Was ist Virtualisierung Überblick, Grundlagen und ... - gelsen-net
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Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

<strong>Was</strong> <strong>ist</strong> <strong>Virtualisierung</strong> ­<br />

<strong>Überblick</strong>, <strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> <strong>und</strong><br />

Vergleich unterschiedlicher Lösungen

Vortragsgliederung<br />

<strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> der <strong>Virtualisierung</strong><br />

Einstieg<br />

Die Ringe<br />

Konzepte der <strong>Virtualisierung</strong><br />

Intel VT <strong>und</strong> AMD­V<br />

Fazit<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak

Vortragsgliederung<br />

Software­Lösungen<br />

Servervirtualisierung<br />

Desktopvirtualisierung<br />

Fazit<br />

<strong>Virtualisierung</strong> im MIRo­Lab<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak

<strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> der <strong>Virtualisierung</strong><br />

­Einstieg­<br />

<strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> der <strong>Virtualisierung</strong><br />

Einstieg<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

➔ <strong>Was</strong> <strong>ist</strong> <strong>Virtualisierung</strong>?<br />

➔ Begriffsdefinitionen<br />

Die Ringe<br />

Konzepte der <strong>Virtualisierung</strong><br />

Intel VT <strong>und</strong> AMD­V<br />

Fazit

<strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> der <strong>Virtualisierung</strong><br />

­<strong>Was</strong> <strong>ist</strong> <strong>Virtualisierung</strong>­<br />

<strong>Virtualisierung</strong>sbegriffe:<br />

Lat.: 'virtus' (Tüchtigkeit,Vermögen,Kraft)<br />

„der Kraft nach vorhanden“<br />

„simulierte Abbildung“<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak

<strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> der <strong>Virtualisierung</strong><br />

­<strong>Was</strong> <strong>ist</strong> <strong>Virtualisierung</strong>­<br />

Definition des Begriffs '' <strong>Virtualisierung</strong> '':<br />

Eine Abstraktionsschicht, welche sich logisch<br />

zwischen Anwendung <strong>und</strong> Ressourcen einfügt.<br />

Um die physischen Gegebenheiten der<br />

Hardware zu verstecken.<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak

<strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> der <strong>Virtualisierung</strong><br />

­<strong>Was</strong> <strong>ist</strong> <strong>Virtualisierung</strong>­<br />

Anwendung<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

? ? ?<br />

Ressourcen<br />

Anwendung<br />

Wo <strong>ist</strong> die logische<br />

Abstraktionsschicht ?<br />

Wie Funktioniert Sie ?<br />

Welche Aufgaben<br />

erfüllt Sie ?

<strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> der <strong>Virtualisierung</strong><br />

­<strong>Was</strong> <strong>ist</strong> <strong>Virtualisierung</strong>­<br />

Begriffsdefinitionen:<br />

Host­Betriebssystem, Host­OS<br />

Gast­OS, Gast­Betriebssystem<br />

Virtuelles System, Virtual­Machine(VM)<br />

Hypervisor, Virtual­Machine­Monitor(VMM)<br />

Befehlssatz, Opcorecode<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak

<strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> der <strong>Virtualisierung</strong><br />

­Die Ringe­ Ringe<br />

<strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> der <strong>Virtualisierung</strong><br />

Einstieg<br />

Die Ringe<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

➔ Gr<strong>und</strong>sätzlicher Aufbau<br />

➔ Ungenutzte Ringe<br />

Konzepte der <strong>Virtualisierung</strong><br />

Intel VT <strong>und</strong> AMD­V<br />

Fazit

<strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> der <strong>Virtualisierung</strong><br />

­Die Ringe­ Ringe<br />

Gr<strong>und</strong>sätzlicher Aufbau<br />

➔ Ring 0 <strong>ist</strong> die Heimat<br />

des Betriebssystems­<br />

Kernel.<br />

➔ In Ring 3 hingegen<br />

laufen die<br />

Anwendungen<br />

➔ Ring 1 & 2 werden von<br />

Windows oder Linux<br />

nicht benutzt.<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

User­Mode<br />

Ring 3<br />

Ring 2<br />

Ring 1<br />

Ring 0<br />

Kernel­Mode

<strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> der <strong>Virtualisierung</strong><br />

