VirtualBox. Виртуальные диски. Их типы. Расширение виртуального носителя.

О проблеме

Во время работы с VBox так вышло, что однажды мне не хватило места на виртуальном диске. Почитав гайды в интернете, нашёл как увеличить размер диска. Только ничего не получилось. Оказалось, что при создании диска, был выбран фиксированный размер дискового пространства.

Задачи

1. Разобраться с типами дисков
2. Расширить виртуальный диск с фиксированным объёмом
3. Завершить расширение диска в гостевой ОС
4. Не потерять данные на расширяемом виртуальном диске

1. О типах виртуальных носителей

Выдержка из документации, приведена ниже. Ссылка на доку. Искать часть 5.2. Disk Image Files (VDI, VMDK, VHD, HDD)
Файл образа диска виртуальной машины находится на хостиг-системе и воспринимается гостевой системой, как жёсткий диск определённой геометрии. Когда гостевая ОС читает с диска или записывает на него, VBox перенаправляет запрос в файл образа.

Как и физический диск, виртуальный носитель имеет размер и ёмкость, которые необходимо указать при создании диска. Только в отличие от физического носителя его можно расширять.

VBox поддерживает типы виртуальных носителей:

• VDI. Собственный тип, формат контейнера жёсткого диска от VBox
• VMDK. Популярный открытый формат контейнера, используется многими другими продуктами виртуализации
• VHD. Тип виртуального носителя, который использует Microsoft
• HDD. Также поддерживаются файлы изображений Parallels версии 2

Варианты создания диска внезависимости от выбранного типа виртуального носителя:

• Фиксированный размер. Если создаём образ с фиксированным размером, то на хостинг-системе будет создан файл образа примерно такого же размера, как и емкость виртуального диска. Таким образом, для диска размером 10 ГБ у нас будет файл размером 10 ГБ
  • Макимальный объём диска, расширить нельзя.
• Динамический размер. Изначально размер диска будет очень маленьким. Объём носителя будет увеличиваться каждый раз при записи на диск до тех пор, пока не достигнет максимальной ёмкости, выбранной при его создании
  • Максимальный объём диска можно увеличить.

2. Решение проблемы

Расширение дискового пространства. Тип VDI, VHD, VMDK. Вариант — динамически расширяемый.

1. Запустить VirtualBox.
2. Открыть менеджер виртуальных дисков (сочетанием клавиш Ctrl + D)
3. Во вкладке Жесткий диск, выбрать из списка тот, который расширяем
4. Ниже, во вкладке Атрибуты, увеличиваем объём диска с помощью бегунка
5. Так же можно увеличить объём диска, вручную прописав его размер в окошке справа от бегунка
6. Подтверждаем
7. После короткого ожидания, размер диска увеличен
8. Далее необходимо запустить гостевую ОС и расширить диск уже там

Расширение дискового пространства. Тип VDI, VHD, VMDK. Вариант — фиксированный.

1. Открыть менеджер виртуальных носителей
2. Выбрать диск
3. Сверху, кнопки с вариантами действий над диском
4. «Копировать»
5. В открывшемся окне необходимо открыть «Экспертный режим»
6. В правой части окна «Хранение на жёстком диске»/»Storage on physical hard disk», нужно выбрать Динамически расширяемый вариант создания диска
7. Подтвердить копирование
8. Займет какое-то время
9. В менеджере виртуальных носителей появится копия диска, только уже тип диска будет динамический.
10. Выбрать диск и расширить его
11. После расширения, копию расширенного диска необходимо примонтировать в виртуальной машине, вместо старого

3. Расширение дискового пространства в гостевой системе

Гостевая ОС, Windows

• Запустить гостевую ОС
• Открыть управление дисками.
  • для Win7 — правым кликом по иконке Мой компьютер — Управление — Управление дисками
  • для Win10 — правым кликом по иконке Windows/Пуск — Управление дисками
• Так же правым кликом выбрать диск, который необходимо расширить
• В контекстном меню, «Расширить том. «
• Готово

