756 lines
58 KiB
TeX
756 lines
58 KiB
TeX
\chapter{Υπόβαθρο} \label{background}
|
||
|
||
Προκειμένου να κατανοήσουμε πλήρως το πρόβλημα που επιλύει η παρούσα εργασία
|
||
πρέπει να αναλύσουμε μερικές βασικές έννοιες. Σε πρώτη φάση θα δούμε παρακάτω
|
||
τι είναι το υπολογιστικό νέφος, τι μας προσφέρει και ποια μοντέλα παράδοσης
|
||
παρέχονται μέσω αυτού. Έπειτα θα μιλήσουμε για την έννοια της εικονικοποίησης
|
||
και τις διάφορες υποκατηγορίες της που χρησιμοποιούνται στις μέρες μας. Αμέσως
|
||
μετά, θα αναλυθούν τα πλεονεκτήματα της και θα μπορέσουμε να εντοπίσουμε τον
|
||
λόγο που προτιμάται η αρχιτεκτονική δοχείων. Τέλος, θα εμβαθύνουμε στην
|
||
τεχνολογία δοχείων, θα δούμε διάφορες υλοποιήσεις της και θα πραγματοποιήσουμε
|
||
μια ανάλυση της ασφάλειας του \textlatin{Docker}.
|
||
|
||
\section{\textlatin{Cloud Computing Definition}} \label{cloudComputingDefinition}
|
||
|
||
Σύμφωνα με το \cite{mell2011nist} το \textlatin{Cloud Computing} 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.
|
||
|
||
\pagebreak
|
||
|
||
\subsection{Χαρακτηριστικά} \label{cloucComputingCharacteristics}
|
||
|
||
Τα πέντε βασικά χαρακτηριστικά του \textlatin{Cloud Computing} είναι τα εξής:
|
||
|
||
\begin{itemize}
|
||
|
||
\item \textbf{Αυτοεξυπηρέτηση κατά παραγγελία}:
|
||
|
||
Ένας καταναλωτής μπορεί να προμηθευτεί υπολογιστικούς πόρους όπως
|
||
αποθηκευτικό χώρο δικτύου και χρόνο χρήσης ισχυρών επεξεργαστών δίχως
|
||
την απαίτηση ανθρώπινης αλληλεπίδρασης με κάθε πάροχο υπηρεσιών.
|
||
|
||
\item \textbf{Ευρεία διαδικτυακή πρόσβαση}:
|
||
|
||
Οι υπηρεσίες που παρέχονται είναι διαθέσιμες μέσω του διαδικτύου και
|
||
είναι προσβάσιμες από οποιαδήποτε συσκευή διαθέτει πρόσβαση σε αυτό
|
||
είτε μέσω γραφικού περιβάλλοντος είτε μέσω ειδικά σχεδιασμένων
|
||
\textlatin{API}.
|
||
|
||
\item \textbf{Οργανωμένη συγκέντρωση πόρων}:
|
||
|
||
Οι υπολογιστικοί πόροι του παρόχου είναι σχεδιασμένοι με τέτοιο τρόπο
|
||
ώστε να μπορούν να εξυπηρετήσουν πολλούς καταναλωτές χρησιμοποιώντας
|
||
ένα \textlatin{multi-tenant} μοντέλο με διαφορετικούς φυσικούς και
|
||
εικονικούς πόρους που εκχωρούνται και ανακατανέμονται ανάλογα με τη
|
||
ζήτηση των καταναλωτών. Το μοντέλο αυτό διακατέχεται από μια αίσθηση
|
||
ανεξαρτησίας θέσης διότι είθισται να μην υπάρχει έλεγχος ή ακριβής
|
||
γνώση της τοποθεσίας τους αλλά δίδεται πολλές φορές η δυνατότητα
|
||
καθορισμού της χώρας ή περιοχής τους εάν το επιθυμεί ο χρήστης.
|
||
Παραδείγματα πόρων που παρέχονται αποτελούν μεταξύ άλλων το εύρος ζώνης
|
||
δικτύου, η διαθέσιμη μνήμη και ο αριθμός επεξεργαστών.
|
||
|
||
\item \textbf{Ταχεία ευελιξία}:
|
||
|
||
Οι δυνατότητες μπορούν να παρέχονται και να απελευθερώνονται ελαστικά
|
||
και σε ορισμένες περιπτώσεις 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 κατάλληλες για τον τύπο της
|
||
υπηρεσίας (π.χ, αποθήκευση, επεξεργασία, εύρος ζώνης και λογαριασμοί
|
||
ενεργών χρηστών). 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.
|
||
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
\pagebreak
|
||
|
||
\subsection{Μοντέλα Υπηρεσιών} \label{cloudComputingServiceModels}
|
||
|
||
Τα τρία μοντέλα υπηρεσιών του \textlatin{Cloud Computing} είναι τα παρακάτω:
|
||
|
||
\begin{itemize}
|
||
|
||
\item \textbf{\textlatin{Software as a Service (SaaS)}}:
|
||
|
||
Η δυνατότητα που παρέχεται στον καταναλωτή είναι η χρήση εφαρμογών
|
||
εκτελούμενες σε μια υποδομή νέφους. Οι εφαρμογές αυτές είναι
|
||
προσβάσιμες από διάφορες συσκευές ικανές να συνδεθούν στο διαδίκτυο
|
||
ή μέσω διεπαφής προγράμματος. Δεν προσφέρεται έλεγχος ή δυνατότητα
|
||
διαχείρισης της υποκείμενης υποδομής νέφους ή των δυνατοτήτων της
|
||
υπηρεσίας, με εξαίρεση περιορισμένη χρήση συγκεκριμένων
|
||
ρυθμίσεων διαμόρφωσης της εφαρμογής.
