Тип обводов глиссирующего корпуса с повышенной килеватостью днища (более 20 градусов) от миделя до транца и продольными реданами, который применяется для быстроходных катеров, рассчитанных на скорости км/ч. Такие обводы обеспечивают комфортабельный ход на волнении с минимальной потерей скорости. Кроме того, данный тип обводов позволяет использовать всю мощность двигателей, устанавливаемых на легких мотолодках и катерах, без потери устойчивости движения или опасности разрушения корпусных конструкций. При повышении скорости в результате подъема корпуса из воды ширина смоченной поверхности днища с большой килеватостью постепенно уменьшается. Соответственно возрастает оптимальный угол атаки, при котором сопротивление воды является минимальным - у килеватого корпуса он в 1,5 - 2 раза больше, чем у плоскодонного. Благодаря этому и смоченная длина у килеватого корпуса оказывается меньше, чем у катера с плоским днищем.

В итоге, несмотря на существенное снижение гидродинамического качества при увеличении угла килеватости днища до 20 - 23 градусов, на корпусе собводами «Глубокое V» удается получить более высокую скорость, чем на корпусах с малой килеватостью. Благодаря почти одинаковым поперечным профилям днища в носу и корме катера с обводами «Глубокое V» отличаются хорошей устойчивостью на курсе при плавании с попутной волной, малым дрейфом на циркуляции и плавностью качки.

К недостаткам «Глубокого V» следует отнести большое сопротивление в начальный момент движения и большие затраты времени на разгон до выхода на режим чистого глиссирования. Для улучшения стартовых характеристик и снижения «горба» сопротивления можно использовать транцевые плиты и продольные реданы на днище.

Другим недостатком является пониженная начальная остойчивость как на стоянке, так и на ходу. Для повышения остойчивости иногда устраивают днищевые балластные цистерны, автоматически опорожняемые при выходе судна на расчетный режим. Для повышения ходовой остойчивости приходится увеличивать смоченную поверхность днища в корме, обрывая продольные реданы, на которых глиссирует корпус на расчетной скорости, на некотором расстоянии от транца. В результате этого смачиваются дополнительные участки днища и увеличивается ширина ватерлинии. Другой вариант - использование наделок - спонсонов, расположенных на ходу над водой и действующих при крене лодки.

Непременной деталью корпуса «Глубокое V» являются продольные реданы - призмы треугольного сечения с горизонтальной нижней гранью и острой свободной кромкой. Главный эффект реданов заключается в отсечении от днища потоков воды, растекающихся от киля к бортам. В результате их действия уменьшается смоченная поверхность корпуса, на реданах создается дополнительная подъемная сила; в совокупности это повышает гидродинамическое качество корпуса.

Благодаря продольным реданам осуществляется автоматическое регулирование ширины днища в зависимости от скорости судна. На малых скоростях лодка глиссирует на полной ширине днища с уменьшенной удельной нагрузкой, которая оптимальна для данной скорости. По мере разгона гидродинамическая подъемная сила растёт, корпус уменьшает осадку. При этом крайние участки днища, прилегающие к скулам, выходят из воды, глиссирующая поверхность ограничивается крайней к скуле парой реданов. Благодаря этому сохраняется оптимальная величина удельной нагрузки днища, несколько снижается «горб» кривой сопротивления.

Продольные реданы: а - схема расположения реданов по ширине корпуса; б - вид на днище лодки без реданов; в - действие реданов на том же днище.

1 - поверхность днища не смачиваемая водой; 2 - скуловой бырзгоотбойник; 3 - продольные реданы; 4 - поперечный поток воды; 5 - смоченный участок днища.

Продольные реданы повышают остойчивость судна, демпфируют бортовую и продольную качки. На ходу при резком крене на реданах накрененного борта возникает дополнительная подъёмная сила, которая препятствует дальнейшему увеличению крена. Продольные реданы существенно повышают устойчивость судна на курсе и в то же время сокращают радиус циркуляции. Это происходит благодаря работе боковых граней реданов, которые при боковом смещении - дрейфе от ветра, волны или на повороте действуют подобно килям.

Положительные качества реданов в полной мере проявляются лишь при достаточно высоких скоростях - км/ч. На малой скорости и при разгоне сопротивление воды вследствие увеличенной смоченной поверхности днища с реданами оказывается выше, чем у катера с гладким днищем. Кроме того, их эффективность зависит от угла килеватости днища. Если он менее 10 градусов, устройство продольных реданов нецелесообразно.

На каждой половине днища обычно устанавливают по два (при ширине днища 1,4 - 1,6 м) или по три (при ширине 2 - 2,5 м) редана. Расстояние ближайших к скуле реданов от ДП судна рассчитывается в зависимости от нагрузки и скорости лодки. Реданы по всей длине корпуса целесообразны лишь в том случае, если можно обеспечить глиссирование лодки на ширине, ограничиваемой данными реданами. В противном случае реданы в кормовой части днища только повышают сопротивление воды. Обычно до транца доводят только крайние к скуле реданы, а остальные, которые эффективно работают только на границе днища и воды на полном ходу, обрывают на том или ином расстоянии от транца. На мотолодках с умеренной килеватостью днища, развивающих скорость около 40 км/ч, можно устанавливать короткие (по 0,5 - 0,8 м) реданы - брызгоотбойники в носовой части корпуса.

Естественно, правильная работа реданов возможна только при их острой наружной кромке, поэтому на деревянных лодках реданы изготовляют из твердых пород древесины или прикрепляют к их рабочим граням металлические полосы. В средней части корпуса и корме реданы располагают параллельно килю. В носовой части их лучше свести к форштевню, чтобы избежать слишком крутого подъёма вверх: в противном случае при всходе лодки на волну реданы будут оказывать тормозящее действие.

Существует и негативный эффект продольных реданов на высокоскоростных судах: при встречной волне корпус получает более жесткие удары вследствие концентрации давления на плоских поверхностях реданов.

Имя аргентинского конструктора Хуана Баадера хорошо известно в мире мелкого судостроения. С его чертежной доски сошли десятки проектов быстроходных катеров, моторных и парусных яхт, спасательных ботов и других малых судов различного назначения. По этим проектам работают верфи в Южной Америке, в США и в Европе, но большинство своих идей Баадер реализует на собственном предприятии - верфи «Астиллеро Баадер» в Буэнос-Айресе.

Известен Баадер и благодаря своим книгам. Одна из них - «Парусный спорт, техника паруса, парусные яхты – издана на пяти языках (в Аргентине, Италии, ФРГ, Англии, Голландии) и признана классическим трудом по проектированию парусных яхт. Русский перевод другой книги «Моторные яхты и быстроходные катера» подготавливается сейчас к печати в издательстве «Судостроение». В этой книге в популярной форме, доступной читателям, не имеющим специального кораблестроительного образования и серьезной математической подготовки, рассказывается об основных проблемах, которые приходится решать конструктору современного быстроходного катера.

Ниже публикуется небольшой отрывок из этой книги, в котором приводится интересная на наш взгляд подборка теоретических корпусов. Данной главе в книге предшествует подробное рассмотрение процесса волнообразования, вводятся понятия о режимах движения судов, относительной скорости и составляющих сопротивления воды движению судна. Другие главы посвящены вопросам выбора двигателя, характеристикам различных типов движителей, обеспечению остойчивости и других мореходных качеств, борьбе с шумом и т. п.

