Virtualizace vysoká dostupnost serverové infrastruktury

Transkript

1 Bankovní institut vysoká škola Praha Katedra matematiky, statistiky a informačních technologií Virtualizace vysoká dostupnost serverové infrastruktury Bakalářská práce Autor: Ladislav Šimíček Informační technologie Vedoucí práce: Ing. Vladimír Beneš Praha Březen 2011

2 Prohlášení: Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci zpracoval samostatně a v seznamu uvedl veškerou použitou literaturu. Svým podpisem stvrzuji, že odevzdaná elektronická podoba práce je identická s její tištěnou verzí, a jsem seznámen se skutečností, že se práce bude archivovat v knihovně BIVŠ a dále bude zpřístupněna třetím osobám prostřednictvím interní databáze elektronických vysokoškolských prací. V Praze, dne Ladislav Šimíček

3 Rád bych poděkoval Ing. Vladimíru Benešovi za vedení mé práce a za cenné rady, kterými mi byl nápomocen. V neposlední řadě pak patří dík mým spolupracovníkům za jejich cenné připomínky při tvorbě této práce.

4 Anotace Tato práce se zabývá tématem virtualizace serverové infrastruktury. Práce je logicky rozdělena do šesti samostatných segmentů. První segment se věnuje historickému vývoji virtualizace serverové infrastruktury a to od samého začátku koncem 60. let 20. století až po současnost. Druhý segment popisuje základní architekturu virtualizace serverů. Ve třetím segmentu se práce zaměřuje na návrh, testování a implementaci virtuální infrastruktury. Čtvrtý segment popisuje nejčastěji používané technologie pro serverovou virtualizaci a dále se zabývá zabezpečením virtuální infrastruktury. V pátém segmentu jsou uvedeny metody, jak dosáhnout vysoké dostupnosti virtuální infrastruktury. Poslední segment se věnuje případové studii virtualizace serverové infrastruktury v jedné z českých bank. Annotation This work deals with the server infrastructure virtualization. The document is logically split into six parts. The first part describes the historical evolution of the server infrastructure virtualization from the late 60s up to the present. The second part of this document concerns the basic architecture of server virtualization. The third part focuses on the design, testing and implementation of the virtual infrastructure. The fourth part is about technologies used for server virtualization. This part also concerns the security of server virtualization. The fifth part introduces the methods for high accessibility of the virtual server infrastructure. The last part of this work describes the case study of server virtualization in Czech bank.

5 Obsah Úvod Historie virtualizace léta léta léta léta století Architektura serverové virtualizace Efektivita využívání výkonu fyzických serverů v datových centrech Modely serverové virtualizace z pohledu architektury Softwarová virtualizace Hardwarová virtualizace Komponenty virtuálního serveru Návrh, implementace a testování virtuální infrastruktury Fáze plánování a návrhu Stanovení cílů a úkolů Analýza stávající infrastruktury Návrh technické infrastruktury Energetická náročnost napájení a chlazení serverové infrastruktury Kalkulace návratnosti investic do projektu virtualizace Fáze testování Fáze implementace Síťová vrstva Sdílené úložiště... 29

6 3.3.3 Hostitelské servery Závěr implementační fáze Technologie a zabezpečení virtuální infrastruktury Technologie serverové virtualizace Technologie serverové virtualizace společnosti VMWare Technologie serverové virtualizace společnosti Citrix Technologie serverové virtualizace společnosti Microsoft Zabezpečení virtuální infrastruktury Ochrana důležitých informací uložených v infrastrukturách Fyzická ochrana serverové infrastruktury Ochrana operačních systémů Bezpečné nastavení přístupu k informacím Zabezpečení vzdáleného přístupu k serverové infrastruktuře Zajištění vysoké dostupnosti virtuální infrastruktury Vysoká dostupnost hostitelských serverů, sdíleného úložiště a virtuálních služeb Zálohování virtualizované infrastruktury Případová studie: Virtualizace serverové infrastruktury v bance Závěry a doporučení Seznam použité literatury Seznam obrázků Seznam použitých pojmů... 59

7 Úvod Posledních několik let se podniková IT oddělení po celém světě potýkají s neustále se zvyšujícími nároky na konsolidaci serverové infrastruktury v datových centrech. Důvodem jsou zejména: neustále rostoucí náklady na energie, problémy s kompatibilitou stárnoucího hardwaru v datových centrech, omezené fyzické prostory datových center, neefektivní využívání výkonu fyzických serverů, rostoucí tlak ze strany business útvarů podniku na flexibilitu a rychlost při vytváření nového aplikačního prostředí, zajištění kontinuity provozu podniku na vysoké úrovni se stalo nezbytným předpokladem úspěchu firmy, v neposlední řadě je to tlak ze strany vedení podniku na snižování investičních a provozních IT nákladů. Jedním z efektivních řešení této situace je v současné době virtualizace serverové infrastruktury podniku. Virtualizaci serverové infrastruktury bychom mohli zjednodušeným způsobem popsat jako proces vytvoření několika virtuálních serverů uvnitř serveru fyzického za využití vhodného software. Díky tomu můžeme na jednom fyzickém serveru spouštět několik virtuálních serverů se svým operačním systémem současně, kdy každý z nich se navenek tváří jako samostatný fyzický server. Mezi hlavní přínosy virtualizace serverové infrastruktury pro podnik patří: snížení nákladů na investice do serverové infrastruktury, snížení nákladů na technickou údržbu serverů, snížení energetické náročností datových center, zvýšení efektivity využívání výkonu fyzických serverů, snížení počtu fyzických serverů v datovém centru podniku, zvýšení dostupnosti IT služeb a aplikací pro koncové uživatelé, zjednodušení a zrychlení procesu zálohy a obnovy systému, 7

8 výrazné zrychlení procesu dodání nového serveru na straně útvaru IT, díky vysokému stupni izolace běhu virtuálního stroje od hostujícího serveru, tak i od ostatních virtuálních strojů, dochází k úplné izolaci poruch a chyb na těchto strojích, zjednodušení procesů technické správy serverové infrastruktury. Virtualizace přestává být pouze serverovou technologií, ale ovlivňuje i ostatní oblasti datových center jako jsou datová úložiště, sítě, aplikace a desktopy klientů. V současné době patří virtualizace k nejvíce žádaným projektům v oblasti IT, protože kromě snížení finančních nákladů na pořízení a správu fyzické infrastruktury pomáhá zároveň zvýšit provozní efektivitu. Cílem této práce je poskytnout teoretický základ pro virtualizaci serverové infrastruktury a v praxi ověřit přínosy implementace serverové virtualizace. 8

9 1 Historie virtualizace V této kapitole se budu věnovat historickému vývoji virtualizace serverové infrastruktury. Postupně popíšu vývoj této technologie od 60. let minulého století až po současnost. V této části práce se zaměřím na významné milníky vývoje virtualizačních technologií léta I když se může zdát, že virtualizace je záležitost stará nanejvýše pár let, reálné základy byly položeny již dávno. Jako první přišla s konceptem virtualizace v šedesátých letech minulého století společnost IBM (International Business Machines). Poprvé byla virtualizace použita u mainframových počítačů řady System/360 s využitím operačního systému CP-40, který umožňoval paralelní běh až čtrnácti virtuálních strojů nejčastěji s operačním systémem CMS (Cambridge Monitor System). CP-40 byl prvním operačním systémem, který implementoval kompletní virtualizaci. Operační systém CP-40 dokázal izolovat jednotlivé uživatele mezi sebou, čímž byl zajištěn vysoký stupeň spolehlivosti a bezpečnosti tohoto systému. CMS byl relativně jednoduchý, jedno-uživatelský operační systém podporující technologii time-sharing. Každý uživatel tohoto operačního systému měl k dispozici svůj virtuální stroj, který simuloval fyzický počítač. CMS poskytoval uživatelům prostředí pro běh aplikací a dávkových úloh, spravoval datové soubory a podporoval ladění aplikací. CMS se v současné době stále rozvíjí a využívá. Model System/360 byl společností IBM představen dne a jeho prodej byl ukončen v roce Patřil jako první do skupiny počítačů, které byly schopné pokrýt celou řadu aplikací, od malých k velkým, od komerčních k vědeckým (proto je v názvu číslo 360 jako podpora aplikací v rozsahu 360 ). Tento systém podporoval adresování pomocí 8 bitů a dále výpočty s pohyblivou desetinnou čárkou. Model System/360 byl z obchodního pohledu považován za velmi úspěšný. Zákazníkům umožňoval nakoupit menší systém s vědomím, že můžou do budoucna kdykoliv migrovat na větší systém aniž by museli přeprogramovat své aplikace. Návrh tohoto stroje je z pohledu architektury považován za jeden z nejúspěšnějších v historii. 9

