Анализ и сравнение популярных гипервизоров

В данной статье рассматривается сравнение нескольких популярных гипервизоров таких как: Bhyve, Hyper-V, KVM, OpenVZ, VirtualBox, VMware vSphere, и Xen. Целью исследования является выявление их различий и особенностей.

Ключевые слова : виртуализация,виртуальная машина, гипервизоры, компьютерная безопасность, kvm, virtualbox.

Виртуализация — технология, которая позволяет запускать несколько операционных систем и приложений на одном компьютере [1]. Гипервизоры играют ключевую роль в этом процессе, создавая виртуальные машины, на которых работают гостевые операционные системы [2]. Выбор гипервизора — важное решение, которое влияет на производительность, функциональность и управляемость виртуальной инфраструктуры [3].

Типы гипервизоров

Гипервизоры, также известные как контроллеры виртуализации, делятся на два типа [4]:

1. Гипервизоры 1 типа: Данный тип гипервизоров устанавливается непосредственно на аппаратное обеспечение сервера. Он управляет гостевыми операционными системами и предоставляет им доступ к аппаратным ресурсам. Примеры: KVM, Hyper-V, ESXI и Xen [5].
2. Гипервизоры 2 типа (или «хостовые гипервизоры»): Данный тип гипервизоров устанавливается на хост-систему, как и другое программное обеспечение. Он виртуализирует аппаратные ресурсы через хост-систему. Пример: VirtualBox, OpenVZ и Bhyve [6].

Основные гипервизоры

Каждый из рассмотренных ниже гипервизоров имеет свои уникальные характеристики, преимущества и недостатки [7]:

— Oracle VM VirtualBox — один из наиболее популярных гипервизоров второго типа с открытым исходным кодом. Он поддерживает широкий спектр операционных систем, и в отличие от гипервизоров первого типа, VirtualBox требует установленной операционной системы. Его преимуществами являются простота использования и установки, поддержка различных форматов виртуальных дисков и гибкая система настроек. Однако, производительность может быть ниже, чем у гипервизоров первого типа [8].

— Kernel-based Virtual Machine (KVM) — встроенный в ядро Linux гипервизор первого типа. KVM предлагает высокую производительность, поддерживает широкий спектр операционных систем и позволяет гостевым системам использовать многие возможности хост-системы. Однако его использование может потребовать более глубоких технических знаний [9].

— Hyper-V — разрабатываемый и поддерживаемый компанией Microsoft гипервизор первого типа. Он предлагает встроенную поддержку в среде ОС Windows и предоставляет продвинутые функции, такие как восстановление после аварии и репликация в реальном времени. Однако, он поддерживает ограниченный набор гостевых операционных систем в сравнении с другими гипервизорами [10].

— Bhyve — гипервизор второго типа с открытым исходным кодом входящий в состав стандартного программного обеспечения FreeBSD. Bhyve поддерживает множество гостевых операционных систем и обеспечивает высокую производительность, хотя его функциональность и поддержка может быть ограниченной [12].

— VMware vSphere — коммерческий продукт от американской компании VMware, является одним из наиболее широко используемых компаниями решений для виртуализации. Он предлагает широкий спектр продвинутых функций, включая миграцию виртуальных машин в реальном времени (vMotion), управление ресурсами и автоматическую балансировку нагрузки [13].

— Xen — гипервизор первого типа с открытым исходным кодом, использующий технологию паравиртуализации, которая требует небольших изменений в ядре гостевой ОС. Данный способ позволяет гостевым ОС и гипервизору более тесно взаимодействовать для повышения производительности. Однако, Xen сложнее в настройке и использовании, чем другие гипервизоры [14].

Сравнительный анализ

В таблице 1 представлена обобщающая информация и ключевые особенности распространённых гипервизоров [15].

Таблица 1

Ключевые характеристики гипервизоров

Произведя сравнительный анализ рассмотренных гипервизоров по типу виртуализации, масштабируемости и управляемости, функциональности можно сделать следующие выводы [16–18]:

— Гипервизоры первого типа обеспечивают более высокую производительность, чем гипервизоры второго типа, и имеют лучшую изоляцию;

— Такие гипервизоры, как vSphere и Hyper-V, предлагают продвинутые функции управления, которые делают их хорошим выбором для больших инфраструктур;

— Гипервизоры, встроенные в операционные системы, например, Hyper-V для Windows и KVM для Linux, могут предложить лучшую интеграцию и совместимость в своих операционных системах;

— Гипервизоры с открытым исходным кодом, такие как KVM, Xen и Bhyve, обладают активными сообществами разработчиков и большим количеством доступных онлайн ресурсов [19].

