System na systemie

Oszczędności, rozwój technologii komputerowych i wzrost wydajności sprzętu spowodowały dynamiczny skok popularności różnych metod wirtualizacyjnych. Zamiast inwestować w zestawy komputerowe, wystarczy zakupić wydajny serwer i na nim uruchamiać systemy klienckie. Podobnie jest ze środowiskami testowymi. Koszt uruchomienia nawet niewielkiej wirtualnej sieci jest o wiele niższy niż tworzenie fizycznej infrastruktury, nie wspominając o nakładach potrzebnych na jej zarządzanie.

Wirtualizacja w świecie komputerów może dotyczyć sprzętu, systemu operacyjnego albo całej sieci. To pojęcie obejmujące systemy sprzętowe i programowe pozwalające odseparować zasoby oraz obiekty korzystające z tych zasobów. Wirtualizacja może dotyczyć rozdzielenia sprzętu od systemu operacyjnego, systemów od siebie nawzajem, od aplikacji bądź danych. Uniezależnia całkowicie system od sprzętu, na którym został zainstalowany.

Dzięki wirtualizacji na jednym komputerze może być uruchomionych jednocześnie kilka systemów lub kilka różnych wersji językowych tego samego programu. Wirtualizuje się stacje robocze, serwery, a nawet całą infrastrukturę IT. Technologia ta pozwala podnieść poziom bezpieczeństwa i w określonych warunkach zmniejszyć koszty funkcjonowania przedsiębiorstwa. Ułatwia też zarządzanie i obsługę, a także ogranicza awaryjność.

Maszyny wirtualne zarządzane są za pomocą menedżera. Nosi on nazwę środowiska wirtualizacyjnego bądź hipernadzorcy (ang. hipervisor) i może funkcjonować na dwóch poziomach. Hipernadzorca typu pierwszego instalowany jest bezpośrednio na sprzęcie i w nim umieszczane są systemy gości. Typ drugi oznacza, że hipernadzorca instaluje się w systemie operacyjnym, a system gościa stanowi dopiero trzeci poziom.

Emulacja to rodzaj niepełnej wirtualizacji. To mechanizm całkowitego oddzielenia od siebie dwóch różnych warstw komputera. Korzystające z zasobów sprzętowych programy nie mają bezpośredniego dostępu do tych zasobów. Każde odwołanie jest obsługiwane przez emulator, który „udaje” wszystkie elementy środowiska. Ten sposób funkcjonowania powoduje jednak znaczący spadek wydajności. Rodzajem emulacji jest tak zwana emulacja API. Opiera się ona na tym, że wszystkie programy komunikują się z systemem operacyjnym za pomocą ograniczonego zestawu funkcji. Ich zasymulowanie pozwala na działanie aplikacji napisanej dla jednego systemu operacyjnego w zupełnie innym środowisku. Technologia ta wykorzystywana jest na przykład przez Wine, środowisko za pomocą którego można instalować windowsowe programy w Linuksie.

Celem pełnej wirtualizacji jest jak najszersze, bezpośrednie wykorzystanie zasobów sprzętowych. Jedynie operacje, które mogłyby powodować konflikt z otoczeniem (sprzętem, systemem, innymi maszynami wirtualnymi) są przechwytywane i obsługiwane przez środowisko wirtualizacyjne. Jeżeli obsługa ta jest całkowicie niezależna od systemu gościa, mówi się o pełnej wirtualizacji, jeżeli zaś mechanizm rozwiązywania konfliktów angażuje system gościa, to jest to parawirtualizacja.

Jest wiele systemów umożliwiających wirtualizację, ale najpopularniejsze i najbardziej znane to bezpłatny VirtualBox oraz wyznaczający od lat standardy w tej dziedzinie VMware. Powszechnie dostępna jest także technologia Hyper-V, która jest częścią Windows 10.

