VMware vSphere è il nome dato alla versione 4 della principale piattaforma di virtualizzazione di VMware: vSphere è da intendersi come una "suite" di software, funzionalità e servizi pensati per il cloud computing.

I prossimi articoli verranno scritti e strutturati per risultare nel loro insieme una guida o un manuale in italiano a VMware vSphere; inoltre, le prove dimostrative verranno eseguite in un laboratorio virtuale che può essere ricreato in casa, con un impiego di risorse economiche ridotto al minimo: vedremo che sarà sufficiente un PC ben carrozzato, non ci sarà la necessità di dotarsi di più server con SAN dedicata.

Il Cloud Computing

Internet è spesso rappresentata nei diagrammi di rete come una nuvola (cloud in inglese). L'architettura del cloud computing prevede uno o più server reali connessi a complesse architetture di storage: in sostanza, si tratta di un modo per nascondere le caratteristiche fisiche di un sistema nelle sue interazioni con altre risorse. Si può fare in modo che una singola risorsa fisica appaia come numerose risorse virtuali, viceversa si può fare in modo che numerose risorse fisiche appaiano come un’unica risorsa logica.

Ad esempio, lo storage nel cloud computing slega il servizio di memorizzazione dei dati, offerto al livello applicativo, dall’infrastruttura fisica di memorizzazione sottostante. Ciò che sarà sfruttato è in sostanza uno spazio virtuale fisicamente costituito da una SAN, da un NAS, da dischi locali su server o da una combinazione di questi elementi. L'immagine a lato descrive meglio il concetto: un server virtuale (VM, virtual machine) è un sistema operativo installato su risorse distribuite tra più server e tipi di storage. La macchina virtuale vedrà delle risorse come quelle fornite da un classico server fisico (cpu, ram, disco, etc..) ma la complessa architettura sottostante sarà trasparente e invisibile, come una nuvola.

VMware vSphere: componenti principali

VMware ESX

E' un sistema operativo installato fisicamente su tutti i server che fanno parte dell'infrastruttura di virtualizzazione (cloud). VMware ESX è una versione di Linux ottimizzata per la virtualizzazione; si installa direttamente (si dice “bare metal”) sull’hardware di ogni server, e inserisce un solido strato di virtualizzazione tra l’hardware stesso e il sistema operativo. Consente di partizionare un server fisico in più macchine virtuali sicure e portabili, eseguibili simultaneamente sullo stesso server fisico.

Ciascuna macchina virtuale è completa di processori, memoria, rete, storage e BIOS, in modo da consentire l’utilizzo contemporaneo di sistemi operativi e applicazioni software (Windows, Linux, Solaris e NetWare). La condivisione delle risorse del server fisico in numerose macchine virtuali ottimizza l’utilizzo dell'hardware e riduce in modo notevole i costi. L’architettura bare metal consente di controllare le risorse del server allocate a ciascuna macchina virtuale e garantisce prestazioni in tutto e per tutto assimilabili a quelle dei sistemi tradizionali, nonché una scalabilità di classe enterprise.

Negli ultimi anni VMware ha introdotto una nuova versione di ESX, chiamata ESXi. VMware ESXi è disponibile con qualsiasi versione di VMware vSphere e supporta tutte le funzioni previste da vSphere. Inoltre, a partire dalle prossime release di vSphere, ESXi sarà l'unica architettura supportata. VMware ESXi è considerato da VMware l'hypervisor di nuova generazione, fornendo un nuovo fondamento per le infrastrutture virtuali.

Qual è la differenza tra VMware ESXi e VMware vSphere ESX? ESX è un sistema operativo vero e proprio (basato su Linux Red Hat), occupa memoria, spazio, risorse e deve essere aggiornato di frequente come ogni distribuzione Linux o Windows e deve avere un buon sistema di protezione integrato. Anche ESXi è un hypervisor "bare-metal", nel senso che si installa direttamente su un server fisico, ma in esso il sistema operativo Linux Red Hat (la cosidetta Service Console) è stato rimosso, e tutti gli agenti VMware vengono eseguiti direttamente sul kernel (chiamato VMkernel). Rimane così un sistema operativo leggerissimo, che occupa solo 32MB. I servizi di infrastruttura sono forniti nativamente attraverso i moduli inclusi nel VMkernel.