Часто даже от судостроителей- профессионалов можно слышать, что существует определенная граница скорости, разделяющая области применения круглоскулых и остроскулых обводов . Такое грубое упрощение, однако, не соответствует действительности. С одной стороны, поведение остроскулого катера на малом ходу и при волнении не всегда удовлетворительно, с другой стороны, круглоскулый катер может развить весьма высокую скорость, не требуя значительного повышения мощности.

Больше того, можно даже утверждать, что выражения «круглоскулый» и «остроскулый» ни в коем случае не достаточны для полной характеристики обводов корпуса и его скоростных возможностей. На тихой воде круглоскулый катер с относительно плоским днищем может достичь больших скоростей, чем катер с V-образными шпангоутами (обводами типа глубокое V); при ходе на волнении поведение этих катеров также будет отличаться лишь немногим. Проектируемые же для океанских гонок корпуса с глубоким V часто выполняются вообще без явно выраженного излома скулы, поэтому их с неменьшим основанием можно назвать корпусами с «глубокими скругленными шпангоутами».

Последнее десятилетие характеризуется бурным развитием малого судостроения. Повышаются мощности двигателей при уменьшении веса установки. Применяются облегченные конструкции из алюминиевых сплавов или пластмасс, а возможность изготовления из стеклопластика корпуса любой сложной формы, невыполнимой в дереве или металле, окрыляет фантазию конструкторов - и все более расширяется многообразие существующих разновидностей обводов катеров. Имеются варианты, которые уже невозможно назвать ни круглоскулыми, ни остроскулыми, причем именно эти промежуточные формы обладают лучшими качествами при ходе на волнении, обеспечивают определенные выгоды при компоновке - внутренней планировке катера и высокую остойчивость, хотя скорость на тихой воде в большинстве случаев несколько снижается.

На рис. 1 изображены теоретические корпуса с ярко выраженными круглоскулыми обводами и V-образными обводами, выполненными с особенно острым изломом скулы. Круглоскулый корпус может служить прямо-таки классическим образцом обводов для умеренной скорости, а корпус с острой скулой, появившийся в 1930 г., сохранялся до недавнего времени как пример обводов быстроходного катера для тихой воды.

Рис. 1. Две основные формы обводов:
круглоскулый корпус (слева) и остроскулый (справа)

Отличия обоих типов обводов видны особенно наглядно.

Плоские V-образные шпангоуты с такими острыми скулами всегда считались неблагоприятными для хода на волнении и очень выгодными для тихой воды. Однажды один наш заказчик написал на верфь, что он намерен заказать быстроходный катер для морских прогулок, но категорически против применения на нем V-образных шпангоутов: он имеет достаточно печальный опыт эксплуатации катеров с такими обводами и никогда больше не хочет плавать на них в море. Столь резкое высказывание может быть оправдано лишь в том случае, если речь идет о с плоским днищем, действительно, не подходящим для морских условий, поскольку известны варианты остроскулых обводов, хорошо приспособленные для плавания на волнении.

Вкратце особенности и различия катеров с округлой формой шпангоутов и с острой скулой можно грубо характеризовать так:

Круглоскулый	Остроскулый
1 - легкий ход (малое сопротивление воды движению катера);	1 - возможность достижения высоких скоростей;
2 - мореходность;	2 - повышенная начальная остойчивость;
3 - повышенная прочность корпуса;	3 - увеличенный объем внутренних помещений в носовой части судна;
4 - движение без ударов и с плавной качкой на волнении;	4 - несколько уменьшенная осадка;
5 - уменьшенная начальная остойчивость;	5 - возможность изготовления корпусов из листов металла или фанеры;
6 - возможность использования любого материала для постройки корпуса.	6 - необходимость усиления прочности корпуса на скуле.

Несколько лет назад нам была предоставлена возможность спроектировать и построить четыре туристских катера длиной 12 м и шириной 3 м, причем форма обводов заказчиками не оговаривалась. Два катера были построены круглоскулыми, а два других получили тщательно спроектированную V-образную форму шпангоутов с умеренной килеватостью днища. Поскольку было необходимо применить двигатели умеренной мощности, оба варианта получили одинаковый продольный изгиб килевой линии и одинаковую глубину погружения транцев. На каждой паре катеров (круглоскулый и остроскулый) был установлен одинаковый двигатель: дизель мощностью 65 л. с. или бензиновый мощностью 110 л. с.

Таким образом, конструкторы получили прямо-таки идеальный случай для наблюдения за разницей в поведении двух пар катеров, имеющих разные обводы или разные двигатели.

Прежде всего, нас интересовало сравнение скоростей. При одинаковых двигателях скорость круглоскулого и остроскулого катеров оказалась поразительно одинаковой (нам даже пришлось повторить испытания на мерной миле, чтобы быть уверенными в результатах!): с дизелями - немногим выше 20 км/час, с более мощными бензиновыми двигателями - точно 23,9 км/час. Оставалось «надеяться», по крайней мере, на разницу в поведении на волне, однако в результате применения хорошо отработанной V-образной формы шпангоутов с умеренно килеватым днищем, и она оказалась практически незаметной.

Остроскулый катер, действительно, показал несколько повышенную начальную остойчивость и несколько большее брызгообразование, однако и то и другое проявлялось в столь незначительной степени, что не стоит включать эти свойства в перечень преимуществ и недостатков.

На практике подтверждено положение, установленное буксировочными испытаниями моделей катеров в бассейнах, что разница в ходовых качествах между сравниваемыми типами обводов при всех значениях относительной скорости R = v: √L ниже 11,5 является ничтожно малой (здесь v - скорость катера, км/час; L - длина по ватерлинии, м). Преимущества V-образных обводов сказываются лишь при более высоких скоростях, когда подобная форма корпуса способствует росту динамических подъемных сил, действующих на днище. При частичном глиссировании динамически поддерживаемая часть веса у остроскулого катера уже становится больше, чем у круглоскулого. Это преимущество становится ощутимым при значениях R = 12 и проявляется тем больше, чем выше поднимается скорость.

Подчеркнем: если классические остроскулые обводы со сравнительно плоским днищем использовать на катерах, которые должны развивать высокую скорость на волнении, это преимущество неизбежно превращается в серьезный недостаток. Применение очертаний шпангоутов с большой заостренностью возле киля и почти горизонтальными участками днища у скулы (похожих на перевернутый лемех плуга) также приводит к появлению сильных ударов при ходе на волне. Даже при умеренном волнении приходится значительно снижать скорость для предотвращения повреждения корпуса (в носовой части таких катеров часто обнаруживались сломанные шпангоуты) и физической перегрузки экипажа.

Поиски новых форм V-образных обводов, которые гарантировали бы хорошее поведение судна на волнении, увенчались успехом, когда в 1958 г. появились разработанные американцем Р. Хантом обводы типа «глубокое V». (Справедливости ради следует заметить, что первый глиссирующий катер с обводами глубокое V с килеватостью днища в 28° был испытан еще в 1912 г. - Прим. редакции.)

С этого момента началось прямо-таки скачкообразное развитие, которое в значительной степени стимулировалось проведением соревнований моторных катеров в открытом море. Это, прежде всего такие известные океанские гонки, как Майами - Нассау в США и Каус - Торки - Каус в Англии.