Гостевая ОС, думаю любой дистрибутив GNU/Linux
Я расширял в Debian-Arch подобных

• Загрузиться в live режиме
• Запустить GParted, если его нет, то:
  sudo apt install gparted
  sudo pacman -S gparted
• Неиспользуемый раздел будет как-бы вне основного блока размеченного пространства
• Для расширения необходимо
  • Выбрать раздел, у меня /dev/sda2
  • Правым кликом — Расширить..
  • Расширяем, подтверждаем. Сверху, где графическое отображение объёма диска, можно расширить раздел курсором
  • Теперь появилась возможность расширить основной раздел, у меня /dev/sda5
  • Расширяем так же, как и /dev/sda2
  • Затем подтверждаем все действия, зелёная галочка сверху.
• Раздел расширен, перезагрузка

Как перенести ОС Windows на виртуальную машину

Существует несколько способов преобразования установленной ОС Windows в образ для виртуальной машины. Созданный образ можно использовать, например, для тестирования, для проверки стабильности системы после установки какого-либо обновления, или для того, чтобы зафиксировать состояние старой машины перед внесением изменений.

Большинство программ виртуализации поддерживают функцию преобразования установленной ОС Windows в образы виртуальной машины. Некоторые решения уже поставляются со встроенными функциями, но в ряде случаев для этой же цели может понадобится использование сторонних продуктов.

В этом руководстве собраны инструкции по преобразованию установок Windows в виртуальные образы Microsoft Hyper-V, VirtualBox и VMware.

VHDX — Microsoft Hyper-V

Перенос ОС Windows в виртуальную машину Microsoft Hyper-V выполняется очень просто благодаря программе Disk2vhd от Sysinternals.

Программа является портативной, ее можно запускать из любого расположения на диске после распаковки архива. Для работы приложения требуются права администратора. Программа может применяться для создания виртуальной машины из одного или нескольких томов на компьютере.

Примечание: программу можно запустить в режиме командной строки, используя формат:

Основное окно приложения отображает путь назначения и имя файла, а чуть ниже — доступные тома. Обратите внимание, что вам нужно выбрать целевое расположение с достаточным свободным пространством для хранения, иначе процесс создания образа будет прерван.

Пользователь должен выбрать целевой путь и имя файла (с расширением vhdx), а также тома, которые следует включить в виртуальный образ.

Вы можете выбрать только раздел Windows или даже преобразовать несистемные разделы в образы VHD, не выбирая раздел Windows.

Disk2VHD поставляется с двумя дополнительными параметрами, которые указываются при запуске. Первый устанавливает выходной формат VHDX. Вы можете отключить данный параметр, чтобы использовать VHD.

VHDX имеет несколько преимуществ, такие как поддержка более крупных виртуальных дисков (64 ТБ против 2 ТБ), лучшая защита от повреждений, дистанционное онлайн изменение размера и др. VHD необходим в основном для целей совместимости, например, когда продукт не поддерживает VHDX, а также когда вы хотите преобразовать образ в Virtualbox.

Второй параметр позволяет использовать теневую копию тома.

Disk2VHD обрабатывает выбранные тома и превращает их в образы виртуальных дисков, которые сохраняются в выбранном месте.

VDI — VirtualBox

VirtualBox поставляется без встроенного инструмента конвертации установок Windows в образы виртуальной машины.

Однако, вы можете использовать альтернативное решение. Прежде всего, вам нужно создать образ VHD (как показано в разделе Microsoft Hyper-V выше).

После того, как вы получили образ VHD, можете использовать инструмент командной строки vboxmanage, который поставляется с VirtualBox, для клонирования носителя и сохранения его в другом формате.

1. Нажмите на клавишу Windows , введите cmd.exe, зажмите Ctrl + Shift и нажмите клавишу Enter , чтобы запустить командную строку с правами администратора.
2. Перейдите в папку VirtualBox в системе, например, C:\Program Files\Oracle\VirtualBox с помощью команды cd .
3. Используйте команду vboxmanage clonemedium disk [source] [destination] , чтобы преобразовать образ диска VHD в формат VDI. Например: vboxmanage clonemedium disk o:\source.vhd o:\output.vdi

Преобразование может занять некоторое время в зависимости от размера изображения и доступных ресурсов вашего компьютера.

VMX — VMware

Вы можете создавать виртуальные образы машин Windows для VMware с помощью VMware vCenter Converter. Вы можете загрузить программу с официального сайта VMware, но для этого требуется учетная запись. На нашем сайте утилита доступна для загрузки без регистрации.