Esiste poi la versione gratuita di ESXi, ora chiamata semplicemente VMware vSphere hypervisor, che risulta essere semplicemente una versione di vSphere ESXi senza licenza, nel senso che non sono abilitate le funzionalità avanzate richieste con la versione a pagamento. VMware vSphere Hypervisor è in ogni caso aggiornabile all'edizione a pagamento, semplicemente con l'inserimento della licenza corretta.

In generale, i server fisici su cui viene installato VMware ESX o ESXi sono chiamati host, mentre i server virtuali sono chiamati VM (Virtual Machines, ossia macchine virtuali).

VMware vCenter server

E' il software di gestione centralizzata degli hosts ESX. In pratica è il "centro di comando" che si occupa di gestire le varie funzionalità dell'architettura vSphere. Di fatto si tratta di un insieme di programmi da installare su un computer con Windows Server. E' possibile installare vCenter Server su una macchina virtuale facente parte della stessa infrastruttura vSphere. VMware vCenter Server fornisce l'amministrazione dei servizi di infrastruttura e applicativi, nonché l'automazione delle attività operative quotidiane assicurando massima visibilità su ogni aspetto dell'ambiente VMware vSphere, sia esso di grandi o piccole dimensioni.

VMware vSphere Client

è l'interfaccia grafica client che serve per collegarsi al vCenter server.

Al momento esiste solo per Windows e può essere installata sulla stessa macchina dove risiede vCenter Server.

VMware vStorage Virtual Machine File System (VMFS)

è un cluster file system ad alte prestazioni che ottimizza la condivisione e controlla l'accesso simultaneo alle risorse di storage da parte dei server virtualizzati. VMware vStorage Thin Provisioning fornisce l'allocazione dinamica della capacità di storage e consente di non allocare immediatamente lo spazio storage dedicato alle VM.

VMware vNetwork

Servizi di infrastruttura che consentono di amministrare e gestire in maniera ottimale le attività di networking negli ambienti virtuali.

VMware vNetwork Distributed Switch

semplifica e potenzia il provisioning, l'amministrazione e il controllo di macchine virtuali in rete negli ambienti VMware vSphere™. Consente inoltre di utilizzare switch virtuali distribuiti di terze parti, come Cisco Nexus 1000v, fornendo agli amministratori di rete interfacce familiari per controllare la qualità del servizio a livello di macchina virtuale.

VMware vSphere: caratteristiche e funzionalità

VMware vMotion

consente di migrare in tempo reale macchine virtuali da un server fisico ad un altro, eliminando il bisogno di pianificare downtime applicativi a scopo di manutenzione dei server. La migrazione di una VM da un host ad un altro pertanto può essere effettuata senza causare interruzioni per gli utenti o perdite di servizi. Il servizio necessita di un’infrastruttura vSphere completa di storage condiviso, come sistemi Fibre Channel, SAN iSCSI o NAS (Network Attached Storage), con i file delle Virtual Machines su partizioni VMFS. Il file system cluster VMFS (Virtual Machine File System) di VMware consente infatti a più server ESX di accedere in contemporanea alla stessa macchina virtuale (ossia ai file che costituiscono la VM).

VMware Storage VMotion

Elimina il bisogno di pianificare i downtime applicativi a scopo di manutenzione pianificata o di migrazione dello storage consentendo di migrare in tempo reale i dischi delle macchine virtuali senza causare interruzioni per gli utenti o perdite di servizi.

In sostanza pemette di spostare le macchine virtuali da uno storage ad un altro "a caldo", senza spegnere le VM. A differenza del semplice vMotion, in questo caso vi è un vero e proprio spostamento fisico delle VM tra uno storage ed un altro.

