Sanallaştırmanın Tanımı ve Türleri Nelerdir?

Sanallaştırmanın Tanımı ve Türleri Nelerdir?

Sanallaştırma, fiziksel katmanda donanımsal parçaların etkin bir şekilde kullanılabilmesi için mantıksal olarak soyutlanması, fiziksel kaynakların verimli bir şekilde paylaştırılması, kullanılması ve yönetilmesini sağlayan bir yazılım çözümüdür.

Sanallaştırmanın amacı güvenlik ve yönetimin bir arada olduğu bir katmanda yüksek seviyede performans, ölçeklenebilirlik, güvenilirlik, kullanılabilirlik, erişilebilirlik ve esneklik sağlamaktır (Kusnetzky, 2011).

Sanallaştırılmış Bilgisayar Mimarisi (CommVerge, 2010)
Sanallaştırılmış Bilgisayar Mimarisi (CommVerge, 2010)

Yukarıdaki şekilde ortak bir depolama alanı üzerinde birden fazla fiziksel sunucu üzerinde çalışan sanal makineler gösterilmiştir.

Küme (cluster) birbirine bağlı olan ve tek bir sistem olarak çalışan bağımsız BT kaynaklarının bir grubudur. Fiziksel sunucular arasında sağlanan kümeleme alt yapısı sunuculardan biri devre dışı kaldığında sanal makineler (Virtual Machine, VM) diğer sunucu üzerinde çalışmaya devam edecektir. Kümeleme yapısı üzerindeki sanal makinelerin kullanmış olduğu kaynaklar dağıtılmış kaynak planlaması (DRS, Distributed Resource Scheduler) ile sunucular üzerine otomatik olarak dengeli bir şekilde paylaştırılmaktadır. Kullanıcı yük dağıtımını kendisi yapmak istemesi halinde sanal makineleri sunuculara taşıma (migrate) işlemi yaparak gerçekleştirebilir.

Sanallaştırma Teknolojileri

Yaygın olarak tercih edilen sanallaştırma teknolojileri aşağıdaki şekilde sınıflandırılmaktadır.

  • Sunucu sanallaştırma
  • Ağ sanallaştırma
  • Masaüstü sanallaştırma
  • Uygulama sanallaştırma
  • Depolama sanallaştırma

Sunucu Sanallaştırma

Sunucu sanallaştırma; donanım platformu üzerine kurulu olan ana yazılımın, bir bilgisayar ortamının benzetimi olan sanal bir makine oluşturulması ve bu sanal makine içerisinde konuk (guest) yazılımları çalıştırabilmesi temeline dayanır.

Fiziksel sunucunun sahip olduğu işlemci (CPU), bellek (RAM), ağ kartı (NIC) ve disk (HDD) gibi kaynakların paylaşılması olarak ifade edilir.

Sunucu Sanallaştırma Tipleri

Bu kaynakların paylaştırılması ve kullanılmasında üç farklı sunucu sanallaştırma tipi vardır (Joshi ve Varshapriya, 2013). Bunlar aşağıda sıralanmıştır:

  • Tam Sanallaştırma (Full Virtualization): Tam sanallaştırma türünde konuk işletim sistemi değiştirilmemiş ya da uyarlanmamıştır. Sanal makineden gelen özel komutlar sanal makine gözlemcisi yardımıyla ikili modda (0,1) işlemcinin komut setine uygun biçimde yeniden derlenerek fiziksel makinenin donanımına iletilir.
  • Yakın Sanallaştırma (Para Virtualization): Yakın sanallaştırma, fiziksel kaynakların sanal makine gözlemcisine ihtiyaç duyulmadan konuk işletim sistemi üzerinden erişilebildiği bir yöntemdir. Konuk işletim sistemi fiziksel kaynakları arada herhangi bir katman olmadan yönetebilmesi için özel komut setleri değiştirilmiş ve uyarlanmıştır. Bu sayede fiziksel donanıma erişim sanal makinenin komut setleri üzerinden gerçekleştirilir.
  • Donanım Destekli Sanallaştırma (Hardware Asisted Virtualization): Donanım destekli sanallaştırmada ise düzenlemeler işlemci üzerinde yapılır. İşlemciye ek ayrıcalık seviyesi ve konuk işletim sisteminin talep ettiği komut setlerinin tanımlanması ve sanal makine gözlemcisinin bu komut setleriyle etkileşimine yardım edecek komut setleri eklenir. Bu sayede konuk işletim sistemi değiştirilmeden yüksek performans elde edilir.
Fiziksel Donanımın Sanallaştırılması (CommVerge, 2010).
Fiziksel Donanımın Sanallaştırılması (CommVerge, 2010).

