1948 lines
164 KiB
TeX
1948 lines
164 KiB
TeX
\chapter{Υπόβαθρο} \label{background}
|
||
|
||
\hyphenation{πολλές}
|
||
|
||
\noindent Προκειμένου να κατανοήσουμε πλήρως το πρόβλημα που επιλύει η παρούσα
|
||
εργασία πρέπει να αναλύσουμε μερικές βασικές έννοιες. Αρχικά, θα δούμε τι είναι
|
||
το υπολογιστικό νέφος, τι μας προσφέρει και ποια μοντέλα παράδοσης παρέχονται
|
||
μέσω αυτού. Έπειτα θα συζητήσουμε την έννοια της εικονικοποίησης και τις
|
||
διάφορες υποκατηγορίες της που χρησιμοποιούνται στις μέρες μας. Αμέσως μετά, θα
|
||
αναλυθούν τα πλεονεκτήματα της εικονικοποίησης και θα αναδειχθεί ο λόγος που
|
||
προτιμάται η εικονικοποίηση του λειτουργικού συστήματος (δηλ. η χρήση
|
||
δοχειοποιημένων περιβαλλόντων). Τέλος, θα εμβαθύνουμε στην τεχνολογία δοχείων,
|
||
θα δούμε διάφορες υλοποιήσεις της και θα πραγματοποιήσουμε μια ανάλυση της
|
||
ασφάλειας του Docker, ως το de facto βιομηχανικό πρότυπο για την διαχείριση των
|
||
δοχείων, των εφαρμογών και των εικόνων τους.
|
||
|
||
\section{Ορισμός Νεφο-Υπολογιστικής} \label{cloudComputingDefinition}
|
||
|
||
Σύμφωνα με το \citetitle{mell2011nist} \cite{mell2011nist}, η νεφο-υπολογιστική
|
||
είναι ένα μοντέλο που επιτρέπει την ανά πάσα στιγμή διαδικτυακή πρόσβαση σε μια
|
||
κοινή δεξαμενή ρυθμιζόμενων υπολογιστικών πόρων που μπορούν να παρέχονται και
|
||
να απελευθερώνονται γρήγορα και με ελάχιστη προσπάθεια διαχείρισης ή
|
||
αλληλεπίδρασης με τον πάροχο υπηρεσιών. Στους υπολογιστικούς αυτούς πόρους
|
||
περιλαμβάνονται δίκτυα, διακομιστές, χώρος αποθήκευσης, εφαρμογές και
|
||
υπηρεσίες. Αυτό το μοντέλο νέφους αποτελείται από πέντε βασικά χαρακτηριστικά,
|
||
τρία μοντέλα υπηρεσιών και τέσσερα μοντέλα παράδοσης.
|
||
|
||
\subsection{Χαρακτηριστικά} \label{cloucComputingCharacteristics}
|
||
|
||
Τα πέντε βασικά χαρακτηριστικά της νεφο-υπολογιστικής με βάση τους
|
||
\textcite{mell2011nist} είναι τα εξής:
|
||
|
||
\begin{itemize}
|
||
|
||
\item \textbf{Αυτοεξυπηρέτηση κατά παραγγελία (On-demand Self-service)}:
|
||
|
||
Ένας καταναλωτής μπορεί να προμηθευτεί υπολογιστικούς πόρους, όπως
|
||
αποθηκευτικό χώρο και ισχυρούς επεξεργαστές, κατά απαίτηση δίχως την
|
||
ανάγκη αλληλεπίδρασης με τον αντίστοιχο πάροχο νέφους. Μόλις
|
||
συγκροτηθούν, η χρήση των πόρων αυτών μπορεί να αυτοματοποιηθεί,
|
||
οδηγώντας σε ένα περιβάλλον αυτοεξυπηρέτησης κατ' απαίτηση.
|
||
|
||
\item \textbf{Πανταχού παρούσα πρόσβαση (Ubiquitous Access)}:
|
||
|
||
Οι υπηρεσίες που παρέχονται είναι διαθέσιμες μέσω του διαδικτύου και
|
||
είναι προσβάσιμες μέσω πρότυπων μηχανισμών από ετερογενείς πλατφόρμες
|
||
λεπτών και πυκνών πελατών (thin \& thick clients).
|
||
|
||
\item \textbf{Πολλαπλή Μίσθωση (Multi-Tenancy)}:
|
||
|
||
Οι υπολογιστικοί πόροι του παρόχου είναι σχεδιασμένοι με τέτοιο τρόπο
|
||
ώστε να μπορούν να εξυπηρετήσουν πολλούς καταναλωτές έκαστος,
|
||
χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο πολλαπλής μίσθωσης με διαφορετικούς
|
||
φυσικούς και εικονικούς πόρους που εκχωρούνται και ανακατανέμονται
|
||
ανάλογα με τη ζήτηση των καταναλωτών. Το μοντέλο αυτό διακατέχεται και
|
||
από μια αίσθηση ανεξαρτησίας θέσης διότι ανεξάρτητα από το που
|
||
βρίσκεται ένας τελικός χρήστης μπορεί να χρησιμοποιήσει πόρους από
|
||
οποιοδήποτε κέντρο δεδομένων επιθυμεί. Παραδείγματα πόρων που
|
||
παρέχονται αποτελούν μεταξύ άλλων το εύρος ζώνης δικτύου, ο
|
||
αποθηκευτικός χώρος και εικονικές μηχανές.
|
||
|
||
\item \textbf{Ελαστικότητα (Elasticity)}:
|
||
|
||
Οι υπολογιστικές, δικτυακές και αποθηκευτικές δυνατότητες μπορούν να
|
||
παρέχονται και να απελευθερώνονται ελαστικά (αυτόματα) με σκοπό την
|
||
οριζόντια ή κάθετη κλιμάκωση υπηρεσιών αναλόγως την παρούσα ζήτηση. Από
|
||
την οπτική γωνία του καταναλωτή, οι παρεχόμενες δυνατότητες μοιάζουν
|
||
απεριόριστες και μπορούν να κατανεμηθούν ανά πάσα στιγμή σε οποιαδήποτε
|
||
ποσότητα.
|
||
|
||
\item \textbf{Μετρούμενη υπηρεσία}:
|
||
|
||
Τα συστήματα νέφους ελέγχουν και βελτιστοποιούν αυτόματα τη χρήση των
|
||
πόρων αξιοποιώντας δυνατότητες μέτρησης/παρακολούθησης κατάλληλες για
|
||
τον τύπο της υπηρεσίας (π.χ, αποθήκευση, επεξεργασία, εύρος ζώνης). Η
|
||
χρήση των πόρων μπορεί να παρακολουθείται, να ελέγχεται και να
|
||
αναγράφεται, παρέχοντας διαφάνεια τόσο στον πάροχο όσο και στον
|
||
καταναλωτή της υπηρεσίας που χρησιμοποιείται. Η αναφερόμενη χρήση
|
||
έπειτα χρησιμοποιείται για την χρέωση του καταναλωτή ανάλογα με το
|
||
μοντέλο χρέωσης που σχετίζεται με την χρησιμοποιούμενη υπηρεσία.
|
||
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\subsection{Μοντέλα Υπηρεσιών/Παράδοσης} \label{cloudComputingServiceModels}
|
||
|
||
Τα τρία μοντέλα υπηρεσιών ή παράδοσης της νεφο-υπολογιστικής, όπως αναγράφονται
|
||
στο \cite{mell2011nist} είναι τα παρακάτω:
|
||
|
||
\begin{itemize}
|
||
|
||
\item \textbf{Software as a Service (SaaS) (Λογισμικό ως Υπηρεσία)}:
|
||
|
||
Παρέχεται στον καταναλωτή η δυνατότητα χρήσης εφαρμογών εκτελούμενων σε
|
||
μια υποδομή νέφους προσφερόμενη είτε από τον πάροχο νέφους είτε από
|
||
τρίτο μέρος. Οι εφαρμογές αυτές είναι προσβάσιμες, από διάφορες
|
||
συσκευές ικανές να συνδεθούν στο διαδίκτυο, μέσω φυλλομετρητή ή μέσω
|
||
προγραμματιστικής διεπαφής. Δεν προσφέρεται έλεγχος ή δυνατότητα
|
||
διαχείρισης της υποκείμενης υποδομής νέφους ή των δυνατοτήτων της
|
||
υπηρεσίας, με εξαίρεση περιορισμένη παραμετροποίηση κάποιων ρυθμίσεων
|
||
διαμόρφωσης της εφαρμογής. Το μοντέλο χρέωσης είθισται να είναι της
|
||
μορφής μιας σταθερής μηνιαίας ή ετήσιας συνδρομής χρησιμοποιώντας
|
||
βαθμίδες με διαφορετικά επίπεδα παροχής υπηρεσιών του λογισμικού
|
||
\footfullcite{saasPricingModel}.
|
||
|
||
\item \textbf{Platform as a Service (PaaS) (Πλατφόρμα ως Υπηρεσία)}:
|
||
|
||
Παρέχεται η δυνατότητα ανάπτυξης και εκτέλεσης εφαρμογών σε ένα
|
||
κατάλληλο περιβάλλον παρεχόμενο από μια πλατφόρμα που υποστηρίζεται από
|
||
πόρους του υπολογιστικού νέφους. Οι εφαρμογές αυτές αναπτύσσονται από
|
||
τον καταναλωτή μέσω της πλατφόρμας χρησιμοποιώντας ένα ολοκληρωμένο
|
||
περιβάλλον ανάπτυξης και εκτέλεσης αποτελούμενο από runtimes γλωσσών
|
||
προγραμματισμού, βιβλιοθήκες, υπηρεσίες και εργαλεία. Ο καταναλωτής δεν
|
||
έχει τον έλεγχο της υποκείμενης υποδομής νέφους, αλλά έχει τον έλεγχο
|
||
των εφαρμογών που εκτελούνται σε αυτήν, καθώς και των ρυθμίσεων
|
||
διαμόρφωσης τους και του περιβάλλοντος ανάπτυξης/εκτέλεσης τους.
|
||
Συνήθως, τα περιβάλλοντα είναι προκαθορισμένα ως προς το περιεχόμενο
|
||
τους αλλά γίνεται προσπάθεια από τους παρόχους των υπηρεσιών PaaS να
|
||
καλύψουν τις ανάγκες όλων των πιθανών ομάδων έργων λογισμικού σε σχέση
|
||
με τα διαφορετικά περιβάλλοντα που προσφέρονται. Το μοντέλο χρέωσης
|
||
υπηρεσιών PaaS συνήθως περιλαμβάνει μια σταθερή χρέωση ανά χρονική
|
||
περίοδο για κάθε είδος πόρου που χρειάστηκε να χρησιμοποιηθεί από τον
|
||
πάροχο για την επίτευξη των απαιτήσεων της εφαρμογής του καταναλωτή
|
||
μέσω της παρεχόμενης πλατφόρμας \footfullcite{paasPricingModel}.
|
||
Ουσιαστικά, ο καταναλωτής χρεώνεται με βάση την χρήση των πόρων του
|
||
παρόχου.
|
||
|
||
\item \textbf{Infrastructure as a Service (IaaS) (Υποδομή ως Υπηρεσία)}:
|
||
|
||
Παρέχεται η δυνατότητα χρήσης επεξεργαστικών, αποθηκευτικών, δικτυακών
|
||
και άλλων υπολογιστικών πόρων. Συνήθως, οι πόροι αυτοί συγκροτούνται
|
||
στην μορφή μιας εικονικής μηχανής, δηλ. ενός απογυμνωμένου
|
||
περιβάλλοντος στο οποίο ο καταναλωτής μπορεί να εγκαταστήσει και να
|
||
εκτελέσει το λογισμικό της επιλογής του, συμπεριλαμβανομένων
|
||
λειτουργικών συστημάτων και εφαρμογών. Ο καταναλωτής δεν έχει τον
|
||
έλεγχο της υποκείμενης υποδομής νέφους, αλλά έχει τον έλεγχο των
|
||
λειτουργικών συστημάτων, του αποθηκευτικού χώρου, των περιβαλλόντων
|
||
ανάπτυξης/εκτέλεσης, των εγκατεστημένων εφαρμογών και των ρυθμίσεων
|
||
διαμόρφωσης τους. Το μοντέλο χρέωσης υπηρεσιών IaaS συνήθως αποτελείται
|
||
από μια συνεχόμενη χρέωση ανά χρονική περίοδο λόγω της ανάθεσης των
|
||
πόρων στον καταναλωτή η οποία αυξάνεται μετά την υπέρβαση ενός ορίου
|
||
χρήσης για ορισμένους πόρους όπως το εύρος ζώνης δικτύου.
|
||
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
\subsection{Μοντέλα Ανάπτυξης} \label{cloudComputingDeploymentModels}
|
||
|
||
Τα τέσσερα μοντέλα ανάπτυξης του υπολογιστικού νέφους σύμφωνα με το
|
||
\cite{mell2011nist} και την \citeauthor{cloudDeploymentModels}
|
||
\footfullcite{cloudDeploymentModels} είναι:
|
||
|
||
\begin{itemize}
|
||
|
||
\item \textbf{Ιδιωτικό νέφος (Private Cloud)}:
|
||
|
||
Το ιδιωτικό νέφος είναι αποκλειστικά αφιερωμένο σε έναν μόνο οργανισμό
|
||
αποτελούμενο από πολλαπλούς καταναλωτές (π.χ. επιχειρησιακές μονάδες ή
|
||
τμήματα). Ενδεχομένως να ανήκει, να διαχειρίζεται και να λειτουργεί από
|
||
τον οργανισμό, από μια τρίτη οντότητα, ή έναν συνδυασμό των δύο. Το
|
||
νέφος αυτό μπορεί να βρίσκεται εντός ή εκτός του οργανισμού (πχ. στην
|
||
περίπτωση που λειτουργεί από τρίτη οντότητα). Παρέχει πλήρη έλεγχο στον
|
||
τρόπο με τον οποίο μοιράζονται και αποθηκεύονται τα δεδομένα και
|
||
διασφαλίζει την συμμόρφωση με τυχόν κανονισμούς τους οποίους καλείται
|
||
μια επιχείρηση να ακολουθήσει. Επιπλέον, λόγω της αποκλειστικής
|
||
αφιέρωσης του σε έναν μόνο οργανισμό, εξασφαλίζεται η διαθεσιμότητα των
|
||
δεδομένων κατά παραγγελία, όπως επίσης και η αξιοπιστία του για
|
||
κρίσιμους φόρτους εργασίας
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\item \textbf{Κοινοτικό νέφος (Community Cloud)}:
|
||
|
||
Είναι διαθέσιμο για μια κοινότητα καταναλωτών ή οργανισμών με κοινές
|
||
ανησυχίες, όπως οι απαιτήσεις ασφαλείας και ζητήματα πολιτικής και
|
||
συμμόρφωσης. Μπορεί να ανήκει, να διαχειρίζεται και να λειτουργεί από
|
||
έναν ή περισσότερους οργανισμούς της κοινότητας, μια τρίτη οντότητα ή
|
||
έναν συνδυασμό των δύο. Το νέφος αυτό μπορεί να βρίσκεται εντός ή εκτός
|
||
των οργανισμών της κοινότητας (εφόσον λειτουργεί από τρίτη κοινότητα).
|
||
Το κόστος κτήσης, λειτουργίας και συντήρησης συνήθως διαμοιράζεται
|
||
μεταξύ των μελών/οργανισμών της κοινότητας. Επιπροσθέτως, είναι
|
||
προσβάσιμο συνήθως μόνο από τα μέλη της κοινότητας. Οπότε, μπορεί να
|
||
θεωρηθεί ένα ιδιωτικό νέφος και όχι μόνο για έναν αλλά πολλαπλούς
|
||
οργανισμούς.
|
||
|
||
\item \textbf{Δημόσιο νέφος (Public Cloud)}:
|
||
|
||
Εδώ, το νέφος υποδομής είναι διαθέσιμο για το γενικό κοινό. Μπορεί να
|
||
ανήκει και να διαχειρίζεται από μια επιχείρηση, έναν ακαδημαϊκό ή
|
||
κυβερνητικό οργανισμό ή έναν συνδυασμό των παραπάνω. Λειτουργεί εντός
|
||
των υποδομών του παρόχου νέφους. Το δημόσιο νέφος είναι ουσιαστικά οι
|
||
εικονικές μηχανές που εκτελούνται σε διακομιστές του παρόχου νέφους,
|
||
των οποίων οι υπολογιστικοί πόροι χρησιμοποιούνται από πολλούς
|
||
καταναλωτές ταυτόχρονα. Αποτελεί το πιο δημοφιλές μοντέλο που παρέχουν
|
||
εταιρίες υπηρεσιών IaaS λόγω της απουσίας απαίτησης μεγάλου αρχικού
|
||
κόστους και της ευελιξίας που παρέχεται μέσω της αυτοεξυπηρέτησης κατά
|
||
παραγγελία. Είναι η κατάλληλη επιλογή για μεγάλους φόρτους εργασίας
|
||
μικρής διάρκειας λόγω του μοντέλου χρέωσης ανά χρήση και διευκολύνει
|
||
μια επιχείρηση στην μετέπειτα διαχείριση του κόστους με βάση τις
|
||
προβλέψεις της ζήτησης της υπηρεσίας που αυτή προσφέρει.
|
||
|
||
\item \textbf{Υβριδικό νέφος (Hybrid Cloud)}:
|
||
|
||
Είναι συνδυασμός δύο ή περισσότερων νεφών (ιδιωτικού, κοινοτικού ή
|
||
δημοσίου) που διατηρούνται ως ξεχωριστές οντότητες αλλά συνδέονται
|
||
μεταξύ τους με πρότυπες ή ιδιόκτητες τεχνολογίες που επιτρέπουν τη
|
||
φορητότητα δεδομένων και εφαρμογών. Η πιο συνηθισμένη μορφή ενός
|
||
υβριδικού νέφους αντιστοιχεί στη χρήση ενός ιδιωτικού νέφους, το οποίο
|
||
μπορεί να αντλεί επιπλέον πόρους από το δημόσιο νέφος, όταν φθάνει στα
|
||
όρια της χωρητικότητάς του.
|
||
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\section{Ορισμός Εικονικοποίησης} \label{virtualizationDefinition}
|
||
|
||
Σύμφωνα με τον ορισμό της Red Hat
|
||
\footfullcite{redhatVirtualizationDefinition}, η εικονικοποίηση είναι μια
|
||
τεχνολογία που μας επιτρέπει να δημιουργήσουμε πολλαπλά εικονικά περιβάλλοντα ή
|
||
αποκλειστικούς πόρους από ένα μόνο, φυσικό σύστημα υλικού. Ένα λογισμικό
|
||
ονόματι υπερ-επόπτης (hypervisor) συνδέεται στο υλικό αυτό\footnote{Απευθείας
|
||
στην εικονικοποίηση υποβοηθούμενη από το υλικό και έμμεσα στην
|
||
εικονικοποίηση υποβοηθούμενη από το λογισμικό} και δίνει τη δυνατότητα
|
||
διαμερισμού ενός συστήματος σε ξεχωριστά, διακριτά και ασφαλή περιβάλλοντα,
|
||
γνωστά και ως εικονικές μηχανές (Virtual Machines - VMs). Επομένως, αυτές οι
|
||
εικονικές μηχανές βασίζονται στην ικανότητα του υπερ-επόπτη να διαχωρίζει τους
|
||
πόρους της μηχανής και να τους κατανέμει κατάλληλα.
|
||
|
||
Το φυσικό υλικό, εξοπλισμένο με έναν υπερ-επόπτη, ονομάζεται ξενιστής (host) ή
|
||
μηχάνημα φιλοξενίας, ενώ οι πολλές εικονικές μηχανές που χρησιμοποιούν τους
|
||
πόρους του είναι οι επισκέπτες (guests) ή αλλιώς τα φιλοξενούμενα μηχανήματα.