VMware DRS

Bilancia in modo dinamico il carico di risorse sui server per fornire le giuste risorse alle macchine virtuali ed alle applicazioni che girano su di esse vSphere può gestire in automatico il bilanciamento del carico sui vari hosts, spostando le VM su hosts meno carichi. E' inoltre possibile programmare lo spegnimento di alcuni hosts e lo spostamento automatico delle VM su altri hosts. DRS si basa sulla tecnologia VMware vMotion per eseguire le migrazioni per l’ottimizzazione delle risorse hardware.

VMware HA (High Availability)

Consente di riavviare in pochi minuti, in modo automatico ed economico, macchine virtuali ed applicazioni bloccate da guasti hardware o da problemi del sistema operativo. In caso di blocco di un host ESX, viene eseguito un riavvio automatico delle macchine virtuali su un altro host. In caso di blocchi sul sistema operativo di una VM, viene riavviata la macchina virtuale sullo stesso host fisico, fornendo quindi alta disponibilità per le applicazioni in esecuzione sulle macchine virtuali.

VMware HA controlla costantemente tutti gli host ESX inseriti all'interno di un pool di risorse (resource pool) e rileva eventuali blocchi sia sugli hosts che sulle macchine virtuali ospitate.

Per il monitoraggio degli hosts viene utilizzato un agente software su ogni nodo ESX che mantiene un heartbeat (battito cardiaco, ossia un continuo scambio di informazioni sull'esistenza in rete) con gli altri nodi dello stesso pool, in modo che la perdita di un solo heartbeat comporti l'avvio automatico, su altri hosts ESX, di tutte le macchine virtuali ferme.

Per quanto riguarda il monitoraggio delle macchine virtuali, e quindi dei sistemi operativi, VMware HA rimane in ascolto delle informazioni di heartbeat fornite dal pacchetto VMware Tools installato su ogni macchina virtuale del cluster VMware HA. Il sistema interviene quando non viene ricevuto un heartbeat dopo un intervallo di tempo specificato dall'utente.

VMware HA necessita di uno storage condiviso, come sistemi FibreChannel e SAN iSCSI, con file system VMFS. Come già, il file system cluster VMFS di VMware consente infatti a più server ESX di accedere in contemporanea alla stessa macchina virtuale.

VMware HA è una soluzione valida per ambienti che possono sopportare brevi interruzioni di servizio e potenziale perdita di transazioni (si pensi a grossi database) nel momento del blocco; il downtime è minimizzato ma non annullato. Per annullare completamente il downtime e la potenziale perdita di dati bisogna utilizzare il srvizio di Fault Tolerance.

VMware Fault Tolerance

Aassicura la disponibilità continua di tutte le applicazioni, senza causare downtime o perdite di dati in caso di guasti hardware. In base a questa definizione si potrebbe pensare che la funzione Fault Tolerance sia simile al servizio HA; in effetti è così, ma ci sono delle differenze sostanziali. Abilitando la Fault Tolerance per una VM, vSphere duplicherà la VM su un altro host, tenendo accese entrambe le VM. La seconda VM è una vera e propria copia funzionante della prima, e non viene chiamata in causa durante la normale operatività. Rispetto all'HA vi è quindi una doppia occupazione di risorse (cpu, memoria, spazio, etc..). In caso di crash dell'host  che ospita la VM, i servizi continuano a funzionare regolarmente poiché la seconda VM è già accesa e funzionante su un altro host.

VMware HA è una soluzione valida per ambienti che possono sopportare brevi interruzioni di servizio e potenziale perdita di transazioni (si pensi a grossi database) nel momento del blocco; il downtime è minimizzato ma non annullato. VMware Fault Tolerance è invece indirizzato per quelle applicazioni "mission-critical" che non possono tollerare alcun tipo di interruzione o perdita di dati.

