Edouard Bugnion
• Acquisita nel 2004 da parte di EMC Corporation
• L’8 luglio 2007 Intel è entrata nel suo capitale
societario acquisendone il 2.5% con 218 milioni di
dollari

9. Perché usare la virtualizzazione in un ambiente IT?
Ecco quattro buoni motivi (secondo vmware)
1) Improved business continuity.
Le imprese non possono permettersi di fermare il proprio lavoro,
neanche temporaneamente, a causa di guasti.
2) Simplified IT management.
Gestire dei server in un ambiente IT fisico richiede tempo.
Nove su dieci reparti IT spendono almeno la metà del loro tempo a
fare attività amministrative di routine.
Gli strumenti attuali che gestiscono la virtualizzazione di solito
includono funzionalità di automazione intelligenti.

10. Perché usare la virtualizzazione in un ambiente IT?
Ecco quattro buoni motivi (secondo vmware)
3) The ability to reallocate IT resources to more
strategic ends.
Consente l'automazione di molte attività che in precedenza
dovevano essere fatte manualmente, permette quindi di assegnare
compiti più importanti ai lavoratori.
4) Enhanced business responsiveness.
La reattività ai cambiamenti del mercato oggi è
fondamentale per le aziende di tutte le dimensioni.
La virtualizzazione crea un'infrastruttura dinamica
che aiuta le aziende a reagire più rapidamente
ai cambiamenti in ambienti altamente competitivi.

11. Cosa è la virtualizzazione
• La virtualizzazione permette a più sistemi operativi
(guest OS) di essere eseguiti concorrentemente su un
singolo computer (host OS) separando l’ hardware dal
sistema operativo di base.
• Le tecnologie di virtualizzazione provvedono ad un
livello di astrazione tra hardware di computazione,
storage e network con le applicazioni in esecuzione.
• Esistono tre tipi di virtualizzazioni:
– Full Virtualization
– Para Virtualization
– Emulation

12. Tipi di virtualizzazione
• Full Virtualization (1965 IBM): Simulazione completa
dell’hardware sottostante per permettere al software
(Guest OS)di essere eseguito senza modifiche.
• Para Virtualization (2001 Denali OS): L’ambiente
hardware non è simulato ma i programmi del Guest
vengono eseguiti nei propri domini isolati, come se
fossero in esecuzione su un sistema separato.
• Emulation: Hardware viene emulato da un programma.
Il processo è più lento a causa della traduzione delle
istruzioni dal formato del sistema ospite a quello del
sistema ospitante

13. Approcci alla Virtualizzazione
Livelli di virtualizzazione:
• hardware-level virtualization: layer di
virtualizzazione presente sull’hardware che
esporta l’astrazione della virtual machine. Es: IBM
mainframe nei 1970
• operating system-level virtualization: layer di
virtualizzazione presente tra il S.O. e i programmi
eseguiti.
• high-level language virtual machines: layer di
virtualizzazione presente come un applicazione
eseguita sopra un S.O.

15. Operating system partitioning
• Hosted approach: I servizi si partizionano sul
sistema operativo supportando una vasta gamma
di configurazioni hardware: VMware
WorkStation. (Type-2 Hypervisor)
• hypervisor arch.: è il primo layer di software
installato su un x86: bare metal. Ha accesso
diretto all’hardware ed è molto efficiente: ESX poi
ESXi server (Tipe-1 Hypervisor)

16. Operating system partitioning

17. Operating system partitioning
• Gli hypervisor possono essere implementati per essere
strettamente accoppiati coi sistemi operativi
(paravirtualizzazione come Xen) o per avere un approcio
agnostico da questi(virtualizzazione piena).
• Per ogni VM vi è un Virtual Machine Monitor (VMM)
• I VMM hanno la funzionalità di gestione delle risorse globali
dei guest OS: CPU, disco, memoria, rete….

18. Come si effettua la virtualizzazione
su x64
Presupposto: x86/x64-based platform domina il mercato .
• Fino al 2006:
– Si effettuava solo una traduzione delle istruzioni a livello software:
emulazione.
• Oggi:
– Isolation of CPU, memory, and I/O now is done at a hardware level, with the
hypervisor managing how much of the hardware resources a virtual machine
can use: Virtual Machine Monitor (VMM).
– The introduction of Intel VT-x/EPT and AMD-V both enable a VMM to give
the CPU to a virtual machine for direct execution until the time the virtual
machine attempts to execute a privileged instruction.
– VT-x and AMD-V give the VMM the option of using either hardware-assisted
virtualization or binary translation, depending on the workload.
(Fonte: Security of the VMware vSphere Hypervisor - UPDATED JANUARY 2014)

19. Full Virtualization
• La combinazione di binary translation ed
esecuzione diretta fornisce la Full
Virtualization poichè il guest OS è astratto
completamente (disaccoppiamento completo)
dal hardware sottostante dal layer di
virtualizzazione: l’ hypervisor.