|
||
Οι επισκέπτες, αντιμετωπίζουν τους υπολογιστικούς πόρους όπως είναι η κεντρική
|
||
μονάδα επεξεργασίας, η μνήμη και ο αποθηκευτικός χώρος, ως μια δεξαμενή πόρων
|
||
που μπορεί εύκολα να ανακατανεμηθεί. Οι χειριστές μπορούν να ελέγχουν εικονικά
|
||
στιγμιότυπα αυτών των πόρων, ούτως ώστε να πραγματοποιούν οριζόντια ή κάθετη
|
||
κλιμάκωση. Δηλαδή είτε να δημιουργούν περισσότερες εικονικές μηχανές, είτε να
|
||
αναδημιουργούν την ίδια με επιπλέον πόρους (εφόσον δεν έχουν δεσμευτεί από
|
||
άλλες εικονικές μηχανές του ίδιου φυσικού μηχανήματος) όταν αυτό είναι
|
||
απαραίτητο.
|
||
|
||
Η εικονικοποίηση καθιστά δυνατή τη δημιουργία χρήσιμων υπηρεσιών ΤΠ
|
||
χρησιμοποιώντας πόρους στους οποίους παραδοσιακά μπορούσαμε να έχουμε πρόσβαση
|
||
μονάχα με την ιδιοκτησία φυσικών μηχανημάτων. Μας επιτρέπει να αξιοποιήσουμε
|
||
όλες τις δυνατότητες ενός φυσικού μηχανήματος διανέμοντας τις σε πολλούς
|
||
χρήστες και περιβάλλοντα. Με άλλα λόγια, υποστηρίζεται η πολλαπλή μίσθωση ανά
|
||
φυσικό μηχάνημα με τη μορφή εικονικών μηχανημάτων καθώς και η αυξημένη χρήση
|
||
πόρων των φυσικών μηχανημάτων (στα κέντρα δεδομένων του νέφους)
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
Με βάση ένα παράδειγμα της Red Hat \footfullcite{redhatVirtualization}, ας
|
||
φανταστούμε πως έχουμε τρεις διακομιστές (servers) (δηλ. φυσικά μηχανήματα),
|
||
στον καθένα από τους οποίους έχει ανατεθεί ένας συγκεκριμένος σκοπός. Ένας
|
||
διακομιστής ηλεκτρονικού ταχυδρομείου, ένας διακομιστής ιστού και ένας που
|
||
εκτελεί εσωτερικές εταιρικές εφαρμογές οι οποίες σταμάτησαν να διατηρούνται
|
||
αλλά είναι ακόμα λειτουργικές. Στο συγκεκριμένο παράδειγμα κάθε ένας από τους
|
||
διακομιστές χρησιμοποιεί μονάχα το 30\% των δυνατοτήτων του (ως προς τους
|
||
πόρους που μπορεί να διαθέσει).
|
||
|
||
\begin{center}
|
||
\begin{figure}[!ht]
|
||
\centering
|
||
\includegraphics[width = .5\textwidth]{Figures/RedHat_Virtualization/redhat_virtualization_server_usage1.png}
|
||
\captionof{figure}{Χρήση διακομιστών χωρίς εικονικοποίηση \cite{redhatVirtualization}}
|
||
\label{fig:virtualizationServerUsage1}
|
||
\end{figure}
|
||
\vspace*{-30pt}
|
||
\end{center}
|
||
|
||
Παραδοσιακά, αυτή η αρχιτεκτονική όπου εκτελούνται μεμονωμένες εργασίες σε
|
||
μεμονωμένους διακομιστές ήταν ευκολότερη και πιο αξιόπιστη αλλά δεν παύει να
|
||
μην είναι η πιο αποδοτική λύση. Με την άφιξη της τεχνολογίας της
|
||
εικονικοποίησης, όμως είναι πλέον εφικτό να χωριστεί ένας διακομιστής σε
|
||
περισσότερα μέρη, έχοντας πλέον δύο ή παραπάνω εικονικά μηχανήματα με τη χρήση
|
||
ενός φυσικού.
|
||
|
||
\begin{center}
|
||
\begin{figure}[!ht]
|
||
\centering
|
||
\includegraphics[width = .5\textwidth]{Figures/RedHat_Virtualization/redhat_virtualization_server_usage2.png}
|
||
\captionof{figure}{Χρήση διακομιστών με εικονικοποίηση \cite{redhatVirtualization}}
|
||
\label{fig:virtualizationServerUsage2}
|
||
\end{figure}
|
||
\vspace*{-30pt}
|
||
\end{center}
|
||
|
||
Εφόσον ένας διακομιστής χωρίζεται σε δύο ή παραπάνω εικονικά μέρη, μπορεί να
|
||
αυξηθεί ραγδαία η αξιοποίηση των δυνατοτήτων του. Με βάση το προηγούμενο
|
||
παράδειγμα, αν μια εικονική μηχανή λαμβάνει το 30\% των πόρων ενός
|
||
διακομιστή/φυσικού μηχανήματος, τότε όλες οι προαναφερόμενες τρεις
|
||
λειτουργικότητες (παροχής υπηρεσιών ιστού, ηλεκτρονικού ταχυδρομείου και
|
||
εφαρμογών) θα μπορούσαν να εγκατασταθούν στον ίδιο διακομιστή με την μορφή
|
||
τριών διαφορετικών εικονικών μηχανημάτων, αντίστοιχα.
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
Αφού η δημιουργία και καταστροφή των εικονικών μηχανών σε ένα μηχάνημα
|
||
πραγματοποιείται δυναμικά ανάλογα με τη ζήτηση, αυτό σημαίνει πως ένας
|
||
διακομιστής μπορεί να συνεχίσει να χρησιμοποιείται για νέους σκοπούς σε σχέση
|
||
με τους αρχικούς είτε να αποσυρθεί τελείως σταματώντας την λειτουργία του
|
||
(switch off). Το τελευταίο είναι χρήσιμο κυρίως όταν η ζήτηση σε ένα κέντρο
|
||
δεδομένων είναι μικρή και επομένως υπάρχει οικονομικό συμφέρον (λόγω
|
||
ενεργειακού κόστους) ως προς το κλείσιμο των διακομιστών που δεν απαιτούνται
|
||
για την κάλυψη της παρούσας ζήτησης.
|
||
|
||
\subsection{Ιστορική αναδρομή της εικονικοποίησης} \label{virtualizationHistory}
|
||
|
||
Όπως αναφέρει μια θυγατρική της IBM \footfullcite{redhatVirtualization}, ενώ η
|
||
τεχνολογία εικονικοποίησης χρονολογείται από τη δεκαετία του 1960, δεν
|
||
υιοθετήθηκε ευρέως μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 2000. Οι τεχνολογίες που
|
||
την έκαναν πραγματικότητα, όπως οι υπερ-επόπτες, αναπτύχθηκαν πριν από
|
||
δεκαετίες για να δώσουν σε πολλούς χρήστες ταυτόχρονη πρόσβαση σε υπολογιστές
|
||
που επεξεργαζόντουσαν πολλά δεδομένα ταυτόχρονα. Κάτι ιδιαίτερα δημοφιλές στον
|
||
τομέα των επιχειρήσεων για καθήκοντα ρουτίνας που έπρεπε να εκτελεστούν
|
||
χιλιάδες φορές πολύ γρήγορα όπως η μισθοδοσία υπαλλήλων.
|
||
|
||
Ωστόσο, μέσα στις επόμενες δεκαετίες, ήρθαν στο προσκήνιο άλλες λύσεις στο
|
||
πρόβλημα διαμοιρασμού ενός μηχανήματος σε πολλούς χρήστες, μειώνοντας έτσι το
|
||
ενδιαφέρον για την τεχνολογία εικονικοποίησης. Μία από αυτές ήταν ο
|
||
διαμοιρασμός χρόνου (time-sharing) όπου ένας χρήστης μπορούσε να χρησιμοποιεί
|
||
το λειτουργικό σύστημα απομονωμένα από τους υπόλοιπους. Κάτι που οδήγησε στη
|
||
δημιουργία λειτουργικών συστημάτων όπως το UNIX, το οποίο με τη σειρά του
|
||
άνοιξε δρόμο για την άφιξη του Linux. Καθ' όλη τη διάρκεια αυτή, η
|
||
εικονικοποίηση παρέμεινε σε μεγάλο βαθμό μη διαδεδομένη.
|
||
|
||
Προχωρώντας στη δεκαετία του 1990, οι περισσότερες επιχειρήσεις διέθεταν
|
||
φυσικούς διακομιστές και στοίβες μηχανημάτων ενός προμηθευτή, οι οποίες δεν
|
||
είχαν τη δυνατότητα εκτέλεσης εφαρμογών σε υλικό διαφορετικού προμηθευτή. Καθώς
|
||
οι εταιρείες αναβάθμιζαν τα περιβάλλοντα πληροφορικής τους με λιγότερο
|
||
δαπανηρούς διακομιστές, λειτουργικά συστήματα και εφαρμογές από διάφορους
|
||
προμηθευτές, ήταν υποχρεωμένες να υπολειτουργούν το φυσικό υλικό, αφού κάθε
|
||
διακομιστής μπορούσε συνήθως να εκτελέσει μόνο μια εργασία/εφαρμογή που είχε
|
||
υλοποιηθεί με βάση το υλικό του συγκεκριμένου προμηθευτή (του διακομιστή).
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
Από εκείνο το σημείο και έπειτα άρχισε να γίνεται εμφανής η ανάγκη της
|
||
εικονικοποίησης και να ανεβαίνει η δημοτικότητα της. Οι εταιρείες μπορούσαν
|
||
πλέον να διαμερίσουν τους διακομιστές τους και να εκτελούν ακόμα και τις
|
||
παλαιές τους εφαρμογές σε πολλούς τύπους και εκδόσεις λειτουργικών συστημάτων.
|
||
Οι διακομιστές άρχισαν να χρησιμοποιούνται πιο αποδοτικά ή και καθόλου,
|
||
μειώνοντας το απαιτούμενο κόστος αγοράς, εγκατάστασης, συντήρησης και ψύξης
|
||
τους.
|
||
|
||
Η ευρεία εφαρμογή της εικονικοποίησης συνέβαλε στη μείωση του εγκλωβισμού σε
|
||
έναν μόνο προμηθευτή και την κατέστησε το θεμέλιο του υπολογιστικού νέφους.
|
||
Σήμερα είναι τόσο διαδεδομένη σε όλες τις επιχειρήσεις που συχνά απαιτείται
|
||
εξειδικευμένο λογισμικό διαχείρισης των εικονικών πόρων
|
||
\footfullcite{redhatVirtualizationManagement} για να μπορέσει κανείς να
|
||
παρακολουθεί τα δρώμενα της επιχείρησης. Πρόκειται για ένα λογισμικό το οποίο
|
||
διασυνδέεται με εικονικά περιβάλλοντα και το υποκείμενο φυσικό υλικό τους με
|
||
απώτερο σκοπό την απλοποίηση της διαχείρισης πόρων, τη βελτίωση της ανάλυσης
|
||
δεδομένων και τον εξορθολογισμό των λειτουργιών. Ουσιαστικά ένα λογισμικό που
|
||
συνδέεται απομακρυσμένα με υπερ-επόπτες, προσφέροντας φιλική προς τον χρήση
|
||
διεπαφή και επιπρόσθετες λειτουργίες όπως η συγκρότηση αναφορών χρήσης, η
|
||
αυτοματοποίηση επιβολής κανόνων και η παρακολούθηση χρήσης εικονικών
|
||
περιβαλλόντων.
|
||
|
||
\section{Τι είναι ένας υπερ-επόπτης} \label{hypervisors}
|
||
|
||
Προτού οι υπερ-επόπτες έρθουν στο προσκήνιο, οι περισσότεροι φυσικοί
|
||
υπολογιστές μπορούσαν να εκτελέσουν ένα λειτουργικό σύστημα τη φορά. Αυτό
|
||
συνέβαλε στη σταθερότητα τους μιας και δε χρειαζόταν να διαχειριστούν αιτήματα
|
||
από άλλα λειτουργικά συστήματα. Αυτή η προσέγγιση όμως είχε ένα μειονέκτημα.
|
||
Μεγάλο κομμάτι των πόρων του συστήματος έμενε ανεκμετάλλευτο.
|
||
|
||
Τη λύση σε αυτό το πρόβλημα την έφερε η εισαγωγή των υπερ-εποπτών. Πρόκειται
|
||
για μια στρώση λογισμικού που καθιστά δυνατή την εκτέλεση πολλαπλών
|
||
λειτουργικών συστημάτων, το ένα δίπλα στο άλλο, μοιράζοντας τους ίδιους
|
||
φυσικούς πόρους σε κάθε ένα από αυτά. Η πράξη αυτή ονομάζεται εικονικοποίηση
|
||
και τα στιγμιότυπα των λειτουργικών συστημάτων λέγονται εικονικές μηχανές οι
|
||
οποίες αντιπροσωπεύουν προσομοιώσεις φυσικών υπολογιστών.
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
Οι υπερ-επόπτες είναι υπεύθυνοι για τη διαχείριση των εικονικών μηχανών
|
||
χωρίζοντας τις και αναθέτοντας σε κάθε μια ένα κομμάτι της διαθέσιμης
|
||
υπολογιστικής ισχύος, μνήμης και χώρου αποθήκευσης. Αυτή η διαδικασία τις
|
||
αποτρέπει από την αλληλεπίδραση μεταξύ τους. Μάλιστα, στην περίπτωση
|
||
κατάρρευσης μιας εικονικής μηχανής, οι υπόλοιπες παραμένουν ανεπηρέαστες.
|
||
|
||
\subsection{Είδη υπερ-εποπτών} \label{hypervisorTypes}
|
||
|
||
Οι υπερ-επόπτες χωρίζονται σε δύο κατηγορίες ανάλογα με το περιβάλλον στο οποίο
|
||
εκτελούνται. Με βάση την \citeauthor{ibmHypervisorDefinition}
|
||
\footfullcite{ibmHypervisorDefinition}, αυτές είναι:
|
||
|
||
\begin{itemize}
|
||
|
||
\item \textbf{Τύπου 1 (Bare Metal)}:
|
||
|
||
Ένας υπερ-επόπτης τύπου 1 εκτελείται απευθείας στο φυσικό υλικό του
|
||
υποκείμενου υπολογιστή, αλληλεπιδρώντας άμεσα με την κεντρική μονάδα
|
||
επεξεργασίας, τη μνήμη και το φυσικό αποθηκευτικό χώρο. Για το λόγο
|
||
αυτό, οι υπερ-επόπτες τύπου 1 αναφέρονται επίσης ως bare-metal
|
||
υπερ-επόπτες και αντικαθιστούν το λειτουργικό σύστημα του κεντρικού
|
||
υπολογιστή. Η άμεση πρόσβαση στο φυσικό υλικό, τους καθιστά ιδιαίτερα
|
||
αποδοτικούς. Παρ' όλα αυτά, επειδή αντικαθιστούν το ΛΣ, προκειμένου να
|
||
μπορούν να αξιοποιηθούν απομακρυσμένα, συχνά απαιτείται μια ξεχωριστή
|
||
μηχανή στην οποία θα εκτελείται λογισμικό διαχείρισης εικονικών πόρων
|
||
\footfullcite{phoenixnapHypervisors}, μέσω του οποίου προσφέρεται μια
|
||
διεπαφή για τον έλεγχο των εικονικών μηχανών και του υλικού του
|
||
κεντρικού υπολογιστή.
|
||
|
||
\item \textbf{Τύπου 2 (Hosted)}:
|
||
|
||
Ένας υπερ-επόπτης τύπου 2 δεν εκτελείται απευθείας στο υποκείμενο
|
||
υλικό. Αντ' αυτού, εκτελείται ως εφαρμογή σε ένα υπάρχον λειτουργικό
|
||
σύστημα. Η χρήση τους δε συνηθίζεται σε περιβάλλοντα με πολλούς
|
||
διακομιστές λόγω της καθυστέρησης που εισάγεται εξαιτίας της συνεχούς
|
||
επικοινωνίας του με το ΛΣ φιλοξενίας και επειδή το υποκείμενο αυτό ΛΣ
|
||
βάζει σε προτεραιότητα τις δικές του εφαρμογές και λειτουργίες έναντι
|
||
αυτών του υπερ-επόπτη \footfullcite{amazonHypervisors}.
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
Αντίθετα, είναι καταλληλότεροι για μεμονωμένους τελικούς χρήστες
|
||
υπολογιστών που έχουν την ανάγκη να εκτελέσουν πολλαπλά λειτουργικά
|
||
συστήματα (σε έναν υπολογιστή). Παραδείγματα τέτοιων χρηστών είναι
|
||
μηχανικοί, επαγγελματίες ασφαλείας που αναλύουν κακόβουλο λογισμικό και
|
||
υπάλληλοι επιχειρήσεων που χρειάζονται πρόσβαση σε εφαρμογές που είναι
|
||
διαθέσιμες αποκλειστικά σε διαφορετικές πλατφόρμες λογισμικού από τη
|
||
δική τους.
|
||
|
||
Διατίθενται συχνά πρόσθετες εργαλειοθήκες για τους χρήστες, οι οποίες
|
||
μπορούν να εγκατασταθούν στο λειτουργικό σύστημα προκειμένου να
|
||
παρέχουν βελτιωμένες συνδέσεις μεταξύ του υποκείμενου λειτουργικού
|
||
συστήματος και εκείνου της εικονικής μηχανής. Οι πρόσθετες δυνατότητες
|
||
που υποστηρίζονται μετά την παραπάνω διαδικασία μπορεί να είναι η
|
||
αποκοπή και επικόλληση μεταξύ των δύο συστημάτων ή η κοινή πρόσβαση
|
||
στον αποθηκευτικό χώρο.
|
||
|
||
Η τρέχουσα προσέγγιση επιτρέπει τη γρήγορη εναλλαγή σε διαφορετικά
|
||
λειτουργικά συστήματα πέραν του ήδη υπάρχοντος, πράγμα που αυξάνει την
|
||
παραγωγικότητα του τελικού χρήστη, αφού μπορεί να έχει πρόσβαση σε
|
||
εργαλεία που δεν υποστηρίζονται στο δικό του (αρχικό/υπάρχον σύστημα).
|
||
|
||
Σε κάθε τύπο υπερ-επόπτη, όταν το φιλοξενούμενο ΛΣ αιτηθεί πρόσβαση
|
||
στους πόρους υπολογισμού, μνήμης και δικτύου του φυσικού υλικού, όλες
|
||
οι προσβάσεις περνάνε πρώτα από αυτόν. Στην περίπτωση όμως
|
||
υπερ-επόπτη τύπου 2, επειδή εκτελείται ως εφαρμογή του ΛΣ φιλοξενίας,
|
||
οι προσβάσεις αυτές χρειάζεται να μεταφραστούν προτού περάσουν στο
|
||
φιλοξενούμενο ΛΣ και τους υποκείμενους πόρους του. Επομένως, σε
|
||
αντίθεση με τους υπερ-επόπτες τύπου 1 όπου η πρόσβαση γίνεται άμεσα, η
|
||
χρήση υπερ-εποπτών τύπου 2 εισάγει προβλήματα καθυστέρησης που μπορεί
|
||
να επηρεάσουν την απόδοση.
|
||
|
||
Κατά την χρήση υπερ-επόπτη τύπου 2 παρέχεται μεγαλύτερη
|
||
συμβατότητα/γκάμα υλικού διότι αυτό διαχειρίζεται από το υποκείμενο ΛΣ
|
||
φιλοξενίας. Επιπροσθέτως, εισάγεται πιθανός κίνδυνος ασφαλείας εάν ένας
|
||
εισβολέας παραβιάσει το κεντρικό λειτουργικό σύστημα, επειδή θα
|
||
μπορούσε στη συνέχεια να χειραγωγήσει οποιοδήποτε φιλοξενούμενο
|
||
λειτουργικό σύστημα εκτελείται σε αυτόν.