Применяемые при этом правила классификации давали (и дают) конструкторам большую свободу. В погоне за скоростью часто устанавливали двигатели, значительно более мощные, чем мог выдержать корпус даже при умеренном волнении. Катера, попадая на волну, совершали гигантские прыжки, ломались корпуса, выходили из строя силовые установки. Считалось удачей, если достигала финиша треть общего числа стартовавших катеров! Побеждали не потенциально наиболее быстроходные катера, а те, которые могли выдержать жестокий переход.

Чаще всего волнение во время гонок нельзя было назвать большим: для обычного морского перехода оно считалось бы легким, на любой мало-мальски мореходной моторной яхте плавание в те же часы и том же районе доставляло одно удовольствие. Комбинация же высокой скорости и волн, действующих как трамплин, динамически выстреливала гоночный катер в воздух, после чего он с силой ударялся о «жесткую» воду.

Чем более плоская форма у днища, тем сильнее удар! Поэтому-то «глубокая» V-образная форма шпангоутов была с восторгом принята в первую очередь всеми гонщиками. Хотя на тихой воде эти катера были менее быстроходными, удары на волнении стали терпимыми, повысились шансы выдержать переход, можно было поддерживать более высокую скорость.

Чтобы уверенно отличать глубокое V от нормальных, классических остроскулых обводов, необходимо выбрать какую-то исходную величину. Если бы днищевые ветви шпангоутов всегда были прямолинейными, достаточно было бы измерять и сравнивать угол килеватости. Однако на самом деле встречаются, например, различные формы шпангоутов с закруглениями скул, поэтому рекомендуется следующее определение.

При измерении угла килеватости днища надо принимать ту касательную к обводу шпангоута, которая проходит через точку наибольшего ускорения масс воды. Это то место днища, которое при ударах испытывает наибольшее гидродинамическое давление (конечно, положение этой точки можно определить лишь приближенно).

Несколько примеров поперечных сечений корпусов с обводами типа глубокое V представлены на рис. 2, причем указаны также и величины соответствующего угла килеватости днища.

А - предложенный Р. Хантом; Б - тот же корпус, но со скругленной килевой частью днища; В - предложенный Р. Леви («дельта»-форма); Г - с уменьшенной килеватостью, погруженными горизонтальными участками (полками) по скулам и скругленной килевой частью днища.

Обычно днище таких катеров в районе от миделя и до транца выполняется с неизменной килеватостью. С этой оговоркой можно установить следующее подразделение:

Угол килеватости днища:
менее 10° - плоскодонный корпус;
от 10 до 14° - корпус умеренной килеватости;
от 15 до 19° - корпус, переходный к глубокому V;
от 20° до 26° - глубокое V.

На большинстве катеров, предназначенных для участия в океанских гонках, угол килеватости составляет от 20° до 26°. А вот при проектировании обычных прогулочно-спортивных катеров от такого глубокого V отказываются из-за многих минусов, проявляющихся при практическом использовании судна (в частности, низкой начальной остойчивости). Несмотря на это нередко применяют термин глубокое V и к этой группе катеров, хотя килеватость днища на них не превышает 17°.

На стоянке у катера с глубокой V-образной формой шпангоутов кромки скул у транца находятся над водой, из-за чего и возникают трудности с обеспечением начальной остойчивости. Остойчивость нормализуется, как только катер начинает движение. Можно еще отметить, что при средней скорости такие катера образуют больше брызг, чем обычные, обладают большим сопротивлением движению, что требует повышения мощности двигателей. Этот недостаток компенсируется лишь мягкостью - «безударностью» хода на волнении, так что применять глубокое V для плавания на тихой воде совершенно невыгодно (особенно без продольных реданов).

Познакомимся теперь с характерными примерами обоих основных типов катеров - круглоскулых и с острой скулой, и их типичными комбинациями. Лучше всего это сделать, рассматривая поперечные сечения корпуса по теоретическим шпангоутам (т. е. проекции «корпус» теоретического чертежа).

Комбинацией двух сравниваемых типов обводов является, в частности, стальной катер, все три проекции теоретического чертежа которого показаны на рис. 3.

Сочетание круглоскулых шпангоутов с сильным развалом в носу и остроскулых обводов с подъемом килевой линии к транцу и плоским днищем в корме.

Круглоскулая форма носовой части переходит в плоское днище с острой скулой в корме. Такая форма особенно хороша для относительных скоростей, которые лишь ненамного превышают рекомендуемые для круглоскулых катеров, т. е. при R = 12 - 16; она обладает важным положительным свойством противодействовать сильному изменению дифферента.

В исключительных случаях встречается также и «противоположный вариант», когда передняя половина корпуса делается остроскулой с постепенным переходом в закругленную форму к корме; правда, вряд ли может быть сформулирована обоснованная мотивировка такого решения.

Перейдем теперь к рассмотрению поперечных сечений ряда корпусов. Отметим: поперечные сечения приводятся здесь не потому, что им придается слишком большое значение. Вообще выбор поперечной профилировки при проектировании хорошего судна стоит, на наш взгляд, лишь на втором месте. Самым важным этапом является выбор наиболее подходящих размерений и пропорций - соотношений длины и ширины, веса, положения центра тяжести, формы ватерлиний подводной части, подбор оптимального двигателя и движителя. Исследование и выбор наиболее подходящих пропорций имеет первостепенное значение и осуществляется еще до выбора формы шпангоутов.

Четыре типа круглоскулых обводов
с острой кормой (рис. 4., а - г)

	- Исключительно удачные обводы катера с кормой типа каноэ. Лишь по носовой части видно, что чертеж разработан 50 лет назад! Обводы подводной части как таковые являются образцом и для сегодняшних конструкций, обеспечивая сочетание легкости на ходу и хорошей остойчивости.
	- Уже по большому развалу шпангоутов в носовой части видно, что это один из современных проектов, хотя обводы и очень похожи на катер «а». Кормовая часть судна имеет более острые, более килеватые образования, чем у «а»; мидель-шпангоут образован с некоторым упором на остойчивость формы. Корпус рассчитан на относительную скорость не выше R = 4,5.
	- Носовая часть поразительно похожа на корпус «б», однако корма имеет совершенно другие обводы. Катер имеет острую корму, здесь ясно видны кромка опущенной в воду скулы и плоская часть днища, вследствие чего судно может быть использовано при более высоких скоростях, чем оба предыдущих. Благодаря появлению гидродинамической опорной поверхности в корме катер может, несмотря на острую корму, значительно превысить критическое значение R = 4,5.
	- Это корпус двухвинтового мореходного спасательного катера с острой кормой. Здесь сильный развал шпангоутов в носовой части неприменим. В корме видны тоннели, позволяющие полностью защитить винты.

Развитие обводов круглоскулых катеров
с транцевой кормой (рис. 5., а - г).