10 Tyto velké sálové počítače byly používané převážně v bankovním sektoru, kde je potřeba zpracovávat velký objem dat v co nejkratším čase. Hlavním úkolem virtualizace v té době bylo najít způsob, jak ze systémů, které byly schopné zpracovávat v jeden okamžik jen jednu úlohu, vytvořit zařízení, která by podporovala paralelní běh více operací současně, a tím lépe využívat možností hardwaru. Základem virtualizovaného systému byl tzv. dispečer nazývaný také jako virtual machine monitor, který přistupoval přímo k fyzickým prostředkům počítače (hardwaru) a následně spravoval jednotlivé virtuální počítače. Dnes takovýto systém běžně nazýváme jako hypervisor. Hypervisor je speciální druh software, který umožňuje sdílet hardware počítače více operačním systémům (virtuálním strojům) v jeden okamžik. První hypervisor byl vytvořen společností IBM v roce Rok poté přišla společnost IBM s druhou verzí hypervisoru CP-67, který podporoval sdílení operační paměti počítače mezi jednotlivými virtuálními stroji. Hypervisor společnosti IBM byl mimo jiné specifický tím, že byl součástí samotného firmware serveru. Tato skutečnost byla způsobena velmi úzkou integrací operačního systému, hardware a hypervisoru. Obrázek 1: Sálový počítač IBM System/360 (zdroj: 10

11 léta V roce 1970 pokračovala společnost IBM v rozvoji této technologie s cílem podpořit běh operačního systému MVS (Multiple Virtual Storage) společně s ostatními včetně operačního systému Unix na stroji System /370. Model System/370 byl společností IBM představen dne jako nástupce úspěšného System/360, kde zajišťoval pro zákazníky zpětnou kompatibilitu a snadný proces migrace. Hlavní změnou oproti svému předchůdci byla podpora virtuální paměti. Obrázek 2: Sálový počítač IBM System /370 (zdroj: V roce 1972 byl společností IBM oficiálně představen operační systém VM s podporou virtualizace. Tento operační systém byl používán převážně na serverech řady System/370. První verze tohoto operačního systému se jmenovala VM/370 a vycházela z operačního systému CMS. Srdcem operačního systému VM je hypervisor, který se nazývá VM-CP. Tento hypervisor poskytoval plnou virtualizaci fyzického serveru. Každý uživatel operačního systému VM využívá separátní virtuální stroj se samostatným adresním prostorem a nejčastěji s nainstalovaným operačním systémem CMS. 11

12 léta 9. října roku 1985 oznámila společnost AT&T prodej počítače založeného na platformě Intel Tento počítač byl vybaven hypervisorem Simultask vyvinutým společností Locus Computing Corporation, který podporoval běh více operačních systémů na počítači odděleně. Hostujícím operačním systémem počítače byl Unix System V R2. Simultask byl navržen především pro běh několika instancí operačního systému MS DOS. Pro provozování operačního systému MS DOS jako úlohu v prostředí Unixu museli být splněny některé předpoklady. Především je potřeba si uvědomit, že operační systém MS DOS a pro něj napsané aplikace počítali s tím, že jsou provozovány na skutečném počítači se všemi systémovými zdroji a prostředky (od operační paměti a disků až po monitor a klávesnici). Pro splnění těchto předpokladů musel hostitelský operační systém vytvářet dostatečně věrnou iluzi skutečného počítače - tedy jakési virtuální PC. V tomto případě nešlo jen o zpřístupnění nejrůznějších souborů z unixového prostředí ve formátu, jaký používal operační systém MS DOS, ale také o reprodukování způsobu práce s klávesnicí a výstupu na monitor. V roce 1987 Locus Computing Corporation začlenila Simultask do produktové řady s názvem Merge. Tento produkt byl navržen pro architekturu Intel 80386, která podporovala běh několika virtuálních strojů paralelně léta V roce 1998 byla v Kalifornii založena společnost VMware se zaměřením na poskytování virtualizačního software. V květnu 1999 uvedla společnost VMware na trh svůj první produkt s názvem VMware Workstation pro hostující operační systémy Linux a Windows. Tento produkt určený pro platformu x86 umožňoval na fyzickém počítači spustit několik operačních systému paralelně ve formě samostatných virtuálních strojů. Každá instance virtuálního stroje umožňovala spouštět svůj vlastní operační systém jako je Windows, Linux, Unix atd. VMware Workstation dokázal virtuálnímu stroji simulovat hardwarové komponenty fyzického počítače, jako jsou síťový adaptér, CD-ROM mechanika, hard disk apod. 12

13 století V říjnu roku 2000 oznámila společnost IBM dokončení vývoje operačního systému z/vm s podporou virtualizace. Základní komponentou z/vm je hypervisor, který vytváří na serveru prostředí pro běh samostatných virtuálních strojů. Operační systém z/vm podporuje tzv. plnou virtualizaci, kde virtuální stroj je schopen emulovat jakoukoliv funkcionalitu příslušného hardware serveru. Tento operační systém byl určen pro IBM servery typu mainframe a v současné době je nadále široce využíván. V červnu 2001 vydala společnost Connectix první verzi svého produktu Virtual PC určený pro virtualizaci standardního PC nad operačním systémem Microsoft Windows. O dva roky později byla tato technologie zakoupena společností Microsoft, která produkt záhy přejmenovala na Microsoft Virtual PC. V červenci 2001 vydala společnost VMware svůj první produkt pro serverovou virtualizaci x86 platformy s názvem ESX Server. Tento produkt běžel přímo na samotném hardwaru příslušného serveru mimo hostující operační systém. Díky tomu mohly virtuální stroje využívat některé funkce hardware serveru napřímo bez emulace hypervisorem. Až do současné verze využíval ESX Server jádro operačního systému Linux, tzv. vmkernel. Tento produkt byl později přejmenován na VMware ESX. Společnost XenSource představila v roce 2003 produkt Xen určený pro serverovou virtualizaci x86 platformy. Xen podporoval technologii tzv. paravirtualizace, kdy hypervisor nesimuluje hardware serveru, ale místo toho nabízí zvláštní rozhraní pro přístup k hardware serveru, které může být použito jen z upraveného hostovaného operačního systému. Tento produkt byl původně vyvinut na univerzitě v Cambridge programátorem Ianem Pratem, který později založil společnost XenSource. V říjnu 2007 byla dokončena akvizice XenSource společností Citrix Systems a produkt byl přejmenován na XenServer. V roce 2005 představila společnost Hewlett Packard produkt Integrity Virtual Machines pro virtualizaci serverů s procesory architektury Itanium a operačním systémem HP Unix. Ve stejném roce implementovala společnost Sun Microsystems ve svém operačním systému Solaris podporu serverové virtualizace. Solaris podporoval virtualizaci na úrovni operačního systému. 13

14 V letech 2005 a 2006 zavedly společnosti Intel a AMD do svých x86 procesorů podporu virtualizace. Tímto krokem došlo k významnému zjednodušení vývoje technologií pro virtualizaci. V roce 2008 uvolnila společnost Microsoft produkt Microsoft Hyper-V Server 2008 R2 pro plnou serverovou virtualizaci. Tento produkt nevyžaduje instalaci hostujícího operačního systému (Windows Server 2008) na příslušném serveru. Tento hypervisor podporuje hostování jak operačních systémů Microsoft Windows, tak vybraných distribucí operačních systémů Linux. 14

15 2 Architektura serverové virtualizace V této kapitole se budu věnovat serverové virtualizaci z pohledu architektury. Na úvod zmíním hlavní příčiny neefektivního využívání kapacity fyzických serverů v datových centrech po celém světě. V další části uvedu základní členění serverové virtualizace z pohledu architektury. Na závěr této kapitoly popíšu základní komponenty serverové virtualizace. 2.1 Efektivita využívání výkonu fyzických serverů v datových centrech Většina fyzických serverů provozovaných v datových centrech po celém světě je využívaných na zhruba 10 a méně procent svého výpočetního výkonu. Virtualizace serveru slibuje 80 procentní i vyšší využití hardware daného serveru. Díky tomu může být stejná zátěž zpracovávaná na výrazně menším počtu serverů, což v konečném důsledku vede k nižším emisím oxidu uhličitého. Pojďme se ale nejprve podívat, co bylo skutečnou příčinou neefektivního využívání výkonu fyzických serverů. Jako hlavní příčina tohoto stavu je často označován příchod serverového operačního systému Microsoft Windows NT v roce IT správci velmi záhy po uvedení tohoto operačního systému zjistili, že díky provázanosti velké části aplikačních operací přímo s jádrem operačního systému často docházelo k zamrznutí nejen aplikace běžící pod tímto operačním systémem, ale i k zamrznutí celého operačního systému Windows NT. Operační systém Microsoft Windows takový stav signalizuje zobrazením tzv. Modré obrazovky smrti (BSOD Blue Screen of Death). V takovém případě nezbývalo IT správci nic jiného, než daný server restartovat. Protože se běžně na server neinstaluje pouze jedna aplikace, docházelo velmi často k situacím, kdy selhání jedné aplikace způsobilo selhání i ostatních aplikací běžících na stejném serveru. Tato negativní zkušenost vedla velkou část dodavatelů aplikací na celém světě k přístupu, kdy pro zajištění vysoké dostupnosti a spolehlivosti svých aplikací u zákazníka nedovolili přítomnost aplikací jiných dodavatelů na daném fyzickém serveru. Díky tomu došlo k masivnímu nárůstu počtu jednoúčelových serverů, které využívali svůj výpočetní výkon jen z velmi malé části. I když časem společnost Microsoft významně zvýšila stabilitu svého operačního systému, návyky uživatelů zůstali. Ještě i dnes se najde nemalá část dodavatelů software, kteří odmítají 15

