पैरावर्चुअलाइजेशन क्या है?

पैरावर्चुअलाइजेशन एक वर्चुअलाइजेशन तकनीक है जिसमें अतिथि ऑपरेटिंग सिस्टम को बेहतर प्रदर्शन के लिए हाइपरवाइजर के साथ सीधे बातचीत करने के लिए संशोधित किया जाता है।

पैरावर्चुअलाइजेशन क्या है?

पैरावर्चुअलाइजेशन एक वर्चुअलाइजेशन विधि है जिसमें अतिथि को संशोधित करना शामिल है ऑपरेटिंग सिस्टम किसी की उपस्थिति के बारे में जागरूक होना हाइपरविजर, जिससे यह अंतर्निहित वर्चुअलाइजेशन परत के साथ अधिक कुशलता से संवाद और सहयोग करने में सक्षम हो जाता है। हार्डवेयर घटकों को पूरी तरह से, जैसा कि पूर्ण वर्चुअलाइजेशन में किया जाता है, पैरावर्चुअलाइजेशन एक इंटरफेस प्रदान करता है जो अतिथि ओएस को विशेषाधिकार प्राप्त संचालन के लिए सीधे हाइपरवाइजर को हाइपरकॉल करने की अनुमति देता है।

इससे एमुलेशन से जुड़े ओवरहेड में कमी आती है, जिसके परिणामस्वरूप बेहतर प्रदर्शन होता है, खासकर उन कार्यों के लिए जिनमें अक्सर हार्डवेयर या सिस्टम संसाधनों के साथ बातचीत की आवश्यकता होती है। हालाँकि, क्योंकि अतिथि OS को स्पष्ट रूप से अनुकूलित किया जाना चाहिए, पैरावर्चुअलाइज़ेशन के लिए OS तक पहुँच और संशोधन की आवश्यकता होती है स्रोत कोड, जिससे यह कम हो जाता है flexहार्डवेयर-सहायता प्राप्त वर्चुअलाइजेशन विधियों की तुलना में अधिक सक्षम है।

पैरावर्चुअलाइजेशन की मुख्य विशेषताएं

यहां पैरावर्चुअलाइजेशन की प्रमुख विशेषताएं दी गई हैं, जिनमें से प्रत्येक को विस्तार से समझाया गया है:

• हाइपरवाइजर जागरूकता. अतिथि ऑपरेटिंग सिस्टम को हाइपरवाइजर को पहचानने और सीधे उससे बातचीत करने के लिए संशोधित किया जाता है। यह सहयोग अतिथि ओएस को कुछ हार्डवेयर इम्यूलेशन चरणों को बायपास करने की अनुमति देता है, जिससे दक्षता में सुधार होता है।
• जाल के स्थान पर हाइपरकॉल। किसी पर निर्भर रहने के बजाय सी पी यू विशेषाधिकार प्राप्त संचालन (जैसे पूर्ण वर्चुअलाइजेशन में) को संभालने के लिए ट्रैप का उपयोग करते हुए, पैरावर्चुअलाइज्ड सिस्टम सेवाओं का अनुरोध करने के लिए हाइपरकॉल (अतिथि ओएस से हाइपरवाइजर को स्पष्ट कॉल) का उपयोग करते हैं। इससे ओवरहेड कम होता है और प्रदर्शन में सुधार होता है।
• अनुकरण ओवरहेड कम हो गया. क्योंकि हाइपरवाइजर को प्रत्येक कार्य के लिए हार्डवेयर का पूर्णतः अनुकरण करने की आवश्यकता नहीं होती है। VMपैरावर्चुअलाइजेशन संसाधन-गहन हार्डवेयर अनुकरण की आवश्यकता को कम करता है। इससे निष्पादन तेज़ होता है और CPU उपयोग कम होता है।
• कस्टम कर्नेल आवश्यकता. पैरावर्चुअलाइजेशन के लिए संशोधित आवश्यकता होती है गिरी हाइपरकॉल का समर्थन करने और हाइपरवाइजर के साथ सहयोग करने के लिए अतिथि ओएस में। यह संगतता को सीमित करता है खुले स्रोत या अनुकूलन योग्य ऑपरेटिंग सिस्टम जो कर्नेल संशोधन की अनुमति देते हैं।
• I/O परिचालन में बेहतर प्रदर्शन. I/O-बाउंड परिचालन, जिसमें आमतौर पर सिस्टम संसाधनों तक बार-बार पहुंच शामिल होती है, अतिथि और हाइपरवाइजर के बीच अधिक प्रत्यक्ष संचार के कारण पैरावर्चुअलाइजेशन से काफी लाभान्वित होते हैं।
• कुशल सीपीयू और मेमोरी उपयोग. अनावश्यक हार्डवेयर अनुकरण और सिस्टम कॉल अवरोधन से बचकर, पैरावर्चुअलाइजेशन, होस्ट CPU और मेमोरी संसाधनों के अधिक कुशल उपयोग की अनुमति देता है, जो कई वर्चुअल मशीनों वाले वातावरण में लाभदायक है।
• अतिथि और मेजबान के बीच अधिक सुदृढ़ एकीकरण। अतिथि ओएस और हाइपरवाइजर के बीच घनिष्ठ संबंध बेहतर समन्वय की अनुमति देता है, जो नियंत्रित वातावरण में लाभप्रद है जैसे data centers जहां ऑपरेटिंग सिस्टम की स्थिरता प्रबंधनीय है।