	- Теоретический корпус моторной яхты 1910 г. постройки. Форму подводной части можно считать очень удачной. Небольшой транец, который не касается ватерлинии, показывает, что при очень небольшой мощности двигателя достигалась относительно хорошая скорость. Развал в носовой части судна в то время был еще неизвестен.
	- Этот чертеж, также заимствованный из архива 1920 г., является классическим (надо учесть, что имевшаяся в распоряжении судостроителей мощность двигателя была не намного больше, чем в 1910 г.). Уже введен развал шпангоутов к палубе в носовой части. По погруженному в воду транцу видно, что кормовая часть днища была гораздо меньше приподнята, чем на «а».
	- Поскольку в общем к 1930 г. мощности и скорости стали выше, транцы начали выполнять более широкими и плоскими. Большое количество туристских катеров строилось с полубаком; надводный борт стал выше. Погружение транца сохранилось еще незначительным.
	- Эта форма корпуса, появившаяся в 1950 г., без особых изменений применяется и в настоящее время на туристских катерах со средней скоростью хода. Бросается в глаза значительный развал шпангоутов в носовой части (сравните полушироты по палубе с «а»). В кормовой части днище плоское и без большого подъема киля - расстояния между линиями шпангоутов заметно меньше. Широкий транец и большая остойчивость формы являются важными отличительными чертами этого проекта.

Современные формы круглоскулых катеров
с транцевой кормой (рис. 5., д - з)

	- Элегантные обводы быстроходного моторного катера с исключительно острой носовой частью. Корпус напоминает прежнюю форму двойного клина или четырехгранника, которая начиналась почти вертикальными шпангоутами в носовой части судна и заканчивалась очень широким и плоским транцем. Такие обводы конструкторы охотно применяют и в наши дни, в том числе на быстроходных моторных катерах для спортивной рыбной ловли в море.
	- Современная форма корпуса быстроходного морского туристского катера. Шпангоуты в носовой части судна сильно развалены, что позволяет судить о наличии наклонного форштевня. Кормовая часть днища от мидель-шпангоута выполнена практически без подъема, в отличие от «д», и заканчивается глубоко погруженным широким транцем, надводная часть которого расширяется кверху. Этот тип корпуса характеризует очень большая остойчивость формы.
	- Легкий быстроходный моторный катер с очень острой носовой оконечностью, похожий на «д». Днище становится все более плоским к корме и заканчивается широким транцем, около которого образуется острая кромка скулы. Катер на большей части своей длины имеет элегантную круглоскулую форму, но заканчивается в корме шпангоутом со сломом на скуле.
	- Необычная, но исключительно подходящая для быстрого хода на волне форма. Отчетливо прослеживается влияние опыта, полученного на океанских гонках катеров. Носовая часть судна поднимается из воды ложкообразно, все шпангоуты имеют здесь чисто выпуклые обводы без значительного развала. Днище от мидель-шпангоута до кормы вообще не имеет подъема и заканчивается широким глубоко погруженным транцем. И здесь придано большое значение увеличению остойчивости формы.

Развитие остроскулых обводов (рис. 6., а - г)

	- Остроскулые корпуса появились приблизительно в 1910 г., а уже в 1920 г. появилось несколько их видоизменений. Показан корпус малого быстроходного спортивного катера, предназначенного для тихих озер. Днище выполнено исключительно плоским и заканчивается глубоко погруженным широким транцем. Достаточно даже легкого волнения, чтобы плавание на таком плоскодонном катере превратилось в неприятное приключение.
	- Такую странную форму шпангоутов называли «волноуловителем». Должно быть, имелось в виду, что носовая волна подхватывается изогнутой вниз скулой носовой части и благодаря этому «поднимает» катер. Транец широкий и совершенно плоский, почти не погружен, хотя и опущен ниже ватерлинии.
	- Эта V-образная форма шпангоутов, появившаяся незадолго до 1930 г., может считаться классической, так как удержалась в почти неизменном виде до настоящего времени. Можно лишь удивляться тому предпочтению, которое отдается ей так долго. Обводы, пригодные для плавания на тихой воде; на волнении корпуса получают неприятные резкие удары. Такая вогнутая форма шпангоутов днища в настоящее время уже не применяется даже для плавания на тихой воде.
	- Выпуклые днищевые ветви шпангоутов на корпусе быстроходного катера впервые можно было видеть в 1950 г. Такая слишком полная форма шпангоутов на днище оказалась пригодной даже на волнении, так как при этом значительно смягчаются удары. Выпуклое закругление днищевых шпангоутов простирается до кормы и придает катеру отличные ходовые качества. Такая форма шпангоутов и в настоящее время еще считается удовлетворительной.

Современные виды остроскулых обводов (рис. 6., д - з)

	- Изображенные здесь упрощенные обводы шпангоутов были разработаны в опытовом бассейне американского морского ведомства. Подобные корпуса пригодны для обшивки фанерой. Несмотря на сравнительно узкий глубокий транец, на испытаниях в бассейне модель показала наименьшее сопротивление и превзошла многочисленные другие варианты. Обращают на себя внимание выпуклые закругленные днищевые ветви шпангоутов в носовой части судна. Кормовая часть днища имеет угол килеватости 12,5°.
	- У этого часто используемого варианта закругление днищевых ветвей шпангоутов еще более усилено. Угол килеватости приближается к 20°, благодаря чему эта форма очень близко подходит к глубокому V. Кромка скулы для уменьшения брызгообразования выполнена в виде уступа по всей длине катера. Такая форма шпангоутов отлично подходит для плавания на волнении.
	- Корпус типа глубокое V - такой, каким он был разработан Раймондом Хантом. Значительная килеватость, составляющая 25°, несколько уменьшена - «смягчена» - закруглением у киля. Как уже отмечалось, катера с обводами такого типа на стоянке имеют небольшую начальную остойчивость; их валкость ощущается экипажем и пассажирами как недостаток, который, правда, на ходу «сам по себе» устраняется. Обводы целесообразны для мореходных катеров.
	- Уже упомянутая форма двойного клина или четырехгранника может выполняться также и с V-образными шпангоутами. Характерен прогрессирующий изгиб поверхности днища: шпангоуты в носовой части почти вертикальны, а у кормы становятся горизонтальными днищевые ветви. Катер отличается мягким ходом на волнении. Эта форма появилась еще в начальный период развития быстроходных моторных катеров; ее можно считать не подвластной времени.

Хуан Баадер, аргентинский конструктор.

В 1927-1929 годах английский фантаст Артур Конан Дойл написал роман «Маракотова бездна». В нем автор серии рассказов о легендарном сыщике Шерлоке Холмсе неожиданно для читателей обратился к теме глубоководных исследований. Точнее, описал вероятность существования на нашей планете подводной цивилизации параллельно с земной.

Артур Конан Дойл счел ее наследницей легендарной затонувшей Атлантиды. Как бы там ни было, но английский писатель первым точно сформулировал вероятную природу необъяснимых человеком, но наблюдаемых им сигналов из океанских глубин.

К 1930 году, когда его роман был опубликован отдельной книгой, земной мир уже имел опыт строительства подводных лодок. И опыт соприкосновения с неопознанными подводными объектами (НПО), проще говоря, подводными судами неизвестного происхождения.

Так, в 1951 году советские противолодочные корабли Тихоокеанского флота загнали в бухту НПО и забросали его глубинными бомбами. Тихоокеанский «наутилус» всплыл на поверхность... И ушел от преследователей на ошеломляющей скорости.

И это не единственный пример «боевого столкновения» НПО с подлодками и боевыми кораблями наземных флотов. Океан занимает большую часть планеты, чем суша, да и не вся земная поверхность пригодна для постоянного проживания человека. Если сравнить нашу планету с многокомнатной квартирой, то человечеству «выписан ордер», всего лишь, на самую маленькую комнатенку.

Но ведет оно себя как «ответственный квартиросъемщик планеты». И самоуверенное утверждение, что земляне поверхности - единственные и главные жители «квартиры Земля» - необоснованно.