20. Benefici della virtualizzazione
• Isolamento delle virtual machine:
– secure instruction isolation
– memory isolation
– device isolation
– managed resource usage
– network isolation.
• L’indipendenza dal hardware dovuta dal
processo di virtualizzazione
• Facilita la gestione di risorse IT e ha
molta reattività nei cambiamenti delle
condizioni del business
• Le VM sono altamente portabili, e
possono essere spostate/copiate tra
piattaforme hardware x86-based:
Vmotion technology

21. Copia trasparente di una VM in
Memoria
• VMware Vmotion consente la migrazione live di macchine virtuali in
esecuzione da un server fisico ad un altro senza tempo di inattività,
disponibilità continua del servizio e l'integrità della transazione.
Sfrutta queste tecnologie:
– La memoria attiva ed il preciso stato di esecuzione della macchina virtuale è
rapidamente trasferito su una rete ad alta velocità.
– L'intero stato di una macchina virtuale viene incapsulato da un insieme di
file memorizzati su memorie condiviso: NAS, NFS. Quindi VMware
VMStorage VMFS consente a più installazioni di VMware ESXi di accedere
allo stesso file della macchina virtuale contemporaneamente.
– Le reti utilizzate dalla macchina virtuale vengono virtualizzate dall'host ESXi
sottostante, assicurando che dopo la migrazione, l' id di rete della macchina
e le connessioni di reti virtuali siano conservati. VMotion gestisce l'indirizzo
MAC virtuale come parte del processo.

22. Copia trasparente di una VM sul disco
• VMware Storage Vmotion consente la migrazione live
delle memorie dati delle macchine virtuali in
esecuzione.
1. Copia prima la “home directory”(che contiene la
configurazione, lo swap e i log files) della VM nella
nuova locazione.
2. Copia l’intero file di “virtual machine storage disk“
usando il modulo“changed block tracking”, per l’integrità
dei dati.
3. Copia i blocchi che sono stati cambiati durante il passo 2
sfruttando proprio “changed block tracking”.
4. La VM viene rapidamente sospesa e riavviata così da
usare la nuova home directory e il file della VM.

23. Le sfide della virtualizzazione
IT managers di livello enterprice posso avere
diverse sfide:
• Server Consolidation and Containment
• Test and Development Optimization
• Business Continuity
• Enterprise Desktop

24. Le sfide della virtualizzazione:
“Consolidation” e “Containment”
Server consolidation: riduzione
dell’infrastruttura esistente tramite un uso
efficiente delle risorse.
I benefici: una riduzione in termini di numeri di
sistemi e di costi: energia, raffreddamento,
spazio dei rack, ecc…

25. Server containment: ha una visione più
strateggica: unificazione dell’infrastruttura.
Ha un approcio incrementale al workload di
virtualizzazione: per cui nuovi progetti sono
serviti dalle virtual machine piuttosto che dai
server .
Riduzione dell’hardware da comprare
Le sfide della virtualizzazione:
“Consolidation” e “Containment”

26. How Virtualization Complements
current Generation Hardware
• La “scalabilità orizzontale” estensiva, le architetture
multi-tier e i blade servers sono molto comuni.
• La virtualizzazione è l’ideale per i blade server:
– ottimizzazione delle risorse, dell’efficenza e della rapidà
della provigione

27. Il Cloud

28. vSphere
• E’ una software suite con vCenter, ESXi, vSphere client, ecc…:
include una serie di funzioni che consentono di trasformare i data
center in un ambiente di cloud computing semplice
• ESXi è il bare-metal hypervisor
• vCenter server è l’applicazione per la gestione centralizzata delle
virtual machine e degli host ESXi. Ha un insieme di enterprise
feature come: vMotion, VMware High Availability, ecc…
• vSphere client , installato su un laptop o un PC, è usato per
connettersi al vCenter server/ESXi e fare la gestione di task:
installazione, gestione e accesso alle VM.

29. vSphere
vCenter è un componente usato in
grandi data center con molti
server ESXi e dozzine di VM.
Quindi vSphere client:
• in piccoli “ambienti” è usato per
accedere direttamente al server
ESXi.
•In grandi “ambienti”, è usato per
accedere al server di vCenter che
accederà al server ESXi

30. vCloud
• VMware vCloud Suite è una soluzione integrata per la
creazione e la gestione di un cloud privato VMware vSphere
basato sull'architettura Software-Defined Data Center.
• Esegue il provisioning delle applicazioni in base alle
tempistiche aziendali e con i livelli appropriati di sicurezza e
disponibilità.
• Caratteristiche:
– Virtualizzazione dell'elaborazione (vSphere)
– Storage e Availability
– Network e Security
– Gestione e automazione
• Si possono collegare più cloud privati e no, insieme.

32. vCloud Core Architecture

33. FINE!