­Die Ringe­ Ringe<br />

Ungenutzte Ringe<br />

➔ Hypervisor läuft in<br />

Ring 0.<br />

➔ Gast­Kernel wird nach<br />

Ring 1 verschoben.<br />

➔ Anwendungen weiter<br />

auf Ring 3.<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

Ring 3<br />

Ring 2<br />

Ring 1<br />

Ring 0<br />

Hypervisor(VMM)<br />

OS­Kernel

<strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> der <strong>Virtualisierung</strong><br />

­Konzepte der <strong>Virtualisierung</strong>­<br />

<strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> der <strong>Virtualisierung</strong><br />

Einstieg<br />

Die Ringe<br />

Konzepte der <strong>Virtualisierung</strong><br />

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

➔ Hardware Emulation<br />

➔ Partitionierung<br />

➔ OS­Container<br />

➔ Native/Full <strong>Virtualisierung</strong><br />

➔ Paravirtualisierung<br />

Intel VT <strong>und</strong> AMD­V

<strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> der <strong>Virtualisierung</strong><br />

­Konzepte der <strong>Virtualisierung</strong>­<br />

Hardware­Emulation<br />

➔ Emulator “übersetzt“<br />

alle Befehle der<br />

emulierten CPU.<br />

➔ Viele Architekturen<br />

können Emuliert<br />

werden<br />

➔ Geringe Performance<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

Anwendungen<br />

Host­Betriebssystem<br />

Hardware<br />

Anwendungen<br />

Gast­OS<br />

Emulator

<strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> der <strong>Virtualisierung</strong><br />

­Konzepte der <strong>Virtualisierung</strong>­<br />

Partitionierung<br />

➔ Kein Performance­<br />

verlust.<br />

➔ Mainframe<br />

(zB: IBM System z)<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

Partition<br />

Controller<br />

Anwendungen<br />

OS OS<br />

Hardware<br />

Anwendungen

<strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> der <strong>Virtualisierung</strong><br />

­Konzepte der <strong>Virtualisierung</strong>­<br />

OS­Container<br />

➔ Sehr hohe<br />

Performance<br />

➔ Sehr viele Container<br />

pro Hardware­Node<br />

➔ Gast­OS muss dem<br />

des Host­OS<br />

entsprechen.<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

Anwendungen<br />

OS­<br />

Container<br />

libraries<br />

Anwendungen<br />

OS­<br />

Container<br />

Betriebssystem<br />

Hardware<br />

Anwendungen

<strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> der <strong>Virtualisierung</strong><br />

­Konzepte der <strong>Virtualisierung</strong>­<br />

Native/Full<br />

<strong>Virtualisierung</strong>(Typ­1)<br />

➔ Hypervisor fängt<br />

privilegierte Operationen<br />

ab. Und ersetzt sie durch<br />

unprivilegierte<br />

Operationen.<br />

➔ Gast­OS muss für<br />

entsprechende Architektur<br />

ausgelegt sein.<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

Anwendungen<br />

Betriebssystem<br />

Virtuelles System<br />

Hypervisor<br />

Hardware<br />

Anwendungen<br />

Betriebssystem<br />

Virtuelles System

<strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> der <strong>Virtualisierung</strong><br />

­Konzepte der <strong>Virtualisierung</strong>­<br />

Native/Full<br />

<strong>Virtualisierung</strong>(Typ­2)<br />

➔ Funktionsweise wie<br />

bei Typ­1.<br />

➔ Host­Betriebssystem<br />

übernimmt die<br />

Verwaltung der<br />

virtuellen Systeme.<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

Manage<br />

­Software<br />

Host­Betriebssystem<br />

Hardware<br />

Anwendungen<br />

Gast­OS<br />

Virtuelles System<br />

Hypervisor

<strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> der <strong>Virtualisierung</strong><br />

­Konzepte der <strong>Virtualisierung</strong>­<br />

Paravirtualisierung<br />

➔ Gast­OS muss<br />

angepasst werden.<br />

➔ Gast­OS für die<br />

Architektur.<br />

➔ Sehr hohe<br />

Performance.<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

Managesoftware<br />

Host­OS<br />

priv. VM<br />

API<br />

Anwendungen<br />

Gast­OS<br />

VM<br />

Hypervisor<br />

Hardware<br />

Anwendungen<br />

Gast­OS<br />

VM<br />

API API

<strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> der <strong>Virtualisierung</strong><br />

­Intel VT <strong>und</strong> AMD­V­<br />

<strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> der <strong>Virtualisierung</strong><br />

Einstieg<br />

Die Ringe<br />

Konzepte der <strong>Virtualisierung</strong><br />

Intel VT <strong>und</strong> AMD­V<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

➔ Gründe für Pacifca <strong>und</strong> Vanderpool<br />

➔ Funktionsweise von Pacifca <strong>und</strong> Vanderpool<br />

Fazit

<strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> der <strong>Virtualisierung</strong><br />

­Intel VT <strong>und</strong> AMD­V­<br />

Gründe für Pacifca <strong>und</strong> Vanderpool<br />

➔ Bei der Nativen­<strong>Virtualisierung</strong> muss man einen<br />

Overhead in Kauf nehmen.<br />

➔ Paravirtualisierung setzt eine modifiziertes<br />

Betriebssystem voraus.<br />

➔ Intel <strong>und</strong> AMD erweitern den Befehlssatz ihrer x86 ­<br />

CPUs<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak

<strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> der <strong>Virtualisierung</strong><br />

­Intel VT <strong>und</strong> AMD­V­<br />

Funktionsweise von Pacifca <strong>und</strong> Vanderpool<br />

● Instruktionen von Vanderpool<br />

VMCALL<br />

VMLAUNCH<br />

VMRESUME<br />

VMON<br />

VMOFF<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

VMPTRLD<br />

VMPTRST<br />

VMPTRCLEAR<br />

VMWRITE<br />

VMREAD

<strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> der <strong>Virtualisierung</strong><br />

­Intel VT <strong>und</strong> AMD­V­<br />

Funktionsweise von Pacifca <strong>und</strong> Vanderpool<br />

➔ Aktivieren von Vanderpool mit VMON.<br />

➔ Laden der VM für ein Gast­System mit VMPTRLD.<br />

➔ Mit VMLAUNCH/VMRESUME Kontrolle an Gast­OS übergeben.<br />

➔ Dadurch wird Host­Status gespeichert <strong>und</strong> Gast­Status geladen.<br />

➔ Gast­OS erhält Kontrolle, bis es VMCALL aufruft oder eine<br />

Unterbrechung verursacht.<br />

➔ Gast­Status wird gespeichert, Host­Status geladen.<br />

➔ Jetzt kann nächstes GastOS geladen werden.<br />

➔ VMOFF beendet <strong>Virtualisierung</strong>.<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak

<strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> der <strong>Virtualisierung</strong><br />

­Intel VT <strong>und</strong> AMD­V­<br />

Funktionsweise von Pacifca <strong>und</strong> Vanderpool<br />

VMENTRY<br />

VMON<br />

Anwendungen<br />

Betriebssystem<br />

VM ­ 1<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

VMEXIT<br />

VMENTRY<br />

Anwendungen<br />

Betriebssystem<br />

VM ­ 2<br />

Hypervisor<br />

VMEXIT<br />

.........<br />

VMOFF<br />

Anwendungen<br />

Betriebssystem<br />

VM – n

<strong>Gr<strong>und</strong>lagen</strong> der <strong>Virtualisierung</strong><br />

­Fazit­ ­Fazit<br />

Vorteile<br />

➔ Bessere Verwaltung der<br />

Serverstruktur.<br />

➔ Bessere Auslastung der<br />

vorhandenen<br />

Ressourcen.<br />

➔ Geringerer<br />

Stromverbrauch<br />

➔ Kosteneinsparungen<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

Nachteile<br />

➔ ''Single Point of Failure“<br />

➔ Sicherheitslöcher in den<br />

Implementierung der<br />

Hypervisor.