पैरावर्चुअलाइजेशन कैसे काम करता है?

पैरावर्चुअलाइजेशन अतिथि ऑपरेटिंग सिस्टम को संशोधित करके काम करता है ताकि वह हाइपरवाइजर के बारे में जान सके और उससे सीधे बातचीत कर सके, बजाय इसके कि वह भौतिक हार्डवेयर पर चलने की तरह काम करने का प्रयास करे। जब अतिथि OS को विशेषाधिकार प्राप्त संचालन करने की आवश्यकता होती है, जैसे मेमोरी का प्रबंधन करना, I/O डिवाइस तक पहुँचना, या कुछ CPU निर्देशों को निष्पादित करना, तो यह इन क्रियाओं को सीधे करने का प्रयास नहीं करता है। इसके बजाय, यह हाइपरवाइजर को हाइपरकॉल जारी करता है।

हाइपरवाइजर, जिसे वर्चुअल मशीन मॉनिटर (VMM) के नाम से भी जाना जाता है, अच्छी तरह से परिभाषित इंटरफेस का एक सेट प्रदान करता है जिसका उपयोग अतिथि OS सेवाओं का अनुरोध करने के लिए करता है। चूँकि हाइपरवाइजर को कई वर्चुअल मशीनों में हार्डवेयर संसाधनों तक पहुँच को प्रबंधित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, इसलिए यह इन हाइपरकॉल को कुशलतापूर्वक संसाधित कर सकता है और सिस्टम स्थिरता और अलगाव बनाए रख सकता है।

ट्रैप और हार्डवेयर इम्यूलेशन को स्पष्ट हाइपरकॉल से प्रतिस्थापित करके, पैरावर्चुअलाइजेशन आमतौर पर वर्चुअलाइजेशन से जुड़े प्रदर्शन दंड को कम करता है। हालांकि, इसके लिए अतिथि ऑपरेटिंग सिस्टम के कर्नेल तक पहुंच और उसमें बदलाव की आवश्यकता होती है, जिसका अर्थ है कि मालिकाना सिस्टम जो कर्नेल संशोधन की अनुमति नहीं देते हैं, उन्हें पैरावर्चुअलाइज्ड वातावरण में उपयोग नहीं किया जा सकता है। नतीजतन, पैरावर्चुअलाइजेशन आमतौर पर उन वातावरणों में पाया जाता है जो ओपन-सोर्स ऑपरेटिंग सिस्टम का उपयोग करते हैं, जैसे कि संशोधित संस्करण Linux या बीएसडी.

पैरावर्चुअलाइजेशन किसके लिए आदर्श है?

पैरावर्चुअलाइजेशन ऐसे वातावरण के लिए आदर्श है जहाँ प्रदर्शन और दक्षता महत्वपूर्ण है, और जहाँ अतिथि ऑपरेटिंग सिस्टम पर नियंत्रण है। यह विशेष रूप से इसके लिए उपयुक्त है:

• Data centers और server समेकन विशेषकर जब ओपन-सोर्स ओएस का उपयोग किया जाता है, जिसे इष्टतम हाइपरवाइजर इंटरैक्शन के लिए संशोधित किया जा सकता है।
• उच्च प्रदर्शन कंप्यूटिंग (एचपीसी) जहां कम्प्यूटेशनल थ्रूपुट को अधिकतम करने के लिए वर्चुअलाइजेशन ओवरहेड को न्यूनतम करना आवश्यक है।
• विकास और परीक्षण वातावरण जहां कस्टम कर्नेल को लगभग मूल स्थितियों के तहत सिस्टम का परीक्षण करने के लिए तैनात किया जा सकता है।
• I/O-गहन अनुप्रयोगों जैसे नेटवर्क सेवाएं और भंडारण प्रणाली, जो पैरावर्चुअलाइज्ड ड्राइवरों की कम विलंबता और बेहतर थ्रूपुट से लाभान्वित होते हैं।
• समरूप आभासी वातावरण जहां एक ही ऑपरेटिंग सिस्टम को कई वर्चुअल मशीनों में तैनात किया जाता है और उपयोग में आने वाले हाइपरवाइजर के लिए इसे अनुकूलित किया जा सकता है।

पैरावर्चुअलाइजेशन के उदाहरण

यहां व्यावहारिक पैरावर्चुअलाइजेशन के कुछ उदाहरण दिए गए हैं।

1. पैरावर्चुअलाइज्ड लिनक्स के साथ ज़ेन हाइपरवाइजर

Xen पैरावर्चुअलाइजेशन और हार्डवेयर-सहायता प्राप्त वर्चुअलाइजेशन दोनों का समर्थन करता है। पैरावर्चुअलाइजेशन मोड में, अतिथि ऑपरेटिंग सिस्टम, इसकेch संशोधित लिनक्स कर्नेल (जैसे, डेबियन या सेंटोस एक्सन-विशिष्ट पैच के साथ), मेमोरी प्रबंधन और I/O संचालन जैसे कार्यों के लिए एक्सन हाइपरवाइजर के साथ सीधे संवाद करने के लिए हाइपरकॉल का उपयोग करते हैं।

2. VMware पैरावर्चुअल SCSI (PVSCSI) और नेटवर्क (VMXNET3) ड्राइवर

हालाँकि VMware आम तौर पर हार्डवेयर-सहायता प्राप्त वर्चुअलाइजेशन का उपयोग करता है, यह अतिथि ऑपरेटिंग सिस्टम के लिए पैरावर्चुअलाइज्ड ड्राइवर (जैसे, PVSCSI और VMXNET3) प्रदान करता है। ये ड्राइवर पारंपरिक इम्यूलेटेड डिवाइस की तुलना में अधिक कुशल डिस्क और नेटवर्क I/O सक्षम करते हैं, जो पूरी तरह से वर्चुअलाइज्ड वातावरण में भी ओवरहेड को कम करते हैं।

3. VirtIO के साथ KVM

KVM-आधारित वर्चुअलाइजेशन (कर्नेल-आधारित वर्चुअल मशीन) में, VirtIO नेटवर्क कार्ड और ब्लॉक स्टोरेज जैसे उपकरणों के लिए पैरावर्चुअलाइज्ड इंटरफ़ेस प्रदान करता है। जब अतिथि OSes VirtIO ड्राइवर का उपयोग करते हैं, तो वे सामान्य इम्यूलेशन परतों को बायपास करते हैं, जिससे प्रदर्शन में काफी सुधार होता है।

4. ओरेकल वीएम (ज़ेन पर आधारित)

Oracle VM संशोधित Linux वितरण को कुशलतापूर्वक चलाने के लिए Xen की पैरावर्चुअलाइज़ेशन सुविधाओं का उपयोग करता है। Oracle Xen के लिए अंतर्निहित समर्थन के साथ अपना स्वयं का Linux कर्नेल प्रदान करता है, जिससे हाइपरवाइजर के साथ अनुकूलित इंटरैक्शन की अनुमति मिलती है।

पैरावर्चुअलाइजेशन के फायदे और नुकसान

पैरावर्चुअलाइजेशन के फायदे और नुकसान को समझना विभिन्न परिदृश्यों में इसकी उपयुक्तता का आकलन करने के लिए महत्वपूर्ण है। जबकि यह पूर्ण वर्चुअलाइजेशन की तुलना में प्रदर्शन और दक्षता लाभ प्रदान करता है, यह संगतता और जटिलता में समझौता भी करता है।

पैरावर्चुअलाइजेशन के क्या लाभ हैं?