Заключение

Выбор гипервизора зависит от специфических требований виртуальной инфраструктуры. При этом стоит учитывать такие факторы, как тип и масштаб виртуализации, необходимая производительность, требуемые функции и возможности, а также уровень технической экспертизы и доступность поддержки.

Если требуется обеспечить открытость приложения и при необходимости дополнить существующие функциональные возможности, то следует выбрать свободные гипервизоры, например, VirtualBox, OpenVZ, KVM, Xen, Bhyve. Подобные решения обладают открытым исходным кодом, иногда и целой документацией по нему, что позволяет модифицировать и вносить любые изменения, а также точнее проводить аудит безопасности кода. Проекты с открытым исходным кодом обладают большим сообществом. Несмотря на то, что они менее надёжные, чем подобные им коммерческие проекты, благодаря широкому кругу пользователей часто быстрее обнаруживаются недостатки и уязвимости программного обеспечения и вносятся коррективы. Сообщество также может помочь в решении проблем, связанных с продуктом. Ещё одним важным критерием для выбора открытого программного обеспечения является то, что оно бесплатно, что может быть полезным для обучающего процесса в среде студентов [20] и энтузиастов.

В случае, если же ставится задача использования виртуальной инфраструктуры в коммерческой организации, то следует рассмотреть платные решения, например, VMware vSphere или коммерческую версию Hyper-V, потому что в таких решениях присутствует постоянная поддержка, высокая надёжность и стабильность, а также безопасность и соответствие стандартам (GDRP и др.).

Литература:

1. VMWare. Understanding Virtualization. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.vmware.com/topics/glossary/content/virtualization (Дата обращения: 03.06.2023).
2. Red Hat. What is a Hypervisor? [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.redhat.com/en/topics/virtualization/what-is-a-hypervisor (Дата обращения: 06.06.2023).
3. TechTarget. Hypervisor. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://searchservervirtualization.techtarget.com/definition/hypervisor (Дата обращения: 08.06.2023).
4. IBM. Hypervisor types. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.ibm.com/cloud/learn/hypervisors (Дата обращения: 11.06.2023).
5. Microsoft. Hyper-V Technology Overview. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://docs.microsoft.com/en-us/virtualization/hyper-v-on-windows/about/ (Дата обращения: 04.06.2023).
6. Oracle. Introduction to Oracle VM VirtualBox. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://docs.oracle.com/en/virtualization/virtualbox/6.1/user/intro.html (Дата обращения: 02.06.2023).
7. TechTarget. Types of hypervisors and common examples. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://searchservervirtualization.techtarget.com/definition/hypervisor (Дата обращения: 07.06.2023).
8. Oracle. Introduction to Oracle VM VirtualBox. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://docs.oracle.com/en/virtualization/virtualbox/6.1/user/intro.html (Дата обращения: 05.06.2023).
9. Red Hat. Kernel-based Virtual Machine. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.redhat.com/en/topics/virtualization/what-is-kvm (Дата обращения: 10.06.2023).
10. Microsoft. Hyper-V Technology Overview. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://docs.microsoft.com/en-us/virtualization/hyper-v-on-windows/about/ (Дата обращения: 09.06.2023).
11. OpenVZ. About OpenVZ. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://openvz.org/About_OpenVZ (Дата обращения: 13.06.2023).
12. FreeBSD. The FreeBSD bhyve. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.freebsd.org/doc/handbook/virtualization-host-bhyve.html (Дата обращения: 14.06.2023).
13. VMware. About VMware vSphere. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.vmware.com/products/vsphere.html (Дата обращения: 01.06.2023).
14. Xen Project. About Xen. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.xenproject.org/about.html (Дата обращения: 12.06.2023).
15. TechTarget. Hypervisor types and examples. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://searchservervirtualization.techtarget.com/definition/hypervisor (Дата обращения: 03.06.2023).
16. VMware. Compare vSphere, vSphere with Operations Management, and vCloud Suite. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.vmware.com/products/vsphere/compare.html (Дата обращения: 06.06.2023).
17. Microsoft. Hyper-V Technology Overview. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://docs.microsoft.com/en-us/virtualization/hyper-v-on-windows/about/ (Дата обращения: 07.06.2023).
18. Red Hat. Kernel-based Virtual Machine. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.redhat.com/en/topics/virtualization/what-is-kvm (Дата обращения: 10.06.2023).
19. Xen Project. Xen Hypervisor. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.xenproject.org/developers/teams/hypervisor.html (Дата обращения:09.06.2023).
20. Логинова, Л. Н. Аспекты подготовки кадров для обеспечения компьютерной безопасности транспортной отрасли / Л. Н. Логинова, В. Г. Сидоренко // Информационные технологии. — 2022. — Т. 28, № 8. — С. 438–448. — DOI 10.17587/it.28.438–448. — EDN TQTVPW.