Фактов контакта земных флотов с подводными кораблями неизвестного происхождения так много, что невозможно все их отнести к выдумкам моряков. Интересно, что такие соприкосновения участились после того, как земляне суши начали строить атомные подводные лодки. Теоретически рассуждая, сущность НПО может иметь всего лишь несколько причин.

Земная. Если нацисты гитлеровской Германии уже летом 1943 года подняли в стратосферу несколько разведывательных летающих дисков («тарелок») и к 1945 году построили их в нескольких экземплярах, то почему бы не признать, что их успехи проявились и в строительстве сверхмощных субмарин и даже экспериментальных подводных колоний наследников Третьего рейха?

Изначальная . Разумная цивилизация изначально сформировалась в глубине Мирового океана планеты, а земляне -это ее потомки, вышедшие (или изгнанные?} на земную поверхность. Но позабывшие об этом.

Параллельная. Глубоководная цивилизация планеты развивалась параллельно с земной. Но достигла большего совершенства. Возможно, что эта часть цивилизации, которая ушла на глубину после «Вселенского потопа», но сохранила больший запас древних знаний. А землянам на суше все пришлось начинать с нуля.

Инопланетная. Космические цивилизации разместили свои наблюдательные базы и корабли в глубине океана - там больше простора и почти нет человеческих глаз.

Петербургский океанолог Роман Смагин не является приверженцем ни одной из приведенных здесь гипотез, но именно он обратил внимание на резкое прекращение работ по освоению глубин в ряде стран после 1973 года.

Дома в пучине океана

С начала 1960-х годов человечество одинаково манили как открытый космос, так и глубины океана. И если в начале космической гонки участвовали только две сверхдержавы: СССР и США, то в глубину рвались акванавты не только советские или американские, но и французские, английские, болгарские, чехословацкие и даже кубинские. И главной задачей ставили не рекорды погружения в глубину.

Так, например, французский испытатель Жак Пикар в 1960 году на батискафе опустился в Марианскую впадину - самое глубокое место на планете. А отработка возможностей постоянного обитания человека в глубинах океана? Цель была более достижимая, чем полеты в сверхдальний космос: создание подводных деревень, городов и даже государств.

В акванавтике лидирующее место заняла Франция. В океанских глубинах у нее был свой первопроходец - Жак-Ив Кусто. Начиная с 1962 года под его руководством провели серию экспериментов «Преконтинент», задачей которых было доказательство возможности длительного проживания человека на глубине.

Группа из пяти человек месяц жила на глубине десяти метров в подводном доме «Морская звезда». В 1965-м команда акванавтов прожила на глубине уже 100 метров в течение 22 дней.

1963 год. Жак-Ив Кусто с командой в подводном доме Морская звезда

В Англии в 1965 году был испытан подводный дом «Глокэс», в 1966-м у берегов Кубы чехословацкие специалисты испытали подводный дом «Пермон -3», а в 1967-м болгары построили и испытали подводную научно-исследовательскую лабораторию «Хеброс».

Не отставали и американцы: в 1969 году они изготовили глубоководную лабораторию Tektite, а подводный дом-лаборатория «Иджер» в 1971 году работал на глубине 177 метров.

Проект лаборатории Tektite

Океанолог Роман Смагин вспоминает об отечественном опыте:

В Советском Союзе в начале 1960-х акванавты не отставали в своих рекордах от космонавтов: аппарат «Оса-3» представлял собой батискаф с глубиной погружения до 600 метров и с постоянным экипажем из трех человек. Институт океанологии АН СССР в 1968 году опустил в Черное море подводную платформу «Черномор» весом 55 тонн, в которой жили и работали на протяжении месяца посменно 28 акванавтов.

В 1971 году на этой станции работали уже пять экипажей - 60 специалистов. В их распоряжении имелась подводная самоходная лаборатория «Бентос-300», действующая на глубине 300 метров.

Табу!

Получается, многие страны всерьез стремились исследовать глубины, чтобы расселять там в будущем своих граждан. На волне этих экспериментов Кусто провозгласил необходимость создания на планете «Организации Объединенных Океанов Земли», по примеру ООН на суше.

И вдруг, как по некому приказу, с середины 1970-х годов все государства планеты прекратили финансирование своих исследований по устройству поселений землян суши для проживания на глубине.

О подводных колониях землян никто нигде более не вспоминал. Словно их и не было. Опытные подводные дома и лаборатории либо разобрали, либо даже бросили на дне. Общее решение всех правительств планеты было оформлено Конвенцией ООН 10 декабря 1982 года. В ней шла речь о том, что постоянно проживать на глубине человечеству запрещалось. Табу!

Кто его наложил? Ну, например, экипаж неизвестной подводной платформы, с которой земная экспедиция едва не столкнулась на глубине 500 метров в Марианской впадине Тихого океана. Или хозяева неизвестных аппаратов, едва не утопивших американский батискаф в 1995 году в той же Марианской впадине.

Самонадеянному человечеству обозначили его «жилплощадь» на планете. И значит, Артур Конан Дойл в своем романе описал более реальные события, чем мы думаем.

Александр СМИРНОВ, действительный член Русского географического общества

Днищу глиссирующих катеров для снижения ударных перегрузок (в первую очередь) придают ту или иную килеватость. Влияние угла килеватости днища на величину перегрузок можно оценить приближенно с помощью рис. 1. На рисунке представлены результаты испытании схематизированных моделей глиссирующих катеров при их движении против волны, которая имеет длину, равную двум длинам катера.

Рис. 1. Перегрузки, испытываемые глиссирующим катером при ходе против волны в зависимости от угла килеватости днища β и относительной скорости Fr D). Отно- шение L/B = 5.

В зависимости от величины угла килеватости днища и изменения его по длине судна остроскулые глиссирующие корпуса разделяют на три основных типа:
1) корпуса с днищем «закрученного» типа, имеющие очень острые носовые ветви ватерлиний и узкие килеватые шпангоуты в носу, а в корме почти плоское днище с минимальной килеватостью у транца (рис. 2, а);
2) моногедроны - корпуса с постоянным углом килеватости днища от миделя до транца, равным 10-17° (рис. 2, б);
3) корпуса с обводами «глубокое V» - моногедрон с углом килеватости днища более 20° (от миделя до транца) и продольными реданами.

Рис. 2. Обводы катеров: а - «закрученное» днище (типа «Казанка-2»); б - моногедрон с сужением днища к корме; в - «глубокое V» («Донци-16»).