Yukarıdaki şekilde fiziksel donanımın sanal makine gözlemcisi (hipervizör) yardımıyla sanallaştırılması ve fiziksel kaynaklardan sanal makinelerin oluşturulması gösterilmektedir. Bu yazılım direk donanım üzerinde çalışarak fiziksel sunucumuz üzerinde birden fazla konuk işletim sistemleri (Guest Operating System) oluşturmamıza olanak sağlamaktadır.

Sanal Makine Kullanımının Şirketlere Faydaları

Sanal makine kullanımının şirketlere sağladığı başlıca faydalar aşağıdaki şekilde sıralanmaktadır.

  • Test veya yazılım geliştirme için yeni sunucular oluşturma imkânı sağlar.
  • Sunucu kapasitesini yüksek verimle kullanma imkânı sağlar.
  • Şirketin büyüklüğüne göre donanım maliyetlerinde azalma sağlar.
  • İş sürekliliği, felaket kurtarma, yedekleme ve merkezi yönetim ile bütün sunucuları bir noktadan izleme ve raporlama imkânı sunar.
  • İhtiyaç hâlinde çok kısa bir sürede yeni bir sunucu oluşturabilme imkânı sunar.
  • Kurulum ve bakım maliyetlerinde azalma sağlar

Ağ Sanallaştırma

Ağ sanallaştırma, fiziksel bir ağın sanallaştırma teknolojileri ile yeniden betimlenmesidir.

Fiziksel bir ağı oluşturan tüm bileşenlerin yazılımsal olarak benzetimi yapılarak sanal ağlar oluşturulur. Genellikle ağ yönlendiricileri, ağ sunucuları ve diğer bileşenler tarafından desteklenir.

Sanal makineler (SM) ve kullanıcılar, uygulamaların çalıştığı ağ yapısına fiziksel ağ kaynakları tarafından sağlanan sanal ağ üzerinden erişirler. Uzak masaüstü erişimiyle sunuculara erişen kullanıcılar, fiziksel ağa göre sunucunun sanal bir ağ üzerinden yönetimini yaptıklarını ayırt edemezler.

Ağ sanallaştırma, fiziksel ağ alt yapısının kullanıcılara sunmuş olduğu ağ yönlendirme (network routing), ağ adresi dönüştürme (network address translation) ve ağ yalıtımı (network isolation) gibi ağ bileşenlerinin sanal olarak aynı özellikleri ve garantileri sunmasıdır.

Ağ Sanallaştırma Yapısı (Vmware, 2013)
Ağ Sanallaştırma Yapısı (Vmware, 2013)

Sanallaştırma teknolojilerinin sunmuş olduğu imkânlar sayesinde fiziksel kaynaklara ihtiyaç duyan yazılımlar sanal ortamlara taşınabilmektedir. Fiziksel kaynaklarının mantıksal bir formda yeniden oluşturulması yazılımların çalışması için gerekli donanım bağımlılığını ortadan kaldırmaktadır.

Sanallaştırma teknolojisi yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi BT endüstrisinin verimlilik ve esnekliğini önemli seviyede etkilemiştir. Sanallaştırma platformu geliştiricileri sadece ağ ve ağ servisleri ile kalmayıp aynı zamanda güvenlik katmanını da sanal ortama taşımayı başarmışlardır. Günümüzde ikinci katman ve yedinci katman (L2-L7) arası tüm ağ katmanları sanallaştırılabilir hâle getirilmiştir.