|
||
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\subsection{Χαρακτηριστικά ενός υπερ-επόπτη} \label{hypervisorCharacteristics}
|
||
|
||
Αν και υπάρχουν διαφορετικά είδη υπερ-εποπτών, όλοι έχουν κάποια χαρακτηριστικά
|
||
που πρέπει να λάβει κανείς υπόψιν όταν επιλέγει ποιον θα χρησιμοποιήσει. Μερικά
|
||
σημαντικά αυτών όπως αναφέρονται από την \citeauthor{ibmHypervisorDefinition}
|
||
\footfullcite{ibmHypervisorDefinition} είναι:
|
||
|
||
\begin{itemize}
|
||
|
||
\item \textbf{Απόδοση}:
|
||
|
||
Βασικό χαρακτηριστικό ενός υπερ-επόπτη είναι η απόδοση του. Αυτή
|
||
διαφέρει από τον ένα υπερ-επόπτη στον άλλο αναλόγως την κατασκευή και
|
||
τον τύπο του. Όμως, εν γένει, οι bare-metal υπερ-επόπτες θα πρέπει να
|
||
παρέχουν απόδοση κοντά στην εγγενή λόγω της απουσίας ανάγκης μετάφρασης
|
||
των αιτημάτων του φιλοξενούμενου ΛΣ.
|
||
|
||
\item \textbf{Οικοσύστημα}:
|
||
|
||
Για τη διαχείριση ενός υπερ-επόπτη σε διάφορες κλίμακες πρέπει να
|
||
υπάρχει καλή τεκμηρίωση και διάφορα εργαλεία είτε επίσημα είτε από την
|
||
κοινότητα που να επιτρέπουν δυνατότητες όπως δημιουργία αντιγράφων
|
||
ασφαλείας, ανάλυση χωρητικότητας και διαχείριση εναλλαγής εικονικών
|
||
μηχανών \footfullcite{vmfailover} με αντίγραφα τους σε περιπτώσεις
|
||
σφάλματος του λειτουργικού συστήματος της εκτελούμενης (εικονικής
|
||
μηχανής).
|
||
|
||
\item \textbf{Εργαλεία διαχείρισης}:
|
||
|
||
Η εκτέλεση εικονικών μηχανών δεν αποτελεί το μοναδικό καθήκον ενός
|
||
διαχειριστή κατά τη χρήση ενός υπερ-επόπτη. Απαραίτητες πρόσθετες
|
||
ενέργειες είναι η συντήρηση και η ανάλυση τους, καθώς και η διαγραφή
|
||
όσων δε χρησιμοποιούνται πλέον. Επομένως, η ύπαρξη εργαλείων που να
|
||
καθιστούν δυνατές αυτές τις ενέργειες αποτελεί σημαντικό παράγοντα κατά
|
||
την επιλογή λογισμικού υπερ-επόπτη.
|
||
|
||
\item \textbf{Μεταφορά κατά τη λειτουργία}:
|
||
|
||
Πρέπει να υπάρχει η δυνατότητα μεταφοράς εικονικών μηχανών από έναν
|
||
υπερ-επόπτη σε έναν δεύτερο σε διαφορετική φυσική μηχανή, ιδανικά χωρίς
|
||
την ανάγκη διακοπής της λειτουργίας τους. Ένα χαρακτηριστικό που
|
||
χρησιμεύει τόσο για την αποτροπή αποτυχίας παροχής υπηρεσιών της
|
||
εκάστοτε επιχείρησης όσο και για την εξισορρόπηση του φόρτου εργασίας.
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\item \textbf{Κόστος}:
|
||
|
||
Το κόστος είναι ένας παράγοντας που πρέπει να ληφθεί υπόψιν κατά την
|
||
επιλογή ενός υπερ-επόπτη. Οι περισσότεροι είναι δωρεάν αλλά υπάρχουν
|
||
και εμπορικές εκδόσεις που προσφέρουν περισσότερες δυνατότητες. Για
|
||
παράδειγμα, η ύπαρξη ή μη, λογισμικού διαχείρισης τους που να επιτρέπει
|
||
την εύκολη κλιμάκωση με βάση τις απαιτήσεις της επιχείρησης.
|
||
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
\subsection{Επιλογή υπερ-επόπτη} \label{hypervisorSelection}
|
||
|
||
Σε κάθε περίπτωση υπερ-επόπτη, το φιλοξενούμενο ΛΣ δεν γνωρίζει πως
|
||
εκτελείται σε εικονικοποιημένο περιβάλλον ενώ στην περίπτωση παραβίασης
|
||
του ίδιου, η χειραγώγηση όλων των εικονικών μηχανών θα μπορεί να
|
||
πραγματοποιηθεί χωρίς μεγάλη δυσκολία.
|
||
|
||
Η επιλογή του τύπου υπερ-επόπτη που θα χρησιμοποιηθεί είναι άμεσα
|
||
εξαρτώμενη από τις ανάγκες του κάθε τελικού χρήση ή επιχείρησης
|
||
ζυγίζοντας τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα που έρχονται με την κάθε
|
||
επιλογή. Παραδείγματος χάριν, αν η ταχύτητα και η απόδοση αποτελούν
|
||
χαρακτηριστικά υψίστης σημασίας, τότε η επιλογή υπερ-επόπτη τύπου 1
|
||
αποτελεί μονόδρομο. Από την άλλη, αν η προτεραιότητα είναι η ευκολία
|
||
διαχείρισης και η ευελιξία ταχείας εναλλαγής σε διαφορετικά λειτουργικά
|
||
συστήματα, η πιο ταιριαστή επιλογή είναι ένας υπερ-επόπτης τύπου 2.
|
||
|
||
\section {Τρόπος λειτουργίας της εικονικοποίησης} \label{virtualizationOperation}
|
||
|
||
Για να πραγματοποιηθεί η εικονικοποίηση, χρειαζόμαστε έναν υπερ-επόπτη. Δηλαδή
|
||
ενός λογισμικού που διαχωρίζει τους φυσικούς πόρους από τα εικονικά
|
||
περιβάλλοντα, τα οποία τους χρειάζονται. Ένας υπερ-επόπτης μπορεί να
|
||
τοποθετηθεί πάνω σε ένα λειτουργικό σύστημα ή να εγκατασταθεί απευθείας στο
|
||
υλικό. Η τελευταία εναλλακτική είναι αυτή που επιλέγουν οι περισσότερες
|
||
επιχειρήσεις για λόγους αποδοτικότητας αφού θα βρίσκεται μια στρώση πιο κοντά
|
||
στο υλικό το οποίο θα διαχειρίζεται. Η δουλειά ενός υπερ-επόπτη είναι
|
||
ουσιαστικά να λάβει τους φυσικούς πόρους ενός (φυσικού) μηχανήματος και να τους
|
||
χωρίσει με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τα εικονικά μας
|
||
περιβάλλοντα \footfullcite{redhatVirtualization}.
|
||
|
||
\begin{center}
|
||
\begin{figure}[!ht]
|
||
\centering
|
||
\includegraphics[width = .5\textwidth]{Figures/RedHat_Virtualization/redhat_virtualization_architecture.png}
|
||
\captionof{figure}{Υπερ-επόπτης πάνω σε διακομιστές \cite{redhatVirtualization}}
|
||
\label{fig:hypervisorOnServers}
|
||
\end{figure}
|
||
\vspace*{-30pt}
|
||
\end{center}
|
||
|
||
Μετά τη δημιουργία μιας εικονικής μηχανής, οι χρήστες αλληλεπιδρούν με αυτήν
|
||
όπως θα αλληλεπιδρούσαν με μια φυσική. Οι εικονικές μηχανές έχουν τη μορφή ενός
|
||
ενιαίου αρχείου, πράγμα που καθιστά εύκολη τη μεταφορά και ανάγνωση τους από
|
||
οποιονδήποτε υπολογιστή αναμένοντας τον ίδιο τρόπο λειτουργίας. Κατά την
|
||
εκτέλεση του εικονικού περιβάλλοντος, όταν ένας χρήστης ή ένα πρόγραμμα εκδώσει
|
||
μία εντολή που απαιτεί περισσότερους πόρους από τους διαθέσιμους του, ο
|
||
υπερ-επόπτης είτε αναμεταδίδει το αίτημα αυτό στο φυσικό σύστημα είτε πρώτα το
|
||
μεταφράζει και μεταδίδει το μεταφρασμένο αν είναι υπερ-επόπτης τύπου 2. Έπειτα,
|
||
μπορεί να διαθέσει τους απαραίτητους για την εκτέλεση πόρους. Όλα αυτά
|
||
συμβαίνουν με σχεδόν εγγενή ταχύτητα αν γίνεται χρήση υπερ-επόπτη τύπου 1 όπου
|
||
δεν υπάρχει λειτουργικό σύστημα ανάμεσα στις εικονικές μηχανές και το φυσικό
|
||
μηχάνημα. Εξαίρεση στον κανόνα απουσίας λειτουργικού συστήματος αποτελεί η
|
||
χρήση ενός υπερ-επόπτη ανοιχτού κώδικα βασισμένου στο KVM (Kernel-based Virtual
|
||
Machine), που επιτρέπει στο Linux να συμπεριφέρεται ως ένας υπερ-επόπτης. Αυτό
|
||
συμβαίνει διότι το KVM αποτελεί κομμάτι του πυρήνα του Linux από την έκδοση
|
||
2.6.20 και έπειτα, επιτρέποντας του να επωφεληθεί από τους διαθέσιμους
|
||
μηχανισμούς απομόνωσης μέσω αυτού. Επομένως, του προσφέρεται η ικανότητα να
|
||
λάβει αποκλειστικούς πόρους από το φυσικό μηχάνημα \footfullcite{kvm}, κάτι που
|
||
εξαλείφει το μειονέκτημα έλλειψης προτεραιότητας των διεργασιών ενός
|
||
υπερ-επόπτη τύπου 2 έναντι αυτών του λειτουργικού συστήματος φιλοξενίας.
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\subsection{Είδη εικονικοποίησης} \label{virtualizationImplementations}
|
||
|
||
Υπάρχουν πολλά είδη εικονικοποίησης. Πέντε βασικά αυτών όπως αναφέρονται από
|
||
την Red Hat \footfullcite{redhatVirtualization} και τρία ακόμα που
|
||
χρησιμοποιούνται συχνά είναι τα παρακάτω:
|
||
|
||
\begin{itemize}
|
||
|
||
\item \textbf{Εικονικοποίηση Δεδομένων}:
|
||
|
||
\begin{center}
|
||
\begin{figure}[!ht]
|
||
\centering
|
||
\includegraphics[width = .5\textwidth]{Figures/RedHat_Virtualization/redhat_data_virtualization.png}
|
||
\captionof{figure}{Εικονικοποίηση Δεδομένων \cite{redhatVirtualization}}
|
||
\label{fig:dataVirtualization}
|
||
\end{figure}
|
||
\vspace*{-30pt}
|
||
\end{center}
|
||
|
||
Η εικονικοποίηση δεδομένων είναι μια προσέγγιση ενσωμάτωσης δεδομένων
|
||
από διαφορετικές πηγές, σε μια ολιστική, λογική προβολή δίχως την
|
||
ανάγκη της φυσικής μετακίνησης τους \footfullcite{dataVirtualization}.
|
||
Δηλαδή διασκορπισμένα ετερογενή δεδομένα παρεχόμενα από πηγές διαφόρων
|
||
τοποθεσιών δύναται να συσσωματωθούν σε μοναδικά, λογικά τεμάχια μιας
|
||
ενιαίας εικονικής πηγής. Με αυτόν τον τρόπο, οι εταιρείες μπορούν από
|
||
ένα μόνο μοντέλο διαχείρισης δεδομένων να οργανώσουν και να
|
||
επεξεργαστούν διασκορπισμένες πληροφορίες με γνώμονα τις ανάγκες των
|
||
χρηστών με μεγαλύτερη ευκολία και αποδοτικότητα χωρίς την ανάγκη να
|
||
γνωρίζουν τεχνικές λεπτομέρειες (όπως γλώσσες πρόσβασης, δομές
|
||
αποθήκευσης κα.). Τομείς οι οποίοι επωφελούνται από την εικονικοποίηση
|
||
δεδομένων είναι η λήψη αποφάσεων, η επιχειρηματική αναλυτική και η
|
||
αξιολόγηση των κινδύνων.
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\item \textbf{Εικονικοποίηση Επιφάνειας Εργασίας}:
|
||
|
||
\begin{center}
|
||
\begin{figure}[!ht]
|
||
\centering
|
||
\includegraphics[width = .5\textwidth]{Figures/RedHat_Virtualization/redhat_desktop_virtualization.png}
|
||
\captionof{figure}{Εικονικοποίηση Επιφάνειας Εργασίας \cite{redhatVirtualization}}
|
||
\label{fig:desktopVirtualization}
|
||
\end{figure}
|
||
\vspace*{-30pt}
|
||
\end{center}
|
||
|
||
Με την εικονικοποίηση επιφάνειας εργασίας, δίνεται σε έναν κεντρικό
|
||
διαχειριστή η ικανότητα διαμοιρασμού προσομοιωμένων περιβαλλόντων
|
||
εργασίας σε εκατοντάδες φυσικές μηχανές ή συσκευές ταυτοχρόνως. Εν
|
||
αντιθέσει με τα παραδοσιακά περιβάλλοντα εργασίας που χρήζουν
|
||
εγκατάστασης, διαμόρφωσης και ενημέρωσης σε κάθε υπολογιστή, η
|
||
εικονικοποίηση επιφάνειας εργασίας καθιστά δυνατή τη μαζική διαμόρφωση,
|
||
ενημέρωση και έλεγχο ασφαλείας σε όλα τα εικονικά περιβάλλοντα εργασίας
|
||
που παρέχονται από έναν μόνο διακομιστή. Καθ' αυτόν τον τρόπο, οι
|
||
επιχειρήσεις επιτρέπουν στους χρήστες να μπορούν να εργαστούν από
|
||
οπουδήποτε και με κάθε συσκευή ανεξαρτήτως του είδους ή του
|
||
λειτουργικού συστήματος τους \footfullcite{desktopVirtualization}.
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\item \textbf{Εικονικοποίηση Διακομιστών}:
|
||
|
||
\begin{center}
|
||
\begin{figure}[!ht]
|
||
\centering
|
||
\includegraphics[width = .5\textwidth]{Figures/RedHat_Virtualization/redhat_server_virtualization.png}
|
||
\captionof{figure}{Εικονικοποίηση Διακομιστών \cite{redhatVirtualization}}
|
||
\label{fig:serverVirtualization}
|
||
\end{figure}
|
||
\vspace*{-30pt}
|
||
\end{center}
|
||
|
||
Οι διακομιστές είναι υπολογιστές σχεδιασμένοι με σκοπό να
|
||
επεξεργάζονται πολύ καλά έναν μεγάλο όγκο συγκεκριμένων διεργασιών,
|
||
ώστε οι κύριοι υπολογιστές μιας επιχείρησης να μπορούν να δίνουν
|
||
προτεραιότητα σε άλλες εργασίες. Με την εικονικοποίηση διακομιστών
|
||
αναφερόμαστε στην διαδικασία κατά την οποία ένας φυσικός διακομιστής
|
||
χωρίζεται σε πολλούς μικρότερους εικονικούς διακομιστές, με απώτερο
|
||
σκοπό την αποτελεσματικότερη αξιοποίηση των πόρων του. Αυτό είναι
|
||
απαραίτητο διότι προτιμάται για λόγους ευκολίας της διαχείρισης τους,
|
||
κάθε διακομιστής να είναι υπεύθυνος για μια μόνο διεργασία την φορά.
|
||
Μετά την κατάτμησή του, ενώ μπορεί να ακολουθείται η ίδια πρακτική,
|
||
παύει το φυσικό μηχάνημα να μένει με αχρησιμοποίητους πόρους και
|
||
πρακτικά μπορεί το σύνολο τον πόρων του να χρησιμοποιηθεί για την
|
||
εξυπηρέτηση πολλαπλών λειτουργιών. Ο ορισμός της εικονικοποίησης
|
||
διακομιστών αναλύθηκε πιο λεπτομερώς και στο
|
||
\ref{virtualizationDefinition}.
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\item \textbf{Εικονικοποίηση Λειτουργικού Συστήματος}:
|
||
|
||
\begin{center}
|
||
\begin{figure}[!ht]
|
||
\centering
|
||
\includegraphics[width = .5\textwidth]{Figures/RedHat_Virtualization/redhat_os_virtualization.png}
|
||
\captionof{figure}{Εικονικοποίηση Λειτουργικού Συστήματος \cite{redhatVirtualization}}
|
||
\label{fig:operatingSystemVirtualization}
|
||
\end{figure}
|
||
\vspace*{-30pt}
|
||
\end{center}
|
||
|
||
Η εικονικοποίηση λειτουργικού συστήματος είναι κάτι που συμβαίνει στον
|
||
πυρήνα. Αποτελεί υποκατηγορία της εικονικοποίησης διακομιστών και
|
||
πραγματοποιείται σε επίπεδο λειτουργικού συστήματος. Ουσιαστικά
|
||
αναφερόμαστε στην διαδικασία της δοχειοποίησης και συγκεκριμένα, την
|
||
δοχειοποίηση λειτουργικών συστημάτων. Κατά την χρήση της, μπορούν να
|
||
εκτελεστούν ταυτοχρόνως πολλαπλά λειτουργικά συστήματα μέσα σε
|
||
απομονωμένα εικονικά περιβάλλοντα, όπου το κάθε ένα από αυτά μοιράζεται
|
||
τον ίδιο πυρήνα με το λειτουργικό σύστημα φιλοξενίας. Μεγαλύτερη
|
||
ανάλυση της εικονικοποίησης σε επίπεδο λειτουργικού συστήματος
|
||
πραγματοποιήθηκε στο \ref{osVirtualization}.
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\item \textbf{Εικονικοποίηση Λειτουργιών Δικτύου}:
|
||
|
||
\begin{center}
|
||
\begin{figure}[!ht]
|
||
\centering
|
||
\includegraphics[width = .5\textwidth]{Figures/RedHat_Virtualization/redhat_network_function_virtualization.png}
|
||
\captionof{figure}{Εικονικοποίηση Λειτουργιών Δικτύου \cite{redhatVirtualization}}
|
||
\label{fig:networkFunctionVirtualization}
|
||
\end{figure}
|
||
\vspace*{-30pt}
|
||
\end{center}
|
||
|
||
Η εικονικοποίηση λειτουργιών δικτύου (Network Functions Virtualization
|
||
- NFV) διαχωρίζει τις βασικές λειτουργίες ενός δικτύου (όπως ο
|
||
διαμοιρασμός αρχείων, και η διαμόρφωση IP), ώστε να μπορούν να
|
||
διανεμηθούν σε διάφορα περιβάλλοντα. Από τη στιγμή που οι λειτουργίες
|
||
λογισμικού είναι ανεξάρτητες από τα φυσικά μηχανήματα στα οποία
|
||
εκτελούνται, συγκεκριμένες λειτουργίες μπορούν να πακεταριστούν μαζί σε
|
||
ένα νέο δίκτυο και να ανατεθούν σε ένα ξεχωριστό περιβάλλον. Η
|
||
εικονικοποίηση των δικτύων μειώνει τον αριθμό των φυσικών εξαρτημάτων,
|
||
όπως οι μεταγωγείς, δρομολογητές, διακομιστές, καλώδια και κόμβοι, που
|
||
απαιτούνται για τη δημιουργία πολλαπλών, ανεξάρτητων δικτύων και είναι
|
||
ιδιαίτερα δημοφιλής στον κλάδο των τηλεπικοινωνιών. Παραδοσιακά, οι
|
||
λειτουργίες δικτύου εκτελούνταν σε ιδιόκτητο υλικό συγκεκριμένου σκοπού
|
||
και επομένως ήταν απαραίτητο να πραγματοποιηθεί αγορά, ρύθμιση και
|
||
συντήρηση του κάθε φυσικού εξαρτήματος. Με την αύξηση όμως της
|
||
δημοτικότητας των τεχνολογιών εικονικοποίησης, άρχισε να γίνεται πιο
|
||
δημοφιλής και η πρακτική πακεταρίσματος των λειτουργιών των εξαρτημάτων
|
||
αυτών σε διακομιστές κοινής χρήσης (commodity servers). Το αποτέλεσμα
|
||
αυτού, ήταν η απόκτηση της δυνατότητας εκτέλεσης των λειτουργιών
|
||
δικτύου μιας επιχείρησης σε τυπικούς διακομιστές γενικού σκοπού και
|
||
κατά προέκταση, η αντικατάσταση κάθε ξεχωριστού φυσικού μηχανήματος με
|
||
ένα αντίστοιχο εικονικό εκτελούμενο μέσα από μια εικονική μηχανή
|
||
\footfullcite{redhatNFV}.