पैरावर्चुअलाइजेशन के मुख्य लाभ इस प्रकार हैं:

• अच्छा प्रदर्शन। पैरावर्चुअलाइजेशन हार्डवेयर इम्यूलेशन से जुड़े ओवरहेड को कम करता है, क्योंकि यह अतिथि ओएस को हाइपरकॉल के माध्यम से सीधे हाइपरवाइजर से संवाद करने की अनुमति देता है। इससे निष्पादन में तेज़ी आती है, खासकर I/O संचालन और विशेषाधिकार प्राप्त निर्देशों के लिए।
• बेहतर संसाधन उपयोग. क्योंकि हाइपरवाइजर को प्रत्येक अतिथि के लिए हार्डवेयर का अनुकरण करने की आवश्यकता नहीं होती, इसलिए सिस्टम संसाधन, जैसे कि CPU और मेमोरी, का उपयोग अधिक कुशलता से किया जाता है, जिससे होस्ट पर उच्च वर्चुअल मशीन घनत्व संभव होता है।
• सिस्टम कॉल के लिए कम विलंबता. हाइपरकॉल्स सिस्टम-स्तरीय परिचालनों के लिए अधिक प्रत्यक्ष और अनुकूलित पथ प्रदान करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप पूर्ण वर्चुअलाइजेशन में प्रयुक्त ट्रैपिंग और इम्यूलेशन तंत्र की तुलना में कम विलंबता होती है।
• वीएम-हाइपरवाइजर इंटरैक्शन में अधिक पारदर्शिता। चूंकि अतिथि ऑपरेटिंग सिस्टम हाइपरवाइजर के बारे में जानता है, इसलिए इसे इसके साथ सहयोगात्मक रूप से काम करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है, जिससे बेहतर नियंत्रण और संभावित रूप से अधिक पूर्वानुमानित प्रदर्शन संभव हो सकेगा।
• सरल हाइपरवाइजर डिजाइन. कुछ जिम्मेदारी अतिथि ऑपरेटिंग सिस्टम पर स्थानांतरित करके, हाइपरवाइजर को कम जटिलता के साथ डिजाइन किया जा सकता है, तथा पूर्ण हार्डवेयर सिमुलेशन के बजाय समन्वय और संसाधन आवंटन पर अधिक ध्यान केंद्रित किया जा सकता है।

पैरावर्चुअलाइजेशन के नुकसान क्या हैं?

पैरावर्चुअलाइजेशन के मुख्य नुकसान इस प्रकार हैं:

• अतिथि OS संशोधन की आवश्यकता है. पैरावर्चुअलाइजेशन के लिए हाइपरकॉल सपोर्ट को सक्षम करने के लिए गेस्ट ऑपरेटिंग सिस्टम के कर्नेल में बदलाव की आवश्यकता होती है। यह इसे विंडोज के मानक संस्करणों या अन्य बंद-स्रोत ऑपरेटिंग सिस्टम जैसे मालिकाना सिस्टम के साथ असंगत बनाता है।
• सीमित ओएस समर्थन. क्योंकि केवल कुछ ही ऑपरेटिंग सिस्टम को संशोधित किया जा सकता है या वे पैरावर्चुअलाइज्ड संस्करणों में उपलब्ध हैं, इसलिए समर्थित अतिथि ओएस की सीमा पूर्ण वर्चुअलाइजेशन की तुलना में संकीर्ण है।
• रखरखाव में जटिलता बढ़ गई। पैरावर्चुअलाइजेशन के लिए कस्टम या पैच्ड कर्नेल को बनाए रखना और अपडेट करना, विशेष रूप से बड़े या विविध वातावरण में, प्रशासनिक ओवरहेड उत्पन्न करता है।
• पोर्टेबिलिटी में कमी. पैरावर्चुअलाइज्ड सिस्टम हाइपरवाइजर इंटरफेस के साथ मजबूती से जुड़े होते हैं। इन सिस्टम को अलग-अलग हाइपरवाइजर में माइग्रेट करने के लिए अतिरिक्त कर्नेल परिवर्तन या पुनर्संरचना की आवश्यकता हो सकती है।
• सुरक्षा संबंधी विचार. चूंकि अतिथि ओएस हाइपरकॉल का उपयोग करके हाइपरवाइजर के साथ सीधे इंटरैक्ट करता है, भेद्यता हाइपरकॉल इंटरफ़ेस में त्रुटि या अनुचित आइसोलेशन हाइपरवाइजर को जोखिम में डाल सकता है, हालांकि उचित डिज़ाइन के साथ ऐसी समस्याओं को कम किया जा सकता है।

पैरावर्चुअलाइजेशन बनाम वर्चुअलाइजेशन क्या है?

यहां पैरावर्चुअलाइजेशन और पूर्ण वर्चुअलाइजेशन के बीच तुलना एक तालिका में प्रस्तुत की गई है: