Macchina virtuale (VM)

Cos'è una macchina virtuale (VM)?

Sono due i modi principali in cui la virtualizzazione viene utilizzata dalle organizzazioni. Le aziende possono avvalersi di una combinazione di queste due opzioni nella loro rete, in base alle loro esigenze.

La prima opzione è rappresentata dai desktop virtuali. Questa tecnologia crea una workstation virtuale che offre un'esperienza standard e condivisa su tutti i desktop virtuali su una rete centrale. Gli utenti possono accedere facilmente al desktop virtuale da remoto su Internet e lavorare in modo uniforme indipendentemente dal dispositivo che utilizzano per accedervi. L'interfaccia desktop è limitata e gli utenti hanno accesso solo ad applicazioni specifiche. Queste workstation non utilizzano risorse hardware virtuali come CPU, memoria o storage e non sono più attive quando l'utente si disconnette.

Le macchine virtuali, d'altra parte, offrono un'esperienza di PC virtuale personalizzabile che fornisce all'utente risorse hardware specifiche. Sulle macchine virtuali è disponibile una gamma più vasta di applicazioni rispetto ai desktop virtuali. Le macchine virtuali sono inoltre isolate da tutte le altre macchine virtuali sulla rete e continuano a esistere nel sistema anche dopo che l'utente si è disconnesso. In pratica, garantiscono la stessa esperienza di un PC desktop ma senza la manutenzione richiesta per l'hardware.

Virtualizzazione completa: la virtualizzazione completa prevede la creazione di macchine virtuali per simulare le funzionalità dei computer fisici. Garantisce:

• virtualizzazione basata su hypervisor: questo metodo consente di eseguire gli hypervisor direttamente sull'hardware fisico, fornisce un accesso diretto e offre prestazioni elevate;
• virtualizzazione assistita da hardware: consente un maggiore isolamento tra i sistemi operativi guest e gli host offrendo supporto alla virtualizzazione attraverso CPU ed estensioni hardware.

Paravirtualizzazione: la paravirtualizzazione consente all'hypervisor e ai sistemi operativi guest di operare in sinergia, migliorando la velocità e le prestazioni.

• Panoramica della paravirtualizzazione: la paravirtualizzazione facilita l'interazione tra il sistema operativo guest e l'hypervisor per consentire la comunicazione diretta e la condivisione delle risorse.
• Vantaggi e casi d'uso della paravirtualizzazione: la paravirtualizzazione supporta l'utilizzo efficace delle risorse, migliorando così la scalabilità. Riduce l'overhead dell'emulazione hardware e garantisce una comunicazione diretta con l'hypervisor. La paravirtualizzazione può essere utilizzata nel consolidamento dei server e nell'High Performance Computing, che richiedono livelli elevati di prestazioni ed efficienza.

Containerizzazione: la containerizzazione crea e distribuisce ambienti applicativi isolati, noti come container, che garantiscono un'elaborazione omogenea e portatile in tutti gli ambienti.

• Differenza tra macchine virtuali e container: le macchine virtuali simulano il sistema operativo, consentendo l'esecuzione di istanze isolate su un singolo server fisico. Al contrario, i container condividono il sistema operativo dell'host, offrendo ambienti di runtime isolati.
• Vantaggi e applicazioni della containerizzazione: la containerizzazione offre molteplici vantaggi quali isolamento, efficienza e portabilità. I microservizi facilitano il test e l'implementazione di applicazioni modulari e scalabili, accelerando lo sviluppo rapido.

Hypervisor

Un hypervisor è un software che consente la creazione e la gestione di macchine virtuali (VM). Supporta l'esecuzione simultanea di diversi framework su un unico computer host fisico, condividendo le risorse delle apparecchiature sottostanti.

• Definizione e ruolo di un hypervisor: un hypervisor è un mezzo tra l'apparecchiatura vera e propria e le macchine virtuali che vengono eseguite su di essa. Offre un livello di deliberazione che virtualizza l'apparecchiatura nascosta, consentendo a diverse macchine virtuali di operare in modo autonomo e protetto. L'hypervisor si occupa dell'assegnazione e dell'utilizzo delle risorse dell'host, quali chip del computer, memoria, storage, reti e amministrazione dei sistemi. Garantisce che a ogni macchina virtuale venga assegnata una quota ragionevole di risorse, garantendo al contempo l'isolamento tra di esse.
• Tipi di hypervisor: esistono due tipi di hypervisor:

1. Tipo 1 - Hypervisor bare-metal: l'hypervisor bare metal viene eseguito sull'hardware del computer host senza un sistema operativo sottostante. Si collega agli asset delle apparecchiature e amministra la virtualizzazione per i framework operativi dei visitatori. Questo hypervisor è comunemente utilizzato nelle applicazioni di virtualizzazione dei server e garantisce un'esecuzione e una sicurezza migliori, poiché non esiste un livello di framework operativo aggiuntivo.
2. Tipo 2 - Hypervisor in hosting: un hypervisor in hosting viene eseguito al di sopra di un framework operativo dell'host. Dipende dal sistema operativo dell'host per i driver dei dispositivi e per le comunicazioni con le altre apparecchiature. Gli hypervisor del secondo tipo vengono spesso utilizzati per la virtualizzazione delle aree di lavoro e sono più semplici da configurare e utilizzare. Consentono ai clienti di eseguire diversi sistemi operativi guest sui PC.