В пределах этой классификации могут быть комбинированные типы корпусов (например, «глубокое V» с центральной плоской лыжей), а также такие варианты, как «крыло чайки» или «кафедрал».
Рассмотрим в общих чертах свойства перечисленных трех типов корпусов.
Корпуса с «закрученным» днищем отличаются мягким ходом на взволнованном море, однако, зарыскивают. Причина этого - дисбаланс в гидродинамических силах поддержания, действующих на заостренную носовую часть и плоский широкий участок днища в корме. При небольшом зарыскивании катера с курса на участки днища у форштевня начинает действовать сила, близкая по направлению к горизонтальной и способствующая дальнейшему уводу судна с курса. Подобный же эффект дает и крен - уводящая сила появляется со стороны накрененного борта.
Так как плоское днище работает под малыми углами атаки (до 4°), длина смоченной поверхности корпуса оказывается велика. При входе корпуса в волну вдоль заостренных обводов днища в носу вода поднимается в виде брызговой пелены, срываемой ветром на судно.
«Закрученное» днище технологически сложно в постройке и ограничивает полезный объем помещений в носовой части катера. Диапазон применения этого типа обводов ограничен переходным режимом движения при Fr D < 2,5. Благодаря большой длине смоченной поверхности и значительной подъемной силе, действующей на плоское днище у транца в начальный момент движения, кривая сопротивления подобных катеров имеет плавный подъем с невысоким «горбом», для прео- доления которого требуется сравнительно небольшая мощность двигателя.
Моногедрон - наиболее распространенный в настоящее время тип глиссирующего корпуса. Обводы технологичны при постройке корпусов из листовых материалов - фанеры или металла, умеренная килеватость позволяет получить достаточно высокое гидродинамическое качество при приемлемых перегрузках на волнении. Применяется на больших мотолодках и крейсерских катерах при относительной скорости до Fr D = 4 и удельной нагрузке до 30 кг/л. с. Иногда на днище делаются брызгоотбойники или короткие продольные реданы. Отличаются от катеров с «глубоким V» более высокой статической остойчивостью, поэтому предпочитаются и для морских катеров в тех случаях, когда это качество играет важную роль (например, на рыболовных или комфортабельных крейсерских катерах).
Корпуса с обводами «глубокое V» и углом килеватости днища более 20° обеспечивают наиболее комфортабельный ход с минимальной потерей скорости на волнении. Кроме того, этот тип обводов позволяет использовать всю мощность двигателей, устанавливаемых на легких мотолодках и катерах, без потери устойчивости движенш или опасности разрушения корпуса. При увеличении скорости корпуса с большой килеватостью днища ширина смоченной его поверхности постепенно уменьшается в результате подъема корпуса из воды. Оптимальный угол атаки килеватого днища в 1,5-2 раза больше, чем у плоского. Благодаря этому на скоростях свыше Fr D = 5 смоченная поверхность оказывается намного меньше, чем у такого же катера с плоским днищем. Несмотря на существенное снижение гидродинамического качества, при увеличении килеватости днища до 20-23° на корпусе «глубокое V» удается получить более высокою скорость, чем на корпусах с плоским или «закрученным» днищем. Благодаря почти одинаковому поперечному профилю днища в носу и корме катера с обводами «глубокое V» отличаются устойчивостью на курсе при ходе на волне, малым дрейфом на циркуляции и плавностью качки.
К недостаткам килеватого корпуса следует отнести большое сопротивление в начальный момент движения и значительное время, необходимое на разгон до выхода на режим чистого глиссирования. Для улучшения стартовых характеристик и снижения «горба» сопротивления могут быть использованы транцевые плиты и продольные реданы на днище.
Корпус, снабженный продольными реданами, автоматически регулирует ширину днища в зависимости от скорости. На малых скоростях катер идет на полной ширине днища с уменьшенной удельной нагрузкой, оптимальной для данного режима. По мере разгона гидродинамическая подъемная сила растет, при этом крайние участки днища, прилегающие к скулам, выходят из воды, благодаря чему сохраняется оптимальная удельная нагрузка. За счет уменьшения смоченной поверхности «горб» кривой сопротивления становится ниже и быстрее преодолевается упором винта.
Другой недостаток корпусов «глубокое V», обусловленный значительной килеватостью днища, - пониженная начальная остойчивость катера как на стоянке, так и на ходу. Для повышения остойчивости на стоянке под пайолами некоторых катеров оборудуются балластные цистерны, открытые с кормы и имеющие отверстия или трубы, сообщающиеся с атмосферой. При разгоне вода из цистерны свободно выливается через отверстие в транце, а трубы вентиляции ускоряют этот процесс.
Остойчивость глиссирующего катера на ходу определяется шириной смоченной поверхности днища. Чем уже глиссирующая поверхность, тем меньше остойчивость катера, тем больше размахи бортовой качки при ходе на волнении и углы крена от случайной несимметрии нагрузки или действия динамических сил при циркуляции. На килеватом корпусе, например, ощущается даже влияние вращающегося гребного винта - судно кренится в сторону, противоположную направлению вращения винта.
Если поперечную остойчивость необходимо повысить, приходится увеличивать смоченную поверхность днища в корме. Для этого ближайшая к килю пара (или две) продольных реданов обрывается на некотором расстоянии от транца, в результате чего в контакт с водой входят дополнительные площади днища (рис. 3).

Hyper-V – это одна из технологий виртуализации серверов, позволяющая запускать на одном физическом сервере множество виртуальных ОС. Эти ОС именуются «гостевыми», а ОС, установленная на физическом сервере – «хостовой». Каждая гостевая операционная система запускается в своем изолированном окружении, и «думает», что работает на отдельном компьютере. О существовании других гостевых ОС и хостовой ОС они «не знают».
Эти изолированные окружения именуются «виртуальными машинами» (или сокращенно - ВМ). Виртуальные машины реализуются программно, и предоставляют гостевой ОС и приложениям доступ к аппаратным ресурсам сервера посредством гипервизора и виртуальных устройств. Как уже было сказано, гостевая ОС ведет себя так, как будто полностью контролирует физический сервер, и не имеет представления о существовании других виртуальных машин. Так же эти виртуальные окружения могут именоваться «партициями» (не путать с разделами на жестких дисках).
Впервые появившись в составе Windows Server 2008, ныне Hyper-V существует в виде самостоятельного продукта Hyper-V Server (де-факто являющегося сильно урезанной Windows Server 2008), и в новой версии – R2 – вышедшего на рынок систем виртуализации Enterprise-класса. Версия R2 поддерживает некоторые новые функции, и речь в статье пойдет именно об этой версии.

Гипервизор

Термин «гипервизор» уходит корнями в 1972 год, когда компания IBM реализовала виртуализацию в своих мэйнфреймах System/370. Это стало прорывом в ИТ, поскольку позволило обойти архитектурные ограничения и высокую цену использования мэйнфреймов.
Гипервизор – это платформа виртуализации, позволяющая запускать на одном физическом компьютере несколько операционных систем. Именно гипервизор предоставляет изолированное окружение для каждой виртуальной машины, и именно он предоставляет гостевым ОС доступ к аппаратному обеспечению компьютера.
Гипервизоры можно разделить на два типа по способу запуска (на «голом железе» или внутри ОС) и на два типа по архитектуре (монолитная и микроядерная).

Гипервизор 1 рода

Гипервизор 1 типа запускается непосредственно на физическом «железе» и управляет им самостоятельно. Гостевые ОС, запущенные внутри виртуальных машин, располагаются уровнем выше, как показано на рис.1.

Рис.1 Гипервизор 1 рода запускается на «голом железе».

Работа гипервизоров 1 рода непосредственно с оборудованием позволяет достичь большей производительности, надежности и безопасности.
Гипервизоры 1 рода используются во многих решениях Enterprise-класса:

• Microsoft Hyper-V
• VMware ESX Server
• Citrix XenServer

Гипервизор 2 рода

В отличие от 1 рода, гипервизор 2 рода запускается внутри хостовой ОС (см. рис.2).

Рис.2 Гипервизор 2 рода запускается внутри гостевых ОС

Виртуальные машины при этом запускаются в пользовательском пространстве хостовой ОС, что не самым лучшим образом сказывается на производительности.
Примерами гипервизоров 2 рода служат MS Virtual Server и VMware Server, а так же продукты десктопной виртуализации – MS VirtualPC и VMware Workstation.

Монолитный гипервизор

Гипервизоры монолитной архитектуры включают драйверы аппаратных устройств в свой код (см. рис. 3).

Рис. 3. Монолитная архитектура

Монолитная архитектура имеет свои достоинства и недостатки. Среди достоинств можно отметить:

• Более высокую (теоретически) производительность из-за нахождения драйверов в пространстве гипервизора
• Более высокую надежность, так как сбои в работе управляющей ОС (в терминах VMware – «Service Console») не приведет к сбою всех запущенных виртуальных машин.

Недостатки же у монолитной архитектуры следующие:

• Поддерживается только то оборудование, драйверы на которое имеются в гипервизоре. Из-за этого вендор гипервизора должен тесно сотрудничать с вендорами оборудования, чтобы драйвера для работы всего нового оборудования с гипервизором вовремя писались и добавлялись в код гипервизора. По той же причине при переходе на новую аппаратную платформу может понадобиться переход на другую версию гипервизора, и наоборот – при переходе на новую версию гипервизора может понадобиться смена аппаратной платформы, поскольку старое оборудование уже не поддерживается.
• Потенциально более низкая безопасность – из-за включения в гипервизор стороннего кода в виде драйверов устройств. Поскольку код драйверов выполняется в пространстве гипервизора, существует теоретическая возможность воспользоваться уязвимостью в коде и получить контроль как над хостовой ОС, так и над всеми гостевыми.

Самым распространенным примером монолитной архитектуры является VMware ESX.

Микроядерная архитектура

При микроядерной архитектуре драйверы устройств работают внутри хостовой ОС.
Хостовая ОС в этом случае запускается в таком же виртуальном окружении, как и все ВМ, и именуется «родительской партицией». Все остальные окружения, соответственно – «дочерние». Единственная разница между родительской и дочерними партициями состоит в том, что только родительская партиция имеет непосредственный доступ к оборудованию сервера. Выделением памяти же и планировкой процессорного времени занимается сам гипервизор.

Рис. 4. Микроядерная архитектура

Достоинства у такой архитектуры следующие:

• Не требуются драйвера, «заточенные» под гипервизор. Гипервизор микроядерной архитектуры совместим с любым оборудованием, имеющим драйверы для ОС родительской партиции.
• Поскольку драйверы выполняются внутри родительской партиции – у гипервизора остается больше времени на более важные задачи – управление памятью и работу планировщика.
• Более высокая безопасность. Гипервизор не содержит постороннего кода, соответственно и возможностей для атаки на него становится меньше.

Самым ярким примером микроядерной архитектуры является, собственно, сам Hyper-V.

Архитектура Hyper-V

На рис.5 показаны основные элементы архитектуры Hyper-V.

Рис.5 Архитектура Hyper-V

Как видно из рисунка, гипервизор работает на следующем уровне после железа – что характерно для гипервизоров 1 рода. Уровнем выше гипервизора работают родительская и дочерние партиции. Партиции в данном случае – это области изоляции, внутри которых работают операционные системы. Не нужно путать их, к примеру, с разделами на жестком диске. В родительской партиции запускается хостовая ОС (Windows Server 2008 R2) и стек виртуализации. Так же именно из родительской партиции происходит управление внешними устройствами, а так же дочерними партициями. Дочерние же партиции, как легко догадаться – создаются из родительской партиции и предназначены для запуска гостевых ОС. Все партиции связаны с гипервизором через интерфейс гипервызовов, предоставляющий операционным системам специальный API. Если кого-то из разработчиков интересуют подробности API гипервызовов - информация имеется в MSDN .

Родительская партиция

Родительская партиция создается сразу же при установке системной роли Hyper-V. Компоненты родительской партиции показаны на рис. 6.
Назначение родительской партиции следующее:

• Создание, удаление и управление дочерними партициями, в том числе и удаленное, посредством WMI-провайдера.
• Управление доступом к аппаратным устройствам, за исключением выделения процессорного времени и памяти – этим занимается гипервизор.
• Управление питанием и обработка аппаратных ошибок, если таковые возникают.

Рис.6 Компоненты родительской партиции Hyper-V

Стек виртуализации

Следующие компоненты, работающие в родительской партиции, в совокупности называют стеком виртуализации:

• Служба управления виртуальными машинами (VMMS)
• Рабочие процессы виртуальных машин (VMWP)
• Виртуальные устройства
• Библиотека интерфейсов гипервизора

Помимо этого, в родительской партиции работают еще два компонента. Это провайдеры служб виртуализации (VSP) и шина виртуальных машин (VMBus).
Служба управления виртуальными машинами
В задачи службы управления виртуальными машинами (VMMS) входит:

• Управление состоянием виртуальных машин (включено/выключено)
• Добавление/удаление виртуальных устройств
• Управление моментальными снимками

При запуске виртуальной машины VMMS создает новый рабочий процесс виртуальной машины. Подробнее о рабочих процессах будет рассказано далее.
Так же именно VMMS определяет, какие операции разрешено выполнять с виртуальной машиной в настоящий момент: к примеру, если происходит удаление снапшота, то применить снапшот в течение операции удаления она не даст. Подробнее о работе с моментальными снимками (снапшотами) виртуальных машин можно почитать в соответствующей моей статье .
Если говорить более детально – то VMMS управляет следующими состояниями виртуальных машин:

• Starting
• Active
• Not Active
• Taking Snapshot
• Applying Snapshot
• Deleting Snapshot
• Merging Disk

Другие задачи управления – Pause, Save и Power Off – выполняются не службой VMMS, а непосредственно рабочим процессом соответствующей виртуальной машины.
Служба VMMS работает как на уровне пользователя, так и на уровне ядра как системная служба (VMMS.exe) и зависит от служб Remote Procedure Call (RPC) и Windows Management Instrumentation (WMI). Служба VMMS включает в себя множество компонент, среди которых имеется и WMI-провайдер, предоставляющий интерфейс для управления виртуальными машинами. Благодаря этому можно управлять виртуальными машинами из командной строки и с помощью скриптов VBScript и PowerShell. System Center Virtual Machine Manager так же использует этот интерфейс для управления виртуальными машинами.

Рабочий процесс виртуальной машины (VMWP)

Для управления виртуальной машиной из родительской партиции запускается особый процесс – рабочий процесс виртуальной машины (VMWP). Процесс этот работает на уровне пользователя. Для каждой запущенной виртуальной машины служба VMMS запускает отдельный рабочий процесс. Это позволяет изолировать виртуальные машины друг от друга. Для повышения безопасности, рабочие процессы запускаются под встроенным пользовательским аккаунтом Network Service.
Процесс VMWP используется для управления соответствующей виртуальной машиной. В его задачи входит:
Создание, конфигурация и запуск виртуальной машины
Пауза и продолжение работы (Pause/Resume)
Сохранение и восстановление состояния (Save/Restore State)
Создание моментальных снимков (снапшотов)
Кроме того, именно рабочий процесс эмулирует виртуальную материнскую плату (VMB), которая используется для предоставления памяти гостевой ОС, управления прерываниями и виртуальными устройствами.

Виртуальные устройства

Виртуальные устройства (VDevs) – это программные модули, реализующие конфигурацию и управление устройствами для виртуальных машин. VMB включает в себя базовый набор виртуальных устройств, включающий в себя шину PCI и системные устройства, идентичные чипсету Intel 440BX. Есть два типа виртуальных устройств:

• Эмулируемые устройства – эмулируют определенные аппаратные устройства, такие, к примеру, как видеоадаптер VESA. Эмулируемых устройств достаточно много, к примеру: BIOS, DMA, APIC, шины ISA и PCI, контроллеры прерываний, таймеры, управление питанием, контроллеры последовательных портов, системный динамик, контроллер PS/2 клавиатуры и мыши, эмулируемый (Legacy) Ethernet-адаптер (DEC/Intel 21140), FDD, IDE-контроллер и видеоадаптер VESA/VGA. Именно поэтому для загрузки гостевой ОС может использоваться только виртуальный IDE-контроллер, а не SCSI, который является синтетическим устройством.
• Синтетические устройства – не эмулируют реально существующие в природе железки. Примерами служат синтетический видеоадаптер, устройства взаимодействия с человеком (HID), сетевой адаптер, SCSI-контроллер, синтетический контроллер прерывания и контроллер памяти. Синтетические устройства могут использоваться только при условии установки компонент интеграции в гостевой ОС. Синтетические устройства обращаются к аппаратным устройствам сервера посредством провайдеров служб виртуализации, работающих в родительской партиции. Обращение идет через виртуальную шину VMBus, что намного быстрее, чем эмуляция физических устройств.

Драйвер виртуальной инфраструктуры (VID)

Драйвер виртуальной инфраструктуры (vid.sys) работает на уровне ядра и осуществляет управление партициями, виртуальными процессорами и памятью. Так же этот драйвер является промежуточным звеном между гипервизором и компонентами стека виртуализации уровня пользователя.

Библиотека интерфейса гипервизора

Библиотека интерфейса гипервизора (WinHv.sys) – это DLL уровня ядра, которая загружается как в хостовой, так и в гостевых ОС, при условии установки компонент интеграции. Эта библиотека предоставляет интерфейс гипервызовов, использующийся для взаимодействия ОС и гипервизора.

Провайдеры служб виртуализации (VSP)

Провайдеры служб виртуализации работают в родительской партиции и предоставляют гостевым ОС доступ к аппаратным устройствам через клиент служб виртуализации (VSC). Связь между VSP и VSC осуществляется через виртуальную шину VMBus.

Шина виртуальных машин (VMBus)

Назначение VMBus состоит в предоставлении высокоскоростного доступа между родительской и дочерними партициями, в то время как остальные способы доступа значительно медленнее из-за высоких накладных расходах при эмуляции устройств.
Если гостевая ОС не поддерживает работу интеграционных компонент – приходится использовать эмуляцию устройств. Это означает, что гипервизору приходится перехватывать вызовы гостевых ОС и перенаправлять их к эмулируемым устройствам, которые, напоминаю, эмулируются рабочим процессом виртуальной машины. Поскольку рабочий процесс запускается в пространстве пользователя, использование эмулируемых устройств приводит к значительному снижению производительности по сравнению с использованием VMBus. Именно поэтому рекомендуется устанавливать компоненты интеграции сразу же после установки гостевой ОС.
Как уже было сказано, при использовании VMBus взаимодействие между хостовой и гостевой ОС происходит по клиент-серверной модели. В родительской партиции запущены провайдеры служб виртуализации (VSP), которые являются серверной частью, а в дочерних партициях – клиентская часть – VSC. VSC перенаправляет запросы гостевой ОС через VMBus к VSP в родительской партиции, а сам VSP переадресовывает запрос драйверу устройства. Этот процесс взаимодействия абсолютно прозрачен для гостевой ОС.

Дочерние партиции

Вернемся к нашему рисунку с архитектурой Hyper-V, только немного сократим его, поскольку нас интересуют лишь дочерние партиции.


Рис. 7 Дочерние партиции

Итак, в дочерних партициях могут быть установлены:

• ОС Windows, с установленными компонентами интеграции (в нашем случае – Windows 7)
• ОС не из семейства Windows, но поддерживающая компоненты интеграции (Red Hat Enterprise Linux в нашем случае)
• ОС, не поддерживающие компоненты интеграции (например, FreeBSD).

Во всех трех случаях набор компонент в дочерних партициях будет немного различаться.

ОС Windows с установленными компонентами интеграции

Операционные системы Microsoft Windows, начиная с Windows 2000 поддерживают установку компонент интеграции. После установки Hyper-V Integration Services в гостевой ОС запускаются следуюшие компоненты:

• Клиенты служб виртуализации. VSC представляют собой синтетические устройства, позволяющие осуществлять доступ к физическим устройствам посредством VMBus через VSP. VSC появляются в системе только после установки компонент интеграции, и позволяют использовать синтетические устройства. Без установки интеграционных компонент гостевая ОС может использовать только эмулируемые устройства. ОС Windows 7 и Windows Server 2008 R2 включает в себя компоненты интеграции, так что их не нужно устанавливать дополнительно.
• Улучшения. Под этим имеются в виду модификации в коде ОС чтобы обеспечить работу ОС с гипервизором и тем самым повысить эффективность ее работы в виртуальной среде. Эти модификации касаются дисковой, сетевой, графической подсистем и подсистемы ввода-вывода. Windows Server 2008 R2 и Windows 7 уже содержат в себе необходимые модификации, на другие поддерживаемые ОС для этого необходимо установить компоненты интеграции.

Так же, компоненты интеграции предоставляют следующий функционал:

• Heartbeat – помогает определить, отвечает ли дочерняя партиция на запросы из родительской.
• Обмен ключами реестра – позволяет обмениваться ключами реестра между дочерней и родительской партицией.
• Синхронизация времени между хостовой и гостевой ОС
• Завершение работы гостевой ОС
• Служба теневого копирования томов (VSS), позволяющая получать консистентные резервные копии.

ОС не из семейства Windows, но поддерживающая компоненты интеграции

Существуют так же ОС, не относящиеся к семейству Windows, но поддерживающие компоненты интеграции.На данный момент – это только SUSE Linux Enterprise Server и Red Hat Enterprise Linux. Такие ОС при установке компонент интеграции используют VSC сторонних разработчиков для взаимодействия с VSC по VMBus и доступа к оборудованию. Компоненты интеграции для Linux разработаны компанией Microsoft совместно с Citrix и доступны для загрузки в Microsoft Download Center. Поскольку компоненты интеграции для Linux были выпущены под лицензией GPL v2, ведутся работы по интеграции их в ядро Linux через Linux Driver Project , что позволит значительно расширить список поддерживаемых гостевых ОС.

Вместо заключения

На этом я, пожалуй, закончу свою вторую статью, посвященную архитектуре Hyper-V. Предыдущая статья вызвала у некоторых читателей вопросы, и надеюсь, что теперь я на них ответил.
Надеюсь, что чтение не было слишком скучным. Я достаточно часто использовал «академический язык», но это было необходимо, поскольку тематика статьи предполагает очень большой объем теории и практически нуль целых нуль десятых практики.

Выражаю огромную благодарность Mitch Tulloch и Microsoft Virtualization Team. На основе их книги Understanding Microsoft Virtualization Solutions и была подготовлена статья.

Теги: Добавить метки