|
||
|
||
\item \textbf{\textlatin{Platform as a Service (PaaS)}}:
|
||
|
||
Η παρεχόμενη δυνατότητα είναι η χρήση ή η ανάπτυξη εφαρμογών σε μια
|
||
υποδομή νέφους. Οι εφαρμογές αυτές μπορεί να δημιουργήθηκαν ή να
|
||
αποκτήθηκαν από τον καταναλωτή και έχουν κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας
|
||
γλώσσες προγραμματισμού, βιβλιοθήκες, υπηρεσίες και εργαλεία που
|
||
υποστηρίζονται από τον πάροχο. 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 εκτέλεσης τους.
|
||
|
||
\item \textbf{\textlatin{Infrastructure as a Service (IaaS)}}:
|
||
|
||
Η παρεχόμενη δυνατότητα είναι η χρήση επεξεργαστικών, αποθηκευτικών,
|
||
δικτυακών και άλλων υπολογιστικών πόρων όπου ο καταναλωτής μπορεί να
|
||
εκτελέσει και να εγκαταστήσει 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 εγκατεστημένων εφαρμογών και των ρυθμίσεων διαμόρφωσης τους.
|
||
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
\pagebreak
|
||
|
||
\subsection{Μοντέλα Παράδοσης} \label{cloudComputingDeploymentModels}
|
||
|
||
Τα τέσσερα μοντέλα παράδοσης του υπολογιστικού νέφους είναι:
|
||
|
||
\begin{itemize}
|
||
|
||
\item \textbf{Ιδιωτικό νέφος}:
|
||
|
||
Το νέφος υποδομής είναι αποκλειστικά αφιερωμένο σε έναν μόνο οργανισμό
|
||
αποτελούμενο από πολλαπλούς καταναλωτές (π.χ. επιχειρησιακές μονάδες).
|
||
Ενδεχομένως να ανήκει, να διαχειρίζεται και να λειτουργεί από τον
|
||
οργανισμό, από μια τρίτη οντότητα, ή έναν συνδυασμό των δύο και μπορεί
|
||
να βρίσκεται εντός ή εκτός του οργανισμού.
|
||
|
||
\item \textbf{Κοινό νέφος}:
|
||
|
||
Είναι διαθέσιμο για μια ευρύτερη 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 και να βρίσκεται εντός ή εκτός του οργανισμού.
|
||
|
||
\item \textbf{Δημόσιο νέφος}:
|
||
|
||
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.
|
||
|
||
\item \textbf{Υβριδικό νέφος}:
|
||
|
||
Είναι συνδυασμός δύο ή περισσότερων νεφών (ιδιωτικού, κοινού ή
|
||
δημοσίου) που διατηρούνται ως ξεχωριστές οντότητες αλλά συνδέονται
|
||
μεταξύ τους με τεχνολογίες που επιτρέπουν τη μεταφορά δεδομένων και
|
||
εφαρμογών.
|
||
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
\pagebreak
|
||
|
||
\section{\textlatin{Virtualization Definition}} \label{virtualizationDefinition}
|
||
|
||
Σύμφωνα με τον ορισμό της \textlatin{Red Hat}
|
||
\cite{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 \textlatin{hypervisor} συνδέεται απευθείας στο υλικό αυτό και δίνει τη
|
||
δυνατότητα διαμερισμού ενός συστήματος σε ξεχωριστά, διακριτά και ασφαλή
|
||
περιβάλλοντα, γνωστά και ως εικονικές μηχανές (\textlatin{VM}). Αυτές οι
|
||
εικονικές μηχανές βασίζονται στην ικανότητα του \textlatin{hypervisor} να
|
||
διαχωρίζει τους πόρους της μηχανής από το υλικό και να τους κατανέμει
|
||
κατάλληλα.
|
||
|
||
Το φυσικό υλικό, εξοπλισμένο με έναν \textlatin{hypervisor}, ονομάζεται
|
||
\textlatin{host}, ενώ τα πολλά \textlatin{VM} που χρησιμοποιούν τους πόρους του
|
||
είναι οι \textlatin{guests}. Αυτοί, 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 της μνήμης, της κεντρικής μονάδας επεξεργασίας
|
||
και άλλων πόρων, ούτως ώστε οι \textlatin{guest} να λαμβάνουν τους πόρους που
|
||
χρειάζονται όταν 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.
|
||
|
||
\pagebreak
|
||
|
||
Ας φανταστούμε πως έχουμε τρεις διακομιστές, 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 το μονάχα
|
||
το 30\% των δυνατοτήτων του.
|
||
|
||
\begin{center}
|
||
\includegraphics[width = .5\textwidth]{Figures/RedHat_Virtualization/redhat_virtualization_server_usage1.png}
|
||
\captionof{figure}{Χρήση διακομιστών χωρίς εικονικοποίηση}
|
||
\label{fig:virtualizationServerUsage1}
|
||
\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 ήταν πλέον εφικτό να χωριστεί ένας διακομιστής σε περισσότερα κομμάτια
|
||
έχοντας πλέον δύο εικονικά μηχανήματα με τη χρήση ενός.
|
||
|
||
\begin{center}
|
||
\includegraphics[width = .5\textwidth]{Figures/RedHat_Virtualization/redhat_virtualization_server_usage2.png}
|
||
\captionof{figure}{Χρήση διακομιστών με εικονικοποίηση}
|
||
\label{fig:virtualizationServerUsage2}
|
||
\end{center}
|
||
|
||
Ο χωρισμός των διακομιστών σε μικρότερους μπορεί να πραγματοποιηθεί
|
||
περισσότερες από μια φορές αυξάνοντας την αξιοποίηση των δυνατοτήτων τους
|
||
παραδείγματος χάριν από 30\% σε 60\% και έπειτα σε 90\% αφήνοντας μας με
|
||
διακομιστές που είτε μπορούν μετά να χρησιμοποιηθούν για νέους σκοπούς είτε να
|
||
αποσυρθούν μειώνοντας έτσι και το κόστος λειτουργίας και συντήρησης τους.
|
||
|
||
\pagebreak
|
||
|
||
\section{Ιστορική αναδρομή της εικονικοποίησης} \label{virtualizationHistory}
|
||
|
||
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 \textlatin{hypervisors} 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 (\textlatin{time-sharing}) όπου ένας χρήστης μπορούσε να χρησιμοποιεί το
|
||
λειτουργικό σύστημα απομονωμένα από του υπόλοιπους. Κάτι που οδήγησε στη
|
||
δημιουργία λειτουργικών συστημάτων όπως το \textlatin{UNIX} το οποίο με τη
|
||
σειρά του άνοιξε δρόμο για την άφιξη του \textlatin{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
|
||
επέτρεπαν την εκτέλεση παλαιών 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 να εκτελέσει μόνο 1 εργασία που αφορούσε συγκεκριμένο
|
||
προμηθευτή.
|
||
|
||
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 παλαιές 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 για να μπορέσει κανείς
|
||
να παρακολουθεί τα δρώμενα της επιχείρησής.
|
||
|
||
\section{Τι είναι ένας \textlatin{hypervisor}} \label{hypervisors}
|
||
|
||
Προτού 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
|
||
αλλά αυτή η προσέγγιση είχε ένα μειονέκτημα. Μεγάλο κομμάτι των πόρων του
|
||
συστήματος έμενε ανεκμετάλλευτο.
|
||
|
||
Τη λύση σε αυτό το πρόβλημα την έφερε η εισαγωγή των \textlatin{hypervisors}.
|
||
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.
|
||
|
||
Οι \textlatin{hypervisors} 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 και στην περίπτωση κατάρρευσης μιας
|
||
εικονικής μηχανής, οι υπόλοιπες παραμένουν ανεπηρέαστες.
|
||
|
||
\pagebreak
|
||
|
||
\section{Είδη \textlatin{hypervisor}} \label{hypervisorTypes}
|
||
|
||
Οι \textlatin{hypervisors} χωρίζονται σε δύο κατηγορίες ανάλογα με το
|
||
περιβάλλον στο οποίο εκτελούνται. Αυτές είναι:
|
||
|
||
\begin{itemize}
|
||
|
||
\item \textbf{\textlatin{Type 1 (Bare Metal)}}:
|
||
|
||
Ένας \textlatin{hypervisor} τύπου 1 εκτελείται απευθείας στο φυσικό
|
||
υλικό του υποκείμενου υπολογιστή, αλληλεπιδρώντας άμεσα με την κεντρική
|
||
μονάδα επεξεργασίας, τη μνήμη και τη φυσικό αποθηκευτικό χώρο. Για το
|
||
λόγο αυτό, οι \textlatin{hypervisors} τύπου 1 αναφέρονται επίσης ως
|
||
\textlatin{bare-metal hypervisors} και αντικαθιστούν το λειτουργικό
|
||
σύστημα του κεντρικού υπολογιστή. Η άμεση πρόσβαση στο φυσικό υλικό
|
||
τους καθιστά ιδιαίτερα αποδοτικούς. Συχνά απαιτείται μια ξεχωριστή
|
||
μηχανή διαχείρισης για τον έλεγχο των εικονικών μηχανών και του υλικού
|
||
του κεντρικού υπολογιστή.
|
||
|
||
\pagebreak
|
||
|
||
\item \textbf{\textlatin{Type 2 (Hosted)}}:
|
||
|
||
Ένας \textlatin{hypervisor} 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. Αντίθετα, είναι καταλληλότεροι για μεμονωμένους
|
||
τελικούς χρήστες υπολογιστών που έχουν την ανάγκη να εκτελέσουν
|
||
πολλαπλά λειτουργικά συστήματα. Μερικοί από αυτούς 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.
|
||
|
||
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.
