Обзор гипервизора Xen

Привет!

Перед вами заключительная статья из цикла обзоров гипервизоров: про KVM / Proxmox VE было, про VMware ESXi и Microsoft Hyper-V тоже. Пришло время обозреть Xen — менее распространённый в России гипервизор, хотя если считать по количеству работающих виртуальных машин в мире, он неожиданно на первом месте. Всё потому, что существует небезызвестные Amazon Web Services, под капотом которых переработанный Xen (XenProject.org). Что и выводит нашего героя в лидеры по этому параметру.

Так что долой Xen’офобию в виртуализации — наливайте термос кофеина, и мы начнём этот лонгрид. Возможно, скоро и вы начнёте работу на XenServer или бесплатном форке XCP-ng (Xen Cloud Platform).

Что такое Xen: про гипервизор

Xen — это программное обеспечение (ПО) для виртуализации на уровне гипервизора 1-го типа (bare-metal). Основан на открытом исходном коде и бесплатен — GPL-модель лицензирования. Поддерживает виртуализацию на разных архитектурах: x86, x86-64, IA-64, ARM и др.

Проект Xen родился в Кембриджском Университете в 2003 году, сначала был платным, но со сменой владельцев изменилась и модель распространения — на open source. 

Итак, сейчас на гипервизоре Xen основаны многие облачные решения, например Amazon Elastic Compute Cloud (EC2) и Rackspace Cloud. Xen кроссплатформенный — поддерживается множеством управляющих ОС: Linux (CentOS, Debian, Fedora, Ubuntu и другие), FreeBSD, NetBSD и т.д.

Гипервизоры в целом и Xen в частности позволяют одновременно запускать несколько независимых операционных систем на одном физическом сервере (хосте), эффективно разделяя его ресурсы между различными виртуальными машинами (ВМ). Виртуализация упрощает администрирование IT-инфраструктуры, позволяет создавать кластеры (связки из нескольких серверов, которые работают как единое целое), реализует миграцию ВМ и балансировку нагрузки между серверами в кластере (между нодами/узлами), повышает безопасность и надёжность системы, сокращает время восстановления после сбоев (RTO/RPO) и снижает расходы на общее владение. 

Да, это справедливо не всегда — только при взвешенном и разумном внедрении виртуализации, когда вы можете заменить несколько десятков серверов на такое же количество ВМ. Малые компании с низким уровнем цифровизации бизнес-процессов могут эффективно работать по старинке — на паре обычных выделенных серверов (1-2 задачи/роли на 1 сервер). Учитывайте это перед внедрением виртуализации.

Полезные материалы. Подробнее про концепцию виртуализации и гипервизоров читайте в другой моей статье “КАК ВЫБРАТЬ СЕРВЕР ДЛЯ ВИРТУАЛИЗАЦИИ”.

Итак, хоть Xen и работает сразу поверх железа, ему нужна управляющая операционная система (ОС) в dom0. 

Dom0 (“Domain 0”, aka "нулевой домен" или "хост-домен") — это привилегированный домен в архитектуре Xen, который управляет доступом к аппаратному обеспечению и ресурсам сервера. Он работает сразу на физическом оборудовании (bare-metal), без него Xen работать не будет. У dom0 есть эксклюзивный доступ к аппаратным ресурсам, также он отвечает за запуск и управление непривилегированными доменами (domU) — это по сути и есть виртуальные машины.

Чтобы domU мог работать с аппаратными ресурсами сервера, используются парные драйверы: BackendDriver в dom0 и FrontendDriver в каждом из domU. 

• BackendDriver работает напрямую с аппаратным обеспечением сервера, вроде сетевых интерфейсов или накопителей.

• FrontendDriver работает внутри виртуальной машины (domU) и отвечает за отправку запросов к определённому типу ресурсов. Он не обращается напрямую к физическому оборудованию, а вместо этого общается с BackendDriver, который работает в dom0.

Такое разделение изолирует виртуальные машины друг от друга, позволяя ограничивать права гостевых ОС и создавать эффективные и безопасные виртуализированные среды.

Что ещё важно: Xen поддерживает два типа виртуализации — паравиртуализацию и аппаратную виртуализацию. Паравиртуализация требует установки специальных драйверов и/или модификации гостевой операционной системы, она позволяет достичь максимальной производительности и эффективности виртуализации без эмуляции (минимальные накладные расходы). 

Интересный факт! В нулевых, когда Xen только появился, паравиртуализация была его фичей: гостевые ОС знали, что они в гипервизоре, что позволяло им работать быстрее. Со временем за счёт драйверов и другие гипервизоры научились это делать.

Аппаратная виртуализация позволяет запускать операционные системы без модификаций, но для этого нужен совместимый процессор с соответствующими технологиями (AMD-RVI или Intel VT-x).

Как использовать Xen: инструменты для управления

Платформы/системы виртуализации — это программное обеспечение для комплексного управления виртуализацией на базе какого-либо гипервизора. Такие системы позволяют сисадминам создавать, управлять и настраивать виртуальные машины (ВМ) и хосты с помощью графического интерфейса (GUI) и/или интерфейса командной строки (CLI), что повышает эффективность виртуализированных IT-инфраструктур.

Для Xen есть несколько популярных платформ виртуализации. Каждая подходит под разные бизнес-потребности и предпочтения: от простого управления через GUI до использования API и CLI для автоматизации и интеграции в другие среды. Для эффективного управления виртуализированными средами сисадмины чаще всего используют именно платформы виртуализации, но в малых средах могут использовать гипервизоры и в отрыве от них.

Платформа для виртуализации XenServer

XenServer (до 2023 назывался XenServer, до 2019 назывался Citrix XenServer, а в самом начале — XenSource's XenEnterprise, да простят меня читатели) — популярная коммерческая платформа для виртуализации, которая позволяет запускать множество виртуальных машин на одном физическом хосте (или кластере), обеспечивает управление виртуализированной инфраструктурой. Есть бесплатная пробная версия — по функционалу аналогична премиум, но ограничена тремя хостами, а за расширение пулов и увеличение количества хостов (с технической поддержкой от Citrix) нужно платить — сможете выбрать из стандартной или премиум лицензии.

XenServer обычно используют в дата-центрах и облачных инфраструктурах, этому способствует высокая производительность, масштабируемость, а также полноценный функционал управления, мониторинга и миграции виртуальных машин.

Основные характеристики и конкурентные преимущества XenServer:

• В основе гипервизор Xen первого типа с высокой производительностью, надёжностью и безопасностью, благодаря прямому доступу к физическим ресурсам сервера и изоляции на уровне драйверов. Есть кроссплатформенность и поддержка многих гостевых операционных систем.

• Есть инструменты для централизованного управления и мониторинга — XenCenter и Xen Orchestra, которые предоставляют GUI для управления ВМ, ресурсами хоста, сетями и хранилищами, а также для мониторинга производительности, включая журналирование и создание отчётов.

• Гибкие сетевые настройки виртуализации сети — можно создавать изолированные и безопасные сетевые среды для ВМ.

• Поддерживает различные варианты хранения данных, от локальных хранилищ и NAS (сетевое хранилище) до масштабных SAN (сеть хранения данных).

• Кластеризация — создание отказоустойчивых и масштабируемых гиперконвергентных систем из нескольких серверов с балансировкой нагрузки.

• Функции высокой доступности и восстановления после сбоев для непрерывной работы критически важных приложений. Есть встроенные инструменты резервирования ВМ и их автоматического восстановления после сбоев. Также вы сможете обслуживать хосты без простоев через миграцию виртуальных машин между узлами кластера.

• Интеграция с уже существующими инфраструктурами и другими системами управления, вроде OpenStack или Kubernetes, что расширяет функционал и обеспечивает большую гибкость управления и автоматизации.

Лицензирование XenServer 8

Учтите, что лицензирование, цены и условия, могут изменяться. Всегда проверяйте актуальную информацию на официальном сайте XenServer или у официальных дистрибьюторов. Матрицу с функционалом можете посмотреть здесь, я её также перевёл в таблице ниже.

Итак, если вам нужно больше трёх хостов, то коммерческий вариант XenServer требует платных лицензий; их цена и функционал зависят от редакции. На выбор есть: пробная версия, Standard Edition и Premium Edition. Лицензирование идёт не как в ESXi или Hyper-V по ядрам процессора, а на уровне пулов и хостов.