16 nainstalovat své produkty na server s tímto operačním systémem společně s aplikacemi ostatních výrobců. Dalším faktorem, který vedl k izolaci aplikací a v konečném důsledku k nárůstu počtu samostatných fyzických serverů byl bezpečnostní aspekt. Mezi širokou veřejností stále platí názor, že čím více aplikací je nainstalovaných na fyzickém serveru, tím je server snáze napadnutelný. Z výše uvedeného vyplývá, že časem muselo přirozeně dojít ke změně, neboť cena prostoru v datových centrech neustále roste, chladící systémy v datových centrech dosahují svých provozních kapacit a náklady na energie strmě rostou. 2.2 Modely serverové virtualizace z pohledu architektury Softwarová virtualizace Obrázek 3: Model softwarové virtualizace serveru (zdroj: vlastní) Model softwarové virtualizace vyžaduje přítomnost základního (hostujícího) operačního systému mezi virtualizační vrstvou a hardwarem fyzického serveru. Jednotlivé virtuální servery jsou v tomto případě spouštěny nad hostujícím operačním systémem serveru. Hostující operační systém vyžaduje určité množství zdrojů fyzického serveru, čímž ovlivňuje výkon jednotlivých virtuálních strojů. Tento model často spoléhá na jednodušší a bezplatné technologie. 16

17 2.2.2 Hardwarová virtualizace Obrázek 4: Model hardwarové virtualizace serveru (zdroj: vlastní) V tomto případě se na hostitelský server neinstaluje základní operační systém a virtualizační vrstva se spouští přímo nad hardware hostitelského serveru. Virtualizační vrstva poté emuluje jednotlivým virtuálním strojům rozhraní pro komunikaci s hardware hostitelského serveru. Každý virtuální stroj může spustit libovolný (podporovaný) operační systém. Hardwarová virtualizace vyžaduje v porovnání se softwarovou virtualizací minimální množství fyzických zdrojů hostitelského serveru. Díky absenci hostujícího operačního systému zde odpadá potřeba pravidelných aktualizací a záplatování hostitelského operačního systému. Pro tento druh virtualizace je nicméně nutné zvolit takový druh hardware, který je podporovaný zvolenou virtualizační technologií. Hardwarová virtualizace serverů se hodí zejména do podniků, kde je vyžadována vysoká dostupnost a spolehlivost serverů. 2.3 Komponenty virtuálního serveru Každý virtuální server je tvořen množinou souborů uložených ve složce na disku fyzického serveru nebo na sdíleném úložišti podniku. Díky této architektuře můžeme virtuální server přesunout nebo duplikovat na jiný fyzický server pomocí jednoduchého překopírování všech 17

18 souborů. Virtuální servery se také snadno zálohují, protože proces zálohování ve skutečnosti znamená pouhé kopírování vybrané množiny souborů na záložní médium. V případě jakéhokoliv problému s virtuálním serverem se můžeme velmi snadno a rychle vrátit k předchozí verzi virtuálního serveru. Virtuální server je nejčastěji tvořen následujícími typy souborů: Konfigurační soubory obsahují informace o nastavení virtuálního serveru (velikost operační paměti, počet procesorů, počet a typ síťových karet, virtuálních disků apod.). Tento typ souborů se vytvářejí automaticky v rámci instalace virtuálního serveru. Konfigurační soubor dále obsahuje informaci, jakým způsobem má alokovat zdroje fyzického serveru pro virtuální stroj. Ve většině případů se jedná o soubory ve formátu XML. Soubory pevného disku v rámci procesu instalace virtuálního serveru se automaticky vytváří virtuální pevný disk serveru, který obsahuje kompletní obsah a strukturu běžného disku. Tento disk se pak tváří jako běžný pevný disk a je možné s ním standardně pracovat. Na tento virtuální disk se v rámci instalace virtuálního systému uloží jeho operační systém a všechna data, která vznikají v průběhu provozu virtuálního serveru. Virtuální disky můžou v průběhu svého života zvětšovat svůj objem. Soubory obsahu paměti soubory, obsahující informace, které se nacházejí v paměti určené pro běžící virtuální server Soubory stavu virtuálního serveru do těchto souborů se ukládají informace o virtuálním serveru v případě pozastavení běhu virtuální serveru (např. režim Spánku) Ostatní soubory do této skupiny patří různé soubory protokolů, které vytváří virtuální server v průběhu svého života 18

19 3 Návrh, implementace a testování virtuální infrastruktury V této kapitole se budu věnovat návrhu, testování, implementaci a údržbě serverové virtualizace v podnikovém prostředí. V první části této kapitoly se zaměřím na stanovení cílů a úkolů v rámci plánovací fáze projektu. Dále budu pokračovat fází analýzy stávající IT infrastruktury podniku s cílem identifikovat servery, které bude vhodné v rámci projektu virtualizovat. Po analýze stávající infrastruktury podniku bude následovat návrh technické infrastruktury s ohledem na přesun zátěže do virtualizovaného prostředí. Mezi hlavní přínosy implementace serverové virtualizace patří bezesporu snížení energetické náročnosti datového centra podniku, a proto se tomuto tématu budu věnovat v další části této kapitoly. Plánovací fázi ukončím kalkulací návratnosti investic do tohoto projektu. Druhá část této kapitoly se bude věnovat tématu testování technického návrhu virtualizace přímo v prostředí podniku. V další části nastíním možné metody implementace projektu virtualizace serverové infrastruktury. Do této části kapitoly zahrnu kromě konfigurace hostitelských serverů i dopady na síťovou infrastrukturu a sdílené úložiště. Na závěr uvedu základní pravidla pro údržbu virtualizované serverové infrastruktury. 3.1 Fáze plánování a návrhu U projektu virtualizace serverové infrastruktury je důležité nepodcenit fázi plánování a návrhu. Výstupem této fáze je optimální návrh technického řešení virtualizace serverové infrastruktury podniku. Mezi primární cíle patří identifikace fyzických serverů, které budou vhodnými kandidáty na virtualizaci. Dále je nutné provést návrh technické infrastruktury s ohledem na přesun zátěže do virtualizovaného prostředí. Určitě bychom neměli v této fázi opomenout správně spočítat návratnost investice do projektu serverové virtualizace. 19

20 3.1.1 Stanovení cílů a úkolů V rámci plánovací fáze projektu virtualizace serverové infrastruktury je důležité jako první jasně definovat cíle a úkoly, které povedou k maximální návratnosti investic do tohoto projektu. Cíle a úkoly musí jasně odpovídat na následující otázky: Jaké jsou skutečné důvody pro virtualizaci serverů podniku? Kolik fyzických serverů by mohlo být potenciálně virtualizováno? Které technické řešení virtualizace bude pro podnik nejvýhodnější? Jaký dopad bude mít virtualizace na uživatele podniku? Jaké jsou bezpečnostní důsledky migrace na virtuální strukturu? Jaké budou dopady implementace projektu na dostupnost kritických systémů podniku? Jaká by mohla být rizika projektu a jak mohou být tato rizika zmírněna? Jaké jsou odhadované náklady na projekt? Jaká je odhadována návratnost investic? Jednotlivé cíle a úkoly se budou v pozdějších fázích plánování a v průběhu provádění projektu měnit a upřesňovat. Pro každý cíl je nezbytné definovat sadů úkolů. Úkol musí mít jasně stanovenou metriku, pomocí které dokážeme určit, zdali byl úkol splněn. V rámci projektu virtualizace serverové infrastruktury většina organizací opomíjí zohlednit oblast procesní a personální. Aby přínosy z implementace tohoto projektu byly co nejvyšší, neměla by organizace pouze zvažovat, který hardware může být sloučen, ale také které pozice a procesy mohou být sloučeny Analýza stávající infrastruktury Fáze analýzy stávající serverové infrastruktury tvoří základ budoucí virtuální infrastruktury podniku. Z tohoto důvodu se tato fáze nesmí podcenit. Mezi základní cíle této fáze patří správně identifikovat fyzické servery podniku, které bude vhodné virtualizovat. V této fázi je nezbytné posoudit každý fyzický server zvlášť. V rámci analýzy je nutné zjistit, které systémy 20