Pokażemy, jak przygotować i skonfigurować środowisko hipernadzorcy pod instalację wirtualnego systemu, na przykład Linuksa w Windows albo starego DOS-a, by można było zagrać w starą grę. Nasze porady bazują na bezpłatnym i powszechnym VirtualBoksie oraz windowsowym Hyper-V.

Wirtualizacja sprzętowa. Polega na stworzeniu maszyny wirtualnej, która udaje kompletny system komputerowy. Pozwala instalować i uruchamiać jednocześnie kilka różnych systemów operacyjnych w systemie bazowym.
Wirtualizacja pulpitu. Separuje pulpit użytkownika od fizycznej maszyny. Komputer z hipernadzorcą zarządzającym wirtualnymi maszynami staje się jednocześnie serwerem, a użytkownicy korzystający z systemów wirtualnych łączą się z nim za pomocą sieci. Ułatwia to zarządzanie infrastrukturą systemów operacyjnych, a klient ma dostęp do swojego pulpitu z dowolnego miejsca, nie jest przypisany do jednego stanowiska. Ten rodzaj wirtualizacji zwiększa również elastyczność i wykorzystanie dostępnej mocy obliczeniowej.

Wirtualizacja aplikacji. Spotyka się także wirtualizację pojedynczych aplikacji i usług, przestrzeni dyskowej czy danych. Aplikacja uruchomiona w środowisku wirtualnym nie komunikuje się bezpośrednio z systemem, nie jest w nim instalowana, nie wprowadza zmian w rejestrze i plikach, nie modyfikuje żadnych ustawień. Znajduje się w piaskownicy (ang. sandbox).

Wirtualizacja sieci. Ten typ wirtualizacji oznacza łączenie fizycznych jednostek sieci w logiczną całość lub udostępnianie funkcji sieciowych wirtualnym systemom zainstalowanym w środowisku hipernadzorcy.

Konsolidacja zasobów sprzętowych: pełne możliwości komputerów bardzo często nie są wykorzystywane. Sprzęt ma zwykle sporo rezerwy i tylko chwilami jednostki centralne pracują z pełnym obciążeniem. Instalacja kilku wirtualnych systemów operacyjnych na jednej maszynie optymalizuje wykorzystanie zasobów sprzętowych.

Oszczędności: wirtualizacja oznacza zarówno mniejsze zużycie energii, jak i mniejsze zapotrzebowanie na zasoby pozwalające utrzymać prawidłowe funkcjonowanie rozbudowanej infrastruktury. Ocenia się, że stosując wirtualizację, można ograniczyć zużycie prądu nawet dziesięciokrotnie, innych zasobów – kilkukrotnie. Wszystko zależy jednak od skali działania. Najlepsze efekty daje wirtualizacja dużych rozbudowanych sieci i systemów. W małej skali koszty mogą przewyższyć korzyści.

Uproszczone zarządzanie: wirtualne maszyny są prostsze w zarządzaniu i konfiguracji. Są bardziej elastycznie i mniej ograniczone możliwościami sprzętowymi. Łatwo i szybko tworzy się w miarę potrzeby nowe środowiska i likwiduje nadmiarowe. W prosty sposób można przenosić działające systemy pomiędzy różnymi komputerami.
Łatwiejsze tworzenie środowisk testowych: dzięki wirtualizacji na jednym komputerze można zainstalować wiele środowisk, które potrzebne są na przykład deweloperom do testowania tworzonych produktów. Zmniejsza to koszt zakupu i konfiguracji różnych komputerów oraz ogranicza przestrzeń niezbędną do ich ustawienia.

Wzrost poziomu bezpieczeństwa: wirtualizacja pozwala odizolować jedno środowisko od innych. Umożliwia to instalowanie i uruchamianie różnych programów bez ryzyka uszkodzenia systemu bazowego. Dzięki wirtualizacji łatwiejsza jest kontrola nad działającymi systemami, prostsze i szybsze są procedury awaryjne tworzenia kopii zapasowych i odzyskiwania informacji po awarii.