Importante sottolineare che VMware Fault Tolerance deve comunque essere abilitato all'interno di un cluster VMware HA, pertanto per quelle macchine protette dai meccanismi del Fault Tolerance rimangono attivi anche i servizi offerti da VMware HA. Grazie a questi aspetti, se l'host che ospita la VM va in blocco e la seconda VM su un altro host viene attivata al posto della prima, VMware HA individua in automatico un altro host su cui copiare la VM per continuare ad avere i meccanismi di Fault Tolerance.

VMware Fault Tolerance si basa sulla tecnologia VMware vLockstep per stabilire e mantenere attiva una macchina virtuale secondaria che gira in "virtual lockstep" (blocco virtuale temporaneo) con una macchina virtuale primaria. La macchina virtuale secondaria risiede su un host diverso ed esegue esattamente le stesse sequenze di istruzioni virtuali della primaria, riceve gli stessi input ed è pronta a subentrare in qualsiasi momento senza alcuna perdita di dati o interruzione di servizi. Entrambe le macchine virtuali vengono gestite come una singola unità, pur essendo gestite da diversi host fisici.

VMware Data Recovery

Fornisce attività di backup e ripristino semplici, economiche e senza agente da installare nelle macchine virtuali. Il backup delle VM è gestito automaticamente dal vCenter tramite schedulazioni, backup incrementali, gestione del restore.

VMware VMsafe

Cconsente di utilizzare prodotti per la sicurezza che funzionano in combinazione con lo strato di virtualizzazione per fornire alle macchine virtuali livelli di protezione più elevati rispetto ai server fisici. In sostanza da la possibilità di installare applicazioni di partner selezionati in grado di interagire con vSphere. Una di queste potenzialità è per esempio quella di installare un antivirus in vSphere. In questo modo il virus non ha possibilità di aggirare l'antivirus, poiché non è presente nella macchina virtuale stessa. Una centralizzazione dell'antivirus di questo tipo, consente di avere VM senza antivirus e senza possibilità da parte dei vari malware di disattivare l'antivirus.

Altre caratteristiche:

• VMware vSphere permette di modificare le caratteristiche delle VM "a caldo", cioè senza spegnere le macchine: aggiunta di RAM, CPU e hardware vari, dischi compresi. Tuttavia questa caratteristica deve essere supportate dal sistema operativo, inoltre non è possibile sottrarre risorse ad una VM accesa. In sostanza si può aggiungere ma non togliere (per farlo occorre spegnere la VM). Ancora, si possono modificare le dimensioni del disco di una VM accesa e aumentare la dimensione del datastore mantenendo le VM accese.
• Virtual Switch distribuito, con possibilità di usare plugin di terze parti come Cisco Nexus. Si tratta di un nuovo concetto di switch introdotto da VMware, che semplifica il networking permettendo di gestire la rete virtuale per più hosts all'interno di uno stesso datacenter, permettendo di operare come se si avesse un singolo switch gestibile in maniera centralizzata da VMware vCenter Server tramite l'interfaccia client vSphere Client.
• Vshield zones: permette di creare delle aree tipo DMZ a cui assegnare regole di firewalling; le VM inserite in queste aree assumeranno in automatico le regole di firewalling peviste per quell'area.
• Thin provisioning: consente la creazione di VM con dischi dinamici. In sostanza, nel momento in cui si va a creare un disco virtuale per una VM, in modalità Thin Provisioning si indicherà la dimensione massima del disco vista dal sistema operativo della VM, ma lo spazio occupato sul datastore di ESX sarà quello effettivamente occupato dai dati della VM. Ad esempio, creando una VM con sistema operativo Windows XP e disco virtuale da 30Gb in Thin Provisioning,  lo spazio effettivamente occupato sul datastore dell'host ESX sarà intorno a pochi Gb (spazio necessario per Windows XP appena installato); Windows XP in ogni caso vedrà disponibile un disco da 30Gb, e man mano che questo disco sarà riempito di dati, lo spazio occupato sul datastore crescerà in modo proporzionale.