XCP-ng

Другой известный пример — форк под названием XCP-ng (Xen Cloud Platform) — полностью бесплатное open source решение для виртуализации, базирующееся на Xen. Вполне себе альтернатива коммерческому XenServer. Проект появился после того, как Citrix изменил политику лицензирования и ограничил доступ к важным функциям в бесплатной версии XenServer.

При развёртывании XCP-ng покупать лицензии не нужно, у вас будет полный функционал и возможности без дополнительных затрат. Идеальный выбор для малого и среднего бизнеса (если хотите работать на Xen), но подойдёт и крупным организациям, так как есть платная поддержка.

Основные характеристики XCP-ng:

• Все возможности, которые я перечислил выше в характеристиках XenServer, доступны в XCP-ng без дополнительных затрат: управление через GUI, кластеризация, высокая доступность, резервирование, восстановление, миграция ВМ, интеграция с Xen Orchestra и многое другое.

• С XCP-ng вы получаете полностью открытый исходный код; пользователи и разработчики могут изучать, модифицировать и распространять доработки без ограничений.

• XCP-ng полностью совместим с XenServer, что позволяет перенести ВМ и инфраструктуру на платформу на эту платформу.

• Есть активное комьюнити (больше информации в англоязычном сообществе), которое поддерживает пользователей на форумах и других площадках. Но есть и платная поддержка для организаций, которым нужны внештатные компетенции и SLA (Service Level Agreement). SLA гарантирует профессиональную поддержку и временные рамки реагирования на запросы при инцидентах. 

Что выбрать: XenServer или XCP-ng

Если есть бесплатный и функциональный XCP-ng, то возникает логичный вопрос: зачем использовать платный XenServer?

Отвечу тезисно:

1. Доступ к официальной поддержке от Citrix, что важно некоторым компаниям, которые критически зависят от работы своей IT-инфраструктуры. Несколько часов простоя интернет-магазина в момент пиковых продаж может выйти дороже, чем годовые затраты на лицензии XenServer. Это без учёта репутационных потерь.

2. Если компания уже работает с другими решениями Citrix, вроде Citrix Virtual Apps and Desktops, то XenServer подойдёт лучше из-за оптимизации и плотной интеграции между продуктами.

3. Иногда бизнесу и государственным учреждениям важно использовать сертифицированное ПО, соответствующее стандартам отрасли, законам и требованиям безопасности. Платные версии XenServer могут предложить сертификации и гарантии соответствия.

4. Иногда бизнес больше доверяет платным решениям и репутации поставщика. Даже если open source технически не уступает, крупный бизнес всё равно будет выбирать платное ПО, учитывая уровень поддержки, долгосрочные перспективы развития и потенциальные риски.

Но малый и средний бизнес, энтузиасты и разработчики найдут в XCP-ng функциональную и бесплатную альтернативу. Выбор между XCP-ng и XenServer зависит от конкретных бизнес-потребностей, бюджета и ваших компетенций.

Помимо XenServer и XCP-ng есть и другие инструменты и интерфейсы для управления виртуальными средами на базе Xen.

XO (Xen Orchestra)

XO (Xen Orchestra) — это инструмент для управления виртуализированной инфраструктурой на XCP-ng или XenServer. Работает через графический веб-интерфейс, командную строку (CLI) и REST API. Подходит для полноценного управления, мониторинга, резервного копирования и восстановления, непрерывной репликации, управления сетями и поддержки облачных вычислений. Для работы XO специальный агент не нужен — можно установить на любой машине, которая взаимодействует с узлами XenServer или XCP-ng.

Ещё один инструмент — связка libvirt и Virt-Manager. Можно рассматривать, если вы работаете с несколькими технологиями виртуализации одновременно.

• libvirt — это инструмент и API для управления виртуализацией, который поддерживает Xen, KVM, QEMU и другие гипервизоры.

• Virt-Manager — это графический интерфейс, работающий поверх libvirt, для создания, настройки и управления ВМ.

Сценарии использования Xen

Сценарии в целом не отличаются от любых других конкурирующих гипервизоров. Функционала Xen в составе платформ виртуализации достаточно для развёртывания виртуализированной инфраструктуры любой сложности. Давайте перечислю некоторые варианты (хотя их больше):

• Первое и самое очевидное — виртуализация серверов. Xen частый гость в ЦОДах, облачных инфраструктурах и некоторых корпоративных средах. Он обеспечивает удобное администрирование, высокую доступность, балансировку нагрузки и изоляцию между различными виртуальными машинами (ВМ). То есть весь необходимый функционал.

• Второе — разработка и тестирование программного обеспечения. Тут всё просто: разработчики ПО используют Xen для создания и тестирования приложений в различных виртуальных окружениях. Это быстро и не ломает основную рабочую среду; не нужен физический доступ к физическим серверам и ПК, не нужен парк устройств с разными ОС. После тестирования ВМ можно быстро “уничтожить” или откатить к исходному состоянию.

• Третье — облачные сервисы. Xen — основа для многих облачных платформ, вроде Amazon EC2, хоть и в переработанном варианте. Он позволяет поставлять клиентам облачных услуг выделенные виртуальные серверы с гарантированными ресурсами и полной изоляцией от других клиентов в рамках одной физической IT-инфраструктуры.

• Четвёртое — VDI (Virtual Desktop Infrastructure) — инфраструктура виртуальных рабочих столов. Xen поддерживает технологию VDI, что позволяет пользователям получать удалённый доступ к своему персональному рабочему столу на какой-либо ОС. Виртуальные столы хранятся централизованно на сервере или кластере, вместо локальных ПК. Так легче администрировать офисные пространства, настраивать политики безопасности и консолидировать информацию (не нужно множить копии многих файлов и данных). Работает это добро по локальной и/или глобальной сети.

• Пятое — изоляция и безопасность. Благодаря своей архитектуре парных драйверов для доступа к физическим ресурсам хоста, Xen реализует строгую и надёжную изоляцию между ВМ. Хороший выбор для сред, где требуется повышенная безопасность: государственные учреждения, финансовые организации и другие.

И это лишь часть потенциала Xen. Гипервизор на месте не стоит, постоянно развивается, функционал тоже расширяется, появляются новые функции для растущих требований пользователей и бизнеса.

Плюсы и минусы гипервизора Xen: таблица

Сравнение Xen с другими гипервизорами

Пришло время сравнить Xen с конкурентами: KVM/Proxmox VE, VMware ESXi и Microsoft Hyper-V. При выборе всегда исходите из технических требований, бизнес-задач и бюджета. Не менее важны компетенции технических специалистов, так как могут понадобиться дополнительные админы в штате или на аутсорсе. Если вы определились с гипервизором, но есть сложности с подбором оборудования, то мы в Сервер Молл помогаем подобрать сервер под виртуализацию. Всегда учитываем требования и бюджет, а КП высылаем за час.

Итак, гипервизоры:

• Связка KVM и Proxmox VE — отличный вариант для малого и среднего бизнеса с ограниченным бюджетом или для энтузиастов, предпочитающих открытое ПО. KVM + “Prox” бесплатны, есть веб-интерфейс для управления и интеграция с ZFS. Открытый исходный код, поддерживает множество гостевых операционных систем. Сам же KVM без платформ для виртуализации использует редко — ему нужны сторонние инструменты управления.

• VMware ESXi — широкий функционал, высокая надёжность и производительность + качественная поддержка; для использования всех возможностей придётся покупать лицензии. Подходит большому бизнесу, ЦОДам и бигтеху с крупными бюджетами, высокими требованиями к безопасности, функционалу и поддержке.

• Microsoft Hyper-V — интегрирован в Windows Server и клиентскую Windows + доступен как отдельное ПО; высокая совместимость с другими продуктами Microsoft. Для полного функционала и масштабирования нужны платные лицензии. Подходит любому бизнесу, но ориентирован на тех, кто работает в среде Windows. Дешевле ESXi, иногда значительно.

• Xen — бесплатный (есть платная и бесплатная платформа), с открытым исходным кодом, поддерживает паравиртуализацию и полную виртуализацию, подходит для многих сценариев, включая облачные сервисы и крупные дата-центры. Требует определённых знаний и умений для эффективного управления и настройки.

Теперь про каждый гипервизор поподробней + сравнение в таблицах.

Xen vs Microsoft Hyper-V

Если хотите погрузиться в вопрос, то вам в подробный обзор гипервизора Microsoft Hyper-V с разбором лицензирования (спойлер: там всё непросто). 

Microsoft Hyper-V — гипервизор 1-го типа (Bare-Metal), идёт в комплекте с клиентской Windows и Windows Server, хорошо интегрирован с экосистемой Microsoft. В корпоративной среде на втором месте по популярности после ESXi. Поддерживает HVM (Hardware-assisted virtual machine) — она же аппаратная виртуализация. Есть вариант отдельной бесплатной инсталляции — “Microsoft Hyper-V Server”, в которой нет GUI и других ролей Windows Server.

Microsoft Hyper-V подходит бизнесу любого масштаба, готовому платить за лицензии, особенно, если в инфраструктуре уже есть продукты Microsoft и Windows Server. Hyper-V дороже Xen и KVM, но дешевле ESXi. 

Xen vs VMware ESXi

Большой обзор гипервизора VMWare ESXi читайте в блоге.

VMware ESXi — гипервизор 1-го типа (Bare Metal), который работает на самом низком уровне — сразу на железе, без прослоек из операционных систем, вроде Linux или Windows. В основе ядро VMkernel собственной разработки. ESXi — это сложное, но очень функциональное решение для виртуализации. 

Да, его можно использовать отдельно, например, в малых предприятиях или в простых тестовых средах, однако обычно его используют в составе платформы VMware vSphere для централизованного управления большим количеством хостов и виртуальных машин. Платформа vSphere включает в себя и другие компоненты, такие как vCenter Server, vSphere Client (интерфейс для управления), vSphere Update Manager, vSphere Management Assistant (vMA) и т.д.

Xen vs KVM/Proxmox VE

В нашем блоге есть подробные обзоры гипервизора KVM и Proxmox VE. Читайте, изучайте :) 

KVM (Kernel-based Virtual Machine) — это гипервизор 1-го типа с открытым исходным кодом, который позволяет запускать на физических серверах несколько изолированных виртуальных машин. Он интегрирован в ядро Linux, обеспечивает высокую производительность и надёжность.

Proxmox VE — это открытая и бесплатная платформа виртуализации, которая объединяет гипервизор KVM (Kernel-based Virtual Machine) и контейнерную виртуализацию LXC (Linux Containers). Работает поверх дистрибутива Linux — Debian. Proxmox также включает в себя мощный веб-интерфейс для управления виртуализированной инфраструктурой и дополнительные функции, вроде резервного копирования, миграции и кластеризации. Это мощное и гибкое решение для решения многих бизнес-задач, связанных с виртуализацией. Отличный выбор как для малого бизнеса, так и для центров обработки данных.

Общее сравнение гипервизоров Xen, KVM, Hyper-V, ESXi и Proxmox VE в таблице

Вместо выводов

Xen — мощный и гибкий гипервизор, который отлично подходит для виртуализированных сред. Благодаря своей открытости и богатому функционалу, Xen пользуется популярностью как среди малых и средних предприятий, так и в крупном бизнесе.

Для небольших компаний связка Xen/XCP-ng не единственное open source решение, но вполне конкурент связке KVM/Proxmox. И тоже никаких расходов на лицензии.

В крупном бизнесе Xen популярен среди админов, технических директоров и разработчиков из-за своей надёжности, производительности и безопасности. Он распространён в корпоративной среде, особенно облаках (доработанная версия) или в составе комплексных платформ, вроде XenServer.

Xen, как и другие гипервизоры, помогает сократить издержки на обслуживание инфраструктуры и повысить эффективность использования ресурсов. Он хорошо масштабируется, поддерживает множество операционных систем, включая Linux и Windows, а также интегрируется с другими системами управления и оркестрации. То есть отвечает всем требованиям современных IT-инфраструктур.

Спасибо, что дочитали статью! Не забудьте добавить блог Сервер Молл в закладки (Ctrl + D) — впереди ещё много полезных статей. Если вам потребуются серверы под Xen или любой другой гипервизор, обращайтесь — мы подберём решение с учётом задачи и бюджета, а коммерческое предложение отправим в течение часа. У нас гарантия до 5 лет, бесплатная доставка по всей России и удобные варианты оплаты.