|
||
|
||
Εξαιτίας της αρχιτεκτονικής τους, οι \textlatin{hypervisors} τύπου 2
|
||
εισάγουν προβλήματα καθυστέρησης που μπορεί να επηρεάσουν την απόδοση
|
||
διότι η πρόσβαση στους πόρους υπολογισμού, μνήμης και δικτύου
|
||
πραγματοποιείται μέσω του κεντρικού λειτουργικού συστήματος.
|
||
|
||
Επιπροσθέτως, εισάγει πιθανούς κινδύνους ασφάλειας εάν ένας εισβολέας
|
||
παραβιάσει το κεντρικό λειτουργικό σύστημα, επειδή θα μπορούσε στη
|
||
συνέχεια να χειραγωγήσει οποιοδήποτε φιλοξενούμενο λειτουργικό σύστημα
|
||
που εκτελείται σε αυτόν.
|
||
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
\pagebreak
|
||
|
||
\section{Χαρακτηριστικά των \textlatin{hypervisor}} \label{hypervisorCharacteristics}
|
||
|
||
Αν και υπάρχουν διαφορετικά είδη \textlatin{hypervisor}, όλοι έχουν κάποια
|
||
χαρακτηριστικά που πρέπει να λάβει κανείς υπόψιν όταν επιλέγει ποιον θα
|
||
χρησιμοποιήσει. Μερικά σημαντικά αυτών είναι:
|
||
|
||
\begin{itemize}
|
||
|
||
\item \textbf{Απόδοση}:
|
||
|
||
Βασικό χαρακτηριστικό ενός \textlatin{hypervisor} είναι η απόδοση του.
|
||
Διαφέρει από τον ένα στον άλλο αναλόγως την κατασκευή και τον τύπο του.
|
||
Οι \textlatin{bare-metal hypervisors} θα πρέπει να παρέχουν απόδοση
|
||
κοντά στην εγγενή.
|
||
|
||
\item \textbf{Οικοσύστημα}:
|
||
|
||
Για τη διαχείριση \textlatin{hypervisor} 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 σε περιπτώσεις σφάλματος του λειτουργικού συστήματος.
|
||
|
||
\item \textbf{Εργαλεία διαχείρισης}:
|
||
|
||
Η εκτέλεση εικονικών μηχανών δεν αποτελεί το μοναδικό καθήκον ενός
|
||
διαχειριστή κατά τη χρήση ενός \textlatin{hypervisor}. Απαραίτητες
|
||
πρόσθετες ενέργειες είναι η συντήρηση και η ανάλυση τους, καθώς και ο
|
||
καθαρισμός όσων δε χρησιμοποιούνται πλέον. Επομένως, η ύπαρξη εργαλείων
|
||
που να καθιστούν δυνατές αυτές τις ενέργειες αποτελεί σημαντικό
|
||
παράγοντα κατά την επιλογή λογισμικού \textlatin{hypervisor}.
|
||
|
||
\item \textbf{Μεταφορά κατά τη λειτουργία}:
|
||
|
||
Πρέπει να υπάρχει η δυνατότητα μεταφοράς εικονικών μηχανών από έναν
|
||
\textlatin{hypervisor} σε έναν δεύτερο σε διαφορετική φυσική μηχανή
|
||
χωρίς την ανάγκη διακοπής της λειτουργίας τους. Ένα χαρακτηριστικό που
|
||
χρησιμεύει τόσο για την ανατροπή αποτυχίας όσο και για την εξισορρόπηση
|
||
του φόρτου εργασίας.
|
||
|
||
\item \textbf{Κόστος}:
|
||
|
||
Το κόστος είναι ένας παράγοντας που πρέπει να ληφθεί υπόψιν κατά την
|
||
επιλογή ενός \textlatin{hypervisor}. Οι περισσότεροι είναι δωρεάν αλλά
|
||
υπάρχουν και εμπορικές εκδόσεις που προσφέρουν περισσότερες
|
||
δυνατότητες. Όπως επίσης και ύπαρξη ή μη, λογισμικού διαχείρισης του
|
||
που να επιτρέπει την εύκολη κλιμάκωση με βάση τις απαιτήσεις της
|
||
επιχείρησης.
|
||
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
\section {Τρόπος λειτουργίας της εικονικοποίησης} \label{virtualizationOperation}
|
||
|
||
Για να πραγματοποιηθεί η εικονικοποίηση, χρειαζόμαστε έναν
|
||
\textlatin{hypervisor}. Δηλαδή ενός λογισμικό που διαχωρίζει τους φυσικούς
|
||
πόρους από τα εικονικά περιβάλλοντα, τα οποία τους χρειάζονται. Ένας
|
||
\textlatin{hypervisor} μπορεί να τοποθετηθεί πάνω σε ένα λειτουργικό σύστημα ή
|
||
να εγκατασταθεί απευθείας στο υλικό. Κάτι που κάνουν οι περισσότερες
|
||
επιχειρήσεις για λόγους αποδοτικότητας αφού θα βρίσκεται μια στρώση πιο κοντά
|
||
στο υλικό το οποίο θα διαχειρίζεται. Η δουλειά ενός \textlatin{hypervisor}
|
||
είναι ουσιαστικά να πάρουν τους φυσικούς μας πόρους και να τους χωρίσουν με
|
||
τέτοιο τρόπο ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τα εικονικά μας
|
||
περιβάλλοντα.