Współistnienie niekompatybilnych środowisk: możliwość jednoczesnego uruchomienia na jednym komputerze systemów o zróżnicowanej architekturze to cecha, którą doceniają testerzy, programiści, pracownicy pomocy technicznych, użytkownicy różnych systemów i aplikacji czy zapaleni gracze. Nie trzeba kupować nowego komputera i nie ma potrzeby instalowania nowego systemu operacyjnego, by sprawdzić działanie potrzebnej do pracy aplikacji, bez przeszkód da się zainstalować starą grę bądź sprawdzić możliwość skonfigurowania połączenia sieciowego na przykład pomiędzy Windowsem i Linuksem.

VirtualBox to bezpłatny hipernadzorca przeznaczony do instalacji w Windowsie, Linuksie, macOS-ie, Solarisie czy BSD. Zawiera komplet funkcji i narzędzi obecnych w komercyjnych systemach. Obsługuje choćby systemy wieloprocesorowe, pozwala korzystać z USB i wirtualnych sterowników. Umożliwia wirtualizację stanowisk z Windowsem, Linuksem, OS/2 i wieloma innymi systemami. Jak w każdym hipernadzorcy może tu działać kilka systemów gości. Jest też funkcja zapisu migawek maszyn wirtualnych. VirtualBox umożliwia klonowanie pracujących maszyn i eksportowanie ich do chmury Oracle. Funkcja rozpoznawania formatu VMDK pozwala podłączać do VirtualBoksa maszyny utworzone w VMware. Podobnie jest z formatem VHD Microsoftu.

QEMU to elastyczne środowisko wirtualizacyjne o szerokiej gamie obsługiwanych platform sprzętowych. QEMU można zainstalować na procesorach x86, PowerPC, SPARC czy MIPS. Podobne mogą funkcjonować jako podstawa do instalacji systemów goszczących. Jako platforma hosta sprawdzą się Windows, Linux, BSD lub macOS, a dzięki dużemu zakresowi emulacji różnych procesorów i platform na maszynach wirtualnych mogą pojawić się naprawdę bardzo egzotyczne systemy operacyjne. Oprócz standardowych są tu między innymi Solaris, QNX oraz Netware. QEMU współpracuje też z hipernadzorcami Xen czy KVM, pozwala zapisywać migawki obsługiwanych systemów, obsługuje maszyny wieloprocesorowe. Minusem QEMU jest skomplikowana obsługa.

Hyper-V może działać jako samodzielny system lub jako część Windowsa. Obsługuje 64-bitowe platformy x86 wspomagane sprzętowymi funkcjami wirtualizacyjnymi Intel VT-x bądź AMD-V. Systemami goszczącymi w Hyper-V mogą być różne wersje Windowsa oraz Linuksa. Samodzielny wariant Hyper-V Serwer w wersji 2016 może obsłużyć nawet 8000 maszyn wirtualnych w jednym węźle.

VMware Workstation Player to bezpłatna w użytku domowym uproszczona wersja VMware Workstation. Działa w Windowsie bądź Linuksie, współpracuje z procesorami 32- i 64-bitowymi. Lista systemów gości, którą obsługuje, jest długa i oprócz podstawowych obejmuje na przykład Solarisa, Netware czy QNX. Pierwsze wersje Playera nie umożliwiały tworzenia własnych maszyn i ograniczały się jedynie do obsługi środowisk stworzonych w innych aplikacjach. Aktualnie nie ma już tego ograniczenia.

Właściwe dobranie parametrów maszyny wirtualnej, na której zostanie zainstalowany system operacyjny, to podstawa prawidłowego funkcjonowania wirtualnego środowiska. Najlepiej zrobić to w trakcie wstępnej konfiguracji, zmiany po instalacji systemu gościa mogą w niektórych sytuacjach powodować kłopoty.