Примечание: Программа создает виртуальный образ полной машины. В графическом интерфейсе нет возможности исключить жесткие диски или разделы.

Размер установщика равен примерно 170 мегабайт. Во время установки вам будет предложено присоединиться к программе улучшения качества обслуживания клиентов.

Чтобы преобразовать запущенную систему Windows в виртуальный образ для VMware, выберите опцию “Конвертировать машину” в главном интерфейсе программы, чтобы начать работу.

После загрузки мастера, убедитесь, что для типа источника установлено значение “включено” и выбран “этот локальный компьютер”. Вы также можете создавать виртуальные образы удаленных компьютеров, но для этого необходимо указать имя или IP-адрес устройства, а также учетные данные.

Выберите виртуальную машину VMware в разделе тип цели на следующей странице и выберите целевую папку для сохранения образа.

Создание образа может занять некоторое время, в зависимости от количества томов, их размеров и ресурсов устройства.

Особенности работы с виртуальными дискaми VirtualBox

Статья рассматривает особенности использования виртуальных дисков в VirtualBox, применение разных режимов чтения-записи, принцип и организацию работы snapshot-ов, кэширование ввода/вывода данных, а также некоторые аспекты использования виртуальных дисков с точки зрения информационной безопасности. Для тех, кому интересен пример с безопасностью, можете сразу переходить по якорю к разделу об особых режимах записи.

Начнем с некоторых общих понятий. У VirtualBox существуют 3 основных метода предоставления гостевой операционной системе (ОС) доступа к данным. Сей текст концентрируется на использовании виртуальных дисков.

Виртуальные диски подключаются к виртуальной — гостевой ОС, методом эмуляции подключения через соответствующий контроллер, IDE, SATA (AHCI), SCSI, SAS.

Поведение контроллеров запрограммировано таким образом, чтобы имитировать физические прототипы, следовательно IDE контроллер будет работать медленнее SATA и потреблять больше ресурсов процессора, ОС без соответствующих драйверов и аппаратной поддержки не будут взаимодействовать с виртуальными дисками и т.д. Например, в семействе Windows до Windows Vista нет поддержки Advanced Host Controller Interface (AHCI), к которому относится SATA, поэтому в частности, виртуальная машина с ОС Windows XP с SATA работать не будет.

Файлы виртуальных дисков

VirtualBox позволяет работать с разными форматами файлов виртуальных дисков. Помимо собственного VDI, поддерживаются VMDK (VMware), VHD (Microsoft), Parallels version 2 HDD format (Parallels).

Каждому виртуальному диску присваивается уникальный идентификатор UUID, это помогает VirtualBox удостовериться, что каждый диск используется только один раз и не позволяет импортировать в гостевую ОС обычные копии дисков (для этого существует отдельная процедура клонирования).

Виртуальные диски могут быть, как фиксированного размера, так и динамически выделяемого, причем VirtualBox позволяет увеличить размер дискового пространства, независимо от объёма и формата диска и даже в том случае, если диск содержит данные. Ниже пример, как это сделать с помощью утилиты vboxmanage.

При выборе динамически выделяемого образа, файл контейнера будет «разрастаться» постепенно, по мере заполнения секторов данными, до тех пор, пока размер контейнера не достигнет указанного при создании виртуальной машины лимита.

Учитывая то, что в процессе регулярного увеличения размера контейнера задействуются дополнительные вычислительные ресурсы, скорость записи при использовании опции с фиксированным размером, как правило выше, в с равнении с динамическим диском. Тем не менее, если размер динамического диска в долгосрочной перспективе значительно не увеличивается, то разница в скорости записи практически нивелируется.

Управление виртуальными медиа (Virtual Media Manager)

VirtualBox ведет реестр всех виртуальных медиа носителей, которые используются всеми гостевыми ОС. Это так называемые ”known media”, доступ к списку (реестру) которых можно получить используя утилиту Virtual Media Manager (доступно из меню File). Эта утилита показывает детальную информацию о каждом виртуальном диске, включая полный путь к файлу, а также к какой именно виртуальной машине файл прикреплен. Информацию из реестра можно удалить используя встроенную функцию удаления “Remove”

Каждый отдельно взятый образ можно «открепить» от виртуальной машины за которой он закреплен, используя функцию ”Release”

Открепив образ, прикрепить его обратно нажатием одной кнопки не удастся, для этого необходимо будет добавить образ, как жесткий диск. Аналогичным способом «прикрепляются» и снэпшоты (снимки диска).