|
||
|
||
\begin{center}
|
||
\includegraphics[width = .5\textwidth]{Figures/RedHat_Virtualization/redhat_virtualization_architecture.png}
|
||
\captionof{figure}{\textlatin{hypervisor} πάνω σε διακομιστές}
|
||
\label{fig:hypervisorOnServers}
|
||
\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
|
||
\textlatin{hypervisor} αναμεταδίδει το αίτημα αυτό στο φυσικό σύστημα και
|
||
μπορεί να διαθέσει τους απαραίτητους για την εκτέλεση πόρους. Όλα αυτά
|
||
συμβαίνουν με σχεδόν εγγενή ταχύτητα, ιδίως αν αποστέλλεται μέσω ενός
|
||
\textlatin{hypervisor} ανοιχτού κώδικα βασισμένου στο \textlatin{KVM}, το
|
||
\textlatin{(Kernel-based Virtual Machine)}.
|
||
|
||
\pagebreak
|
||
|
||
\section{Τύποι εικονικοποίησης} \label{virtualizationTypes}
|
||
|
||
Υπάρχουν πολλοί τύποι εικονικοποίησης. Πέντε βασικοί αυτών είναι οι παρακάτω:
|
||
|
||
\begin{itemize}
|
||
|
||
\item \textbf{\textlatin{Data Virtualization}}:
|
||
|
||
\begin{center}
|
||
\includegraphics[width = .5\textwidth]{Figures/RedHat_Virtualization/redhat_data_virtualization.png}
|
||
\captionof{figure}{\textlatin{Data Virtualization}}
|
||
\label{fig:dataVirtualization}
|
||
\end{center}
|
||
|
||
Διασκορπισμένα δεδομένα μπορούν να ενοποιηθούν σε μια ενιαία πηγή. Με
|
||
την εικονικοποίηση δεδομένων, οι εταιρείες μπορούν να οργανώσουν και να
|
||
επεξεργαστούν διασκορπισμένες πληροφορίες με γνώμονα τις ανάγκες των
|
||
χρηστών με μεγαλύτερη ευκολία και αποδοτικότητα. Τομείς οι οποίοι
|
||
επωφελούνται από την εικονικοποίηση δεδομένων είναι η λήψη αποφάσεων, η
|
||
επιχειρηματική αναλυτική και η αξιολόγηση των κινδύνων.
|
||
|
||
\pagebreak
|
||
|
||
\item \textbf{\textlatin{Desktop Virtualization}}:
|
||
|
||
\begin{center}
|
||
\includegraphics[width = .5\textwidth]{Figures/RedHat_Virtualization/redhat_desktop_virtualization.png}
|
||
\captionof{figure}{\textlatin{Desktop Virtualization}}
|
||
\label{fig:desktopVirtualization}
|
||
\end{center}
|
||
|
||
Επιτρέπει σε έναν κεντρικό διαχειριστή να μοιράζει προσομοιωμένα
|
||
περιβάλλοντα εργασίας σε εκατοντάδες φυσικές μηχανές 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.
|
||
|
||
\item \textbf{\textlatin{Server Virtualization}}:
|
||
|
||
\begin{center}
|
||
\includegraphics[width = .5\textwidth]{Figures/RedHat_Virtualization/redhat_server_virtualization.png}
|
||
\captionof{figure}{\textlatin{Server Virtualization}}
|
||
\label{fig:serverVirtualization}
|
||
\end{center}
|
||
|
||
Οι διακομιστές είναι υπολογιστές σχεδιασμένοι με σκοπό να
|
||
επεξεργάζονται πολύ καλά έναν μεγάλο όγκο συγκεκριμένων εργασιών, ώστε
|
||
οι κύριοι υπολογιστές να μπορούν να δίνουν προτεραιότητα σε άλλες
|
||
εργασίες. Η εικονικοποίηση ενός διακομιστή του επιτρέπει να εκτελεί
|
||
περισσότερες λειτουργίες από αυτές που σχεδιάστηκε αρχικά να
|
||
πραγματοποιεί. Για την επίτευξη αυτού απαιτείται η κατάτμησή του με
|
||
τέτοιο τρόπο ώστε τα οι πόροι του να μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την
|
||
εξυπηρέτηση πολλαπλών λειτουργιών.
|
||
|
||
\pagebreak
|
||
|
||
\item \textbf{\textlatin{Operating System Virtualization}}:
|
||
|
||
\begin{center}
|
||
\includegraphics[width = .5\textwidth]{Figures/RedHat_Virtualization/redhat_os_virtualization.png}
|
||
\captionof{figure}{\textlatin{Operating System Virtualization}}
|
||
\label{fig:operatingSystemVirtualization}
|
||
\end{center}
|
||
|
||
Η εικονικοποίηση λειτουργικού συστήματος είναι κάτι που συμβαίνει στον
|
||
πυρήνα. Αποτελεί έναν χρήσιμο τρόπο εκτέλεσης \textlatin{Linux} και
|
||
\textlatin{Windows} συστημάτων στο ίδιο μηχάνημα. Πολλές επιχειρήσεις
|
||
προωθούν τα εικονικά λειτουργικά συστήματα σε υπολογιστές, προκειμένου
|
||
να μειωθεί το κόστος μηχανημάτων, να αυξηθεί η ασφάλεια και να μειωθεί
|
||
ο χρόνος συντήρησης τους.
|
||
|
||
\pagebreak
|
||
|
||
\item \textbf{\textlatin{Network Function Virtualization}}:
|
||
|
||
\begin{center}
|
||
\includegraphics[width = .5\textwidth]{Figures/RedHat_Virtualization/redhat_network_function_virtualization.png}
|
||
\captionof{figure}{\textlatin{Network Function Virtualization}}
|
||
\label{fig:networkFunctionVirtualization}
|
||
\end{center}
|
||
|
||
Η εικονικοποίηση λειτουργιών δικτύου (\textlatin{NFV}) διαχωρίζει τις
|
||
βασικές λειτουργίες ενός δικτύου (όπως ο διαμοιρασμός αρχείων, και η
|
||
διαμόρφωση \textlatin{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.
|
||
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
\pagebreak
|
||
|
||
\section{Πλεονεκτήματα της εικονικοποίησης} \label{virtualizationAdvantages}
|
||
|
||
Η εικονικοποίηση προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα στις επιχειρήσεις. Τα πιο
|
||
αξιοσημείωτα αυτών με βάση την
|
||
\textlatin{\citeauthor{ibmVirtualizationDefinition}} είναι τα εξής:
|
||
|
||
\begin{itemize}
|
||
|
||
\item \textbf{Αποδοτικότητα πόρων}:
|
||
|
||
Προτού η εικονικοποίηση γίνει δημοφιλής, κάθε διακομιστής εφαρμογής
|
||
απαιτούσε τη δική αποκλειστική μονάδα κεντρικής επεξεργασίας. Το
|
||
προσωπικό της επιχείρησης έπρεπε να αγοράσει και να ρυθμίσει έναν
|
||
ξεχωριστό διακομιστή για κάθε εφαρμογή που έπρεπε να εκτελέσει. Η
|
||
προτιμώμενη αρχιτεκτονική για λόγους αξιοπιστίας ήταν να υπάρχει μια
|
||
εφαρμογή και ένα μόνο λειτουργικό σύστημα για κάθε υπολογιστή. Αυτό
|
||
είχε ως αποτέλεσμα την υποχρησιμοποίηση κάθε διακομιστή. Η λύση ήρθε με
|
||
τη μορφή της εικονικοποίησης διακομιστών η οποία επέτρεπε την εκτέλεση
|
||
πολλαπλών εφαρμογών σε έναν φυσικό υπολογιστή δίχως την ελάττωση της
|
||
αξιοπιστίας.
|
||
|
||
\item \textbf{Ευκολότερη διαχείριση}:
|
||
|
||
Αντικαθιστώντας φυσικούς υπολογιστές με προγραμματιστικά καθορισμένες
|
||
εικονικές μηχανές δύναται η χρήση αυτοματοποιημένων ροών διαχείρισης
|
||
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 δίχως το ρίσκο
|
||
ανθρώπινου λάθους και γλιτώνοντας τον χρόνο εγκατάστασης και ρύθμισης
|
||
τους χειροκίνητα. Ένας συνδυασμός εργαλείων που κάνει αυτή τη
|
||
διαδικασία πραγματικότητα είναι το \textlatin{Ansible} \cite{ansible}
|
||
και \textlatin{Terraform} \cite{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 μπορεί να έχουν πλεονάζουσες εικονικές
|
||
μηχανές και να πραγματοποιούν εναλλαγή σε αυτές εάν εμφανιστούν
|
||
προβλήματα, κάτι που θα δε θα ήταν αποδοτικό για την επιχείρηση
|
||
διαθέτοντας μονάχα φυσικούς διακομιστές.
|
||
|
||
\item \textbf{Ταχύτερη παροχή}:
|
||
|
||
Η αγορά, εγκατάσταση και διαμόρφωση του υλικού για κάθε εφαρμογή είναι
|
||
χρονοβόρα. Εφόσον το υλικό είναι ήδη στη θέση του, η παροχή εικονικών
|
||
μηχανών για την εκτέλεση όλων των εφαρμογών είναι σημαντικά ταχύτερη.
|
||
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
\section{Τεχνολογίες εικονικοποίησης} \label{virtualizationTechnologies}
|
||
|
||
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
|
||
\textlatin{hypervisors} 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
|
||
\textlatin{para-virtualization}.
|
||
|
||
\subsection{\textlatin{Para-virtualization}} \label{paraVirtualization}
|
||
|
||
Η \textlatin{para-virtualization} \cite{suseParavirtualizationDefinition} είναι
|
||
μια τεχνική εικονικοποίησης που αναπτύχθηκε προκειμένου να ξεπεραστούν ορισμένα
|
||
προβλήματα επιδόσεων που εισάγει η πλήρης εικονικοποίηση λόγω της συνεχούς
|
||
μετάφρασης φυσικών και εικονικών πόρων. Εξαιτίας αυτού, περιορίζεται σημαντικά
|
||
ο αριθμός εικονικών μηχανών που μπορεί να υποστηρίξει ένας διακομιστής και τα
|
||
είδη εφαρμογών που μπορούν να εκτελεστούν σε μια εικονική μηχανή. Πρόκειται για
|
||
μια κατηγορία εικονικοποίησης της κεντρικής μονάδας επεξεργασίας
|
||
\cite{geeksforgeeksParavirtualizationDefinition} κατά την οποία, δύναται το
|
||
λειτουργικό σύστημα να επικοινωνεί άμεσα με τον \textlatin{hypervisor} με σκοπό
|
||
τη διεξαγωγή δραστηριοτήτων που θα ήταν χρονοβόρες για τον διαχειριστή
|
||
εικονικών μηχανών, κάνοντας χρήση ειδικών εντολών ονόματι
|
||
\textlatin{hypercalls} για τη διαχείριση αιτημάτων κατά τον χρόνο εκτέλεσης.