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\item \textbf{Εικονικοποίηση Μνήμης}:
|
||
|
||
\begin{center}
|
||
\begin{figure}[!ht]
|
||
\centering
|
||
\includegraphics[width = .5\textwidth]{Figures/VMWARE_Virtualization/vmware_memory_virtualization.png}
|
||
\captionof{figure}{Εικονικοποίηση Μνήμης \cite{vmwareMemoryVirtualization}}
|
||
\label{fig:memoryVirtualization}
|
||
\end{figure}
|
||
\vspace*{-30pt}
|
||
\end{center}
|
||
|
||
Η εικονικοποίηση μνήμης αποτελεί ένα κομμάτι της ευρύτερης έννοιας της
|
||
εικονικοποίησης πόρων \footfullcite{hostitsmartMemoryVirtualization}.
|
||
Συγκεκριμένα, είναι μια τεχνική κατά την οποία δύναται να
|
||
διαχειριστούμε με έναν πιο αποδοτικό τρόπο την φυσική μνήμη (RAM) που
|
||
χρησιμοποιείται στα υπολογιστικά μας συστήματα. Αυτό συμβαίνει διότι
|
||
στην βασικότερη μορφή της, η εικονικοποίηση μνήμης εμφανίζεται ως
|
||
εικονική μνήμη ή όπως η μνήμη swap σε διακομιστές και σταθμούς εργασίας
|
||
\footfullcite{petriMemoryVirtualization}. Δηλαδή, ως επιπρόσθετη μνήμη
|
||
την οποία το σύστημα εκλαμβάνει ως πραγματική και μπορεί να την
|
||
χρησιμοποιήσει προτού αναγκαστεί να τερματίσει διεργασίες για να
|
||
απελευθερώσει κομμάτι της μνήμης. Για να επιτευχθεί αυτό, μέσω του
|
||
υπερ-επόπτη πραγματοποιείται αντιστοίχιση σελίδων φυσικής μνήμης του
|
||
φιλοξενούμενου λειτουργικού συστήματος στις σελίδες φυσικής μνήμης της
|
||
υποκείμενης μηχανής. Καθ' αυτόν τον τρόπο, κάθε εικονική μηχανή βλέπει
|
||
έναν συνεχόμενο χώρο διευθύνσεων μνήμης που δύναται να χρησιμοποιήσει
|
||
\footfullcite{vmwareMemoryVirtualization}. Ως αποτέλεσμα, επιτυγχάνεται
|
||
εν γένει υψηλότερη αξιοποίηση της μνήμης και η δυνατότητα διαμοιρασμού
|
||
μιας κοινής δεξαμενής μνήμης ακόμα και σε κατανεμημένα συστήματα,
|
||
παρακάμπτοντας τους περιορισμούς της φυσικής μνήμης
|
||
\footfullcite{codingninjasMemoryVirtualization}.
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\item \textbf{Εικονικοποίηση Αποθήκευσης}:
|
||
|
||
\begin{center}
|
||
\begin{figure}[!ht]
|
||
\centering
|
||
\includegraphics[width = .4\textwidth]{Figures/UnixArena_Virtualization/unixarena_storage_virtualization.png}
|
||
\captionof{figure}{Εικονικοποίηση Αποθήκευσης \cite{unixarenaVirtualization}}
|
||
\label{fig:storageVirtualization}
|
||
\end{figure}
|
||
\vspace*{-30pt}
|
||
\end{center}
|
||
|
||
Ένα ακόμα κομμάτι της ευρύτερης έννοιας της εικονικοποίησης πόρων είναι
|
||
και η εικονικοποίηση αποθήκευσης. Συγκεκριμένα, ο όρος εικονικοποίηση
|
||
αποθήκευσης αναφέρεται στην πρακτική της συγκέντρωσης φυσικού
|
||
αποθηκευτικού χώρου από πολλαπλές συσκευές αποθήκευσης σε μια
|
||
φαινομενικά ενιαία, εικονική συσκευή
|
||
\footfullcite{ubackupStorageVirtualization}. Παρομοίως με την
|
||
εικονικοποίηση μνήμης, αυτό είναι κάτι που θα επιτρέψει την υψηλότερη
|
||
αξιοποίηση δίσκου, θα επιφέρει μεγαλύτερη ευελιξία στον τομέα της
|
||
αποθήκευσης και επιπλέον, θα αποτελέσει ένα πιο διαχειρίσιμο μοντέλο
|
||
χώρου αποθήκευσης σε σχέση με το παραδοσιακό, όπου κάθε υπολογιστής
|
||
έχει πρόσβαση μονάχα στον δικό του δίσκο.
|
||
|
||
Προκειμένου να γίνει πράξη, απαιτείται αναλόγως την μέθοδο
|
||
εικονικοποίησης και τον τύπος της, είτε να χρησιμοποιηθεί ένας
|
||
αλγόριθμος για να εντοπίσει δυναμικά τα δεδομένα είτε να δημιουργηθεί
|
||
ένας χάρτης αντιστοίχισης τους χρησιμοποιώντας μεταδεδομένα
|
||
\footfullcite{cloudinfraStorageVirtualization}. Αφότου γίνει αυτό, τα
|
||
δεδομένα πλέον αποθηκεύονται σε ένα αρχείο και οι συστοιχίες δίσκων
|
||
τοποθετούνται μέσα σε μια εικονική δεξαμενή. Έπειτα, κάθε αίτημα
|
||
ανάγνωσης και εγγραφής από τις εφαρμογές φιλτράρεται και δύναται έμμεσα
|
||
μέσω των αντιστοιχιών η δυνατότητα εύρεσης και αποθήκευσης δεδομένων.
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\item \textbf{Εικονικοποίηση Εφαρμογών}:
|
||
|
||
\begin{center}
|
||
\begin{figure}[!ht]
|
||
\centering
|
||
\includegraphics[width = .5\textwidth]{Figures/TutorialsPoint_Virtualization/tutorialspoint_application_virtualization.jpg}
|
||
\captionof{figure}{Εικονικοποίηση Εφαρμογών \cite{tutorialsPointVirtualization}}
|
||
\label{fig:applicationVirtualization}
|
||
\end{figure}
|
||
\vspace*{-30pt}
|
||
\end{center}
|
||
|
||
Όπως και η εικονικοποίηση λειτουργικού συστήματος, έτσι και η
|
||
εικονικοποίηση εφαρμογών αποτελεί υποκατηγορία της εικονικοποίησης
|
||
διακομιστών και υπάγεται στην διαδικασία της δοχειοποίησης. Το
|
||
επιθυμητό αποτέλεσμα της εικονικοποίησης εφαρμογών είναι ο διαχωρισμός
|
||
των βιβλιοθηκών και εξαρτήσεων τους από το περιβάλλον στο οποίο
|
||
εκτελούνται μέσω της δημιουργίας δοχείων. Στα δοχεία αυτά,
|
||
εικονικοποιούνται οι απαραίτητοι υπολογιστικοί πόροι όπως το
|
||
λειτουργικό σύστημα, η μνήμη και η κεντρική μονάδα επεξεργασίας
|
||
\footfullcite{geeksforgeeksApplicationVirtualization} κάνοντας χρήση
|
||
των διαθέσιμων μηχανισμών απομόνωσης του πυρήνα του λειτουργικού
|
||
συστήματος. Περισσότερες λεπτομέρειες για τον τρόπο κατά τον οποίο
|
||
επιτυγχάνεται αυτό, παρουσιάζονται στο \ref{osVirtualization}.
|
||
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\subsection{Πλεονεκτήματα της εικονικοποίησης} \label{virtualizationAdvantages}
|
||
|
||
Η εικονικοποίηση προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα στις επιχειρήσεις. Τα πιο
|
||
αξιοσημείωτα αυτών με βάση την \citeauthor{ibmVirtualizationDefinition}
|
||
\footfullcite{ibmVirtualizationDefinition} είναι τα εξής:
|
||
|
||
\begin{itemize}
|
||
|
||
\item \textbf{Αποδοτικότητα πόρων}:
|
||
|
||
Η χρήση εικονικοποίησης συνεπάγεται με την μείωση του αριθμού των
|
||
φυσικών μηχανημάτων που απαιτούνται για την εκτέλεση των εφαρμογών.
|
||
Αυτό συμβαίνει διότι εφόσον ένας φυσικός διακομιστής μπορεί να
|
||
φιλοξενήσει πολλαπλές εικονικές μηχανές, αυτές με την σειρά τους
|
||
δύναται να αντικαταστήσουν άλλους φυσικούς διακομιστές που θα ήταν
|
||
απαραίτητοι για την εκτέλεση διαφορετικών λειτουργιών
|
||
\footfullcite{mediumVirtualization}. Με αυτόν τον τρόπο, εξοικονομείται
|
||
η ενέργεια που θα απαιτούσε η διάθεση των υπολογιστικών πόρων των
|
||
φυσικών μηχανημάτων που αποσύρθηκαν, ενώ ταυτόχρονα αξιοποιούνται σε
|
||
μεγαλύτερο βαθμό οι υπολογιστικοί πόροι του μηχανήματος που φιλοξενεί
|
||
τις εικονικές μηχανές.
|
||
|
||
\item \textbf{Ευκολότερη διαχείριση}:
|
||
|
||
Αντικαθιστώντας φυσικούς υπολογιστές με προγραμματιστικά καθορισμένες
|
||
εικονικές μηχανές δύναται η χρήση αυτοματοποιημένων ροών διαχειριστικών
|
||
εργασιών. Οι διαχειριστές συστημάτων μπορούν να χρησιμοποιούν εργαλεία
|
||
για τον καθορισμό εικονικών μηχανών χρησιμοποιώντας πρότυπα κατάλληλα
|
||
για την υποδομή κάθε επιχείρησης. Με αυτόν τον τρόπο, η εγκατάσταση και
|
||
η ρύθμισή τους μπορεί να γίνεται επανειλημμένα με αυτοματοποιημένο
|
||
τρόπο δίχως το ρίσκο ανθρώπινου λάθους και γλιτώνοντας τον χρόνο
|
||
εγκατάστασης και ρύθμισης τους χειροκίνητα. Ένας συνδυασμός εργαλείων
|
||
που κάνει αυτή τη διαδικασία πραγματικότητα είναι τα Ansible
|
||
\footfullcite{ansible} και Terraform \footfullcite{terraform}.
|
||
|
||
\item \textbf{Ελάχιστος χρόνος διακοπής λειτουργίας}:
|
||
|
||
Οι καταρρεύσεις λειτουργικών συστημάτων και εφαρμογών μπορεί να
|
||
προκαλέσουν διακοπή λειτουργίας και να διαταράξουν την παραγωγικότητα
|
||
των χρηστών. Οι διαχειριστές έχουν την δυνατότητα εκτέλεσης
|
||
πλεοναζουσών εικονικών μηχανών, με σκοπό την ταχεία εναλλαγή σε αυτές
|
||
στην περίπτωση που προκύψουν προβλήματα στις αρχικές. Κάτι τέτοιο, δε
|
||
θα ήταν αποδοτικό για την επιχείρηση διαθέτοντας αποκλειστικά μη
|
||
εικονικοποιημένα φυσικά μηχανήματα.
|
||
|
||
\item \textbf{Ταχύτερη παροχή}:
|
||
|
||
Η αγορά, εγκατάσταση και διαμόρφωση του υλικού για κάθε εφαρμογή είναι
|
||
χρονοβόρα. Εφόσον το υλικό είναι ήδη στη θέση του και μπορεί να
|
||
εντοπίζεται και απομακρυσμένα (όπως στην περίπτωση περιβαλλόντων
|
||
νέφους), η παροχή εικονικών μηχανών για την εγκατάσταση και εκτέλεση
|
||
όλων των εφαρμογών είναι σημαντικά ταχύτερη.
|
||
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
\subsection{Παρα-εικονικοποίηση} \label{paraVirtualization}
|
||
|
||
Όταν αναφερόμαστε στην εικονικοποίηση συνήθως μιλάμε για την πιο συνηθισμένη
|
||
μορφή της, η οποία είναι η πλήρης εικονικοποίηση. Με την πάροδο του χρόνου και
|
||
την αύξηση της δημοτικότητας της εικονικοποίησης, αναπτύχθηκαν πολλοί
|
||
υπερ-επόπτες που μπορεί να διαφέρουν όχι μόνο στα χαρακτηριστικά τους αλλά και
|
||
στις διάφορες τεχνικές που χρησιμοποιούν για να κάνουν την εικονικοποίηση
|
||
πραγματικότητα. Μια από αυτές ονομάζεται παρα-εικονικοποίηση
|
||
(para-virtualization) \footfullcite{suseParavirtualizationDefinition}.
|
||
|
||
Κάθε εικονική μηχανή απαιτεί ένα συγκεκριμένο ποσοστό χρήσης υπολογιστικών
|
||
πόρων του φυσικού διακομιστή για να εκτελείται. Μέσα σε αυτό το ποσοστό,
|
||
συμπεριλαμβάνεται και η επιβάρυνση που εισάγει η συνεχής μετάφραση εικονικών σε
|
||
φυσικούς πόρους. Έχοντας υπόψιν πως κάθε φυσικός διακομιστής διαθέτει
|
||
πεπερασμένους πόρους, με την πλήρη εικονικοποίηση επιβάλλεται ένα όριο στον
|
||
αριθμό των εικονικών μηχανών που μπορεί αυτός να υποστηρίξει. Επιπροσθέτως,
|
||
προκύπτουν και προβλήματα καθυστέρησης αφού η διαδικασία της μετάφρασης απαιτεί
|
||
κάποιο χρόνο για να διεκπεραιωθεί. Επομένως, η πλήρης εικονικοποίηση περιορίζει
|
||
σημαντικά τον αριθμό των εικονικών μηχανών που δύναται ένας διακομιστής να
|
||
εκτελέσει παράλληλα, όπως επίσης και τα είδη εφαρμογών που μπορούν να
|
||
εκτελεστούν σε μια εικονική μηχανή (εφόσον η ταχύτητα εκτέλεσης τους παίζει
|
||
σημαντικό ρόλο στην ευχρηστία τους). Μερικοί τομείς που επωφελούνται από την
|
||
παρα-εικονικοποίηση είναι η χρήση λογισμικών που επιτρέπουν την ανάκαμψη από
|
||
καταστροφές, την μετανάστευση δεδομένων μεταξύ λειτουργικών συστημάτων
|
||
\footfullcite{insightsForProfessionalsParavirtualization} ή ακόμα και λογισμικά
|
||
ενσωματωμένων συστημάτων αυτοκινήτων
|
||
\footfullcite{blackberryParavirtualization}.
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
Η παρα-εικονικοποίηση είναι μια τεχνική εικονικοποίησης που αναπτύχθηκε
|
||
προκειμένου να ξεπεραστούν τα προαναφερόμενα προβλήματα επιδόσεων που έρχονται
|
||
με την χρήση της πλήρους εικονικοποίησης. Κατά την χρήση της, το φιλοξενούμενο
|
||
λειτουργικό σύστημα δεν είναι πλήρως απομονωμένο από το υλικό αλλά απομονώνεται
|
||
μερικώς \footfullcite{serverWatchParavirtualization} και έχει άμεση επικοινωνία
|
||
με αυτό. Υπάρχει δηλαδή επίγνωση της εικονικοποίησης από μεριάς του ΛΣ των
|
||
εικονικών μηχανών και αξιοποίηση της, μέσω της χρήσης υπερ-κλήσεων προς τον
|
||
υπερ-επόπτη. Οι κλήσεις αυτές, επιτρέπουν σε κάθε ΛΣ να ζητάει πόρους κατά
|
||
παραγγελία και να αναθέτει την εκτέλεση διεργασιών του απευθείας στο υλικό. Για
|
||
να μπορέσει να επιτευχθεί αυτό, απαιτείται η τροποποίηση του φιλοξενούμενου
|
||
λειτουργικού συστήματος, η οποία θα του επιτρέπει την υλοποίηση ενός ειδικού
|
||
API, ώστε να μπορεί να κάνει χρήση των υπερ-κλήσεων
|
||
\footfullcite{servermaniaParavirtualization}, ενώ επιβάλλεται να υποστηρίζεται
|
||
και από τον υπερ-επόπτη η κατανόηση τους.
|
||
|
||
Παρ' όλα τα πλεονεκτήματα που παρέχει η χρήση της παρα-εικονικοποίησης,
|
||
υπάρχουν και μερικά ζητήματα που πρέπει να ληφθούν υπόψιν. Εξαιτίας της ανάγκης
|
||
τροποποίησης του λειτουργικού συστήματος των φιλοξενούμενων λειτουργικών
|
||
συστημάτων, αυτά καθίστανται λιγότερο φορητά σε σχέση με την πλήρη
|
||
εικονικοποίηση, αφού τροποποιούνται για την υποστήριξη συγκεκριμένου υλικού
|
||
αντί ενός υπερ-επόπτη \footfullcite{blackberryParavirtualization}. Ταυτοχρόνως,
|
||
η στενή εξάρτηση μεταξύ του υπερ-επόπτη και των φιλοξενούμενων ΛΣ μπορεί να
|
||
διακοπεί από τις ενημερώσεις του λειτουργικού συστήματος
|
||
\footfullcite{insightsForProfessionalsParavirtualization}, κάνοντας την
|
||
παρα-εικονικοποίηση λιγότερο αξιόπιστη.
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
Στην εικόνα \ref{fig:FullVirtualization}
|
||
\cite{geeksforgeeksParavirtualizationDefinition} παρουσιάζεται η αρχιτεκτονική
|
||
της πλήρους εικονικοποίησης όπου το φιλοξενούμενο λειτουργικό σύστημα (της
|
||
εικονικής μηχανής) επιβάλλεται να περάσει τα αιτήματα του (πρόσβασης πόρων)
|
||
μέσω του υπερ-επόπτη.
|
||
|
||
\begin{center}
|
||
\begin{figure}[!ht]
|
||
\centering
|
||
\includegraphics[width = .5\textwidth]{Figures/GeeksForGeeksParavirtualization/Full-Virualization.png}
|
||
\captionof{figure}{Πλήρης εικονικοποίηση \cite{geeksforgeeksParavirtualizationDefinition}}
|
||
\label{fig:FullVirtualization}
|
||
\end{figure}
|
||
\vspace*{-30pt}
|
||
\end{center}
|
||
|
||
Αντιθέτως, στην εικόνα \ref{fig:ParaVirtualization} όπου και απεικονίζεται η
|
||
αρχιτεκτονική της παρα-εικονικοποίησης, βλέπουμε πως μέσω των υπερ-κλήσεων, όλα
|
||
τα αιτήματα προορίζονται στη στρώση εικονικοποίησης και από εκεί στο κύριο
|
||
σύστημα (χωρίς την ανάγκη κάποιας επεξεργασίας ή μετάφρασης).
|
||
|
||
\begin{center}
|
||
\begin{figure}[!ht]
|
||
\centering
|
||
\includegraphics[width = .5\textwidth]{Figures/GeeksForGeeksParavirtualization/Paravirtualization.png}
|
||
\captionof{figure}{Παρα-εικονικοποίηση \cite{geeksforgeeksParavirtualizationDefinition}}
|
||
\label{fig:ParaVirtualization}
|
||
\end{figure}
|
||
\vspace*{-30pt}
|
||
\end{center}
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
Οι διαφορές της πλήρους εικονικοποίησης με την παρα-εικονικοποίηση με βάση τον
|
||
οργανισμό \citeauthor{geeksforgeeksParavirtualizationDefinition}
|
||
\footfullcite{geeksforgeeksParavirtualizationDefinition} είναι οι εξής:
|
||
|
||
\begin{savenotes} % by the package footnote because footfullcite did not work inside a tabular
|
||
\selectfont
|
||
\begin{table}[!ht]
|
||
\caption{Διαφορές πλήρους εικονικοποίησης και παρα-εικονικοποίησης}
|
||
\renewcommand{\arraystretch}{1.5}
|
||
\centering
|
||
\newcolumntype{C}{>{\centering\arraybackslash}m{6cm}}
|
||
\textgreek{\begin{tabular}{||c|C|C||}
|
||
\hline
|
||
|
||
Νούμερο & Πλήρης εικονικοποίηση & Παρα-εικονικοποίηση \\ [0.5ex]
|
||
|
||
\hline\hline
|
||
|
||
1 &
|
||
|
||
Πλήρης απομόνωση της εικονικής μηχανής. &
|
||
|
||
Μερική απομόνωση και χρήση API για αμεσότερη επικοινωνία. \\
|
||
|
||
\hline
|
||
|
||
2 &
|
||
|
||
Λιγότερο ασφαλής. &
|
||
|
||
Υπάρχει επίγνωση του εικονικού περιβάλλοντος και δε γίνεται εκκίνηση του BIOS
|
||
\footfullcite{ParavirtualizationSecurity}, πράγμα που την καθιστά ασφαλέστερη.
|
||
\\
|
||
|
||
\hline
|
||
|
||
3 &
|
||
|
||
Χρήση δυαδικής μετάφρασης.\footnote{\textgreek{Αυτό ισχύει στην περίπτωση
|
||
εικονικοποίησης υποβοηθούμενη από το λογισμικό.}} &
|
||
|
||
Χρήση υπερ-κλήσεων κατά την εκτέλεση. \\
|
||
|
||
\hline
|
||
|
||
4 &
|
||
|
||
Πιο αργές ταχύτητες
|
||
\footfullcite{ParavirtualizationVmware}\footnote{\textgreek{Με βάση την VMware,
|
||
η απόδοση της παρα-εικονικοποίησης είναι καλύτερη υπό ορισμένες περιπτώσεις,
|
||
ενώ η πλήρης εικονικοποίηση με χρήση δυαδικής μετάφρασης παρέχει καλύτερη
|
||
απόδοση από την πρώτη γενιά εικονικοποίησης υποβοηθούμενη από το υλικό.}}. &
|
||
|
||
Γρηγορότερη εκτέλεση. \\
|
||
|
||
\hline
|
||
|
||
5 &
|
||
|
||
Μεγαλύτερη συμβατότητα και μεταφερσιμότητα. &
|
||
|
||
Λόγω της αρχιτεκτονικής της είναι δυσκολότερη η μεταφορά εικονικών μηχανών. \\
|
||
|
||
\hline
|
||
|
||
6 &
|
||
|
||
Υποστήριξη όλων των συστημάτων χωρίς την απαίτηση τροποποιήσεων. &
|
||
|
||
Απαιτείται τροποποίηση του φιλοξενούμενου λειτουργικού συστήματος για να κάνει
|
||
χρήση υπερ-κλήσεων. \\
|
||
|
||
\hline
|
||
\end{tabular}}
|
||
\label{table:virtualizationTypesDifferences}
|
||
\renewcommand{\arraystretch}{1}
|
||
\end{table}
|
||
\end{savenotes}
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\section{Ασφάλεια στην εικονικοποίηση} \label{virtualizationSecurity}
|
||
|
||
Η χρήση της εικονικοποίησης παρέχει αρκετά εγγενή οφέλη ασφαλείας με την μορφή
|
||
μέτρων ανάκαμψης από επιθέσεις. Ένα σημαντικό αυτών, είναι η ικανότητα
|
||
επαναφοράς εικονικών μηχανών που έχουν μολυνθεί με κακόβουλο λογισμικό σε μια
|
||
χρονική περίοδο πριν τη μόλυνση τους. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω της δυνατότητας
|
||
δημιουργίας στιγμιοτύπων εικονικών μηχανών \footfullcite{vmSnapshots}, η οποία
|
||
παρέχεται από τον υπερ-επόπτη. Επιπρόσθετα, μπορεί εύκολα να πραγματοποιηθεί
|
||
διαγραφή και αναδημιουργία τους με έναν αυτοματοποιημένο τρόπο, σε περίπτωση
|
||
που η επαναφορά σε προηγούμενη χρονική περίοδο για οποιονδήποτε λόγο δεν είναι
|
||
εφικτή. Αυτή η λύση μπορεί να εφαρμοστεί χωρίς αρνητικές επιπτώσεις εάν τα
|
||
δεδομένα της εικονικής μηχανής είτε δεν μας ενδιαφέρουν, είτε βρίσκονται σε
|
||
διαφορετική τοποθεσία επειδή γίνεται χρήση εικονικοποίησης αποθήκευσης, είτε
|
||
υπάρχουν αντίγραφα ασφαλείας τους. Αυτές οι λειτουργίες είναι αρκετές φορές
|
||
αδύνατο να εφαρμοστούν σε ένα φυσικό μηχάνημα διότι το κακόβουλο λογισμικό
|
||
συχνά μπορεί να είναι βαθιά ριζωμένο στα βασικά συστατικά του συστήματος
|
||
\footfullcite{ibmVirtualizationDefinition}. Επιπλέον, ακόμα και αν το κακόβουλο
|
||
λογισμικό ήταν σε θέση να εξαφανιστεί με μια επαναφορά, κάτι τέτοιο θα
|
||
χρειαζόταν σημαντικά περισσότερο χρόνο για να διεκπεραιωθεί σε ένα φυσικό
|
||
μηχάνημα συγκριτικά με μια εικονική μηχανή.
|
||
|
||
Παρ' όλα αυτά, η εικονικοποίηση δεν είναι απαλλαγμένη από κινδύνους καθώς
|
||
παραβιάζοντας τον υπερ-επόπτη, ένας επιτιθέμενος έχει πρόσβαση σε όλες τις
|
||
εικονικές μηχανές που διαχειρίζονται μέσω αυτού. Επίσης, αυτό είναι δυσκολότερο
|
||
να εντοπιστεί λόγω της ικανότητας του υπερ-επόπτη να επιτρέπει στις εικονικές
|
||
μηχανές τη μεταξύ τους επικοινωνία χωρίς την αλληλεπίδραση με το φυσικό δίκτυο.
|
||
Τέλος, η ακεραιότητα του συστήματος εξαρτάται άμεσα και από τον τύπο του
|
||
υπερ-επόπτη. Αυτό συμβαίνει διότι για υπερ-επόπτες τύπου 2, υπάρχει πολλές
|
||
φορές η ανάγκη διαμοιρασμού δεδομένων μεταξύ των εικονικών μηχανών και του ΛΣ
|
||
φιλοξενίας. Επομένως, η παραβίαση ενός υπερ-επόπτη τύπου 2 μπορεί δυνητικά να
|
||
οδηγήσει στην εξάπλωση κακόβουλου λογισμικού και να κινδυνεύσει όλο το σύστημα
|
||
\footfullcite{techtargetHypervisorSecurity}.
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\subsection{Απειλές στην εικονικοποίηση} \label{virtualizationThreats}
|
||
|
||
Όλες οι μορφές εικονικοποίησης είναι ευάλωτες σε επιθέσεις. Όπως αναφέρεται και
|
||
στο \cite{wen2008sevmm} μέσω του \cite{arif2015virtualization}, πολλές φορές δε
|
||
δύναται ο υπερ-επόπτης, το λειτουργικό σύστημα ή ακόμα και η υπηρεσία ελέγχου
|
||
πρόσβασης (Mandatory Access Control) του Linux να ανταπεξέλθουν στις απαιτήσεις
|
||
ασφαλείας όλων των εφαρμογών. Το παράδειγμα που παρουσιάζεται στο
|
||
\cite{arif2015virtualization} αναφέρεται στην εικονικοποίηση χώρου αποθήκευσης
|
||
μέσω δικτύου αλλά πολλές από τις απειλές δεν περιορίζονται μονάχα εκεί.
|
||
|
||
Πολλές από τις απειλές που θα αναφερθούν παρακάτω
|
||
\ref{virtualizationThreatsCategorization}, μπορούν να κατηγοριοποιηθούν και ως
|
||
εξής:
|
||
|
||
\begin{table}[!ht]
|
||
\caption{Πηγές απειλών στην εικονικοποίηση}
|
||
\renewcommand{\arraystretch}{1.5}
|
||
\centering
|
||
\newcolumntype{C}{>{\centering\arraybackslash}m{6cm}}
|
||
\textgreek{\begin{tabular}{||C|C||}
|
||
\hline
|
||
|
||
Πηγή απειλής & Περιγραφή \\ [0.5ex]
|
||
|
||
\hline\hline
|
||
|
||
Δίκτυο $\Rightarrow$ Υπερ-επόπτη &
|
||
|
||
Απειλές που προέρχονται από το δίκτυο και στοχεύουν τον υπερ-επόπτη. \\
|
||
|
||
\hline
|
||
|
||
Δίκτυο $\Rightarrow$ Εικονική Μηχανή &
|
||
|
||
Απειλές που προέρχονται από το δίκτυο και στοχεύουν εικονικές μηχανές. \\
|
||
|
||
\hline
|
||
|
||
Υπερ-επόπτη $\Rightarrow$ Εικονική Μηχανή &
|
||
|
||
Απειλές που προέρχονται από τον υπερ-επόπτη και στοχεύουν εικονικές μηχανές. \\
|
||
|
||
\hline
|
||
|
||
Εικονική μηχανή $\Rightarrow$ Εικονική Μηχανή &
|
||
|
||
Απειλές που προέρχονται από εικονικές μηχανές και στοχεύουν άλλες εικονικές
|
||
μηχανές. \\
|
||
|
||
\hline
|
||
|
||
Εικονική μηχανή $\Rightarrow$ Υπερ-επόπτη &
|
||
|
||
Απειλές που προέρχονται από εικονικές μηχανές και στοχεύουν τον υπερ-επόπτη. \\
|
||
|
||
\hline
|
||
|
||
Διαχειριστή $\Rightarrow$ Υπερ-επόπτη &
|
||
|
||
Απειλές που προέρχονται από τον διαχειριστή εικονικών μηχανών και στοχεύουν τον
|
||
υπερ-επόπτη. \\
|
||
|
||
\hline
|
||
|
||
Διαχειριστή $\Rightarrow$ Εικονική Μηχανή &
|
||
|
||
Απειλές που προέρχονται από τον διαχειριστή εικονικών μηχανών και στοχεύουν τις
|
||
εικονικές μηχανές. \\
|
||
|
||
\hline
|
||
\end{tabular}}
|
||
\label{table:virtualizationThreatSources}
|
||
\renewcommand{\arraystretch}{1}
|
||
\end{table}
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\subsubsection{Απειλές για τον πάροχο νέφους μέσω δικτύου} \label{cloudProviderThreatsOverNetwork}
|
||
|
||
Σήμερα όλο και περισσότερες επιχειρήσεις θα προτιμήσουν να βασιστούν σε έναν
|
||
πάροχο νέφους για την απόκτηση υποδομών προκειμένου να ξεκινήσουν να
|
||
εξυπηρετούν τους δυνητικούς πελάτες τους έναντι της παραδοσιακής διαδικασίας
|
||
αγοράς, ρύθμισης και διαχείρισης φυσικών διακομιστών. Η ταχύτερη εκκίνηση
|
||
παροχής υπηρεσιών, το μικρότερο κόστος και η ευκολία διαχείρισης της υποδομής
|
||
τους, δεν αφήνουν περιθώρια αμφιβολίας της ορθότητας αυτής της απόφασης. Για να
|
||
μπορούν όμως να παρέχουν τις υπηρεσίες τους στους τελικούς χρήστες, είναι
|
||
απαραίτητη η μεταφορά δεδομένων από την επιχείρηση προς τον πάροχο νέφους, στις
|
||
υποδομές του οποίου στεγάζονται οι εφαρμογές τους. Όπως αναφέραμε όμως στο
|
||
\ref{cloudComputingSecurity}, εισάγεται έτσι ένα αναγκαίο μοντέλο εμπιστοσύνης
|
||
ανάμεσα στον πάροχο νέφους και τις επιχειρήσεις. Δηλαδή ταυτόχρονη εμπιστοσύνη
|
||
ως προς την απουσία μη εξουσιοδοτημένης πρόσβασης σε αυτά από τον πάροχο και ως
|
||
προς την ικανότητα του παρόχου να λάβει τα απαραίτητα μέτρα ασφαλείας για την
|
||
προστασία τους από εξωτερικούς κακόβουλους χρήστες.
|
||
|
||
Ένα από τα σημαντικότερα ζητήματα που απασχολεί μια επιχείρηση είναι η
|
||
ασφάλεια. Επιλέγοντας να χρησιμοποιήσουν τις υπηρεσίες ενός παρόχου νέφους,
|
||
όμως, παραχωρούν ουσιαστικά πρόσβαση στις εφαρμογές τους και στα ευαίσθητα
|
||
δεδομένα αυτών, διότι η ευθύνη προστασίας των υποδομών ανήκει στον ιδιοκτήτη
|
||
των υποδομών αυτών και στην προκειμένη περίπτωση αυτός είναι ο πάροχος νέφους.
|
||
Έτσι κακόβουλοι εισβολείς θα προσπαθήσουν να βρουν τρωτότητες στη διαδικασία
|
||
παράδοσης των υπηρεσιών του παρόχου, τις υπηρεσίες τις ίδιες ή και τις διεπαφές
|
||
με τις οποίες παρέχονται. Ένας συνηθισμένος τρόπος για να γίνει αυτό είναι
|
||
εκτελώντας επιθέσεις τύπου Cross site scripting (XSS), έκχυση SQL (SQL
|
||
injection), χειραγώγησης cookies ή εκμετάλλευσης μη ασφαλούς ρύθμισης, θέτοντας
|
||
έτσι σε κίνδυνο ευαίσθητες πληροφορίες και δεδομένα των επιχειρήσεων. Επιπλέον,
|
||
επειδή όλα τα δίκτυα είναι επιρρεπή σε επιθέσεις αν δεν έχουν ληφθεί τα
|
||
κατάλληλα μέτρα προστασίας, ένας πάροχος πρέπει να μπορεί να προστατευτεί από
|
||
επιθέσεις όπως η κατασκοπεία και διείσδυση δικτύου (network
|
||
penetration)\cite{arif2015virtualization}.
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\subsubsection{Απειλές για τον πάροχο νέφους μέσω εικονικών μηχανών} \label{cloudProviderAttackOverVMs}
|
||
|
||
Όπως μια επιχείρηση πρέπει να εμπιστεύεται τον πάροχο νέφους ότι θα
|
||
προστατεύσει τα δεδομένα της, έτσι και ο πάροχος πρέπει να εμπιστεύεται την
|
||
επιχείρηση ότι δε θα προσπαθήσει να προκαλέσει ζημιά στις υπηρεσίες του. Αυτό
|
||
μπορεί να πραγματοποιηθεί με την εκτέλεση κακόβουλου λογισμικού στις εικονικές
|
||
μηχανές του παρόχου είτε από την επιχείρηση την ίδια, είτε μέσω ενός
|
||
επιτιθέμενου που παραβίασε τις εικονικές μηχανές της.
|
||
|
||
Ουσιαστικά κάθε εικονική μηχανή που έχει πρόσβαση στο διαδίκτυο είναι ευάλωτη
|
||
σε απειλές όπως δούρειοι ίπποι (Trojans), ιοί και κακόβουλα λογισμικά που
|
||
μπορεί να εξαπλωθούν στο σύστημα μεταπηδώντας από μια εικονική μηχανή στον
|
||
υπερ-επόπτη και από εκεί είτε να συνεχίσουν στο σύστημα είτε να μολύνουν και
|
||
τις υπόλοιπες εικονικές μηχανές που αυτός διαχειρίζεται. Επομένως, ο πάροχος
|
||
απαιτείται να έχει λάβει τα κατάλληλα μέτρα προστασίας έναντι κακόβουλων
|
||
εικονικών μηχανών.
|
||
|
||
Με βάση την ανάλυση που έγινε στο \cite{virtualizationSecurity}, στις απειλές
|
||
από εικονική μηχανή σε εικονική μηχανή, οι πιο συνηθισμένες είναι η επίθεση
|
||
πλευρικού καναλιού (cross VM side channel attack), οι επιθέσεις βάσει
|
||
χρονοπρογραμματιστή (Scheduler based attacks) και οι επιθέσεις που στοχεύουν
|
||
τρωτότητες της διαδικασίας μετανάστευσης και επαναφοράς εικονικών μηχανών (VM
|
||
migration and rollback attacks). Από την άλλη, όσον αφορά τις απειλές από
|
||
εικονικές μηχανές προς τον υπερ-επόπτη, ανάμεσα στις πιο σημαντικές βρίσκονται
|
||
η μεταπήδηση εικονικής μηχανής (VM Hopping) και η απόδραση εικονικής μηχανής
|
||
(VM Escape). Τέλος, μερικές επιπρόσθετες απειλές σύμφωνα με τους
|
||
\citeauthor{Aalam_2021} \cite{Aalam_2021}, είναι η κλοπή εικονικών μηχανών και
|
||
η τροποποίηση του υπερ-επόπτη.