Uruchom VirtualBoksa (VB) i kliknij przycisk Nowa (1) na pasku narzędzi. Uruchomi się asystent tworzenia maszyny wirtualnej. Przejdź do kolejnego okna. W polu Nazwa umieść nazwę, pod którą będzie widoczny wirtualizowany system. Jeżeli podczas wprowadzania nazwy użyjesz jednego z charakterystycznych określeń systemów operacyjnych (na przykład Linux czy Windows), w polach poniżej automatycznie dobrany zostanie wariant systemu. Sprawdź i ewentualnie popraw typ instalowanego systemu operacyjnego oraz jego wersję. Kliknij Dalej.

Rozmiar pamięci operacyjnej, którą można przydzielić maszynie wirtualnej, dobierany jest automatycznie. Zależy od wersji systemu gościa, ilości pamięci zainstalowanej w komputerze hosta oraz liczby uruchomionych maszyn. Jeżeli planujesz korzystać z jednego systemu wirtualnego, to swobodnie możesz zwiększyć domyślną wartość. VB rezerwuje jej zwykle bardzo mało. Przesuń suwak (2) w prawą stronę lub wpisz odpowiednią wartość w polu obok. Nie rezerwuj więcej pamięci niż połowa RAM-u zainstalowanego w komputerze. Kliknij Utwórz.

Kliknij ikonę folderu widoczną z prawej strony pola Ścieżka do pliku. Wskaż miejsce na dysku, gdzie ma zostać zapisany plik maszyny wirtualnej. Dobrym pomysłem jest zmiana domyślnego folderu, ponieważ znajduje się on na partycji systemowej. Grozi to utratą danych w razie awarii komputera oraz niepotrzebnym używaniem miejsca na obciążonej zazwyczaj partycji. Za pomocą suwaka poniżej ustaw startową wielkość wirtualnego dysku (3).

Pozostaw format dysku bez zmian. Jeżeli korzystasz tylko z VirtualBoksa i nie planujesz używać maszyn wirtualnych stworzonych za pomocą innych narzędzi ani eksportować do nich danych, zaznacz w sekcji Typ pliku z wirtualnym dyskiem twardym format VDI (VirtualBox Disk Image). Pozostaw też zaznaczoną opcję Dynamicznie przydzielany. Dysk dynamiczny oszczędza miejsce. Powiększa się automatycznie w razie potrzeby, choć szybszy w działaniu jest dysk o stałym rozmiarze. Kliknij Utwórz.

Konfiguracja przeprowadzana przez kreatora maszyn VirtualBoksa pomija wiele istotnych parametrów. O ile większość ustawień dobrana jest optymalnie, o tyle kilka z nich warto zmodyfikować. Dotyczy to na przykład konfiguracji karty graficznej albo ustawień sieci.

Zaznacz w lewej części okna VB utworzoną przed chwilą maszynę wirtualną (1) i kliknij przycisk Ustawienia (2). Wybierz kategorię Ogólne (3). Można tu zmienić zachowanie schowka. Odpowiednie ustawienia widoczne są na karcie Zaawansowane (4). Ze względów bezpieczeństwa schowek jest domyślnie wyłączony. Często jednak przydaje się w pracy, więc warto rozważyć konfigurację jednokierunkową. Poniżej włącza się także możliwość przeciągania i upuszczania elementów pomiędzy systemem hosta i gościem.

Przejdź do kategorii System (5). Na karcie Płyta główna umieszczono opcje, których zaznaczenie może być wymagane do instalacji niektórych systemów operacyjnych. Na przykład Czas zegara w UTC oczekiwany jest przez Uniksy. W tym miejscu możesz także określić kolejność wirtualnych nośników, z których będzie uruchamiany system. Wystarczy zaznaczyć pole w oknie Kolejność bootowania i użyć strzałek z prawej strony (6).

Jeżeli komputer hosta wyposażony został w kilka procesorów lub jednostka centralna ma kilka rdzeni, kliknij kartę Procesor (7) i za pomocą suwaka u góry określ maksymalną liczbę rdzeni, którą VirtualBox udostępni wirtualnemu systemowi. Nie zostaną one oczywiście zablokowane dla sytemu hosta. Zarezerwowanie dla systemu 32-bitowego pamięci o rozmiarze większym niż 4 GB wymaga użycia opcji Włącz PAE/NX (8). Jeżeli procesor obsługuje funkcje wirtualizacji sprzętowej, włącz ich wykorzystanie na karcie Akceleracja (9).

Kliknij kategorię Ekran (9) i kartę Wideo. Zwiększ do maksimum ilość pamięci przypisanej do karty graficznej – suwak Pamięć wideo (10). Zaznacz także opcje akceleracji 2D i 3D poniżej (11). Zbyt mała ilość zasobów zarezerwowanych w tym miejscu może doprowadzić do instalacji systemu w okrojonej wersji. Dzieje się tak na przykład w przypadku niektórych Linuksów, które pomijają w takiej sytuacji środowiska graficzne. Pilnuj jednak, żeby po konfiguracji kilku maszyn, które będą działały jednocześnie, pozostało wystarczająco dużo zasobów dla systemu hosta.

Przejdź do kategorii Sieć (12). O włączeniu karty informuje opcja Włącz kartę sieciową. Za pomocą listy Podłączona do określ zachowanie wirtualnej sieci. Standardowo wybrana jest pozycja NAT. Przy tym ustawieniu komunikacja z innymi wirtualnymi i rzeczywistymi komputerami w sieci lokalnej wymaga dodatkowej konfiguracji. Maszyna wirtualna ukryta jest bowiem w osobnej podsieci. Wymóg dodatkowej konfiguracji znika za to po ustawieniu opcji Mostkowana karta sieciowa (13). Wirtualny system będzie widoczny tak, jak każdy nowy komputer podłączony do LAN-u. To najwygodniejsze ustawienie w warunkach domowych. Po zakończeniu konfiguracji kliknij OK.

Uruchom nową maszynę. Wskaż napęd, w którym znajdują się pliki instalacyjne systemu, może to być płyta DVD, obraz ISO bądź inny plik wirtualnego dysku, i kliknij Uruchom. Zainstaluj wirtualny system tak jak na tradycyjnym dysku.

Hyper-V ma tę zaletę, że jest częścią Windows 10. Możliwość skorzystania z tego hipernadzorcy obwarowana jest jednak warunkami. Musisz mieć system w wersji Pro bądź Enterprise, i z 64-bitowwym procesorem. Komputer musi być również wyposażony w minimum 4 GB RAM-u i obsługiwać sprzętowo wirtualizację. Dopiero wtedy można przystąpić do instalacji środowiska. Uwaga, instalacja Hyper-V blokuje używanie VirtualBoksa.

Kliknij przycisk startowy i wpisz polecenie Panel. Zaznacz na liście Panel sterowania i wciśnij Enter. Kliknij łącze Programy i funkcje, a następnie polecenie Włącz lub wyłącz funkcje systemu Windows (1).

Zaznacz pole obok opcji Hyper-V (2) i kliknij OK. Uruchom ponownie komputer. Kliknij jeszcze raz przycisk startowy, wpisz Hyper i wciśnij Enter.

Zaznacz swój komputer na liście, w panelu po lewej stronie okna i kliknij polecenie Menedżer przełącznika wirtualnego (2) w sekcji Akcje po prawej stronie. Zaznacz pozycję Zewnętrzna i wybierz przycisk Utwórz przełącznik wirtualny (3).

Nadaj przełącznikowi nazwę (2) i upewnij się, że na liście Sieć zewnętrzna (3) wybrana jest właściwa karta sieciowa. Ma to znaczenie, gdy w systemie pracuje więcej niż jedna. Kliknij OK i Tak.