|
||
Προκειμένου να επιτευχθεί αυτό, τα λειτουργικά συστήματα χρειάζονται μια μικρή
|
||
τροποποίηση η οποία επιτρέπει την υλοποίηση ενός ειδικού \textlatin{API} μέσω
|
||
του οποίου θα πραγματοποιείται η ανταλλαγή \textlatin{hypercall} ανάμεσα σε
|
||
αυτά και τον \textlatin{hypervisor}. Οι \textlatin{hypervisors} που το
|
||
υποστηρίζουν αυτό απαιτούν την υποστήριξη του λειτουργικού συστήματος και τη
|
||
χρήση ειδικών προγραμμάτων οδήγησης τα οποία είναι πλέον ενσωματωμένα στον
|
||
πυρήνα του \textlatin{Linux}. Κάνοντας χρήση της τεχνικής αυτής, το λειτουργικό
|
||
σύστημα της εικονικής μηχανής δεν είναι πλήρως απομονωμένο αλλά απομονώνεται
|
||
μερικώς από το υλικό και το επίπεδο εικονικοποίησης.
|
||
|
||
\pagebreak
|
||
|
||
Στην εικόνα \ref{fig:FullVirtualization} παρουσιάζεται η αρχιτεκτονική της
|
||
πλήρους εικονικοποίησης όπου το λειτουργικό σύστημα της εικονικής μηχανής
|
||
επιβάλλεται να περάσει τα αιτήματα του μέσω του διαχειριστή εικονικών μηχανών.
|
||
|
||
\begin{center}
|
||
\includegraphics[width = .5\textwidth]{Figures/GeeksForGeeksParavirtualization/Full-Virualization.png}
|
||
\captionof{figure}{\textlatin{Full Virtualization}}
|
||
\label{fig:FullVirtualization}
|
||
\end{center}
|
||
|
||
Αντιθέτως, στην εικόνα \ref{fig:ParaVirtualization} όπου και απεικονίζεται η
|
||
αρχιτεκτονική της τεχνικής \textlatin{para-virtualization}, βλέπουμε πως μέσω
|
||
των \textlatin{hypercall} όλα τα αιτήματα προορίζονται στη στρώση
|
||
εικονικοποίησης και από εκεί στο κύριο σύστημα.
|
||
|
||
\begin{center}
|
||
\includegraphics[width = .5\textwidth]{Figures/GeeksForGeeksParavirtualization/Paravirtualization.png}
|
||
\captionof{figure}{\textlatin{Para Virtualization}}
|
||
\label{fig:ParaVirtualization}
|
||
\end{center}
|
||
|
||
\pagebreak
|
||
|
||
Οι διαφορές της πλήρους εικονικοποίησης με την \textlatin{para-virtualization} είναι οι εξής:
|
||
|
||
\begin{table}[h!]
|
||
\centering
|
||
\begin{tabular}{|| c | p{6cm} | p{6cm} ||}
|
||
\hline
|
||
Νούμερο & Πλήρης εικονικοποίηση & \textlatin{Paravirtualization} \\ [0.5ex]
|
||
\hline\hline
|
||
|
||
1 &
|
||
|
||
Πλήρης απομόνωση της εικονικής μηχανής. &
|
||
|
||
Μερική απομόνωση και χρήση \textlatin{API} για αμεσότερη επικοινωνία. \\
|
||
|
||
\hline
|
||
|
||
2 &
|
||
|
||
Λιγότερο ασφαλής. &
|
||
|
||
Υπάρχει επίγνωση του εικονικού περιβάλλοντος και δε γίνεται εκκίνηση του
|
||
\textlatin{BIOS} \cite{ParavirtualizationSecurity}, πράγμα που την καθιστά
|
||
ασφαλέστερη. \\
|
||
|
||
\hline
|
||
|
||
3 &
|
||
|
||
Χρήση δυαδικής μετάφρασης. &
|
||
|
||
Χρήση \textlatin{hypercall} κατά την εκτέλεση. \\
|
||
|
||
\hline
|
||
|
||
4 &
|
||
|
||
Πιο αργές ταχύτητες. &
|
||
|
||
Γρηγορότερη εκτέλεση. \\
|
||
|
||
\hline
|
||
|
||
5 &
|
||
|
||
Μεγαλύτερη συμβατότητα και φορητότητα. &
|
||
|
||
Λόγω της αρχιτεκτονικής της είναι δυσκολότερη η μεταφορά εικονικών μηχανών. \\
|
||
|
||
\hline
|
||
|
||
6 &
|
||
|
||
Υποστήριξη όλων των συστημάτων χωρίς την απαίτηση τροποποιήσεων. &
|
||
|
||
Απαιτείται τροποποίηση του λειτουργικού συστήματος της εικονικής μηχανής για να
|
||
κάνει χρήση \textlatin{hypercalls}. \\
|
||
|
||
\hline
|
||
\end{tabular}
|
||
\caption{Διαφορές πλήρους εικονικοποίησης και παρα-εικονικοποίησης}
|
||
\label{table:virtualizationTechniquesDifference}
|
||
\end{table}
|
||
|
||
\pagebreak
|
||
|
||
\section{Ασφάλεια στο \textlatin{Cloud Computing} Στις Μέρες Μας} \label{cloudComputingSecurityNowadays}
|
||
|
||
Πλέον όλοι γνωρίζουμε τη σημασία της ασφάλειας.
|
||
|
||
\subsection{\textlatin{Attack Vector Mitigation}} \label{attackVectorMitigation}
|
||
|
||
Με βάση το μοντέλο που περιγράφει το \cite{reshetova2014security} όπως
|
||
αναφέρεται στο \cite{bui2015analysis} όπου 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 άρνηση
|
||
υπηρεσίας και κλιμάκωση δικαιωμάτων πρέπει να πραγματοποιηθεί απομόνωση των
|
||
διεργασιών, αρχείων, της συσκευής, του \textlatin{IPC}, δικτύου και τέλος, των
|
||
πόρων.
|
||
|
||
Αυτά επιτυγχάνονται κατά σειρά με την χρήση \textlatin{namespaces} όπου
|
||
οριοθετείται η ορατότητα των διεργασιών ανάμεσα στα δοχεία και το σύστημα όπως
|
||
επίσης, τα δικαιώματά τους. Χρήση \textlatin{mount namespaces}, με τα οποία οι
|
||
διεργασίες κάθε δοχείου βλέπουν διαφορετικά το αρχείο του συστήματος. Όλες οι
|
||
δράσεις \textlatin{mount}, που γίνονται στο εκάστοτε δοχείο, περιορίζονται σε
|
||
αυτό όπως επίσης, οριοθετούνται τα δικαιώματα των αρχείων του πυρήνα σε μονάχα
|
||
ανάγνωσης και αποτρέπονται περαιτέρω \textlatin{remountings}. Ο περιορισμός
|
||
συσκευών επιτυγχάνεται με το χαρακτηριστικό \textlatin{Device Whitelist
|
||
Controller} των \textlatin{cgroups} που αναφέρεται στο
|
||
\cite{deviceWhitelistController} με την βοήθεια του οποίου περιορίζεται το
|
||
σύνολο τον συσκευών στις οποίες έχει πρόσβαση ένα δοχείο και αποτρέπει αυτό από
|
||
το να δημιουργήσει καινούριες αναπαραστάσεις συσκευών. Επιπροσθέτως επειδή τα
|
||
\textlatin{mount} γίνονται με την χρήση του \textlatin{nodev}, στην περίπτωση
|
||
που μια αναπαράσταση συσκευής είχε δημιουργηθεί σε προηγούμενο χρόνο στο
|
||
στιγμιότυπου που χρησιμοποιήθηκε για να κατασκευαστεί το δοχείο, οι διεργασίες
|
||
του δεν δύνανται να την χρησιμοποιήσουν για να επικοινωνήσουν με τον πυρήνα.
|
||
Επιπλέον επειδή η προεπιλεγμένη συνθήκη είναι να μην δίνονται εκτεταμένα
|
||
προνόμια σε ένα δοχείο, δεν υπάρχει πρόσβαση σε καμία συσκευή παρά μόνο εάν
|
||
γίνει εκτέλεση δοχείου ως χρήστης με ανώτατα δικαιώματα όπου υπάρχει πρόσβαση
|
||
σε όλες. Ο περιορισμός \textlatin{IPC}, δηλαδή της επικοινωνίας των διεργασιών
|
||
μεταξύ τους, επιτυγχάνεται με την χρήση \textlatin{IPC namespaces} που
|
||
καθιστούν δυνατή την δημιουργία ξεχωριστών συνόλων αυτών, οι διεργασίες των
|
||
οποίων επικοινωνούν μόνο μεταξύ τους. Μία από τις σημαντικότερες απομονώσεις
|
||
είναι αυτή του δικτύου. Χωρίς δικτυακή απομόνωση υπάρχει κίνδυνος επιθέσεων
|
||
όπως \textlatin{Man in the middle}, \textlatin{ARP, DNS 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 \textlatin{network
|
||
namespaces}. Κάθε δοχείο θα έχει δικές του διευθύνσεις \textlatin{IP}, συσκευές
|
||
και ό,τι χρειάζεται, προκειμένου να γίνεται αλληλεπίδραση μεταξύ των δοχείων
|
||
μέσω την διεπαφή δικτύου του καθενός σαν να είναι εξωτερικές οντότητες. Τέλος,
|
||
επιβάλλεται 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 την βοήθεια των
|
||
\textlatin{cgroup}, επιτυγχάνεται ο έλεγχος του ποσοστού πόρων όπως
|
||
\textlatin{CPU}, μνήμη, και χωρητικότητα που μπορεί να έχει κάθε δοχείο στην
|
||
διάθεση του.
|