Федеральное агентство по образованию

Московский государственный

технический университет

«МАМИ»

Кафедра «Автоматика и процессы управления»

Кобзев П.А.

Методические указания

по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Информационные сети и телекоммуникации»

Лабораторная работа №2

Соединение в локальную вычислительную сеть виртуальной и хост машины

Москва – 2009

Содержание

Введение. Технология виртуальных машин. 3

Применение виртуальных машин. 3

Терминология 4

Открытая платформа виртуализации VirtualBox 5

Эмулируемое аппаратное окружение 6

Уникальные функции VirtualBox 7

Поддерживаемые гостевые и хостовые системы 7

Принцип работы VirtualBox 9

Сетевое взаимодействие между виртуальными машинами в VirtualBox 11

Связь эмулятора виртуальных машин QEMU и VirtualBox 11

Возможности открытой разработки VirtualBox 12

Преимущества и недостатки VirtualBox 12

Установка VirtualBox 13

Создание виртуальной машины в VirtualBox. 13

Практическая часть 15

Список литературы 16

Лабораторная работа №2. Соединение в локальную вычислительную сеть виртуальной и хост машины

Теоретическая часть

Введение. Технология виртуальных машин.

Технология виртуальных машин[1] позволяет запускать на одном компьютере несколько различных операционных систем одновременно. Либо, по крайней

мере, оперативно переходить от работы в среде одной системы к работе с другой без перезапуска компьютера.

Применение виртуальных машин.

Сегодня виртуальные машины переживают второе рождение. Один из «отцов» современного поколения виртуальных машин, профессор Розенблюм объясняет их возрождение двумя основными причинами:

1. появлением большого числа разных операционных систем (ОС), предъявляющих специфические требования к параметрам используемых аппаратных компонентов компьютера;

2. большими затратами на администрирование и сложностью обслуживания компьютеров, на которых установлено несколько различных операционных систем (в том числе в плане обеспечения требуемой надежности и безопасности работы).

Современная виртуальная машина позволяет скрыть от установленной на ней

операционной системы некоторые параметры физических устройств компьютера и тем самым обеспечить взаимную независимость ОС и установленного оборудования.

Такой подход предоставляет пользователям (и/или администраторам вычислительных систем) целый ряд преимуществ.

К этим преимуществам относятся:

1. возможность установки на одном компьютере нескольких ОС без необходимости соответствующего конфигурирования физических жестких дисков;

2. работа с несколькими ОС одновременно с возможностью динамического переключения между ними без перезагрузки системы

3. сокращение времени изменения состава установленных ОС;

4. изоляция реального оборудования от нежелательного влияния программного обеспечения, работающего в среде виртуальной машины;

5. возможность моделирования вычислительной сети на единственном автономном компьютере.

Благодаря этим преимуществам существенно расширяется круг задач, которые пользователь может решать без перезагрузки системы и без опасения нанести ей какой-либо ущерб или полностью вывести ее из строя.

Вот только некоторые примеры таких задач:

1. освоение новой ОС;

2. запуск приложений, предназначенных для работы в среде конкретной ОС;

3. тестирование одного приложения под управлением различных ОС;

4. установка и удаление оценочных или демонстрационных версий программ;

5. тестирование потенциально опасных приложений, относительно которых имеется подозрение на вирусное заражение;

6. управление правами доступа пользователей к данным и программам в пределах виртуальной машины.

Терминология

С точки зрения пользователя, виртуальная машина (ВМ) [1]— это конкретный экземпляр некой виртуальной вычислительной среды («виртуального компьютера»), созданный с помощью специального программного инструмента. Обычно такие инструменты позволяют создавать и запускать произвольное число виртуальных машин, ограничиваемое лишь физическими ресурсами реального компьютера.

Собственно инструмент для создания ВМ [1](его иногда называют приложением виртуальных машин, или ПВМ) — это обычное приложение, устанавливаемое, как и любое другое, на конкретную реальную операционную систему. Эта реальная ОС именуется «хозяйской», или хостовой, ОС (от англ. термина host —«главный», «базовый», «ведущий»).

Все задачи по управлению виртуальными машинами решает специальный модуль в составе приложения ВМ — монитор виртуальных машин (МВМ)[1]. Монитор играет роль посредника во всех взаимодействиях между виртуальными машинами и базовым оборудованием, поддерживая выполнение всех созданных

ВМ на единой аппаратной платформе и обеспечивая их надежную изоляцию.

Пользователь не имеет непосредственного доступа к МВМ. В большинстве программных продуктов ему предоставляется лишь графический интерфейс для

создания и настройки виртуальных машин. Этот интерфейс обычно называют консолью виртуальных машин.

«Внутри» виртуальной машины пользователь устанавливает, как и на реальном компьютере, нужную ему операционную систему. Такая ОС, принадлежащая конкретной ВМ, называется гостевой (guest OS). Перечень поддерживаемых гостевых ОС является одной из наиболее важных характеристик виртуальной машины. Наиболее мощные из современных виртуальных машинобеспечивают поддержку около десятка популярных версий операционных систем из семейств Windows, Linux и MacOS.

Открытая платформа виртуализации VirtualBox

1. VirtualBox

Платформа VirtualBox [2] представляет собой настольную систему виртуализации для Windows, Linux и Mac OS хостов, поддерживающую операционные системы Windows, Linux, OS/2 Warp, OpenBSD и FreeBSD в качестве гостевых. После нескольких лет разработки, компанией InnoTek была выпущена ограниченная версия продукта с открытым исходным кодом под лицензией GNU General Public License (GPL) в январе 2007 года. Полная версия продукта с закрытым исходным кодом также доступна для бесплатного персонального использования. Если продукт будет использоваться в производственной среде необходимо приобретение лицензий, условия которых можно узнать у компании InnoTek. Кстати говоря, в данный момент компания InnoTek, помимо платформы VirtualBox, занимается разработкой новой платформы виртуализации на основе гипервизора, тесно связанной с операционной системой Windows, в сотрудничестве с компанией Microsoft. На данный момент VirtualBox включает в себя следующие возможности:

1. нативная x86-виртуализация, не требующая наличия поддержки аппаратных техник Intel VT или AMD-V (которая, однако, может быть включена в настройках)

2. дружественный пользовательский интерфейс (построенный с помощью Qt3)

3. поддержка Windows, Linux и Mac OS хостовых систем (версия для Mac OS в данный момент находится в стадии беты)

4. наличие Guest VM Additions для упрощения взаимодействия с хостовыми ОС и оптимизации их быстродействия

5. поддержка многопроцессорных и многоядерных систем (только в качестве гостевых, поддержка виртуального SMP для представления многопроцессорности в гостевых системах отсутствует)

6. стабильность (в сравнении с другими Open Source решениями)

7. поддержка виртуализации аудиоустройств

8. высокая производительность (по отзывам множества экспертов выше, чем у продуктов VMware)

9. поддержка различных видов сетевого взаимодействия (NAT, Host Networking via Bridged, Internal)

10. поддержка дерева сохраненных состояний виртуальной машины (snapshots), к которым может быть произведен откат из любого состояния гостевой системы

11. описание настроек виртуальной машины в XML-формате

12. поддержка Shared Folders для простого обмена файлами между хостовой и гостевой системами

Эмулируемое аппаратное окружение

Продукт VirtualBox эмулирует следующие компоненты аппаратного обеспечения в виртуальной машине:

жесткие диски эмулируются в специальном формате контейнеров VDI (Virtual Disk Images), который в данный момент не совместим с форматами виртуальных дисков других производителей

видеоадаптер эмулируется как стандартный VESA с 8 Мб видеопамяти, при этом установка Guest VM Additions (только для Windows и Linux хостов) позволяет увеличить производительность виртуального видеоадаптера и динамически менять размер окна виртуальной машины

аудиоконтроллер на базе Intel ICH AC'97

сетевой адаптер эмулируется как интерфейс AMD PCNet

в издании с закрытым исходным кодом эмулируются также контроллеры USB, при этом USB-устройства, вставленные в разъемы хоста, автоматически подхватываются в гостевой системе. Также если виртуальная машина действует как RDP (Remote Desktop Protocol) сервер, то в клиенте также будут видны USB-устройства

Платформа VirtualBox исполняет код гостевой системы нативно (прямой передачей инструкций процессору хоста). Этот подход работает хорошо для кода, исполняющегося в кольце третьей гостевой системы, для кода гостевой системы, исполняющегося в нулевом кольце, требующего привилегированных инструкций, необходим его перехват платформой виртуализации. Для этой цели VirtualBox использует оригинальный подход: код, исполняющийся в нулевом кольце гостевой системы, исполняется в первом кольце хостовой системы, которое не используется в архитектуре Intel.

Уникальные функции VirtualBox

Помимо стандартных функций, присущих большинству настольных систем виртуализации, платформа VirtualBox обладает также набором уникальных возможностей, присущих только ей:

• Ярко выраженная модульность системы. Платформа VirtualBox имеет модульную архитектуру с хорошо описанными компонентами и предоставляет удобные интерфейсы доступа к виртуальным машинам, которые позволяют контролировать гостевые системы как через GUI, так и через командную строку и удаленно. К тому же, компания InnoTek предоставляет отличный Software Development Kit, и поскольку код платформы открыт, не требуется дополнительных усилий, чтобы написать расширение к системе. В данный момент ведется большая работа по портированию продукта на различные хостовые платформы и разработчикам предоставляются все необходимые инструменты и интерфейсы для доработки VirtualBox.