Sistema operativo guest

• Importanza e funzionalità di un sistema operativo guest: il sistema operativo guest è un componente fondamentale di una macchina virtuale (VM) in quanto offre l'ambiente in cui vengono eseguite le applicazioni. Il suo ruolo e la sua utilità all'interno di una macchina virtuale includono la capacità di eseguire operazioni relative ad applicazioni, gestione delle risorse, driver dei dispositivi, sicurezza e isolamento, oltre alla gestione dei file system.
  
• Considerazioni sulla compatibilità con le macchine virtuali: tra gli elementi chiave della compatibilità ci sono i sistemi operativi guest supportati, i driver e l'integrazione, le prestazioni e l'ottimizzazione, le licenze e i diritti di virtualizzazione.

Hardware virtuale: per apparecchiatura virtuale si intende un prodotto caratterizzato dall'imitazione o dalla virtualizzazione di un'apparecchiatura reale all'interno di un ambiente di macchine virtuali (VM). Consente a più macchine virtuali di condividere e utilizzare in modo efficiente gli asset delle apparecchiature. Gli elementi fondamentali delle apparecchiature virtuali sono:

• Virtualizzazione della CPU: astrae e segmenta la CPU fisica in CPU virtuali, consentendo l'esecuzione simultanea di più VM su un server fisico.
• Virtualizzazione della memoria: astrae la memoria fisica nella memoria virtuale, offrendone un'allocazione e una gestione efficienti.
• Virtualizzazione dello storage e dei dischi: consente il pooling delle risorse di storage e il provisioning dei dischi virtuali.
• Virtualizzazione della rete: esegue l’overlay delle reti virtuali su reti fisiche per migliorare l’agilità e l’uso della rete e delle risorse di rete.

Virtualizzazione dei server

• Consolidamento di più server in un unico host: la virtualizzazione dei server consente di combinare numerosi server in una singola macchina host. Anziché impegnare un server per ogni applicazione o responsabilità, la virtualizzazione prevede la produzione di diverse macchine virtuali (VM) su un singolo server. Offre vantaggi quali risparmio sui costi, ottimizzazione delle risorse, facilità di gestione, scalabilità e flessibilità. 
• Bilanciamento del carico ed elevata disponibilità: la virtualizzazione dei server fornisce un meccanismo di bilanciamento del carico ed elevata disponibilità per garantire l'accessibilità persistente e l'uso produttivo degli asset. Il bilanciamento del carico prevede l'assegnazione logica delle macchine virtuali in base all'uso degli asset, al traffico di rete o a regole predefinite. In questo modo nessun host viene sovraccaricato mentre altri rimangono sottoutilizzati. Per elevata disponibilità si intende la capacità di mantenere in funzione le applicazioni e le amministrazioni.

Ambienti di test e sviluppo

• Creazione di ambienti di sviluppo isolati: i progettisti possono configurare macchine virtuali dedicate all'avanzamento della programmazione, per poter lavorare in un contesto circoscritto e controllato. I vantaggi dell'utilizzo delle macchine virtuali per gli ambienti isolati includono l'omogeneità dell'ambiente, la possibilità di condurre test sandbox, l'isolamento, la sicurezza, la personalizzazione e la portabilità.
• Test della compatibilità e della scalabilità del software: le macchine virtuali sono essenziali per testare la compatibilità e la scalabilità del software. Gli sviluppatori e i tester del software possono creare rapidamente macchine virtuali con allestimenti espliciti per testare la somiglianza della programmazione tra diverse fasi, programmi e adattamenti. Le macchine virtuali tengono conto della scalabilità semplice delle condizioni di test. I tester possono creare diverse istanze di VM e ricreare elevati carichi dei client o condizioni dell'organizzazione per valutare l'esecuzione e l'adattabilità della programmazione.

Cloud computing e virtual data center

• Infrastructure as-a-Service (IaaS) e macchine virtuali: l'IaaS è un modello di elaborazione distribuito che fornisce asset virtualizzati sul web. Le macchine virtuali svolgono un ruolo fondamentale nell'IaaS e possono essere utilizzate per istanze di VM, allocazione di risorse on demand e multi-tenancy.
• Gestire e scalare le implementazioni di macchine virtuali: l'amministrazione produttiva e la scalabilità sono fondamentali per le organizzazioni di macchine virtuali in condizioni cloud. Alcune considerazioni principali riguardano l'automazione, l'orchestrazione, il monitoraggio delle risorse, la scalabilità automatica, il bilanciamento del carico, il backup e il disaster recovery.

Virtualizzazione desktop

• Infrastruttura desktop virtuale (VDI): la VDI è un'innovazione per la virtualizzazione dell'area di lavoro che consente ai clienti di accedere ai loro ambienti desktop da remoto, a distanza o su diversi dispositivi. La VDI prevede la facilitazione delle macchine virtuali (VM) su una base di server unificata e la trasmissione dell'esperienza dell'area di lavoro ai clienti finali dell'organizzazione. I suoi componenti chiave includono desktop virtuali, gestione centralizzata, accesso remoto e gestione dei profili degli utenti.
• Accesso remoto ed elaborazione thin client: la virtualizzazione desktop consente l'accesso remoto e l'elaborazione thin client, supportando un'esperienza di elaborazione snella. Offre uno storage centralizzato di dati e applicazioni e una maggiore sicurezza e protezione dei dati.