Aby zainstalować wirtualny system, kliknij przycisk startowy, wpisz Hyper i kliknij polecenie Szybkie tworzenie funkcji Hyper-V. Uruchomiony kreator pozwala szybko zainstalować testową, wirtualną wersję Windows 10 albo Ubuntu (4). Wystarczy wybrać odpowiednią pozycję na liście. Jeżeli chcesz zainstalować inny system, kliknij przycisk Lokalne źródło instalacji i wskaż na dysku instalacyjny obraz ISO lub pliki wirtualnych dysków VHD lub VHDX.

Kliknij Ubuntu i przycisk Więcej opcji w prawym dolnym rogu okna. Rozwiń listę Sieć i ustaw na niej przełącznik skonfigurowany w poprzednich punktach. Uruchom instalację wirtualnego Ubuntu przyciskiem Utwórz maszynę wirtualną. Poczekaj, aż Hyper-V pobierze plik instalacyjny Linuksa i przygotuje instalację. Na koniec, wybierając przycisk Edytuj ustawienia, możesz zmienić jeszcze konfigurację nowej maszyny. Zmienisz tu parametry procesora (5) czy wirtualnego dysku, dodasz nowy, wirtualny sprzęt. Kliknij Połącz, by uruchomić maszynę i dokończyć instalację.

Stary system działający na starym komputerze będzie pracował dużo wolniej niż ten sam na nowym, wyposażonym w kilka procesorów albo w wydajny procesor wielordzeniowy i dużą ilość pamięci. Często jednak przeinstalowanie nie wchodzi w rachubę. Przyczyną może być brak dostępu do nośników instalacyjnych systemu czy programów, brak czasu i umiejętności prawidłowej konfiguracji działających narzędzi. Rozwiązaniem problemu jest zwirtualizowanie rzeczywistego, działającego systemu operacyjnego i uruchomienie go w postaci maszyny wirtualnej na nowym wydajniejszym sprzęcie. Zyskuje się czas, nie trzeba wiedzy do prawidłowej konfiguracji, odpada konieczność używania nośników instalacyjnych. Potrzebne jest jednak odpowiednie narzędzie, które przeprowadzi ten proces. Użytkownicy oprogramowania VMware Player mogą posłużyć się programem VMware vCenter Converter. Przygotuje on maszynę wirtualną dla środowiska VMWare. Może też posłużyć do konwersji maszyn zapisanych w innych formatach na postać akceptowaną przez VMware.

Uruchom VMware Converter i kliknij przycisk Convert Machine. Na liście Select source type pozostaw Powered-on machine (1). Converter pozwala tworzyć maszyny wirtualne z systemów lokalnych i zdalnych. Domyślnie wybrana jest ta druga funkcja. Do jej użycia potrzebny jest adres IP komputera oraz dane konta administracyjnego. Aby zwirtualizować system lokalny, zaznacz This local machine. Kliknij Next.

Na liście Select destination type ustaw VMware Workstation or other VMware virtual machine (2). Na liście poniżej wskaż środowisko, w którym będzie uruchamiany nowy system. W warunkach domowych będzie to najczęściej bezpłatny VMware Player. Nazwę maszyny pozostaw bez zmian i za pomocą przycisku Browse wskaż miejsce na dysku, gdzie zostanie ona zapisana. Przejdź dalej.

Zobaczysz okno z podsumowaniem. Wykrzyknik oznacza parametry wymagające modyfikacji. Może na przykład zabraknąć miejsca na obraz dysku systemowego oraz wszystkich dysków z danymi (3). Jeżeli zajdzie taka sytuacja, usuń zaznaczenia widoczne obok pozostałych partycji. Wirtualizacja danych nie jest potrzebna, wystarczy kopia partycji systemowej. Możesz też zmienić dysk docelowy. Aby uruchomić procedurę klonowania, kliknij przycisk Finish. Zapis może zająć sporo czasu, nawet kilka godzin. Zależy to od ilości kopiowanych informacji oraz szybkości komputera.