21 v podniku běží, kdy a kolik zdrojů vyžadují, kdy je využití zdrojů minimální a kdy maximální. Vzhledem ke složitosti a důležitosti této fáze se ve většině případů doporučuje pro tento účel využit specializované nástroje. Na trhu existuje řada komerčních nástrojů vhodných pro tento účel. Společnost Microsoft například nabízí pro tento účel nástroj Microsoft Assessment and Planning Toolkit Solution Accelerator (MAP). Tento nástroj umožňuje provést důkladnou analýzu serverové infrastruktury podniku postavené na technologiích společnosti Microsoft a navrhnout optimální řešení virtualizace serverů pomocí Microsoft Hyper-V technologie. Průkopník na poli virtualizace, společnost VMware, nabízí za stejným účelem produkt s názvem Capacity Planner. Tento nástroj je v současné době pravděpodobně nejkomplexnějším řešením pro identifikaci kandidátů serverové infrastruktury podniku vhodných k virtualizaci. Nástroj Capacity Planner provede důkladnou analýzu serverové infrastruktury, zejména z pohledu využití procesorů, paměti, sítě a disku jednotlivých serverů. Získané statistiky porovná s referenčními daty získanými z celosvětového trhu a navrhne optimální řešení virtualizace serverové infrastruktury podniku s využitím produktů společnosti VMware. Mezi další nástroje určené pro analýzu infrastruktury datového centra patří například Data Center Intelligence společnosti CiRBA nebo nástroj PowerRecon společnosti Novell. Výhodou může být určitá nezávislost výrobců těchto nástrojů na dodavatelích virtualizačních technologií. Jedním z výstupů nástroje společnosti CiRBA je díky tomu doporučení nejvhodnější virtualizační technologie pro podnik. Dalším rozdílem tohoto nástroje je skutečnost, že v rámci analýzy prostředí podniku zohledňuje i netechnické faktory, které mají vliv na konsolidaci serverů, jako jsou například lokalita, doba údržby techniky, požadavky na úroveň služeb IT apod. Důležité je mít na paměti, že ať už se za účelem analýzy serverové infrastruktury použije jakýkoliv nástroj, je nutné, aby analýza byla prováděna po určitou dobu, minimálně jeden měsíc a zohlednit tak v analýze většinu aplikačních zátěží běžících na serverech podniku. Dalším důležitým krokem analytické fáze je studie výstupů analýzy. Cílem této fáze je dobře porozumět stávající infrastruktuře podniku. V této fázi je vhodné roztřídit servery do skupin, například tímto způsobem: 21

22 servery síťové infrastruktury, servery pro správu identit, souborové a tiskové servery, aplikační servery, terminálové servery, webové servery. Důležité je porozumět i dalším hodnotám, které pomohou správně naplánovat způsob migrace zátěží do virtuálního prostředí, například: propojení mezi aplikacemi a jejich závislosti na konkrétních serverech, typy zátěží jednotlivých serverů, ať už jde o paměť, procesor, přístup k disku nebo síti, interval a trvání špičkové zátěže serverů. Jedním z nejdůležitějších aspektů této fáze je správné umístění zátěže, tedy ujištění se, že zdroje hostitelského fyzického serveru jsou vhodně použity podle druhu zátěže, které na něm běží. Například pokud jedna ze zátěží hostitelského serveru vyžaduje procesorové prostředky časně ráno, je třeba se přesvědčit, že jiné zátěže stejného serveru nebudou usilovat o tyto zdroje ve stejný čas. Jedním z hlavních cílů projektu virtualizace serverové infrastruktury by mělo být snížení počtu fyzických serverů v datovém centru podniku. Proto je vhodné v této fázi projektu provést tzv. racionalizaci stávajících fyzických serverů. Základním cílem racionalizace je se zamyslet, zdali ve stávající infrastruktuře podniku neexistují servery, kterých se můžeme v rámci implementace projektu virtualizace zbavit. Do této skupiny patří servery, které se v prostředí podniku nevyužívají pravidelně nebo vůbec. Dále zde spadají zastaralé servery, které svým výpočetním výkonem neodpovídají požadavkům virtualizační platformy. V takovém případě se doporučuje servery nahradit novými, výkonnějšími stroji. V současné době používané clustery fyzických serverů je možno nahradit virtuální infrastrukturou bez potřeby použití clusteru. Obecně se doporučuje virtualizovat maximum serverů datového centra podniku. Existují však výjimky, jako: 22

23 servery s více jádry procesorů než podporuje zvolený hypervisor, servery využívající více než 85% svých fyzických zdrojů dobrým příkladem může být MS Exchange server, který alokuje většinu zdrojů fyzického serveru, servery vyžadující vlastní hardware, například hardwarové klíče či modemy faxové servery, servery call center, servery pro vzdálený přístup apod. V současné době stále existuje mnoho dodavatelů, kteří neimplementovali do svých aplikací podporu běhu ve virtualizovaném prostředí. Proto je v této fázi nezbytné prověřit, že všechny aplikace podniku budou mít na straně dodavatele stálou podporu i po přenesení do virtuálního prostředí. V rámci racionalizace se dále doporučuje prověřit, zdali v podniku neexistují aplikace, které by se mohly v rámci projektu serverové virtualizace vyřadit z provozu nebo nahradit aplikací jinou. Důvody pro tento krok můžou být následující: aplikace duplikuje funkce, které jsou již přítomné v jiné aplikaci podniku, aplikace se stala časem velmi zastaralou a má jen velmi omezený počet uživatelů, aplikace je velmi nestabilní a blíží se ke konci svého životního cyklu Návrh technické infrastruktury Cílem této fáze je navrhnout technickou infrastrukturu s ohledem na přesun serverů do virtualizovaného prostředí. Parametry a vlastnosti hardwarových komponent technické infrastruktury musí být navržený takovým způsobem, aby byla v podniku vždy zajištěna vysoká dostupnost informačních systémů. Jak již bylo řečeno dříve, jedním ze základních cílů projektu virtualizace serverů je snížení počtu fyzických serverů v datovém centru podniku. Proto je v této fázi nutné navrhnout technickou infrastrukturu s takovým výkonem, aby byla schopna pokrýt požadavky podniku nejen v současné době, ale i s výhledem do budoucna. V rámci fáze návrhu se budu primárně zabývat hostitelskými servery, sdíleným úložištěm a síťovou infrastrukturou podniku Hostitelské servery 23

24 Realizací projektu virtualizace serverové infrastruktury podniku budou fyzické servery ve většině případů provozovat daleko více zátěže, než tomu bylo v minulosti. Naprosto klíčové komponenty pro hostitelské servery virtuální infrastruktury jsou procesor, paměť, síť a disk. Pro rozhodnutí, zdali pro virtualizovanou infrastrukturu využít stávající fyzické servery nebo jít raději cestou nákupu nových serverů, je nutné zvážit následující důležité aspekty: nejlepší hostitelský server virtualizované infrastruktury má velký počet procesorů nebo procesorových jader, ideální virtualizovaná infrastruktura má ve všech fyzických serverech stejné procesory. Díky tomu lze využít funkci migrace virtuálního serveru v reálném čase z jednoho hostitelského serveru na druhý (tzv. live migration), nejlepší hostitelský server virtualizované infrastruktury má velkou kapacitu operační paměti, nejlepší hostitelský server virtualizované infrastruktury obsahuje hodně síťových karet, nejlepší hostitelský server virtualizované infrastruktury použije pro uložení svých virtuálních serverů sdílené úložiště. Každý virtuální stroj bude mít přidělenou určitou část operační paměti fyzického serveru. Proto je výhodné, aby fyzický server disponoval velkým množstvím operační paměti. Jedním z hlavních omezení 32bitových procesorů je skutečnost, že dokážou adresovat nejvýše 4 GB operační paměti serveru. Tato velikost operační paměti může být na serveru hostujícím virtualizované prostředí úzkým hrdlem pro bezproblémový chod aplikací. Nejvýhodnějším způsobem, jak toto omezení vyřešit je přechod k 64bitovým procesorům architektury x64. Procesory této architektury dokáží adresovat daleko více operační paměti serveru než jejich 32bitové protějšky. S použitím procesorů architektury x64 se úzce váže využití 64bitového operačního systému. Například operační systém Windows Server 2008 Standard x64 Edition podporuje až 32 GB operační paměti. Verze Enterprise nebo Datacenter tohoto operačního systému podporuje až 2 TB operační paměti. Pro hostující servery virtualizované infrastruktury se doporučuje velikost operační paměti 64 GB. Obecně lze říci, že pro zajištění vysoké dostupnosti virtuálních serverů je výhodné ukládat jejich data na sdílené disky. Ideálním typem hostitelského serveru by měl být server kompaktních rozměrů montovaný do skříně (například tzv. blade server). Pro hostující 24

25 servery se doporučuje použít minimálně dva čtyřjádrové procesory architektury x64 s minimální frekvencí 3 GHz. Dále je vhodné použít minimálně 4 síťové karty s rychlostí alespoň 1 GB. Preferuje se zvolit hypervisor integrovaný s hardwarem hostujícího serveru (například hypervisor ESXi Embedded společnosti VMware) Sdílené úložiště Výhodou použití sdíleného úložiště pro všechny virtuální servery infrastruktury je zajištění vysoké dostupnosti aplikací koncovým uživatelům. Díky této konfiguraci lze v situaci, kdy dojde k havárii vybraného hostitelského serveru, automatizovaným způsobem přenést všechny jeho virtuální stroje na jiný hostitelský server. Další výhodou bezesporu je možnost automatizovaně přesunout zátěž z jednoho hostitelského serveru na jiný bez zásahu správce v případě vysokého zatížení hostitelského serveru. Pro zajištění těchto funkcionalit je nicméně většinou nezbytné, aby hostitelské servery disponovaly stejným typem a verzí procesoru. Soubory virtuálních serverů dosahují velikosti až několika GB. Proto se jeví jako velká výhoda zejména v oblasti zálohování dat virtuálních serverů, pokud úložiště podporuje tzv. deduplikaci dat. Zjednodušeně řečeno dedupliklace dat je metoda eliminace redundantních dat, v tomto případě dat z opakovaných záloh virtuálních serverů. Díky tomu dokáže firma ušetřit značné finanční náklady za diskový subsystém. V případě testovacích a vývojových prostředí se může z finančního pohledu jevit využití sdíleného úložiště jako neefektivní. V takovém případě lze zvolit variantu využití úložiště hostitelského serveru Síť Virtualizace serverové infrastruktury s sebou přináší nárůst využití síťové infrastruktury podniku. Každý virtuální server vyžaduje nějaký typ síťového připojení, proto je nezbytné hostitelský server vybavit dostatečným počtem síťových karet. V rámci návrhu technické infrastruktury je nezbytné tuto skutečnost zohlednit a provést analýzu stávající síťové infrastruktury. Serverová virtualizace sebou přináší zvýšené nároky na šířku pásma síťové 25

26 infrastruktury podniku. V mnoha případech bude z tohoto důvodu potřeba provést upgrade síťových komponent Energetická náročnost napájení a chlazení serverové infrastruktury Mezi nejvýznamnější přínosy virtualizace serverové infrastruktury bezesporu patří možné úspory energie potřebné pro napájení a chlazení serverů. Pro výpočet úspory energie je ideální využít specializované nástroje. Jedním z takových nástrojů je například Virtualization Energy Cost Calculator společnosti APC. Tento nástroj dokáže na základě několika vstupních údajů velmi přehledně spočítat, kolik energie se ušetří v závislosti na konkrétním projektu serverové virtualizace. Aplikace je schopna graficky zobrazit dopad virtualizace serverů na účet za energie. Obrázek 5: Kalkulátor Virtualization Energy Cost Calculator (zdroj: 26

27 3.1.5 Kalkulace návratnosti investic do projektu virtualizace V předchozích kapitolách této práce byl již mnohokrát zmíněn nespočet přínosů přechodu na virtualizovanou serverovou infrastrukturu. Samotný projekt migrace na virtualizovanou platformu nicméně zůstává pro podnik finančně nákladným procesem. Proto je nezbytné již v této fázi velmi pečlivě spočítat návratnost všech investic do tohoto projektu. Pro kalkulaci návratnosti investice je důležité nejprve zjistit náklady na údržbu stávající serverové infrastruktury. V dalším kroku je potřeba vypočítat odhadované náklady na údržbu virtualizované serverové infrastruktury. Při tomto výpočtu by se měly zvážit potencionální úspory virtualizací serverů: snížení finančních výdajů na nákupy nových fyzických serverů, snížení spotřeby elektrické energie potřebné pro napájení a chlazení serverů, snížení nákladů na technickou údržbu fyzických serverů, redukce doby výpadku infrastruktury, snížení finančních nákladů na licence operačních systémů serverů, odprodej vyřazené techniky, redukce prostoru potřebného pro umístění serverů. Pro správný výpočet návratnosti investic do projektu virtualizace serverové infrastruktury lze doporučit specializované nástroje. Jedním z takových nástrojů je kalkulátor společnosti VMware. Tento kalkulátor pomůže připravit rozpočet projektu virtualizace serverové infrastruktury a určit možné časové rozvržení projektu včetně jeho návratnosti. 3.2 Fáze testování Testování a přezkoušení všech kritických podnikových aplikací ještě před nasazením do produkčního prostředí představuje efektivní způsob, jak zajistit vysokou kvalitu a vyhnout se potížím. Prvním krokem této fáze je vytvoření testovacího prostředí, které by mělo svými technologickými parametry co nejvěrněji odpovídat budoucímu produkčnímu prostředí 27

28 virtualizované serverové infrastruktury. Testovací prostředí musí být schopné zajistit bezproblémový provoz všech informačních systémů, které budou předmětem testování. Do seznamu testovaných aplikací je nutné zahrnout všechny kritické aplikace a systémy podniku. Pro každou aplikaci a systém je vhodné vytvořit samostatný testovací scénář, který bude obsahovat postup, jakým bude aplikace správně testována včetně akceptačních kritérií. Testovací proces má několik úrovní. V první fázi se jednotlivé aplikace a systémy nejprve testují samostatně. Cílem této fáze je ověřit, zdali aplikace fungují z pohledu svých funkcí správně. V další fázi se přechází na testování aplikací mezi sebou, aby se ověřila jejich vzájemná integrita. V poslední fázi testování se do testovacího prostředí zahrne maximální počet podnikových aplikací a systémů. V rámci této fáze se testuje integrita celého podnikového prostředí ve virtualizovaném prostředí. Vynecháním kterékoliv úrovně testování se zvyšuje riziko selhání projektu virtualizace v produkčním prostředí. 3.3 Fáze implementace Cílem této fáze projektu je vytvořit a nakonfigurovat virtualizační technologii v rámci serverové infrastruktury podniku na základě výstupů fáze technického návrhu. Implementační fáze bude kromě hostitelských serverů zahrnovat také konfiguraci síťové vrstvy a sdíleného úložiště pro soubory virtuálních serverů. Implementační fázi projektu zakončím tématem transformace fyzických serverů. V minulosti se projekty virtualizace serverové infrastruktury implementovaly výhradně s využitím externích specializovaných firem, protože se jednalo o poměrně neznámou technologii. Nicméně v současné době si tento druh projektu může podnik realizovat z velké části interními kapacitami za předpokladu, že disponuje dostatečně odborně vyspělým útvarem IT. Zajímavou variantou implementace projektu serverové virtualizace může být způsob, kdy analýzu stávající infrastruktury a návrh cílového řešení provede specializovaná firma a implementační část si podnik zajistí svými interními kapacitami. Výběr metody implementace projektu závisí na velikosti podniku, finančním rozpočtu projektu, technické vyspělosti interního útvaru IT, obchodních cílech podniku a požadovaném harmonogramu projektu. 28