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\subsubsection{Κατηγοριοποίηση απειλών στην εικονικοποίηση} \label{virtualizationThreatsCategorization}
|
||
|
||
Οι προαναφερόμενες απειλές σε συνδυασμό με μερικές πιθανές ευπάθειες, έχουν
|
||
κατηγοριοποιηθεί από τους \citeauthor{virtualizationSecurity} στο
|
||
\cite{virtualizationSecurity} ως εξής:
|
||
|
||
\begin{table}[!ht]
|
||
\caption{Κατηγοριοποίηση απειλών στην εικονικοποίηση}
|
||
\renewcommand{\arraystretch}{1.5}
|
||
\centering
|
||
\newcolumntype{C}{>{\centering\arraybackslash}m{6cm}}
|
||
\newcommand\Tstrut{\rule{0pt}{2.6ex}} % = `top' strut
|
||
\newcommand\Bstrut{\rule[-0.9ex]{0pt}{0pt}} % = `bottom' strut
|
||
\textgreek{\begin{tabular}{||C|C||}
|
||
\hline
|
||
|
||
Κατηγορία & Απειλές και πιθανά ευπαθή σημεία \\ [0.5ex]
|
||
|
||
\hline\hline
|
||
|
||
Απειλές Δικτύου &
|
||
|
||
XML Signature Wrapping Attacks\Tstrut\Bstrut\hline
|
||
Flooding Attacks (DDoS)\Tstrut\Bstrut\hline
|
||
Metadata Spoofing Attacks\Tstrut\Bstrut\hline
|
||
Insecure Web Apps \& APIs\Tstrut\Bstrut\hline
|
||
Cross Site Scripting Attacks\Tstrut\Bstrut\hline
|
||
Port scanning\Tstrut\Bstrut\hline
|
||
Botnets\Tstrut\Bstrut\hline
|
||
Spoofing attacks\Tstrut\Bstrut\hline
|
||
DNS attacks\Tstrut\Bstrut\hline
|
||
Sniffer attacks\Tstrut\Bstrut\hline
|
||
Denial of Service (DoS)\Tstrut\Bstrut \\
|
||
|
||
\hline
|
||
|
||
Απειλές για τον Πάροχο &
|
||
|
||
Sniffing Attacks\Tstrut\Bstrut\hline
|
||
Spoofing Attacks\Tstrut\Bstrut\hline
|
||
Denial of Service Attacks\Tstrut\Bstrut\hline
|
||
cross VM side channel attacks\Tstrut\Bstrut\hline
|
||
VM scheduler based attacks\Tstrut\Bstrut\hline
|
||
VM Hopping\Tstrut\Bstrut\hline
|
||
VM Escape\Tstrut\Bstrut\hline
|
||
Dynamic Data Updates\Tstrut\Bstrut\hline
|
||
Data scavenging\Tstrut\Bstrut \\
|
||
|
||
\hline
|
||
|
||
Απειλές για τις Εφαρμογές &
|
||
|
||
Malware injection\Tstrut\Bstrut\hline
|
||
Steganography attacks\Tstrut\Bstrut\hline
|
||
Web services attacks\Tstrut\Bstrut\hline
|
||
Protocol-based attacks\Tstrut\Bstrut\hline
|
||
Security Misconfigurations\Tstrut\Bstrut\hline
|
||
SQL Injection Attacks\Tstrut\Bstrut \\
|
||
|
||
\hline
|
||
\end{tabular}}
|
||
\label{table:virtualizationThreatCategories}
|
||
\renewcommand{\arraystretch}{1}
|
||
\end{table}
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
Κατηγοριοποίηση με μεγαλύτερη λεπτομέρεια ως προς τις κατηγορίες αδυναμιών όπου
|
||
δύναται να υπάρχουν τρωτότητες και τις αντιστοιχούμενες αδυναμίες αυτών,
|
||
πραγματοποιήθηκε από τον οργανισμό \citeauthor{enisaSecurityOfVirtualization}
|
||
στο \cite{enisaSecurityOfVirtualization} όπου και απεικονίζεται ως:
|
||
|
||
\begin{center}
|
||
\begin{figure}[!ht]
|
||
\centering
|
||
\includegraphics[width = .93\textwidth]{Figures/Enisa/enisaThreats.jpg}
|
||
\captionof{figure}{Πιθανά σημεία εμφάνισης τρωτοτήτων και οι απειλές που τους αντιστοιχούν}
|
||
\label{fig:virtualizationThreats.png}
|
||
\end{figure}
|
||
\vspace*{-30pt}
|
||
\end{center}
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\subsection{Η τριάδα της ασφάλειας} \label{securityTriad}
|
||
|
||
Εν γένει, ο λόγος που μια επιχείρηση ενδιαφέρεται για την ασφάλεια, είναι
|
||
προκειμένου να διασφαλίσει την ακεραιότητα, την εμπιστευτικότητα και τη
|
||
διαθεσιμότητα των δεδομένων της. Αυτά τα τρία στοιχεία αποτελούν την τριάδα της
|
||
ασφάλειας \footfullcite{ciaTriad} και η απώλεια οποιουδήποτε από αυτά μπορεί να
|
||
έχει σοβαρές επιπτώσεις στην επιχείρηση. Η σημασία του καθενός, καθώς και
|
||
γενικές ορθές πρακτικές διατήρησης τους περιγράφονται ως εξής:
|
||
|
||
\begin{itemize}
|
||
|
||
\item \textbf{Ακεραιότητα δεδομένων} \label{dataIntegrity}
|
||
|
||
Η ακεραιότητα των δεδομένων είναι ένα από τα τρία βασικά στοιχεία της
|
||
ασφάλειας, δίχως την οποία οι επιχειρήσεις δε θα μπορούσαν να
|
||
παραμείνουν λειτουργικές. Αναφέρεται στην προστασία των δεδομένων από
|
||
μη εξουσιοδοτημένη αλλοίωση καθ' όλη τη διάρκεια της ύπαρξης τους.
|
||
Δηλαδή είτε βρίσκονται στο στάδιο της μεταφοράς, είτε της αποθήκευσης.
|
||
Για κάθε επιχείρηση, απαιτείται μεγάλη προσοχή κατά τον σχεδιασμό των
|
||
βάσεων δεδομένων και της συντήρησης τους σε περιβάλλοντα νέφους αλλά
|
||
και η χρήση ορθών πρακτικών, όπως ο περιοδικός έλεγχος των δεδομένων
|
||
για την ανίχνευση πιθανών αλλοιώσεων και η χρήση μηχανισμών αναγνώρισης
|
||
και αποκατάστασης σφαλμάτων.
|
||
|
||
\item \textbf{Εμπιστευτικότητα δεδομένων} \label{dataConfidentiality}
|
||
|
||
Όπως η ακεραιότητα, έτσι και η εμπιστευτικότητα των δεδομένων είναι
|
||
κάτι για το οποίο μια επιχείρηση πρέπει να φροντίσει εκ των προτέρων.
|
||
Αναφέρεται στην προστασία των δεδομένων από μη εξουσιοδοτημένη πρόσβαση
|
||
κατά τη μεταφορά, την αποθήκευση και την επεξεργασία τους. Ένα κενό
|
||
ασφαλείας στην τελική εφαρμογή ενός χρήστη μπορεί να δώσει πρόσβαση σε
|
||
έναν εισβολέα παραβιάζοντας έτσι τις βάσεις δεδομένων της επιχείρησης.
|
||
Επειδή σε ένα περιβάλλον νέφους δεν έχει η ίδια η επιχείρηση πρόσβαση
|
||
στις υποδομές που χρησιμοποιεί, πέρα από μέτρα προστασίας που θα πρέπει
|
||
να λάβει η ίδια, είναι απαραίτητη και η επικοινωνία με τον πάροχο
|
||
νέφους προκειμένου να διαπιστωθεί ο τρόπος εξασφάλισης της
|
||
εμπιστευτικότητας των δεδομένων από μεριάς του.
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\item \textbf{Διαθεσιμότητα δεδομένων} \label{dataAvailability}
|
||
|
||
Η διαθεσιμότητα των δεδομένων, που ολοκληρώνει την τριάδα της
|
||
ασφάλειας, είναι το στοιχείο που εξασφαλίζει πως μια επιχείρηση θα
|
||
μπορεί να παρέχει τις υπηρεσίες της στους τελικούς της χρήστες.
|
||
Αναφέρεται στην αποφυγή της διακοπής πρόσβασης στα δεδομένα της από
|
||
εξουσιοδοτημένους φορείς και εξαρτάται άμεσα από τη συνεχή παροχή
|
||
υπηρεσιών υποδομών προς την επιχείρηση. Η απώλεια της θα είχε ως
|
||
αποτέλεσμα την διακοπή σημαντικών λειτουργιών της και δυνητικά την
|
||
μείωση της αξιοπιστίας της. Για να μπορέσει να διασφαλιστεί, πρέπει μια
|
||
επιχείρηση να έχει προβλέψει για ένα σχέδιο ανάκτησης εφεδρικών
|
||
αντιγράφων προς αποφυγή της απώλειας σημαντικών δεδομένων της, καθώς
|
||
και για ένα σχέδιο επαναφοράς των διαδικασιών παροχής τους ώστε να
|
||
μειώσει στο ελάχιστο την οποιαδήποτε διάρκεια διακοπής των υπηρεσιών
|
||
της. Τέλος, πρέπει να υπάρχει εμπιστοσύνη προς στον πάροχο νέφους πως
|
||
δεν θα υπάρξει από μεριάς του απρόσμενη διακοπή της λειτουργίας
|
||
υποδομών που μπορεί να είναι απαραίτητες για την επιχείρηση.
|
||
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
\subsection{Μέτρα ασφαλείας} \label{securityMeasures}
|
||
|
||
Προκειμένου να προστατευτεί μια επιχείρηση από τις απειλές που αναφέρθηκαν
|
||
παραπάνω, θα πρέπει να έχει λάβει τα κατάλληλα μέτρα ασφαλείας. Μερικές ορθές
|
||
πρακτικές με βάση τους οργανισμούς
|
||
\citeauthor{geeksforgeeksVirtualizationSecurityGoodPractices}
|
||
\footfullcite{geeksforgeeksVirtualizationSecurityGoodPractices} και
|
||
\citeauthor{enisaSecurityOfVirtualization}
|
||
\footfullcite{enisaSecurityOfVirtualization} είναι οι παρακάτω:
|
||
|
||
\begin{itemize}
|
||
|
||
\item \textbf{Συχνή ενημέρωση του υπερ-επόπτη}:
|
||
|
||
Ο υπερ-επόπτης είναι ο πυρήνας του συστήματος εικονικοποίησης και
|
||
επομένως η ασφάλεια του είναι ζωτικής σημασίας. Οι εταιρίες που
|
||
αναπτύσσουν το λογισμικό του, τον ενημερώνουν συχνά για να διορθώσουν
|
||
τυχόν ευπάθειες που έχουν ανακαλυφθεί. Επομένως, οι επιχειρήσεις πρέπει
|
||
να εφαρμόζουν τις ενημερώσεις αυτές το συντομότερο δυνατόν από την
|
||
στιγμή που θα είναι διαθέσιμες.
|
||
|
||
\item \textbf{Περιορισμός πρόσβασης στο διαχειριστικό πάνελ του υπερ-επόπτη}:
|
||
|
||
Η πρόσβαση στον υπερ-επόπτη παρέχει πλήρη έλεγχο στις λειτουργίες του
|
||
και επομένως, πρέπει να περιορίζεται μόνο σε εξουσιοδοτημένα άτομα.
|
||
Επιπλέον, οι επιχειρήσεις πρέπει να επιβάλλουν την χρήση πολύπλοκων
|
||
κωδικών πρόσβασης και να τους αλλάζουν τακτικά, καθώς και την χρήση
|
||
αυθεντικοποίησης πολλαπλών παραγόντων.
|
||
|
||
\item \textbf{Έλεγχος των μηχανημάτων που έχουν πρόσβαση στον υπερ-επόπτη}:
|
||
|
||
Οι επιχειρήσεις πρέπει να ελέγχουν συχνά ποια μηχανήματα έχουν πρόσβαση
|
||
στον υπερ-επόπτη και να προσθέτουν ή να αφαιρούν μηχανήματα από την
|
||
εξουσιοδοτημένη λίστα. Ο συχνός έλεγχος πρόσβασης θα μπορέσει επίσης να
|
||
αναδείξει προσπάθειες μη εξουσιοδοτημένης πρόσβασης ώστε να ληφθούν τα
|
||
κατάλληλα μέτρα περιορισμού των ατόμων που επιχειρούν να εισέλθουν σε
|
||
αυτόν.
|
||
|
||
\item \textbf{Περιορισμός δικτυακής πρόσβασης στο διαχειριστικό πάνελ του υπερ-επόπτη}:
|
||
|
||
Η πρόσβαση στο διαχειριστικό πάνελ του υπερ-επόπτη πρέπει να
|
||
πραγματοποιείται μόνο από ασφαλή δίκτυα. Επομένως, για την επιβολή
|
||
περιορισμών θα πρέπει να γίνεται χρήση αναχωμάτων ασφαλείας και άλλων
|
||
εργαλείων ασφαλείας του δικτύου.
|
||
|
||
\item \textbf{Χρήση κρυπτογράφησης εικονικών μηχανών}:
|
||
|
||
Η κρυπτογράφηση των εικονικών μηχανών προστατεύει τα δεδομένα τους από
|
||
μη εξουσιοδοτημένη πρόσβαση. Επιπλέον, στην περίπτωση κλοπής εικονικής
|
||
μηχανής μετά από παραβίαση του υπερ-επόπτη, ο επιτιθέμενος δεν θα είναι
|
||
σε θέση να αποκτήσει πρόσβαση στα δεδομένα της.
|
||
|
||
\item \textbf{Απομόνωση των εικονικών μηχανών μεταξύ τους}:
|
||
|
||
Ένας υπερ-επόπτης πρέπει να επιτρέπει την αλληλεπίδραση μεταξύ
|
||
εικονικών μηχανών μόνο όταν αυτό είναι απαραίτητο (παραδείγματος χάριν,
|
||
για τον διαμοιρασμό αποθηκευτικού χώρου). Επιβάλλεται να εφαρμοστούν
|
||
πολιτικές που να διαχειρίζονται την φυσική και λογική κατάτμηση πόρων.
|
||
Αυτό θα αποτρέψει την μη εξουσιοδοτημένη πρόσβαση, θα μειώσει τις
|
||
επιθέσεις έκχυσης κώδικα από μια εικονική μηχανή σε μια άλλη, καθώς και
|
||
το ρίσκο επίθεσης τύπου άρνησης υπηρεσίας.
|
||
|
||
\item \textbf{Παρακολούθηση των πόρων}:
|
||
|
||
Η δικτυακή κίνηση, η μνήμη και οι διεργασίες των εκτελούμενων εικονικών
|
||
μηχανών πρέπει να παρακολουθούνται διαρκώς προκειμένου να ξεχωρίζουν οι
|
||
εικονικές μηχανές που παρουσιάζουν ασυνήθιστες συμπεριφορές. Αυτό θα
|
||
βοηθήσει στην ορθότερη θέση σε λειτουργία υπαρχόντων μηχανισμών
|
||
ασφαλείας και ανίχνευσης εισβολών.
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\item \textbf{Ορθή διαχείριση στιγμιοτύπων εικονικών μηχανών}:
|
||
|
||
Κάθε στιγμιότυπο μιας εικονικής μηχανής, δύναται να περιέχει ευαίσθητα
|
||
δεδομένα όπως κωδικοί και προσωπικά δεδομένα χρηστών. Συνεπώς, πρέπει
|
||
κατά την αποθήκευση τους να προστατεύονται έναντι μη εξουσιοδοτημένης
|
||
πρόσβασης, τροποποίησης και αντικατάστασης. Αυτό περιλαμβάνει την ορθή
|
||
κρυπτογράφηση τους και την διαγραφή όσων στιγμιοτύπων δεν χρειάζονται
|
||
πλέον.
|
||
|
||
\item \textbf{Ασφάλιση του μηχανήματος φιλοξενίας}:
|
||
|
||
Το μηχάνημα φιλοξενίας αποτελεί ένα από τα πιο σημαντικά σημεία που
|
||
πρέπει να προστατευτούν. Αν ένας εισβολέας καταφέρει να αποκτήσει
|
||
πρόσβαση σε αυτό, θα μπορεί να αποκτήσει πρόσβαση σε όλες τις εικονικές
|
||
μηχανές που αυτό φιλοξενεί. Επομένως, οι επιχειρήσεις πρέπει να εφαρμόζουν
|
||
τακτικά ενημερώσεις λογισμικού, να περιορίζουν την πρόσβαση στο
|
||
μηχάνημα, να εφαρμόζουν πολύπλοκους κωδικούς πρόσβασης και να
|
||
παρακολουθούν την πρόσβαση σε αυτό.
|
||
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
\section{Δοχειοποίηση} \label{containerizationDefinition}
|
||
|
||
Πέραν της πλήρους εικονικοποίησης και της παρα-εικονικοποίησης, εδώ και αρκετά
|
||
χρόνια πολλές επιχειρήσεις στρέφονται σε τεχνολογίες που χρησιμοποιούν μια
|
||
υποκατηγορία της εικονικοποίησης, ονόματι δοχειοποίηση (containerization). Με
|
||
βάση την \citeauthor{ibmContainerizationDefinition}
|
||
\footfullcite{ibmContainerizationDefinition}, πρόκειται για το πακετάρισμα
|
||
λογισμικού μονάχα με τις βιβλιοθήκες και τις εξαρτήσεις που χρειάζεται για να
|
||
εκτελεστεί, δημιουργώντας ένα εκτελέσιμο \textquote{δοχείο} που πάντοτε θα
|
||
εκτελείται με την ίδια συμπεριφορά ανεξαρτήτως υποδομής. Με την παραδοσιακή
|
||
μέθοδο ανάπτυξης λογισμικού, υπήρχε πάντα το ρίσκο το πρόγραμμα που αναπτύχθηκε
|
||
σε ένα συγκεκριμένο περιβάλλον να μη λειτουργεί με τον αναμενόμενο τρόπο κατά
|
||
τη μεταφορά του σε ένα άλλο, εκτός εάν έχει ελεγχθεί ότι υπάρχουν όλες οι
|
||
εξαρτήσεις που χρειάζεται στις εκδόσεις που τις χρειάζεται. Ακόμα και σε αυτήν
|
||
την περίπτωση όμως, πέραν του κόπου για τον έλεγχο είναι αρκετά πιθανό ένα
|
||
δεύτερο πρόγραμμα να χρειάζεται διαφορετικές εκδόσεις των ίδιων εξαρτήσεων.
|
||
Αυτό πρακτικά σήμαινε πως το δεύτερο αυτό πρόγραμμα θα έπρεπε να στεγαστεί σε
|
||
διαφορετικό διακομιστή, αυξάνοντας το σχετικό κόστος.