• Виртуальная машина может действовать как RDP-сервер. В отличие от других платформ виртуализации, VirtualBox может действовать как RDP-сервер и управляться любым клиентом, поддерживающим протокол RDP. Также поддерживается функция USB over RDP. Стоит отметить, что компания VMware в вышедшей недавно платформе VMware Workstation 6 также предоставляет функцию Act as RDP Server, поэтому эту функцию VirtualBox на данный момент нельзя назвать такой уникальной.

• iSCSI initiator. Компонент iSCSI initiator является одной из закрытых частей платформы VirtualBox. Он позволяет использовать внешние устройства по протоколу iSCSI в качестве виртуальных дисков в гостевой системе без дополнительной поддержки со стороны гостевой ОС.

Поддерживаемые гостевые и хостовые системы

Компания InnoTek и независимые разработчики, принимающие участие в доработке платформы VirtualBox, постоянно расширяют список поддерживаемых гостевых и хостовых систем. На данный момент продуктом поддерживаются следующие хостовые ОС:

Операционные системы семейства Windows (2000/XP/2003/Vista)

Linux-платформы, включая:

Ubuntu 7.04 («Feisty Fawn»)

Ubuntu 6.10 («Edgy Eft»)

Ubuntu 6.06 LTS («Dapper Drake»)

Debian 3.1 («Sarge»)

Debian 4.0 («Etch»)

openSUSE 10.2

Mandriva Linux 2007.1

Red Hat Enterprise Linux 4

Univention Corporate Server 1.3-2

Mac OS X (в данный момент в стадии бета-тестирования)

Список гостевых систем, поддерживаемых VirtualBox, весьма обширен и вполне может соперничать с коммерческими платформами виртуализации. На данный момент поддерживаются следующие гостевые ОС (Таблица 1):

Таблица 1.

Гостевая ОС	Статус в данный момент	Примечание
Семейство ОС Windows
Windows Vista	Работает, Guest VM Additions доступны	Необходимо установить драйвер сетевой карты вручную (описано в пользовательской документации)
Windows 2000	Работает, Guest VM Additions доступны
Windows XP	Работает, Guest VM Additions доступны
Windows Server 2003	Работает, Guest VM Additions доступны
Windows NT	Работает, Guest VM Additions доступны	Некоторые проблемы на старых пакетах обновления, рекомендуется наличие пакета обновления версии не менее 6а
Windows 98	Работает, но не доступны Guest VM Additions
Семйство ОС Linux
Ubuntu 5.10/6.06 Desktop/7.04 herd 5	Работает, Guest VM Additions доступны
Ubuntu 6.06 Server/6.10	Работает, Guest VM Additions доступны	Могут быть проблемы с загрузкой ОС
Debian 3.1	Работает, Guest VM Additions доступны
SUSE 9/10.0/10.2	Работает, Guest VM Additions доступны
Mandrake 10.1	Работает, Guest VM Additions доступны
Fedora Core 1/4/5/6	Работает, Guest VM Additions доступны
Red Hat Enterprise Linux 3 and 4	Работает, Guest VM Additions доступны
Red Hat Linux 9	Работает, Guest VM Additions доступны
Red Hat Linux 7	Не работает
Linspire 4.5	Работает, Guest VM Additions доступны
Slackware 10.1	Работает, Guest VM Additions доступны
Conectiva 10	Работает, Guest VM Additions доступны
Xandros 3	Не работает
Семейство ОС BSD
FreeBSD	Работает частично	Известны проблемы с версией для FreeBSD 6.2
PC-BSD 1.3	Не работает
OpenBSD	Работает, но не доступны Guest VM Additions
Другие ОС
DOS	Работает	Ограниченно тестировалось
OS/2	Работает частично	Необходимо наличие поддержки Intel VT
Novell Netware 6.5	Не работает
BeOS 5	Не работает
Syllable	Не работает
Visopsys	Не работает
ReactOS	Не работает
Solaris 10	Работает частично	Не на всех версиях работает стабильно, проблемы с сетью

Компания InnoTek заявляет также, что практически все операционные Linux-системы с версией ядер 2.4 и 2.6 должны работать в качестве гостевых. Для достижения лучшей производительности рекомендуется версия ядра 2.6.13.