29 3.3.1 Síťová vrstva Přechodem na virtuální serverovou infrastrukturu dojde v mnoha případech k výraznému zvýšení nároku na šířku pásma stávající síťové vrstvy. Výstupem plánovací fáze projektu v oblasti síťové infrastruktury by měl být návrh technických úprav síťové infrastruktury podniku pro dosažení požadované šířky pásma. Virtualizovaná infrastruktura často vyžaduje přítomnost několika oddělených virtuálních sítí VLAN (Virtual Local Area Network). Virtuální síť umožňuje segmentaci sítě do logických subsítí nezávislých na fyzické vrstvě. Tímto způsobem lze od sebe oddělit sítě podniku (např. síť pro servery podniku, koncové stanice uživatelů, hraniční síť atd.) a díky tomu zjednodušit správu provozu sítí. V případě implementace funkce migrace virtuálních serverů v reálném čase (live migration) je vhodné vyhradit pro tento účel samostatnou virtuální síť. Jak už bylo řečeno dříve, každý hostitelský server by měl obsahovat několik síťových karet. Pro bezpečný provoz se doporučuje vyhradit vždy dvě síťové karty u každého hostitelského serveru pro správu administrátory. Samostatná síťová karta by měla být vyčleněna pro funkci migrace virtuální serverů v reálném čase. Další síťové karty budou potřeba pro jednotlivé virtuální servery. Pro vzdálený přístup k virtuálním serverům nebo pro přístup virtuálních serverů ke vzdáleným umístěním je potřeba provést odpovídající konfigurace na firewallech podniku Sdílené úložiště Ve většině případů bude pro potřeby virtualizované serverové infrastruktury použito sdílené úložiště typu SAN (Storage Area Network). Propojení mezi hostitelskými servery a sdíleným úložištěm je nejčastěji realizováno pomocí technologie Fibre Channel. Jednou z hlavních výhod této technologie je vysoká datová propustnost. Pro propojení hostitelského serveru se sdíleným úložištěm se v tomto případě využívá speciální Fibre Channel karta. Díky tomu nedochází ke zvýšení zátěže síťových karet hostitelského serveru a v konečném důsledku celé síťové infrastruktury. 29

30 Pro dosažení optimálního výkonu sdíleného úložiště je doporučováno, aby maximální počet virtuálních serverů uložených na jedné logické jednotce sdíleného úložiště byl 32. Z pohledu konfigurace diskového pole je nejvýhodnější varianta RAID 10, která zajišťuje jak zrcadlení disků (ochrana dat), tak prokládaní dat (výkon pro čtení a zápis). Obrázek 6: Příklad konfigurace RAID 10 sdíleného úložiště (zdroj: Hostitelské servery Implementaci virtualizace na úrovni hostitelských serverů je vhodné rozdělit na fázi konfigurace hostitelských serverů a na převedení stávajících fyzických serverů na virtuální Konfigurace hostitelských serverů 30

31 Zjednodušený postup pro konfiguraci hostitelského serveru virtuální infrastruktury by měl obsahovat následující kroky: instalace virtualizační technologie na hostitelském serveru, vytvoření virtuálního serveru, přiřazení operační paměti RAM, diskové kapacity a síťové karty virtuálnímu serveru, instalace cílového operačního systému na virtuální server, konfigurace operačního systému virtuálního serveru dle technologických pravidel podniku, opakování tohoto postupu pro všechny virtuální stroje, které poběží na hostitelském serveru, vytvoření dokumentace serveru, předání dokumentace všem členům technického týmu podniku Převedení fyzických serverů na virtuální Proces transformace stávajících fyzických serverů podniku na virtuální bývá často označován zkratkou P2V (physical-to-virtual). V rámci tohoto procesu se nejprve uvolní operační systém na stávajícím fyzickém serveru a v další fázi dojde k přenesení všech aplikací a dat na virtuální server. Před spuštěním transformace je vhodné nejprve vyčistit původní fyzický server o nepoužívané aplikace a data, abychom do virtuálního prostředí přenášeli pouze takové systémy, které budou v podniku efektivně používány. Proces převodu je vhodné naplánovat mimo pracovní dobu podniku z důvodu možného přetížení síťové infrastruktury. Vhodnými prvními kandidáty na převod můžou být například webové servery podniku. Servery provozující kritické systémy podniku je vhodné převést až jako poslední. Pro transformaci stávajících fyzických serverů podniku na virtuální lze využít specializovaných nástrojů. Například společnost VMware nabízí nástroj VMware Convertor, který podporu nejčastější verze operačních systémů. 31

32 Po provedení migrace je potřeba zkontrolovat virtuální server, zdali neobsahuje nastavení z původního fyzického serveru, která se ve virtuálním prostředí nepoužívají (agenti, ovladače apod.) Závěr implementační fáze V závěrečné fázi implementace projektu virtualizace je nezbytné odborně proškolit interní zaměstnance IT útvaru podniku na implementované virtualizační technologie. IT správci podniku musí zavést základní údržbu virtualizované infrastruktury. Mezi základní postupy údržby patří pravidelný bezpečnostní a antivirový sken virtualizované infrastruktury, aby žádný server nezůstal nechráněný. Dále je nutné pravidelně kontrolovat dostatek volného místa na discích hostitelských a virtuálních serverů. Správci systému by měli na týdenní bázi kontrolovat protokoly událostí všech serverů. Velmi důležitou oblastí, které je potřeba věnovat zvýšenou pozornost, je kontrola korektního vytváření záloh všech virtuálních serverů podniku. 32

33 4 Technologie a zabezpečení virtuální infrastruktury V této kapitole se budu věnovat výběru technologie serverové virtualizace a tématu zabezpečení virtualizované infrastruktury podniku. V první části kapitoly se zaměřím na nabídku virtualizačních řešení v současné majoritních výrobců. V druhé části kapitoly popíšu základní pravidla pro zabezpečení virtualizované infrastruktury. 4.1 Technologie serverové virtualizace Výběr správné technologie patří k nejdůležitějším aspektům projektu implementace serverové virtualizace. Technologie serverové virtualizace by měla zohlednit všechny požadavky podniku na virtualizovanou infrastrukturu, proto je nezbytné znát kompletní nabídku jednotlivých výrobců. Při výběru technologie je nutné porovnat zejména základní metriky hypervisorů jako jsou maximální počet virtuálních strojů na hostitelském serveru, podpora operačních systémů, způsob správy serverů a licencování. Doporučení konkrétní technologie serverové virtualizace by měla být součástí výstupů fáze návrhu technické infrastruktury. Mezi hlavní dodavatele kompletního řešení pro virtualizaci serverové infrastruktury patří v současné době následující výrobci: VMWare, Citrix, Microsoft. Zakladatel serverové virtualizace na platformě x86, společnost VMWare, nabízí v současné době pravděpodobně nejkompletnější řešení pro virtualizaci datového centra podniku. Společnost Citrix díky akvizici se společností XenSource v roce 2007 nabízí virtualizační platformu XenServer. Softwarový gigant, společnost Microsoft, nabízí za účelem virtualizace serverů hypervisor s názvem Hyper-V. 33

34 Obrázek 7: Zastoupení výrobců virtualizačních řešení v roce 2008 a plán růstu do budoucna (zdroj: Technologie serverové virtualizace společnosti VMWare Společnost VMWare nabízí virtualizační řešení prostřednictvím produktu VMWare vsphere, který staví na hypervisoru ESX. Společnost VMWare nabízí na trhu virtualizační řešení již přes 10 let a proto je v současné době považována za dodavatele s nejkompletnější sadou produktů pro virtualizaci infrastruktury. Virtualizační řešení společnosti VMWare podporují následující funkce: jednotná konzole pro správu virtualizační infrastruktury včetně podpory skriptování za účelem automatizace správy, správa aktualizací pro hypervisor a virtuální stroje, technologie sdílení disků pro hostitelské servery, technologie migrace virtuálního serveru v reálném čase z jednoho hostitelského serveru na jiný (live migration), technologie migrace úložiště virtuálního serveru v reálném čase (live storage migration), správa zdrojů hostitelských serverů, 34

35 řízení spotřeby hostitelských serverů, technologická podpora migrace ne-virtualizovaného prostředí na virtualizovanou infrastrukturu. Mezi hlavní produkty společnosti VMWare pro podporu virtualizace serverové infrastruktury patří VMWare vsphere, VMWare vcenter a VMWare Server. VMWare vsphere jedná se o kompletní a robustní platformu pro virtualizaci datových center. Produkt VMWare vsphere obsahuje následující komponenty a nástroje: hypervisor VMware ESX poskytuje vysoce výkonnou virtualizační vrstvu, která abstrahuje hardwarové zdroje serverů a umožňuje jejich sdílení několika virtuálními stroji, VMware Distributed Resource Scheduler agreguje výpočetní zdroje fyzických serverů a dynamicky je přiděluje jednotlivým virtuálním strojům v závislosti na prioritách podniku, VMware Distributed Power Management zajišťuje automatickou optimalizaci energetické spotřeby hostitelských serverů, VMware vstorage Virtual Machine File System je výkonný souborový systém pro práci s clustery serverů, který umožňuje efektivní sdílení a řídí paralelní přístup virtualizovaných serverů ke sdílenému úložišti, VMware vstorage Thin Provisioning nabízí dynamické přidělování kapacity sdíleného úložiště virtuálním serverům, VMware vnetwork Distributed Switch vylepšuje a zjednodušuje správu a ovládání síťové komunikace mezi virtuálními stroji v prostředí vsphere, VMware VMotion eliminuje potřebu plánovat nedostupnost aplikací v rámci údržby serverů, VMware Storage VMotion zajišťuje plynulý chod aplikací, který není narušován plánovanou údržbou úložiště, VMware High Availability představuje efektivní způsob, jak automaticky a rychle (v řádu minut) restartovat aplikace v případě poruchy hardwaru nebo selhání operačního systému, 35

36 VMware Fault Tolerance poskytuje trvalou dostupnost jakékoli aplikace v případě poruchy hardwaru, VMware DRS dynamicky načítá zdroje hostujících serverů a podle priorit podniku je přiřazuje jednotlivým aplikacím, VMware Virtual Symmetric Multiprocessing umožňuje virtuálním serverům používat až osm fyzických procesorů současně, čímž zvyšuje jejich výkon, VMware Hot Add umožňuje přidávat do virtuálních strojů podle potřeby procesory a paměť bez přerušení činnosti. 36

37 Obrázek 8: Verze VMWare vsphere a jejich funkčnost (zdroj: VMWare vcenter je univerzální platforma pro správu prostředí VMware vsphere. Nabízí jednotnou správu všech hostitelských a virtuálních strojů v datovém centru podniku prostřednictvím společné konzoly. Umožňuje IT správcům zlepšit řízení, zjednodušit každodenní úkony a snížit složitost a nákladnost správy virtuální infrastruktury podniku. Servery pro správu virtualizované infrastruktury obsahují databáze s informacemi o inventáři a výkonu hostitelských a virtualizovaných serverů. Propojení mezi servery pro správu 37

38 a hostitelskými servery zajišťují agenti systému vcenter. Správci IT mohou přistupovat k systému vcenter Server pomocí klienta vsphere Client z libovolného počítače s operačním systémem MS Windows. Pro vzdálený přístup mohou také použít webový portál vcenter Web Access. Díky integrovanému vyhledávači je pak možné velmi rychle najít virtuální stroje, hostitele a jiné objekty v rámci virtualizované infrastruktury podniku. VMWare Server bezplatné řešení pro softwarovou virtualizaci serverů, kde hypervisor je instalován nad operačním systémem MS Windows nebo Linux. Obrázek 9: Porovnání bezplatné verze VMWare Server s komerčním řešením VMWare vsphere (zdroj: 38

39 4.1.2 Technologie serverové virtualizace společnosti Citrix Společnost Citrix koupila koncem roku 2007 firmu XenSource, která vyvinula virtualizační řešení XenServer. Tento produkt tvoří v současné době základ nabídky společnosti Citrix v oblasti virtualizace datových center. Kromě tohoto produktu nabízí společnost Citrix dále komplexní řešení pro centralizovanou správu virtuálních desktopů s názvem XenDesktop a v oblasti virtualizace aplikací nabízí produkt XenApp. Společnost Citrix nemá v současné době v nabídce (oproti společnosti VMWare a Microsoft) hypervisor pro softwarovou virtualizaci, kdy virtualizační vrstva se neinstaluje přímo na hardware hostovaného serveru, ale nad operačním systémem hostitelského serveru. Podobně jako společnost VMWare nabízí i Citrix bezplatnou verzi produktu XenServer. Mezi základní rysy produktu XenServer patří: nativní 64bitový hypervisor Xen, jednotná konzole Citrix XenCenter pro centralizovanou správu virtualizované infrastruktury datového centra, nástroj Citrix XenConvert pro převod mezi fyzickým a virtuálním prostředím, nebo mezi dvěma virtuálními platformami, podpora automatizovaného rozložení aplikační zátěže v rámci skupiny hostujících serverů za účelem optimálního běhu aplikací, sdílení prostředků mezi servery postavené na technologii Citrix XenMotion umožňující přesuny virtuálních strojů mezi servery bez přerušení služby a s nulovými časy odstávky, optimalizace paměti umožňující sdílení nevyužité paměti mezi virtuálními servery, automatická optimalizace energetické spotřeby fyzických serverů datového centra, podpora automatického restartu virtuálního serveru v případě poruchy hostujícího serveru, podpora neomezeného počtu hostitelských a virtuálních serverů, integrovaná správa ukládání dat virtuálních serverů. 39

40 Obrázek 10: Porovnání verzí produktu Citrix XenServer (zdroj: Technologie serverové virtualizace společnosti Microsoft Společnost Microsoft vstoupila do oblasti virtualizace serverové infrastruktury akvizicí společnosti Connectix v roce Společnost Connectix se v té době proslavila produktem Virtual PC, který umožňoval uživatelům platformy Macintosh spouštět aplikace určené pro operační systém MS Windows. V roce 2008 vydala společnost Microsoft hypervisor hardwarové virtualizace s názvem Hyper-V, který byl současně integrován do operačního systému MS Windows Server

41 Záhy společnost Microsoft upravila řadu svých nástrojů pro správu serverové infrastruktury za účelem podpory tohoto hypervisoru. V současné době nabízí společnost Microsoft hypervisor Hyper-V buď jakou součást operačního systému MS Windows Server 2008 nebo samostatně pod názvem MS Hyper-V Server Produkt MS Hyper-V Server 2008 nevyžaduje tedy přítomnost hostujícího operačního serveru a je nabízen bezplatně. Hypervisor Hyper-V podporuje následující operační systémy: Microsoft Windows Server 2000, Microsoft Windows Server 2003, Microsoft Windows Server 2008, Microsoft Windows XP, Microsoft Windows Vista, Microsoft Windows 7, SUSE Linux Enterprise Server 10, Rad Hat Enterprise Linex 5.2. Mezi základní charakteristiky produktu Hyper-V patří: nativní 64bitový hypervisor Hyper-V, podpora až 8 fyzických nebo 64 logických procesorů na hostujícím serveru, podpora až 1TB fyzické paměti hostujícího serveru, podpora běhu až 384 virtuálních strojů na hostujícím serveru, podpora až 4 virtuálních procesorů na každý virtuální server, podpora paralelního přístupu virtuálních serverů ke sdílenému úložišti SAN, nástroje pro centralizovanou správu virtualizované infrastruktury, podpora live migration, která umožňuje v případě potřeby přesunout virtuální server z jednoho hostujícího serveru na jiný bez přerušení nebo snížení výkonu aplikací běžících na virtuálním stroji, optimalizace energetické spotřeby hostujících serverů, podpora automatizovaného rozložení síťové zátěže virtuálních serverů za účelem optimálního běhu aplikací, podpora BitLocker pro šifrování dat virtuálních serverů, 41

42 podpora Live Backup pro zálohování dat virtuálních serverů bez přerušení běhu aplikací virtuálního stroje, podpora Virtual Machine Snapshots pro možnost ukládání aktuálních snímků virtuálních serverů. Obrázek 11: Porovnání verzí produktu Microsoft Hyper-V (zdroj: 42

43 4.2 Zabezpečení virtuální infrastruktury Rozdělení serverové infrastruktury podniku na fyzickou a virtuální představuje nové přístupy v zabezpečení. Z pohledu bezpečnosti je nutné chránit nejen fyzickou, ale i virtuální serverovou infrastrukturu. Za tímto účelem je potřeba dodržovat následující bezpečnostní zásady: správně identifikovat osoby přistupující k fyzické nebo virtuální infrastruktuře, těmto osobám přidělit odpovídající přístupová práva na bázi need-to-have, zaručit důvěrnost informací uložených v infrastrukturách - informace jsou přístupné pouze takovým uživatelům, kteří mají k tomu oprávnění, zaručit dostupnost informací uložených v infrastrukturách - informace jsou pro oprávněné uživatele přístupné v okamžiku jejich potřeby, zaručit integritu dat uložených v infrastrukturách - informace jsou správné a úplné, v organizaci zavedené bezpečnostní zásady prosazovat také na virtuální infrastrukturu podniku, pravidelně monitorovat aktivity v infrastrukturách, auditovat bezpečnostní události v infrastrukturách, spravovat a aktualizovat infrastrukturu s cílem zajistit vysoký stupeň zabezpečení na všech úrovních. Vzhledem ke složitosti a komplexnosti virtualizované serverové infrastruktury se doporučuje rozdělit implementaci bezpečnostních opatření do následujících pěti kategorií: ochrana důležitých informací uložených v infrastrukturách, fyzická ochrana serverové infrastruktury, ochrana operačních systémů, bezpečné nastavení přístupu k informacím, zabezpečení vzdáleného přístupu k serverové infrastruktuře. Pro správné zabezpečení serverové infrastruktury podniku je potřeba věnovat pozornost všem z uvedených kategorií. Jako výhodné se v současné době ukazuje provedení 43

