ИСиС_Семестр5_Лабы

2

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

"Настройка виртуальных машин для работы в общей локальной сети"

Цель работы: ознакомиться с процессом работы платформы виртуализации и ВМ

Аппаратное обеспечение

Минимальные системные требования:

CPU: одноядерный с тактовой частотой 3 GHZ;

RAM: 1,5 ГБ;

HDD: 4 GB доступного места на жёстком диске;

GPU: видеоадаптер и монитор Super VGA (800 x 600) и выше;

CD-ROM или привод DVD;

клавиатура и мышь Microsoft или совместимые устройства.

Рекомендуемые системные требования:

CPU: двух/четырехядерный с тактовой частотой 3 GHZ;

RAM: 2 ГБ;

HDD: 4 GB доступного места на жёстком диске;

GPU: видеоадаптер и монитор Super VGA (800 x 600) и выше;

CD-ROM или привод DVD;

клавиатура и мышь Microsoft или совместимые устройства.

Программное обеспечение

Хостовая операционная система на базе Windows / OS X / Linux / Solaris;

Oracle VM VirtualBox;

гостевая ОС Windows 2003;

гостевая ОС Windows XP.

3

Теоретическая часть

Алгоритм программной виртуализации в архитектуре x86

В архитектуре x86 существует четыре уровня привилегий (колец защиты). Выполнение инструкций в кольце 0 именуется привилегированным режимом. В этом кольце, имеющем максимальные привилегии, выполняется ядро основной ОС, поскольку имеется полный доступ к процессору.

Привилегированные команды могут исполняться только на нулевом кольце. Кольца 1 и 2 не используются, а в кольце 3 работают приложения.

Выполнение инструкций в кольце 3 называется пользовательским режимом. Основная идея реализации программной виртуализации в архитектуре

х86 заключатся в том, чтобы хостовую ОС выполнять в нулевом кольце, а гостевые OC – в третьем кольце.

Реализация программной виртуализации

Реализация программной виртуализации

Гостевые ОС могут выполнять только непривилегированные инструкции, как и обычные приложения. Попытка гостевой ОС выполнить в пользовательском режиме привилегированную инструкцию вызовет исключение, которое перехватывается монитором ВМ, называемым также гипервизором. Далее гипервизор будет эмулировать эту команду для виртуальной машины как бы от имени хостовой ОС. При этом сам гипервизор, как и хостовая ОС, функционирует в нулевом кольце. Такой метод получил название ring-deprivileging.

Однако, этого недостаточно, поскольку необходимо решить, как поступать с проблемными инструкциями, которые гипервизор не может перехватить. Следовательно, гипервизор должен контролировать работу гостевой ОС, выявлять появление проблемных непривилегированных команд и не допускать их выполнения.

4

Типы программной виртуализации

Существует два базовых метода реализации программной виртуализации:

метод динамической трансляции и метод модификации гостевой OC (паравиртуализация).

Динамическая трансляция

При динамической трансляции (используется также термин бинарная трансляция) проблемные команды гостевой OC перехватываются гипервизором и модифицируются (заменяются на безопасные команды), после чего управление возвращается гостевой ОС.

В результате гостевая ОС вместе со всеми приложениями фактически становится одним "обычным" приложением хостовой ОС, из-под которой она запущена. Гостевой ОС попросту "подсовывается" ВМ, очень напоминающая реальную x86-машину. Гостевая ОС принимает ВМ за реальный компьютер и начинает на этой ВМ, имитируемой хостовой ОС, работать.

Паравиртуализация

В методе паравиртуализации частично подвергается модификации исходный код гостевой ОС. Перед выполнением программный код гостевой ОС просматривается на наличие проблемных инструкций и в спорных местах вставляются команды перехода на гипервизор (так называемые гипервызовы [hypercalls]), где специальный генератор кода заменяет проблемные инструкции. В результате удаётся избежать появления проблемных команд. В методе паравиртуализации модифицируется только ядро ОС, а библиотеки и приложения уровня пользователя остаются неизменными. Гипервизор предоставляет гостевой ОС специальный API, с которым она и взаимодействует, вместо того чтобы обращаться напрямую к таким ресурсам, как таблица страниц памяти.

Метод паравиртуализации позволяет добиться более высокой производительности, чем метод динамической трансляции. В то же время, метод паравиртуализации применим лишь в том случае, если гостевые ОС имеют открытые исходные коды (например, OC семейства Linux) – их можно модифицировать согласно лицензии. Однако для OC семейства Windows с закрытыми кодами использование метода паравиртуализации невозможно.

Аппаратная виртуализация

Как уже отмечалось, процессоры с архитектурой x86 не поддерживают виртуализацию на аппаратном уровне и для её реализации применяются различные программные ухищрения. Тем не менее такая ситуация сохранялась вплоть до 2005 года, когда компания Intel разработала аппаратную поддержку виртуализации в своих новых процессорах. Данная технология, получившая название Intel VT-x (кодовое название Vanderpool), поддерживается

5

практически всеми (за исключением младших моделей) новыми процессорами

Intel семейства Intel Core 2 Duo и процессорами семейства Intel Core 2 Quad.

Позднее и компания AMD реализовала аппаратную поддержку виртуализации в своих процессорах, которая получила название AMD Pacific.

В отличие от программной виртуализации, с помощью аппаратной возможно получение изолированных гостевых систем, управляемых гипервизором напрямую. Такой подход может обеспечить простоту реализации платформы виртуализации и увеличить надёжность платформы с несколькими одновременно запущенными гостевыми системами. Более того, аппаратная поддержка виртуализации теоретически должна повысить производительность ВМ, поскольку в этом случае исключены потери производительности на обслуживание хостовой системы. Такая модель позволяет приблизить производительность гостевых систем к реальным и сократить затраты производительности на поддержание хостовой платформы.

Технологии Intel VT-x и AMD Pacific реализованы совершенно поразному, хотя и приводят к единому результату. Фактически в обоих случаях речь идёт не о переделке микроархитектуры процессора, а о программных "заплатках", позволяющих скрыть некоторые недостатки архитектуры x86, т.е. в обоих случаях аппаратная поддержка виртуализации подразумевает некоторый дополнительный набор инструкций, облегчающих выполнение на аппаратном уровне операций, которые до этого можно было выполнять только программно, затрачивая дополнительные вычислительные ресурсы.

Речь идёт об инструкциях процессора для предоставления прямого доступа к ресурсам процессора из гостевых систем, т.е. об инструкциях, которые позволяют выполнять привилегированные инструкции, генерируемые гостевой ОС.

Аппаратная поддержка виртуализации на уровне процессора не означает, что теперь можно обойтись без гипервизора. Более того, для того чтобы воспользоваться преимуществами аппаратной поддержки виртуализации, потребуется гипервизор, который поддерживал бы технологии аппаратной виртуализации Intel VT и AMD Pacific.

6

Практическая часть

Запускаем главное окно программы.

Главное окно программы

Жмём кнопку Создать и переходим к процессу создания новой ВМ.

Мастер создания виртуальной машины

7

Первая созданная ВМ будет работать под Windows XP. Выбираем соответствующие пункты.

Выбор типа устанавливаемой ОС

Устанавливаем максимальное количество ОЗУ, с которой будет работать ВМ (RAM ВМ будет резервироваться из реальной ОЗУ компьютера).

Выбор размера основной памяти

8

Подключаем виртуальный жёсткий диск. Жмём кнопку Существующий и

переходим к окну Менеджер виртуальных носителей.

Окно выбора виртуального жёсткого диска

В окне менеджера виртуальных носителей жмём Добавить.

Менеджер виртуальных носителей

9

На данном этапе производим поиск файл – образа искомой ОС.

Окно поиска образов виртуальных жестких дисков

Повторяем процедуру, проделанную в пунктах 6-7, для виртуального жёсткого диска с установленной WS2003.

Обновленное окно менеджера виртуальных носителей

10