В очередной раз отмечу, что из-за наличия UUID, о которых говорилось выше, нельзя просто скопировать и прикрепить образ диска.

Snapshots (Снэпшоты)

Как известно snapshot в переводе с английского означает снимок. Принцип работы механизма прост. При создании снэпшота, VirtualBox переводит текущий образ (образы, если их несколько), прикрепленный к ВМ в режим только для чтения и создает отдельный виртуальный диск (диски) и все последующие процедуры записи производятся уже в новом виртуальном хранилище. Причем фиксируются только изменения в определенных секторах, проще говоря при создании снэпшота диска размером 10GB, новый снэпшот будет гораздо меньше, и будет увеличиваться в размере постепенно, как будут заполнятся сектора.

Логично предположить, что чем больше используется снэпшотов одной виртуальной машины, тем больше используется вычислительных ресурсов для выполнения операций чтения с диска. Действительно, если есть 2 снэпшота, то вначале VirtualBox смотрит есть ли нужный сектор в образе снэпшота2, если нет, то система обращается к снэпшоту1, если и там ничего не обнаружено, то тогда идет обращение к основному диску. Нагрузка все-же будет незначительной и мало заметной для конечного пользователя, т, к. вся таблица секторов постоянно присутствует в памяти.

Стоить помнить, что при удалении снэпшота, все изменения произведенные после его создания «сливаются» с ранее «замороженным» образом.

Кэширование ввода/вывода

Затронув тему производительности уместно будет упомянуть и о кэшировании. Изначально VirtualBox работает с файлами образов, как с обычными файлами, которые само-собой кэшируются хостовой ОС. Это сделано, как нистранно с целью увеличение скорости. Когда гостевая ОС производит операцию записи, то операция кэшируется хостовой ОС и сообщение об успешном завершении операции отправляется в гостевую ОС сразу-же, в то время как сама операция обрабатывается гостевой ОС асинхронно. Такой подход не всегда себя оправдывает, т.к. файлы образов диска имеют тенденцию увеличиваться в объеме и вся процедура начинает давать обратный эффект — происходит двойное кэширование на стороне гостевой и хостовой операционных систем и снижается скорость производимых операций.

Помимо расходa ресурсов еще одним недостатком кэширования является недостаточная надежность. Например, если внезапно случился перебой с электропитанием в момент, когда хоставая ОС уже сообщила гостевой об успешном выполнении записи, а сам процесс асинхронной записи еще не завершился. Такой сценарий безусловно приводит к потере данных.

Отключение кэширования выполняется следующим образом:

Bandwidth

VirtualBox позволяет ограничивать ширину пропускного канала для одного или нескольких виртуальных дисков.

Создаем группу “Limit” и устанавливаем лимит в 20 Mb/s

Добавляем нужные диски в группу.

Суммарный для обоих дисков bandwidth не будет превышать 20 MB/s. Этот лимит можно изменить в любой момент, не выключая виртуальной машины.

Особые режимы записи образов

Для каждого образа виртуального диска, поддерживаемого VirtualBox, не зависимо от формата, можно определить режим поведения при записи данных, будь это следствие операций внутри виртуальной машины или снимка дика (snapshot). Такие режимы называются «нестандартными», в то время, как по умолчанию все образы дисков функционируют в «нормальном» режиме. Для того, что бы перевести режим из «нормального» в «нестандартный» можно воспользоваться вышеупомянутым Virtual Media Manager или консольной утилитой vboxmanage

В «нормальном» режиме записи, гостевая ОС может осуществлять чтение и запись с физического диска без всяких ограничений a при создании снимков диска (snapshot), VirtualBox создает oтдельный файл в котором фиксируются все изменения.

В режиме «write through» функция снэпшотов работать не бует.

Режим работы «shareable» своего рода разновидность предыдущего. Тут тоже нет возможности работы со «снэпшотами», зато есть возможность использования несколькими одновременно работающими виртуальными машинами одного образа диска, сценарий кластеризации.

Схожий по названию, но отличающийся по принципам работы режим «multiattach», также позволяет использовать один образ диска для нескольких виртуальных машин, но в этом режиме каждая отдельная виртуальная машина использует свой независимый «снэпшот» и изменения произведенные в одной ВМ не доступны для других.