Software­Lösungen<br />

­Servervirtualisierung­<br />

Software­Lösungen<br />

Servervirtualisierung<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

➔ OpenVZ ­ Virtuozzo<br />

➔ XEN<br />

➔ VMware ESX Server<br />

➔ Windows Server Hyper­V<br />

Desktopvirtualisierung

Software­Lösungen<br />

­Servervirtualisierung­<br />

OpenVZ<br />

Implementierung des<br />

Container­Konzept<br />

Lizenz – GPL v2<br />

Kommerzieller<br />

Ableger Virtuozzo von<br />

Parallels<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

http://openvz.org/

Software­Lösungen<br />

­Servervirtualisierung­<br />

XEN<br />

Implementierung des<br />

Paravirtualisierung­<br />

Konzepts<br />

Linzenz – GPL v2<br />

Kommerzieller<br />

Ableger XenServer<br />

von Citrix<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

www.xen.org

Software­Lösungen<br />

­Servervirtualisierung­<br />

VMware ESX<br />

Implementierung des<br />

Full­<strong>Virtualisierung</strong><br />

(Typ­1) Konzepts.<br />

Seit Version 3.5 auch<br />

Paravirtualisierung.<br />

Viele zusätzliche<br />

Software für<br />

Verwaltung usw.<br />

Lizenz ­ Proprietär<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

www.vmware.de

Software­Lösungen<br />

­Servervirtualisierung­<br />

Windows Server<br />

Hyper­V<br />

Implementierung des<br />

Paravirtualisierung­<br />

Konzepts.<br />

Setzt Windows Server<br />

2008 vorraus.<br />

Linzenz – Proprietär<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

www.microsoft.de

Software­Lösungen<br />

­Desktopvirtualisierung­<br />

Software­Lösungen<br />

Servervirtualisierung<br />

Desktopvirtualisierung<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

➔ VMware Workstation<br />

➔ VirtualBox

Software­Lösungen<br />

­Desktopvirtualisierung­<br />

VMware Workstation<br />

Implementierung des<br />

Full­<strong>Virtualisierung</strong><br />

(Typ­2) Konzepts.<br />

Restliche Hardware<br />

wird emuliert.<br />

Lizenz ­ Proprietär<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

www.vmware.de

Software­Lösungen<br />

­Desktopvirtualisierung­<br />

VirtualBox<br />

Implementierung des<br />

Full­Virtualisieruns<br />

(Typ­2) Konzepts.<br />

Restliche Hardware<br />

wird emuliert.<br />

Lizenz – GPLv2 &<br />

Proprietär<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

www.virtualbox.org

Software­Lösungen<br />

­Fazit­<br />

Markt für <strong>Virtualisierung</strong>ssoftware befindet sich<br />

in der Entwicklung.<br />

➔ Sehr viele Anbieter <strong>und</strong> Softwarelösungen am<br />

Markt.<br />

Es gibt keine Patentlösung.<br />

➔ Entscheidung für ein Produkt sollte sich nach dem<br />

Anwendungsfall richten.<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak

<strong>Virtualisierung</strong> im MIRo­Lab<br />

Servervirtualisierung<br />

➔ XEN<br />

Desktopvirtualisierung<br />

➔ VMware Player<br />

➔ VirtualBox<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak

<strong>Virtualisierung</strong> im MIRo­Lab<br />

­Servervirtualisierung­<br />

XEN<br />

AMD Athlon X2<br />

2 GB RAM<br />

Festplatte mit 130GB<br />

Software RAID1 mit<br />

1,4 TB<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

XM<br />

ssh­Dienst<br />

Samba<br />

Fileserver<br />

(Debian)<br />

VM<br />

Apache<br />

Samba<br />

youid<br />

(Debian)<br />

VM<br />

Apache<br />

mit Wiki<br />

Infodevice<br />

(Debian)<br />

VM<br />

Testanwendungen<br />

Testserver<br />

(Debian)<br />

VM<br />

XenMaster(Ubuntu) – XEN Hypervisor

<strong>Virtualisierung</strong> im MIRo­Lab<br />

­Desktopvirtualisierung­<br />

im PrakPool<br />

➔ VMware Player<br />

➔ Spielt nur vorhandene<br />

Images ab.<br />

➔ Keine Änderungen am<br />

Gast­OS <strong>und</strong> am<br />

Host­OS durch<br />

Praktikateilnehmer.<br />

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

für Mitarbeiter im Labor<br />

➔ VirtualBox<br />

➔ Voller Funktionsumfang.<br />

➔ Kostenlos für privaten<br />

Einsatz <strong>und</strong> in<br />

wissenschaftlichen<br />

Einrichtungen.

Cand. Inf. Alexander Isaak<br />

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!<br />

alexander.isaak@hs­bochum.de

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