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
Τα προβλήματα αυτά έρχεται να λύσει η τεχνολογία της δοχειοποίησης. Με τη
|
||
δοχειοποίηση, είναι δυνατή η συστέγαση δοχείων, δηλ. διαφορετικών προγραμμάτων
|
||
ή συστατικών προγραμμάτων στο ίδιο μηχάνημα (είτε αυτό είναι φυσικό είτε
|
||
εικονικό). Όπως αναφέραμε στο \ref{containerManagement}, από το 2013 και έπειτα
|
||
η άφιξη του Docker επιτάχυνε κατά πολύ την υιοθέτηση της τεχνολογίας αυτής. Σε
|
||
τέτοιο βαθμό που σε μια έρευνα της IBM \footfullcite{ibmContainerSurvey}
|
||
βρέθηκε πως το 61\% όσων ξεκίνησαν να χρησιμοποιούν δοχεία, το κάνουν στο 50\%
|
||
ή παραπάνω των εφαρμογών που δημιούργησαν τα τελευταία δύο χρόνια, ενώ 64\%
|
||
αυτών, αναμένουν στο 50\% των υπαρχουσών εφαρμογών τους να κάνουν χρήση δοχείων
|
||
στα επόμενα δύο χρόνια.
|
||
|
||
Ένας από τους χαρακτηρισμούς των δοχείων είναι η \textquote{ελαφρότητα} τους σε
|
||
σχέση με μια εικονική μηχανή λόγω της ικανότητας τους να μοιράζονται τον πυρήνα
|
||
του ίδιου λειτουργικού συστήματος (ΛΣ). Η απαίτηση μιας εικονικής μηχανής να
|
||
χρειάζεται να έχει δικό της ΛΣ, την καθιστά μεγαλύτερη σε μέγεθος και λιγότερο
|
||
αποδοτική στη χρήση πόρων του συστήματος. Απεναντίας, τα δοχεία είναι εγγενώς
|
||
μικρότερα σε μέγεθος και έχουν και μικρότερο χρόνο εκκίνησης. Πράγμα που
|
||
τραβάει το ενδιαφέρον των επιχειρήσεων διότι αυτό μεταφράζεται σε υψηλότερη
|
||
αποδοτικότητα \& βαθμό χρήσης των διακομιστών και επομένως μειωμένα κόστη
|
||
λειτουργίας. Επίσης, τα δοχεία κλιμακώνονται αρκετά πιο γρήγορα σε σχέση με τις
|
||
εικονικές μηχανές, επιτρέποντας την αντίδραση σε οποιαδήποτε διακύμανση του
|
||
φόρτου εργασίας.
|
||
|
||
\subsection{Δοχειοποίηση Εφαρμογών (Application Containerization)} \label{applicationContainerization}
|
||
|
||
Τα δοχεία ενθυλακώνουν ένα λογισμικό ή μέρος εφαρμογής ως ένα αυτόνομο πακέτο
|
||
που περιέχει τον κώδικα, τις βιβλιοθήκες και τις εξαρτήσεις που χρειάζεται για
|
||
να εκτελεστεί. Οι διεργασίες ενός δοχείου θεωρούνται απομονωμένες με την έννοια
|
||
ότι δεν έχουν ανάγκη ένα αντίγραφο του λειτουργικού συστήματος αλλά αντ' αυτού
|
||
μια μηχανή εκτέλεσης δοχείων (container execution engine) στο μηχάνημα
|
||
(φιλοξενίας) που λειτουργεί ως διαμεσολαβητής των δοχείων για να μοιράζονται το
|
||
ίδιο λειτουργικό σύστημα και κατά προέκταση τους υποκείμενους πόρους του μεταξύ
|
||
τους. Κοινές βιβλιοθήκες ή εκτελέσιμα αρχεία μιας στρώσης εικόνας δοχείων
|
||
μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την δημιουργία πολλών δοχείων,
|
||
συμβάλλοντας έτσι στην εξάλειψη περιττής υπολογιστικής ισχύος, καθιστώντας τα
|
||
δοχεία μικρά στον χώρο που καταλαμβάνουν, γρήγορα στην εκκίνηση και ικανά να
|
||
εκτελεστούν σε οποιαδήποτε πλατφόρμα ή περιβάλλον νέφους
|
||
\footfullcite{ibmContainerizationDefinition}.
|
||
|
||
Η δοχειοποίηση εφαρμογών αποτελεί εν γένει την πιο δημοφιλή μορφή δοχειοποίησης
|
||
που χρησιμοποιείται σήμερα. Είθισται να χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις χρήσης
|
||
μικρο-υπηρεσιών, CI/CD pipelines, επαναλαμβανόμενες διεργασίες και εφαρμογής
|
||
μεθόδων DevOps \footfullcite{applicationContainerization}.
|
||
|
||
\subsection{Πλεονεκτήματα Δοχειοποίησης} \label{containerizationAdvantages}
|
||
|
||
Τα δοχεία προσφέρουν μια σειρά από πλεονεκτήματα σε σχέση με τις παραδοσιακές
|
||
εικονικές μηχανές. Αυτά, σύμφωνα με την
|
||
\citeauthor{ibmContainerizationDefinition}
|
||
\footfullcite{ibmContainerizationDefinition}, είναι τα εξής:
|
||
|
||
\begin{itemize}
|
||
|
||
\item \textbf{Mεταφερσιμότητα}:
|
||
|
||
Τα δοχεία είναι ανεξάρτητα από το λειτουργικό σύστημα και το περιβάλλον
|
||
εκτέλεσης τους και ως εκ τούτου μπορούν να εκτελεστούν σε οποιαδήποτε
|
||
πλατφόρμα ή περιβάλλον νέφους ομοιόμορφα και με συνέπεια. Εφόσον τα
|
||
κομμάτια ενός προγράμματος μπορούν να ορισθούν σε ένα μονάχα αρχείο
|
||
κειμένου και να κατασκευαστούν με αυτοματοποιημένο τρόπο οπουδήποτε,
|
||
αυτό δίνει στα δοχεία πολύ μεγαλύτερο προβάδισμα στον τομέα της
|
||
μεταφερσιμότητας σε σχέση με τις εικονικές μηχανές.
|
||
|
||
\item \textbf{Ευελιξία}:
|
||
|
||
Το Docker Engine ξεκίνησε το βιομηχανικό πρότυπο Docker για τη χρήση
|
||
δοχείων προσφέροντας απλά εργαλεία ανάπτυξης και μια καθολική
|
||
προσέγγιση πακεταρίσματος που λειτουργεί εξίσου καλά σε όλες τις
|
||
πλατφόρμες. Το οικοσύστημα των δοχείων έχει μετατοπιστεί σε μηχανές
|
||
δοχείων που ακολουθούν τα πρότυπα της Open Container Initiative (OCI)
|
||
και οι προγραμματιστές μπορούν εύκολα και γρήγορα να πακετάρουν τις
|
||
εφαρμογές τους ως δοχεία, τα οποία μπορούν να παρέχονται χωρίς την
|
||
έγνοια υποστήριξης πολλών διαφορετικών πλατφορμών.
|
||
|
||
\item \textbf{Ταχύτητα}:
|
||
|
||
Τα δοχεία είναι ελαφρύτερα από τις παραδοσιακές εικονικές μηχανές λόγω
|
||
του διαμοιρασμού του ίδιου ΛΣ και γι' αυτό έχουν μικρότερο χρόνο
|
||
εκκίνησης. Αυτό τα καθιστά ιδανικά για την ανάπτυξη και την εκτέλεση
|
||
εφαρμογών σε περιβάλλοντα νέφους όπου η αποδοτικότητα αξιοποίησης των
|
||
υπολογιστικών πόρων αντανακλάται σε άμεση εξοικονόμηση κόστους.
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\item \textbf{Απομόνωση σφαλμάτων}:
|
||
|
||
Εφόσον κάθε δοχείο είναι απομονωμένο και λειτουργεί ανεξάρτητα από τα
|
||
υπόλοιπα, η αποτυχία ενός δοχείου στο ίδιο ΛΣ δε θα επηρεάσει τη συνεχή
|
||
λειτουργία των υπόλοιπων δοχείων. Με αυτόν τον τρόπο, οι ομάδες
|
||
ανάπτυξης λογισμικού μπορούν να εντοπίζουν και να διορθώνουν τυχόν
|
||
τεχνικά προβλήματα χωρίς να υπάρχει διακοπή λειτουργίας σε άλλα δοχεία.
|
||
Επιπρόσθετα, ο εντοπισμός του προβλήματος είναι εύκολος διότι εστιάζει
|
||
σε ένα μόνο δοχείο και όχι σε περισσότερα. Αυτό οδηγεί σε πιο γρήγορη
|
||
αποσφαλμάτωση και εν τέλει την πιο γρήγορη ανάπτυξη και διατήρηση
|
||
προγραμμάτων.
|
||
|
||
\item \textbf{Αποδοτικότητα}:
|
||
|
||
Το γεγονός ότι τα δοχεία μοιράζονται το ίδιο ΛΣ και κοινά κομμάτια μιας
|
||
στρώσης εικόνας δοχείου μπορούν να χρησιμοποιηθούν ξανά για την
|
||
δημιουργία πολλών δοχείων, τα καθιστά αρκετά μικρά σε μέγεθος ώστε να
|
||
είναι δυνατόν να εκτελεστούν πολλά περισσότερα δοχεία σε έναν
|
||
διακομιστή απ' ότι θα μπορούσαν εικονικές μηχανές. Επομένως,
|
||
αξιοποιούνται καλύτερα οι πόροι του συστήματος.
|
||
|
||
\item \textbf{Ευκολία διαχείρισης}:
|
||
|
||
Τα δοχεία σε ένα σύστημα είναι εύκολα διαχειρίσιμα με απλές εντολές. Η
|
||
διαδικασία ενημέρωσης, εκκίνησης, τερματισμού τους και εν γένει
|
||
διαχείρισης τους είναι γρήγορη και απλή. Ακόμα και για μια επιχείρηση
|
||
με πολλούς διακομιστές, όπου ο αντίστοιχος φόρτος διαχείρισης θα ήταν
|
||
αρκετά υψηλός, υπάρχουν πλατφόρμες ενορχήστρωσης δοχείων που πέραν της
|
||
αυτοματοποίησης αυτών των λειτουργιών διαχείρισης, βοηθάνε και στην
|
||
κλιμάκωση και διαχείριση του φόρτου εργασίας των δοχειοποιημένων
|
||
εφαρμογών τους.
|
||
|
||
\item \textbf{Ασφάλεια}:
|
||
|
||
Η απομόνωση των εφαρμογών ως δοχεία, όταν εφαρμόζεται ακολουθώντας
|
||
ορθές πρακτικές, εγγενώς αποτρέπει την εισβολή κακόβουλου λογισμικού
|
||
από το να επηρεάσει τα υπόλοιπα δοχεία ή το σύστημα στο οποίο
|
||
εκτελούνται. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιώντας Kernel Security Modules όπως
|
||
AppArmor ή SELinux μπορούν να ορισθούν άδειες ασφαλείας με σκοπό τον
|
||
περιορισμό του εύρους πρόσβασης του Docker στο σύστημα και με access
|
||
authorization plugins \footfullcite{accessAuthorizationPlugin},
|
||
περιορίζεται η πρόσβαση στον δαίμονα του Docker. Επιπροσθέτως, πολύ
|
||
εύκολα μπορεί να περιοριστεί και η επικοινωνία μεταξύ δοχείων, καθώς
|
||
και του δικτύου του συστήματος.
|
||
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
\subsection{Διαφορές σε υλοποιήσεις της δοχειοποίησης} \label{containerizationImplementationDifferences}
|
||
|
||
Στην παράγραφο \ref{containerizationDefinition} αναφέραμε την έννοια της
|
||
δοχειοποίησης. Η ραγδαία αύξηση του ενδιαφέροντος και της χρήσης δοχείων
|
||
οδήγησε στην ανάγκη για πρότυπα γύρω από την τεχνολογία αυτή. Έτσι, η Open
|
||
Container Initiative (OCI), η οποία ιδρύθηκε τον Ιούνιο του 2015 από την Docker
|
||
και άλλους ηγέτες του κλάδου, προωθεί κοινά, ανοικτά πρότυπα και προδιαγραφές
|
||
γύρω από την τεχνολογία δοχείων. Εξαιτίας αυτού, η OCI συμβάλλει στη διεύρυνση
|
||
των επιλογών για μηχανές δοχείων ανοιχτού κώδικα και συνεπώς, οι χρήστες δε θα
|
||
είναι εγκλωβισμένοι στην τεχνολογία ενός συγκεκριμένου προμηθευτή. Απεναντίας,
|
||
θα μπορούν να επωφεληθούν από τις πιστοποιημένες από την OCI τεχνολογίες που θα
|
||
τους επιτρέπουν να δημιουργούν εφαρμογές σε δοχεία χρησιμοποιώντας ένα ευρύ
|
||
σύνολο εργαλείων DevOps και να τις εκτελούν με τον ίδιο τρόπο σε οποιεσδήποτε
|
||
υποδομές της επιλογής τους.
|
||
|
||
Σήμερα αν και το Docker αποτελεί μία από τις πιο γνωστές και ευρέως
|
||
χρησιμοποιούμενες μηχανές δοχείων, υπάρχουν πολλές άλλες υλοποιήσεις.
|
||
Εναλλακτικές μηχανών δοχείων όπως το Podman \footfullcite{podman} και container
|
||
runtimes όπως το LXC και το containerd, το οποίο ήταν για καιρό η προεπιλογή
|
||
του Docker για container runtime προτού υιοθετήσει το runC, μπορεί να έχουν
|
||
διαφορετικά χαρακτηριστικά και προεπιλογές αλλά η υιοθέτηση και η αξιοποίηση
|
||
των προδιαγραφών της OCI καθώς αυτές εξελίσσονται θα διασφαλίσει ότι οι
|
||
εναλλακτικές αυτές παραμένουν ανεξάρτητες από τους προμηθευτές, πιστοποιημένες
|
||
για να τρέχουν σε πολλαπλά λειτουργικά συστήματα και χρησιμοποιήσιμες σε
|
||
πολλαπλά περιβάλλοντα \footfullcite{ibmContainerizationDefinition}.
|
||
|
||
Παρότι οι προδιαγραφές της OCI έχουν ως στόχο να διασφαλίσουν την ομοιόμορφη
|
||
λειτουργία της τεχνολογίας αυτής, υπάρχουν αρκετές διαφορές στην υλοποίηση της.
|
||
Παραδείγματος χάριν, το Podman, ενώ συμμορφώνεται στις προδιαγραφές της OCI
|
||
όπως το Docker, δουλεύει χωρίς δαίμονα από πίσω, πράγμα που επιδιώκει να
|
||
κατευνάσει τις ανησυχίες γύρω από τον τρόπο λειτουργίας του Docker. Αυτό
|
||
συμβαίνει διότι το Docker χρειάζεται διαχειριστικές άδειες για την λειτουργία
|
||
του δαίμονα του, γεγονός που αφήνει το σύστημα ευάλωτο σε επιθέσεις σε
|
||
περίπτωση που αυτός παραβιαστεί. Παρότι και οι δύο αυτές μηχανές δοχείων
|
||
χρησιμοποιούν το runC ως container runtime, το Podman χρησιμοποιεί το systemd
|
||
για την διαχείριση των δοχείων του, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί από
|
||
χρήστες χωρίς διαχειριστικές άδειες. Συνεπώς, εξαιτίας του τρόπου λειτουργίας
|
||
του, αν και από το 2021, χάρη στη δουλειά του Akihiro Suda
|
||
\footfullcite{AkihiroSuda}, η αποφυγή χρήσης δαίμονα δεν ισχύει μόνο για αυτό
|
||
πλέον, το Podman δύναται να εκτελεστεί από έναν χρήστη πέραν του
|
||
διαχειριστή/ριζικού (root).
|
||
|
||
Ένα ακόμα εργαλείο που έχει παρόμοια αρχιτεκτονική με το Podman είναι το rkt το
|
||
οποίο προσπαθούσε να κρατήσει μια προσέγγιση ασφαλούς σχεδιασμού εξαρχής
|
||
(Secure-by-design). Μπορούσε να ενσωματώσει χαρακτηριστικά ασφαλείας, όπως
|
||
υποστήριξη SELinux, TPM measurement και εκτέλεση δοχείων σε απομονωμένες από το
|
||
υλικό εικονικές μηχανές. Παρ' όλα αυτά, σύμφωνα με το \cite{dockerAlternatives}
|
||
\footfullcite{dockerAlternatives}, έπαψε να έχει ενεργή ανάπτυξη και επομένως
|
||
δεν θα συνεχίζει να ανταγωνίζεται παρόμοια εργαλεία στον κλάδο των δοχείων.
|
||
|
||
Στην παράγραφο \ref{virtualizationImplementations} αναφέραμε την εικονικοποίηση
|
||
λειτουργικού συστήματος και στην \ref{containerManagement} το LXC. Αποτελεί και
|
||
αυτό ένα container runtime, με την διαφορά ότι αντί να επικεντρώνεται στην
|
||
δοχειοποίηση εφαρμογών όπως κάνει το Docker χρησιμοποιώντας το runC, ο κύριος
|
||
σκοπός της δημιουργίας του ήταν η δοχειοποίηση λειτουργικών συστημάτων. Αν και
|
||
χρησιμοποιείται ακόμα στις μέρες μας, η δημοτικότητα του έχει πέσει από τότε
|
||
που το ενδιαφέρον τον επιχειρήσεων στράφηκε στην δοχειοποίηση εφαρμογών, με
|
||
αποτέλεσμα την ανάγκη δημιουργίας εργαλείων που να διευκολύνουν την διαδικασία
|
||
αυτή, η οποία οδήγησε στην δημιουργία του Docker.
|
||
|
||
Σχετικά με τα container runtimes runC και containerd, το πρώτο είναι ένα
|
||
container runtime χαμηλού επιπέδου ενώ το δεύτερο υψηλού επιπέδου.
|
||
Δημιουργήθηκαν και τα δύο από το Docker σε διαφορετικές χρονικές περιόδους και
|
||
από τις αρχικές του εκδόσεις, το Docker χρησιμοποιούσε το containerd από
|
||
προεπιλογή. Μετέπειτα, αποφάσισε να το καταστήσει ένα αυτόνομο container
|
||
runtime και αντικαταστάθηκε με το runC προκειμένου να μπορέσουν τα δοχεία του
|
||
Docker να δουλεύουν ευκολότερα σε διαφορετικές πλατφόρμες όπως το Kubernetes
|
||
\footfullcite{containerdRunc}. Επιπροσθέτως, η απόφαση αυτή κατέστησε το Docker
|
||
πιο διαχειρίσιμο διότι πλέον αποτελούνταν από πολλά μικρότερα εργαλεία, όπου το
|
||
καθένα από αυτά είχε συγκεκριμένους ρόλους. Αναλυτικότερα, το containerd πλέον
|
||
είναι υπεύθυνο για την απόκτηση εικόνων δοχείων και την διαχείριση τους, προτού
|
||
τις μεταβιβάσει στο runC, το οποίο είναι το εργαλείο που θα αλληλεπιδράσει με
|
||
τον πυρήνα του Linux προκειμένου να χρησιμοποιήσει χαρακτηριστικά όπως οι
|
||
ομάδες ελέγχου (control groups) για να δημιουργήσει δοχεία.
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\subsection{Ασφάλεια στο Docker} \label{dockerSecurityMore}
|
||
|
||
Οι εφαρμογές σε δοχεία έχουν ένα εγγενές επίπεδο ασφαλείας αφού μπορούν να
|
||
εκτελούνται ως απομονωμένες διεργασίες και να λειτουργούν ανεξάρτητα από τα
|
||
υπόλοιπα δοχεία. Με πλήρη απομόνωση θα μπορούσε να αποτραπεί στην περίπτωση
|
||
μόλυνσης από κακόβουλο λογισμικό, ο κίνδυνος να επηρεαστούν άλλα δοχεία ή το
|
||
ίδιο το σύστημα. Ωστόσο, η απομόνωση τους δεν είναι πλήρης. Ο διαμοιρασμός
|
||
κομματιών μιας εφαρμογής σε δοχεία βοηθάει στην αποδοτικότητα του συστήματος
|
||
αλλά ανοίγει και ένα παράθυρο ευκαιρίας για επιθέσεις. Το γεγονός επίσης πως
|
||
μοιράζονται τον ίδιο πυρήνα σημαίνει πως μια επίθεση με στόχο αυτόν, μπορεί
|
||
δυνητικά να επηρεάσει όλα τα δοχεία.
|
||
|
||
Σχετικά με τις εικόνες δοχείων που αναφέρθηκαν στο \ref{containerTechnologies},
|
||
τα κομμάτια δηλαδή από τα οποία μια εφαρμογή σε μορφή δοχείου αποτελείται και
|
||
αντιστοιχούν σε καλούπια μέσω των οποίων παράγονται τα δοχεία της εφαρμογής, η
|
||
ασφάλεια δεν είναι πάντα εγγυημένη. Αυτό είναι κάτι που συμβαίνει διότι ο
|
||
καθένας έχει την δυνατότητα να ανεβάσει μια εικόνα δοχείου προς χρήση από
|
||
τρίτους. Σε περίπτωση που δεν εξετασθεί το περιεχόμενο της μπορεί είτε να
|
||
περιέχει κακόβουλο λογισμικό, είτε να μην ακολουθούνται ορθές πρακτικές
|
||
ασφαλείας με αποτέλεσμα να μένει το σύστημα που την χρησιμοποιεί ευάλωτο σε
|
||
επιθέσεις. Συνεπώς, πρέπει να ληφθούν μέτρα προστασίας όπως η χρήση εικόνων
|
||
προερχόμενες μόνο από εγκεκριμένες πηγές, δηλαδή να υπάρχει εμπιστοσύνη ανάμεσα
|
||
στον προμηθευτή μιας εικόνας δοχείου και τον τελικό χρήστη. Επιπροσθέτως, πριν
|
||
την χρήση μιας εικόνας δοχείου πρέπει να εξετάζεται με εργαλεία ανίχνευσης
|
||
τρωτοτήτων, καθώς και να έχει πραγματοποιηθεί επαρκώς σκλήρυνση του Docker ώστε
|
||
να μειωθούν οι επιπτώσεις κατά την χρήση της.
|
||
|
||
Οι πάροχοι τεχνολογίας δοχείων έχουν αποκτήσει μια προσέγγιση ασφαλούς
|
||
σχεδιασμού ώστε πολλά από τα απαραίτητα μέτρα να είναι ενεργοποιημένα χωρίς την
|
||
απαίτηση επιπρόσθετης αλληλεπίδρασης από τον χρήστη. Πλέον η μηχανή δοχείων
|
||
υποστηρίζει όλες τις ιδιότητες απομόνωσης που υποστηρίζει και το λειτουργικό
|
||
σύστημα στο οποίο εκτελείται και άδειες ασφαλείας μπορούν να δοθούν στα δοχεία
|
||
και τον δαίμονα του Docker μέσω του πυρήνα του ΛΣ, με σκοπό τον επιπρόσθετο
|
||
περιορισμό χρήσης πόρων και του εύρους του συστήματος στο οποίο έχει πρόσβαση η
|
||
μηχανή δοχείων \footfullcite{ibmContainerizationDefinition}.