44 bezpečnostních testů na zranitelnost serverové infrastruktury specializovaným externím dodavatelem Ochrana důležitých informací uložených v infrastrukturách Informace uložené ve virtuální a fyzické infrastruktuře je vhodné rozdělit do několika kategorií podle jejich důležitosti (např. kritické, důležité, standardní apod.). Na jednotlivé kategorie informací je potřeba aplikovat různé úrovně ochrany. Zvláštní pozornost je potřeba věnovat především souborům, které tvoří samotné virtuální servery. U těchto dat je nezbytné nastavit pravidelné zálohování a vytváření snímků jednotlivých virtuálních serverů. Na úrovni virtualizované infrastruktury je potřeba věnovat pozornost zabezpečení databázového systému určeného pro správu virtualizovaných serverů. K databázím by měly mít přístup pouze oprávněné osoby. Všechny uživatelské aplikace provozované na virtuálních serverech by měly splňovat minimální bezpečnostní požadavky (autentifikace uživatelů, logování událostí apod.) Fyzická ochrana serverové infrastruktury Fyzický přístup osob do datového centra podniku by měl být povolen jen na velmi omezený okruh zaměstnanců. Přístupy k hostitelským serverům je nutné monitorovat. Fyzický přístup do datového centra podniku by měl být zaměstnanci povolen na základě ověření pomocí kombinace hardwarového a softwarového identifikačního systému (např. čipová karta + heslo). Velká část organizací věnuje zvýšenou pozornost zabezpečení produkčních serverů společnosti. Nicméně stejný stupeň zabezpečení serverové infrastruktury musí být aplikován také na testovací a vývojové prostředí podniku. K serverové infrastruktuře podniku přistupují uživatelé většinou vzdáleně ze svých osobních počítačů, proto je nutné zabezpečit přístup k těmto zařízením. Softwarové ověřování uživatelů ke svému počítači je vhodné doplnit o hardwarový identifikační systém (čipové karty, biometrické systémy apod.). Velkou pozornost je nutné také věnovat bezpečnostním 44

45 opatřením zamezujícím úniku důležitých dat z počítače zaměstnance (např. přes USB rozhraní, CD/DVD vypalovací mechaniky apod.). V neposlední řadě nesmíme zapomenout na vhodný způsob zabezpečení sítě podniku. Velkým bezpečnostním rizikem může být pro podnik otevřená bezdrátová síť WiFi Ochrana operačních systémů Základním cílem zabezpečením operačních systémů hostitelských a virtuálních serverů je snížení rizika útoku na server neoprávněnou osobou. V případě hypervisorů je vhodné nastavit nejvyšší úroveň zabezpečení v rámci samotné instalace. Nastavením nejvyšší úrovně zabezpečení hypervisoru dojde k automatickému zašifrování veškerého příchozího a odchozího provozu serveru. Zvýšenou pozornost je potřeba věnovat instalaci antivirového software na hostitelských serverech. V případě virtuálních technologií společností Microsoft nebo Citrix je vhodné zvážit instalací standardních antivirových nástrojů určených pro platformu Windows nebo Linux. Společnost VMWare nabízí za tímto účelem produkt s názvem VMSafe. Díky instalaci této technologie přímo nad hypervisorem hostitelského serveru dojde automaticky k zabezpečení všech virtuálních serverů hostitele, takže není nutné instalovat antivirovou ochranu na jednotlivé virtuální stroje. IT správci musí zajistit pravidelnou instalací aktualizací a oprav jak hypervisorů, tak operačních systémů virtuálních serverů Bezpečné nastavení přístupu k informacím Tato bezpečnostní kategorie se zabývá identifikací uživatelů a přidělením oprávnění pro práci ve virtualizované infrastruktuře. Protože identifikace uživatelů probíhá na mnoha úrovních infrastruktury, je vhodné použít ověřování vůči doméně, např. Active Directory. Pro tento typ ověřování se doporučuje nastavit globální zásady účtu v doméně, tzv. Group Policy. Pomocí globálních zásad lze například pro všechny účty v doméně vynutit jednotnou politiku 45

46 hesel a uzamykání účtů (např. minimální délka hesla, historie hesel, doba uzamčení účtu apod.). Pro IT správce se dále doporučuje zvýšit zabezpečení přístupu k virtuálním serverům pomocí dvouúrovňového ověření, např. čipová karta + uživatelské heslo. Přístupy k virtuálním serverům je vhodné založit na uživatelských rolích namísto přidělování oprávnění konkrétním uživatelům. Za účelem sledování změn je vhodné také aktivovat monitorování přístupu k adresářům s důležitými informacemi na virtuálních i hostitelských serverech Zabezpečení vzdáleného přístupu k serverové infrastruktuře V současné době se stále častěji stává trendem podpora vzdáleného přístupu k serverové infrastruktuře podniku. Například IT správce může v naléhavých případech vzdáleně provést z domova servisní zásah do serverové infrastruktury podniku. Za účelem vzdáleného přístupu k hostitelským serverům se doporučuje využít virtuální privátní síť (VPN) založenou na protokolu SSL nebo IPSec. Ideálním řešením je, pokud se všechny hostitelské servery a počítače pro jejich správu umístí společně do vyhrazené virtuální sítě, do které nebudou mít jiné počítače nebo služby přístup. Nicméně i v tomto případě je nezbytné komunikaci mezi hostitelským serverem a počítačem určeným pro jeho správu šifrovat. 46

47 5 Zajištění vysoké dostupnosti virtuální infrastruktury V této části bakalářské práce se budu věnovat tématu zajištění vysoké dostupnosti virtualizované infrastruktury podniku. V první části této kapitoly se zaměřím na zajištění vysoké dostupnosti základních komponent virtualizované infrastruktury, jako jsou hostitelské servery, sdílené úložiště a virtuální služby. V druhé části popíšu základní pravidla pro zálohování virtualizované infrastruktury. 5.1 Vysoká dostupnost hostitelských serverů, sdíleného úložiště a virtuálních služeb V případě výpadku kritických informačních systémů dochází k přerušení kontinuity provozu podniku, což může vést k významným finančním ztrátám. Z tohoto důvodu je jedním z hlavních cílů podnikových IT útvarů zajistit vysokou dostupnost zejména kritických informačních systémů. Pro zajištění vysoké dostupnosti virtualizované infrastruktury je nezbytné, aby každý fyzický server plnící roli hostitele pro virtuální služby disponoval určitou formou redundance. V případě selhání hardware hostitelského serveru musí jeho virtuální služby převzít jiný hostitelský server. Pro zajištění redundance hostitelských serverů se nejčastěji využívá určitý druh clusterování. Cluster je seskupení několika serverů propojených nejčastěji počítačovou sítí, které spolu úzce spolupracují za účelem zvýšení výpočetní rychlosti nebo dostupnosti provozovaných služeb. Pro zajištění vysoké dostupnosti virtualizované infrastruktury nabízí společnost VMWare technologii VMWare High Availability. Tento produkt v případě výpadku hardware hostitelského serveru nebo jeho operačního systému zajistí automatické přenesení všech virtuálních služeb na jiný hostitelský server v rámci clusteru a to bez zásahu IT správce a bez přerušení běhu provozovaných aplikací. 47

48 Také společnost Citrix za tímto účelem nabízí ve svém produktu XenServer podobnou technologii, která v případě výpadku virtuálního serveru, hypervisoru nebo hostitelského serveru zajistí přesun všech virtuálních služeb na jiný hostitelský server. Společnost Microsoft zvolila k problematice zajištění vysoké dostupnosti virtualizované infrastruktury podobný přístup s produktem Failover Clustering. Pokud dojde k výpadku fyzického serveru v ne-virtualizované infrastruktuře, dojde zároveň k výpadku všech aplikací a služeb provozovaných na dotčeném serveru a to do doby, než dojde k opravě serveru. Technologie Failover Clustering nicméně v podobném případě automaticky zajistí přenesení všech aplikací a služeb na jiný server v rámci skupiny. Uživatelé aplikací tak mohou bez problému pokračovat ve své práci bez vědomí toho, že došlo k nějakému výpadku. Obrázek 12: Technologie Failover Clustering (zdroj: V případě hostitelských serverů je neméně důležité zajistit nepřetržitý zdroj napájení. Tento požadavek lze vyřešit využitím samostatných UPS zařízení k jednotlivým serverům nebo zvolit centralizovanou infrastrukturu řízení spotřeby datového centra podniku. Pro zajištění vysoké dostupnosti virtualizované infrastruktury je také nutné zajistit redundanci sdíleného úložiště virtuálních serverů. Jako první řešení se nabízí RAID 48