Режим «read only» используется в основном для работы с образами CD/DVD, т.к. предполагает только чтение.

Режим на который стоит обратить внимание называется «Immutable». Как следует из названия immutable образы не меняются с течением времени. Любые изменения в immutable диске актуальны ровно до тех пор, пока виртуальная машина работает. После отключения виртуальной машины все изменения пропадают. Прежде чем перевести диск в режим immutable стоит сначало создатъ «нормальный» диск, установить и настроить систему в оптимальное состояние, желательно не подключаясь к интеренету, и только после того, как гостевая система готова — «откреплять» диск и переводить его в режим immutable.

Одним из сценариев работы может быть схема при которой используются два диска – один в режиме immutable, на котором находится сама система, второй в нормальном или write-through режиме. На первый взгляд вполне безопасный и понятный сценарий работы — каждый раз загружается «свежая» система. Но не все так прозрачно и есть некоторые нюансы.

Во первых, для immutable дисков есть одно важное исключение. Они не “обнуляются” в случае, когда прикреплены к виртуальной машине, снимок диска которой был сделан пока та была запущенна — так называемый online-snapshot. Это означает, что если например, пользователь создал immutable disk, а потом в процессе работы, создал «снэпшот», не завершив работу виртуальной машины, то начиная с упомянутого «снэпшота» все последующие операции и действия внутри системы будут носить необратимый эффект, т.к. все действия будут де-факто происходить в «снэпшоте».

В случае если основной целью является «свежая система» при каждом запуске, то от использования снэпшотов, лучше воздержаться.

Во-вторых, вышеописанное «обнуление» отдельного образа происходит только в случае, когда команда включения/отключения виртуальной машины посылается самой средой VirtualBox, а не происходит внутри гостевой ОС. Проще говоря, если например перезагрузить гостевую ОС Windows стандартным методом (Меню пуск, перезагрзить систему), то обнуление immutable диска не произойдет.

Наконец последнее и самое важное — все изменения происходившие внутри виртуальной машины сохраняются на физическом диске и остаются там до тех пор, пока виртуальная машина не будет запущена заново.

После того, как текущий контейнер установлен в режим immutable, VirtualBox перестает использовать этот контейнер и фактически диск переходит в режим «read only». Все операции записи перенаправляются в отдельный образ и каждый раз, когда виртуальная машина начинает работу этот новый «отдельный» образ «обнуляется». В реальности на жестком диске создается временный «снэпшот», который находится в папке Snapshots, соответствующей виртуальной машины, внутри которого и происходит вся работа. После завершения работы виртуальной машины вышеупомянутый временный скриншот остается нетронутым.

Рассмотрим простой пример

Боб создал виртуальную машину, настроил ОС и перевел диск в режим immutable. Боб регулярно использует свою виртуальную машину для тайного общения с Алисой. При каждом запуске, загружается «свежая» система, не содержащая никаких логов предыдущего общения, текстов, видео или фото. В очередной раз закончив переписку, Боб спокойно выключает виртуальную машину и идет спать.
Предположим также, что перед каждым запуском ОС Боб проверяет, что режим диска установлен как “immutable”.

Ева имеет доступ к компьютеру на котором установлена виртуальная машина. Ей достаточно зайти в папку Snapshots внутри директории соответствующей виртуальной машины и там будет требуемый «снэпшот».

Все что остается сделать Еве, что бы увидеть всю переписку, равно как и результат всех действий производимых Бобом внутри ОС, это перевести диск в «нормальный» режим и перед тем, как запустить виртуальную машину прикрепить к ней снэпшот. Более того, Ева может каждый день делать резервные копии таких «снэпшотов», главное, что бы это было сделано до того, как Боб снова запустит виртуальную машину.

Решением для Боба в данной ситуации будет после завершения работы, вручную удалять все содержимое папки Snapshots. Не говоря уже о том, что надо постоянно проверять в каком режиме работает диск и желательно, либо вообще заблокировать некоторые элементы GUI, что достаточно просто реализуется

Справедливости ради стоит сказать, что у тех-же Parallels, с самых ранних версий для того, что бы перевести диски из одного режима в другой необходим пароль суперпользователя, а временные «снэпшоты» удаляются моментально, после завершения работы.