Sanallaştırma Platformlarının Veri Merkezlerine Faydaları

Ağ sanallaştırması sayesinde ivme kazanan sanallaştırma platformlarının veri merkezlerine önemli getirileri olmuştur (Vmware, 2013);

  • Sanal sunuculardan kümeler oluşturarak artırılabilir hesaplama gücü elde edilmiştir.
  • Ağ ve ağ servisleri hızlı tanımlanabilir hâle gelmiştir.
  • Çoklu müşteri desteği daha az yönetim yükü üstlenilerek sağlanır hâle gelmiştir.
  • Tekrarlı ağ ve servis tanımlamaları otomatik yapılabilir hâle gelmiştir.
  • Fiziksel ağlardaki VLAN sınırlamaları ile gelen kapasite kısıtlaması aşılmıştır.
  • Sanal ağlar arasında yalıtım ve ölçeklendirme yapılabilir hâle gelmiştir.

Masaüstü Sanallaştırma

Masaüstü sanallaştırma, sunucu sanallaştırma ile benzer bir yapıda olmasına rağmen kullanıcı ihtiyaçları ve performans talebine göre farklılaşmıştır.

Özellikle ekran kartı üzerindeki grafik işlem biriminin (GPU) sanallaştırılması (vGPU) ile günümüz masaüstü bilgisayarlarının sağlamış olduğu üç boyut (3D) performansına yakın bir deneyimi kullanıcılara sunmaktadır (Tian, Dong ve Cowperthwaite, 2014).

Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi sunucu sanallaştırma teknolojileri ekran kartı üzerindeki görüntü işlem birimini üç şekilde paylaştırmaktadır.

Ekran Kartı Paylaştırılması
Ekran Kartı Paylaştırılması

Uygulama Programlama Arayüzü ile İletim: Sanal makine gözlemcisinin benzetim programı vasıtasıyla ekran kartı sürücüsünü taklit ettiği (API Forwarding) yöntemidir.

Yazılım benzetimi yönteminde, ekran kartı üreticisinin orijinal sürücüsü yerine paylaşıma daha uygun ancak performans ve görüntü özelliklerinde beklenilen masaüstü deneyimi orta düzeyde sunan bir sürücü kullanılmaktadır. 3B uygulamalar ve derinlik konusunda istenilen performansı veremeyen bu yöntem, sanal makine gözlemcisi (hipervizör) katmanında sanal makinelerin görüntü işlem birimi taleplerini yazılımsal olarak derleyip uygulama programlama ara yüzü (API) yardımıyla fiziksel sunucunun ekran kartına aktarır. Sanal makineler (SM) arasında paylaşıma uygun bir yapı sunar.

Ekran Kartına Doğrudan Erişim: Sanal makinenin doğrudan ekran kartına erişimine (Direct Pass-Through) imkân veren yöntemdir. Bu erişim yönteminde ise fiziksel ekran kartı, diğer sanal makineler ile paylaşılması yerine sadece bir sanal makinenin kullanımına atanmaktadır. Bu yöntemde sanal makineler üzerinde ayrılan GPU sayısı arttıkça paylaşılan ekran kartları arasında bir çakışmaya neden olmaktadır. Performans düşüklüğünün yanı sıra paylaşıma uygun olmaması bu yöntemin dezavantajları arasındadır.

Tam Grafik İşlem Birimi Sanallaştırması: Tam grafik işlem biriminin sanallaştırmasıdır. Bu ise fiziksel ekran kartına erişimin sanal makine gözlemcisi katmanında yönetilmesi ile sağlanmaktadır. Fiziksel sunucunun ekran kartı üzerinde GPU’lardan sanal GPU’lar oluşturularak sanal makinelere atanmıştır. Her bir sanal makine üreticinin ekran kartı sürücüsünü kullanır.

Uygulama Sanallaştırma

Uygulama sanallaştırma, uzak sunucu üzerinden çalışan uygulamaların konuk işletim sisteminden bağımsız olarak çalıştırılmasıdır.

Uygulamalar sunucu üzerinde kurulu olmalarına rağmen sanki konuk işletim sistemi üzerinde kuruluymuş gibi çalışırlar. Kullanıcı programın grafik ara yüzüne erişirken kendi giriş / çıkış aygıtlarını kullanmasına imkân verir.

Günümüzde uygulama sanallaştırması sunucu üzerinde çalışan uygulamanın yayınlanması (publishing) ve son kullanıcı üzerinde uygulamanın akışı (streaming) olarak iki türlü yapılmaktadır.