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\subsubsection{Μετριασμός επιθέσεων στο Docker με χρήση χώρων ονομάτων} \label{dockerAttackVectorMitigation}
|
||
|
||
Με βάση το μοντέλο που περιγράφει το \cite{reshetova2014security}, όπως
|
||
αναφέρεται στο \cite{bui2015analysis}, έχουμε ένα μηχάνημα στο οποίο
|
||
εκτελούνται διάφορα δοχεία, από τα οποία ένα υποσύνολο έχει τεθεί υπό τον
|
||
έλεγχο ενός κακόβουλου χρήστη. Για να προστατευτούμε από επιθέσεις, όπως
|
||
άρνησης υπηρεσίας και κλιμάκωσης δικαιωμάτων πρέπει να πραγματοποιηθεί
|
||
απομόνωση των διεργασιών, των αρχείων της συσκευής, του IPC, του δικτύου και
|
||
των πόρων.
|
||
|
||
Αυτά επιτυγχάνονται κατά σειρά με τη χρήση:
|
||
|
||
\begin{itemize}
|
||
|
||
\item \textbf{Χώρων ονομάτων (namespaces)} όπου οριοθετείται η ορατότητα
|
||
των διεργασιών ανάμεσα στα δοχεία και το σύστημα, όπως επίσης και τα
|
||
δικαιώματά τους.
|
||
|
||
\item \textbf{Mount namespaces}, με τα οποία οι διεργασίες κάθε δοχείου
|
||
βλέπουν με διαφορετικό τρόπο τη διάταξη των αρχείων του συστήματος.
|
||
Όλες οι δράσεις mount, που γίνονται στο εκάστοτε δοχείο, περιορίζονται
|
||
σε αυτό. Επίσης, οριοθετούνται τα δικαιώματα των αρχείων του πυρήνα σε
|
||
μονάχα ανάγνωσης και αποτρέπονται περαιτέρω remountings.
|
||
|
||
\item \textbf{Device Whitelist Controller}, ενός χαρακτηριστικού των
|
||
cgroups για περιορισμό συσκευών, που αναφέρεται στο
|
||
\cite{deviceWhitelistController}
|
||
\footfullcite{deviceWhitelistController}, με τη βοήθεια του οποίου
|
||
περιορίζεται το σύνολο τον συσκευών στις οποίες έχει πρόσβαση ένα
|
||
δοχείο και το αποτρέπει από το να δημιουργήσει καινούριες
|
||
αναπαραστάσεις συσκευών. Επιπροσθέτως, επειδή τα mount γίνονται με τη
|
||
χρήση της παραμέτρου nodev\footnote{\textgreek{Μια παράμετρος της
|
||
εντολής mount κατά την οποία απαγορεύεται η δημιουργία και η
|
||
πρόσβαση αναπαραστάσεων συσκευών που βρίσκονται σρον φάκελο /dev.}},
|
||
στην περίπτωση που μια αναπαράσταση συσκευής είχε δημιουργηθεί σε
|
||
προηγούμενο χρόνο μέσα στην εικόνα δοχείου που χρησιμοποιήθηκε για να
|
||
κατασκευαστεί το δοχείο, οι διεργασίες του δοχείου αυτού δε δύνανται να
|
||
τη χρησιμοποιήσουν για να επικοινωνήσουν με τον πυρήνα. Επιπλέον,
|
||
επειδή η προεπιλεγμένη συνθήκη είναι να μη δίνονται εκτεταμένα προνόμια
|
||
σε ένα δοχείο, δεν υπάρχει πρόσβαση σε καμία συσκευή παρά μόνο εάν
|
||
γίνει εκτέλεση δοχείου ως χρήστης με ανώτατα δικαιώματα, όπου τότε
|
||
υπάρχει πρόσβαση σε όλες (τις συσκευές).
|
||
|
||
\item \textbf{IPC namespaces} για περιορισμό IPC, δηλαδή της επικοινωνίας
|
||
των διεργασιών μεταξύ τους. Τα IPC namespaces καθιστούν δυνατή τη
|
||
δημιουργία ξεχωριστών συνόλων των διεργασιών, που επικοινωνούν μεταξύ
|
||
τους αλλά όχι με άλλες διεργασίες πέραν του υποσυνόλου.
|
||
|
||
\item \textbf{Network namespaces}. Μία από τις σημαντικότερες απομονώσεις
|
||
είναι αυτή του δικτύου. Χωρίς δικτυακή απομόνωση υπάρχει κίνδυνος
|
||
επιθέσεων, όπως ενδιάμεσου (Man in the middle), ARP, DNS πλαστογράφηση
|
||
(spoofing) και άλλες. Για να απομονωθεί η κίνηση δικτύου που λαμβάνει
|
||
μέρος σε ένα δοχείο από αυτήν των υπολοίπων και του συστήματος πρέπει
|
||
να γίνει χρήση των network namespaces. Κάθε δοχείο θα έχει δικές του
|
||
διευθύνσεις IP, συσκευές και ό,τι χρειάζεται, προκειμένου να γίνεται
|
||
αλληλεπίδραση μεταξύ των δοχείων μέσω της διεπαφής δικτύου του καθενός
|
||
σαν να είναι εξωτερικές οντότητες.
|
||
|
||
\item \textbf{Ομάδες ελέγχου (cgroups)}. Έπιβάλλεται η οριοθέτηση των
|
||
υπολογιστικών πόρων προκειμένου να αποφευχθεί μια επίθεση τύπου άρνησης
|
||
υπηρεσίας, όπου μια διεργασία ή ένα σύνολο αυτών προσπαθεί να
|
||
καταναλώσει όλους τους πόρους του συστήματος. Με τη βοήθεια των ομάδων
|
||
ελέγχου, επιτυγχάνεται ο έλεγχος του ποσοστού πόρων όπως CPU, μνήμης
|
||
και χωρητικότητας, που μπορεί να έχει κάθε δοχείο στη διάθεση του.
|
||
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
Αυτές οι δυνατότητες υποστηρίζονται από το Docker και μπορεί κανείς να τις
|
||
εκμεταλλευτεί για να προστατεύσει το περιβάλλον του από επιθέσεις. Επιπλέον,
|
||
υπάρχει και η δυνατότητα υποστήριξης Kernel Security Modules, όπως SELinux
|
||
\footfullcite{selinux} και AppArmor \footfullcite{apparmor} αλλά και του
|
||
Seccomp \footfullcite{seccomp} (στην περίπτωση χρήσης LXC), όπως επίσης και
|
||
συμβατότητα με Linux capabilities, που θα μπορούσαν να εισάγουν ένα ακόμα
|
||
επίπεδο ασφαλείας, αν χρησιμοποιηθούν σωστά, περιορίζοντας τα δικαιώματα των
|
||
διεργασιών των δοχείων σε μονάχα όσα χρειάζονται. Το Docker παρέχει αρκετά
|
||
υπάρχοντα μέσα άμυνας προκειμένου να προστατευτεί από επιθέσεις ακόμα και χωρίς
|
||
επιπρόσθετες ρυθμίσεις. Παρ' όλα αυτά, οι αρχικές ρυθμίσεις ασφαλείας είναι πιο
|
||
ελαστικές απ' όσο χρειάζεται προκειμένου να συνεχίζει να λειτουργεί κανονικά
|
||
για όλους τους χρήστες, αφήνοντας έτσι τους διαχειριστές ασφαλείας υπεύθυνους
|
||
να χρησιμοποιήσουν όσες δυνατότητες είναι απαραίτητες προκειμένου να
|
||
ανταπεξέλθουν σε κάθε επίθεση ανάλογα το περιβάλλον και τις ανάγκες τους.
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\subsubsection{Συχνά είδη επιθέσεων σε δοχεία και μέθοδοι πρόληψης} \label{commonAttacksAndPrevention}
|
||
|
||
Μερικά είδη επιθέσεων σε δοχεία με τους τρόπους αντιμετώπισής τους, όπως
|
||
αναφέρονται στο \cite{yasrab2018mitigating}, είναι τα εξής:
|
||
|
||
\begin{itemize}
|
||
|
||
\item \textbf{Εκμεταλλεύσεις πυρήνα (Kernel Exploits)}:
|
||
|
||
Ο πυρήνας είναι υπεύθυνος για τη διαχείριση των λειτουργιών και
|
||
διεργασιών των δοχείων. Λόγω του διαμοιρασμού του πυρήνα του συστήματος
|
||
με κάθε δοχείο το οποίο εκτελείται σε αυτό, εάν οποιοδήποτε από αυτά
|
||
τεθεί υπό τον έλεγχο ενός κακόβουλου χρήστη, αυτός μπορεί δυνητικά να
|
||
πάρει τον έλεγχο του συστήματος και όλων των δοχείων αυτού. Ο τρόπος
|
||
αντιμετώπισης που προτείνεται είναι η χρήση SELinux ή AppArmor κατά την
|
||
εκτέλεση δοχείων σε συνδυασμό με εκμετάλλευση των user namespaces.
|
||
Επιπλέον, συνίσταται να μην εκτελούνται εφαρμογές με δικαιώματα
|
||
διαχειριστικού λογαριασμού. Μερικά ακόμα μέτρα προστασίας που μπορεί να
|
||
παρθούν αλλά πιθανώς να μην είναι εφικτά γιατί ενδεχομένως να πηγαίνουν
|
||
ενάντια στις λειτουργίες του εκάστοτε δοχείου, είναι να τεθεί το
|
||
σύστημα του σε επίπεδο πρόσβασης που επιτρέπει μόνο την ανάγνωση των
|
||
αρχείων, να απενεργοποιηθεί η επικοινωνία μεταξύ δοχείων και να
|
||
αποφευχθεί η εγκατάσταση περιττών προγραμμάτων σε αυτά.
|
||
|
||
\item \textbf{Άρνηση υπηρεσίας}:
|
||
|
||
Μια από τις πιο συνηθισμένες επιθέσεις σε πόρους διαθέσιμους μέσω
|
||
δικτύου. Κατά τη διάρκεια μιας τέτοιας επίθεσης, μια διεργασία ή ένα
|
||
σύνολο διεργασιών επιχειρεί να καταναλώσει όλους τους πόρους του
|
||
συστήματος προκειμένου να μην μπορεί να εξυπηρετήσει άλλους χρήστες.
|
||
Αυτό μπορεί να συμβεί εάν ένα δοχείο βρεθεί υπό τον έλεγχο ενός
|
||
επιτιθέμενου και επιχειρήσει να διεκδικήσει πόρους που κανονικά δε
|
||
χρειάζεται. Για να ανταπεξέλθει ένα σύστημα σε μια επίθεση άρνησης
|
||
υπηρεσίας, πρέπει να γίνει χρήση των δυνατοτήτων που αναφέραμε στο
|
||
\ref{dockerAttackVectorMitigation} με σκοπό τον αυστηρότερο έλεγχο
|
||
διαμοιρασμού των πόρων του συστήματος. Με τον καθορισμό διαθέσιμων
|
||
πόρων για κάθε δοχείο εξαρχής, δεν υπάρχει κίνδυνος να προσπαθήσει
|
||
κάποιο δοχείο να διεκδικήσει περισσότερους.
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\item \textbf{Αποδράσεις Δοχείων (Container Breakouts)}:
|
||
|
||
Σε τέτοιου είδους επιθέσεις, ένας επιτιθέμενος προσπαθεί αφού απέκτησε
|
||
πρόσβαση σε ένα δοχείο, να καταφέρει μέσω αυτού να έχει πρόσβαση στα
|
||
αρχεία του κύριου συστήματος. Αυτό μπορεί να συμβεί με τη χρήση μιας
|
||
συνάρτησης που απαιτεί δικαιώματα διαχειριστικού λογαριασμού μέσα από
|
||
το δοχείο προκειμένου να κάνει κλήση μιας ικανότητας (capability) στην
|
||
οποία είχε πρόσβαση εξαρχής. Σύμφωνα με το Docker η μόνη έκδοση που
|
||
είχε αυτή την ευπάθεια ήταν η 0.11 και στην επόμενη διορθώθηκε. Για την
|
||
πρόληψη μελλοντικών μεθόδων διεκπεραίωσης τέτοιου είδους επίθεσης,
|
||
συνίσταται να τίθενται τα δοχεία και οι αποθηκευτικοί τους χώροι σε
|
||
κατάσταση μονάχα ανάγνωσης, καθώς και να αποφεύγεται η χρήση της
|
||
παραμέτρου privileged.
|
||
|
||
\item \textbf{Δηλητηριασμένες εικόνες δοχείων}:
|
||
|
||
Οι εικόνες δοχείων μπορεί να περιέχουν κακόβουλο λογισμικό ή λογισμικό
|
||
για το οποίο έχουν βρεθεί πλέον ευπάθειες. Ο τωρινός τρόπος ελέγχου
|
||
εγκυρότητας τους βασίζεται μονάχα στην παρουσία ενός υπογεγραμμένου
|
||
manifest αλλά δε γίνεται ποτέ αυθεντικοποίηση του αθροίσματος ελέγχου
|
||
(checksum) της κάθε εικόνας. Αυτό αφήνει ανοιχτό το ενδεχόμενο ένας
|
||
επιτιθέμενος να διαδώσει οποιαδήποτε εικόνα μαζί με το υπογεγραμμένο
|
||
manifest της. Επιβάλλεται οι χρήστες να κατεβάζουν εικόνες από
|
||
εγκεκριμένους προμηθευτές και επιπρόσθετα να τις ελέγχουν με κατάλληλα
|
||
εργαλεία ανίχνευσης τρωτοτήτων προτού τις χρησιμοποιήσουν.
|
||
|
||
\item \textbf{Απόκτηση μυστικών κωδικών/κλειδιών}:
|
||
|
||
Η απόκτηση επιχειρησιακών ή προσωπικών μυστικών ελοχεύει πολλούς
|
||
κινδύνους για μια επιχείρηση. Σε περίπτωση που κάτι τέτοιο συμβεί, ένας
|
||
επιτιθέμενος μπορεί να έχει πρόσβαση σε βάσεις δεδομένων ή άλλα
|
||
κομμάτια του συστήματος απειλώντας έτσι την ακεραιότητα, την
|
||
εμπιστευτικότητα και διαθεσιμότητα των δεδομένων. Προκειμένου να
|
||
αποφευχθεί μια εισβολή σε κάποιο δοχείο που θα προκαλούσε την απόκτηση
|
||
τέτοιων μυστικών, καθίσταται επιτακτική η χρήση δοχείων σε κατάσταση
|
||
ανάγνωσης και όχι εγγραφής αλλά και η αποφυγή χρήσης μεταβλητών για την
|
||
αποθήκευση κωδικών. Χρήσιμη επίσης θα ήταν και η εσκεμμένη παράλειψη
|
||
της παραμέτρου privileged.
|
||
|
||
\clearpage
|
||
|
||
\item \textbf{Ενδιάμεσου (Man-in-the-Middle - MitM)}:
|
||
|
||
Σε μια τέτοια επίθεση ένας κακόβουλος χρήστης προσπαθεί να μπει ανάμεσα
|
||
στην επικοινωνία δύο οντοτήτων με σκοπό να αλλοιώσει, να υποκλέψει ή να
|
||
παρακολουθεί πληροφορίες. Το καλύτερο αντίμετρο είναι η απομόνωση
|
||
δικτύου. Πρέπει να γίνει ρύθμιση των δοχείων με τέτοιο τρόπο ώστε να
|
||
μην έχουν πρόσβαση στη δικτυακή επικοινωνία του κύριου μηχανήματος ή
|
||
άλλων δοχείων. Αυτά επιτυγχάνονται με χρήση network namespaces, καθώς
|
||
και με την ορθότερη ρύθμιση των API που χρησιμοποιεί το Docker για την
|
||
επικοινωνία μέσω δικτύου.
|
||
|
||
\item \textbf{Πλαστογράφηση ARP (ARP spoofing)}:
|
||
|
||
Σε μια Address Resource Protocol (ARP) spoofing επίθεση, ο επιτιθέμενος
|
||
επιχειρεί να στείλει ψεύτικα ARP μηνύματα σε ένα δίκτυο τοπικής
|
||
περιοχής (Local Area Network - LAN). Είναι πιθανό να προσποιηθεί πως η
|
||
συσκευή του είναι μια από τις συσκευές της επιχείρησης, αλλάζοντας τη
|
||
MAC διεύθυνση του στην IP μιας συσκευής που το σύστημα αναγνωρίζει.
|
||
Επομένως, το σύστημα της επιχείρησης, θα συμπεριφέρεται στην συσκευή
|
||
του επιτιθέμενου με τον ίδιο τρόπο που θα συμπεριφερόταν στην αυθεντική
|
||
συσκευή. Δηλαδή, στέλνοντας σε αυτόν όλα τα πακέτα και τα δεδομένα που
|
||
προορίζονταν για εκείνη. Το Docker χρησιμοποιεί το ARP για να κάνει την
|
||
αντιστοίχιση IPv4 σε MAC διευθύνσεις, οι οποίες χρησιμοποιούνται από
|
||
την εικονική γέφυρα δικτύου για να διανέμουν σωστά τα πλαίσια (frames)
|
||
Ethernet αφού δεν υπάρχει φίλτρο για τα πακέτα ARP και επομένως κανένας
|
||
μηχανισμός άμυνας. Γι' αυτό τον λόγο τα δοχεία μπορούν να προσποιηθούν
|
||
ότι είναι άλλα δοχεία ή ακόμα και το κύριο μηχάνημα. Στην περίπτωση
|
||
παραβίασης ενός δοχείου, υπάρχει κίνδυνος ο επιτιθέμενος να υποκλέψει
|
||
μυστικά της επιχείρησης ή των τελικών χρηστών της υπηρεσίας που η
|
||
επιχείρηση προσφέρει. Ένας από τους τρόπους για την αποφυγή τέτοιας
|
||
επίθεσης είναι η εκτέλεση δοχείων δίχως το NET\_RAW capability αφού
|
||
έτσι τα προγράμματα μέσα στο δοχείο δε θα μπορούν να δημιουργήσουν
|
||
PF\_PACKET sockets και θα ήταν αδύνατη η διεκπεραίωση της επίθεσης.
|
||
Βέβαια, αυτή η μέθοδος έχει μειονεκτήματα αφού μπορεί αυτή η ικανότητα
|
||
να ήταν άκρως απαραίτητη για την ορθή λειτουργία της υπηρεσίας.
|
||
Επομένως, μια εναλλακτική μέθοδος προστασίας είναι η χρήση
|
||
\textquote{ebtables} για φιλτράρισμα Ethernet frames ούτως ώστε ARP
|
||
πακέτα με λάθος πρωτόκολλο αποστολέα ή διεύθυνση MAC να ανιχνεύονται
|
||
εγκαίρως και να απορρίπτονται.
|
||
|
||
\end{itemize}
|