Ekran Kartı Paylaştırılması
Ekran Kartı Paylaştırılması

Yayınlama yöntemi, uygulamaların istemci üzerine kurulumu yapılmadan uygulama sunucusunun fiziksel kaynaklarının kullanılarak dağıtımın yapıldığı yöntemdir.

Uygulamalar sunucu üzerinde çalışır ve kullanıcı ekranına getirilir. Kullanıcı bilgisayarında herhangi bir ön hazırlık yapılmasını gerektirmez. Uygulama performansı sunucu üzerindeki kaynaklara (CPU, RAM, SSD ve NIC) bağlıdır. İstemci ağ arabirimi üzerinden veri alışverişini gerçekleştirmektedir. Ağ arabirim kartının özelliklerine göre uygulama performansı etkilenmektedir.

Ağ bağlantısının sonlandırılması ile yaşanan kesinti tekrar bağlantının sağlanmasıyla sunucu tarafından kullanıcının oturumu sonlandırılmadığı sürece kaldığı yerden devam etmektedir. Sunucu tarafından yayınlanan paketin istemci tarafından sorunsuz bir şekilde alınabilmesi için bu ağ yapısının diğer ağ birimlerinden arındırılmış olmasına bağlıdır.

Uygulama Sanallaştırma Akış Alt Yapısı
Uygulama Sanallaştırma Akış Alt Yapısı

Akış yöntemi, uygulamaların istemci üzerine kurulumu yapılmadan kullanıcının fiziksel kaynakları kullanılarak dağıtımın yapıldığı yöntemdir. Uygulamalar kullanıcının bilgisayarında “sandbox” isimli sanal işletim sistemi üzerinde çalışır. Kullanıcı bilgisayarında yapılan ön hazırlık neticesinde uygulama kullanıcının ön (cache) belleğinde tutulur. Uygulama performansı kullanıcı bilgisayarını üzerinde kaynaklara (CPU, RAM) göre değişiklik gösterir. İnce istemciler için uygun olmayan bu yapı kullanıcı bilgisayarında herhangi bir değişiklik yapmaz. Office, Adobe, Winzip gibi uygulamaların önceki sürümleri ile birlikte sorunsuz bir şekilde çalışmasına olanak sağlar.

Depolama Sanallaştırma

İşletmeler büyüyen veri depolama ihtiyaçlarına karşılık olarak ölçeklenebilir sistemler üzerinde yoğunlaşmakta ve dosya sistemleri bu amaca uygun bir şekilde yapılandırmaktadırlar. Aslında depolama sanallaştırma arka tarafta fiziksel olarak karmaşık bir hâl alan yapının daha basit olarak yönetilmesini sağlar.

Vmware Mimarisi Üzerinde Sanal Depolama Alan Ağı.
Vmware Mimarisi Üzerinde Sanal Depolama Alan Ağı.

Yukarıdaki şekilde fiziksel sunucuların disk kaynakları ilave bir donanım gerektirmeden, performans ve alan verimliliğinde iyileştirmeler sunan yazılım tanımlı depolama katmanı, sanal depolama alan ağı (Virtual SAN) oluşturularak sanallaştırılmıştır. Sanal makine gözlemcisi fiziksel sunucuyu sanallaştırırken aynı zamanda bir depolama havuzu oluşturmakta ve diğer sunucuların disklerini buna dâhil etmektedir.

Depolama Sanallaştırmanın İşletmelere Faydaları

Depolama sanallaştırmanın işletmelere sağladığı avantajlar aşağıda sıralanmaktadır.

  • Yüksek kullanılabilirlik
  • Yük paylaşımı
  • Felaket kurtarma
  • Depolama performansını artırmak
  • Herkese aynı depolama kaynağı hizmeti yapmak

Depolama sanallaştırma, verilerin sanal depolama sistemine konsolide edilmesi ve yönetilmesi kolaylaştıran bir teknolojidir. Depolama sistemine bağlı olan sunucular ve sanal makineler verinin gerçekte nerede olduğunu algılayamaz.

Vmware Alt Yapısı Üzerinde Paylaştırılmış Depolama.
Vmware Alt Yapısı Üzerinde Paylaştırılmış Depolama.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir