Virtualisierung

1. Virtualisierung Hochskalierbare betriebliche DatenbankanwendungenAdaptive virtuelle Infrastrukturen als Basis für Geschäftsanwendungen der ZukunftHauptseminar Informatik im Wintersemester 2009/2010 Virtualisierung

2. Virtualisierung Gliederung Einleitung Servervirtualisierung Client-Virtualisierung Speichervirtualisierung Netzwerkvirtualisierung Ausblick

3. Virtualisierung 1. Einleitung Neue oder alte Technologie DefinitionVerwendung von Systemressourcen unabhängig von der Hardware Szenarien Datenflut Testumgebungen Effizienz

4. Virtualisierung 2. Servervirtualisierung x86-Architektur Hardware-Emulation Vollständige Virtualisierung Paravirtualisierung Hardwarevirtualisierung Betriebssystemvirtualisierung / Container

5. 2.1 x86-Architektur • Hierarchisches Privilegiensystem • Regelung des Zugriffs auf Speicher und Befehlssatz des Prozessors • Relevanz für die Virtualisierung Steuerung der Zugriffsrechte von virtuellen Maschinen Virtualisierung

6. Virtualisierung 2.2 Hardware-Emulation DefinitionArchitektur wird unabhängig von tatsächlicher Hardware vollständig in Software abgebildet Vorteil Unabhängigkeit Nachteile aufwändige Entwicklung Performanceverluste Lizenzrechte

7. 2.2 Hardware-Emulation http://spacewar.oversigma.com/ • Szenario: Nicht mehr verfügbares System • Performance-Einbußen vs Hardwarekosten Virtualisierung

8. 2.2 Hardware-Emulation • Szenario: nicht verfügbare Architektur → Kompatibilitäts-sicherung • BeispielMac-System für PowerPC läuft auf x86-Architektur Virtualisierung

9. 2.3 Vollständige Virtualisierung • Virtualisierung der Hardware, um Zugriffe der Gastbetriebssysteme zu steuern • Virtuelle Maschine simuliert realen Rechner mit allen Komponenten • Virtueller Maschinenmonitor (VMM) koordiniert virtuelle Maschinen und Ressourcen • RingmodellVMM und Hostbetriebssystem in Ring 0, Gastbetriebssysteme höher Virtualisierung

10. 2.3 Vollständige Virtualisierung Virtualisierung

11. 2.3 Vollständige Virtualisierung • Vorteile • Kaum Änderungen an Betriebssystemen • Flexibilität • Nachteile • VMM teuer • Schlechte Performance • Beispiele • VMware Workstation • VMware ESX Server Virtualisierung

12. 2.4 Paravirtualisierung • Anwendungsschnittstelle (keine komplette Hardware oder Virtuelle Maschine) • Hypervisor (~VMM) • Meta-Betriebssystem • Unabhängiger Betrieb von mehreren Anwendungen und Betriebssystem auf einem Prozessor • Gastsysteme kommunizieren selbstständig mit dem Hypervisor Virtualisierung

13. 2.4 Paravirtualisierung Virtualisierung

14. 2.4 Paravirtualisierung • Prinzip • Erweiterter Befehlssatz • Hypercalls statt Systemaufrufen • Vorteilsehr gute Performance • NachteilGastbetriebssysteme müssen verändert werden Virtualisierung

15. 2.5 Hardwarevirtualisierung Virtualisierungsfunktionen werden von Hardware bereitgestellt • Partitionierung • VT-x/VT-i und Pacifica Virtualisierung

16. 2.5.1 Partitionierung • Logical Partitioning (LPAR) auf zSeries oder pSeries Systemen von IBM • Prinzip der Paravirtualisierung, Hypervisor als Firmware • Vorteil • Performance • Nachteil • Beschränkte Hardwareauswahl Virtualisierung

17. 2.5.2 VT-x/VT-i und Pacifica • x86-Prozessoren von AMD und Intel • PrinzipErweiterung des Befehlssatzes wie bei der Paravirtualisierung • Nicht kompatibel • Neue Privilegienstufe für Hypervisor über Ring 0 • Gastbetriebssysteme müssen nicht mehr angepasst werden Virtualisierung

18. 2.6 Betriebssystemvirtualisierung • Ein Kernel • Mehrere identische Laufzeitumgebungen in Containern (oder Jails bei BSD) • Vorteile • Geringer Ressourcenbedarf • Sicherheit, gute Performance • Nachteile • Alle Betriebssysteme müssen absolut identisch sein und sich den einen Kernel teilen Virtualisierung

19. 2.6 Betriebssystemvirtualisierung Virtualisierung

20. 2.7 Übersicht Servervirtualisierung Virtualisierung

21. 3. Client Virtualisierung Ansätze zur Verwaltung großer Mengen an Endbenutzer-Rechnern • Anwendungskapselung • Anwendungs-Streaming • Desktopvirtualisierung Virtualisierung

22. 3.1 Anwendungskapselung • Keine „echte“ Installation • Erzeugung von Images • Laufen überall, auch auf USB-Sticks oder CD-ROMS • Abkapselung vom Betriebssystem • Sicherheit • Beispiel: Klik Virtualisierung

23. 3.2 Anwendungs-Streaming • Zugriff von Anwendungen, die auf Servern im Rechenzentrum laufen, vgl. SaaS • Vorteil • Zentral gewartete Software • Ressouceneinsparung • Nachteil • Keine individuelle Auswahl der Software • Verbindung notwendig Virtualisierung

24. 3.3 Desktopvirtualisierung • Endbenutzer-Rechner kann mit entfernter Sitzung verbunden werden • Weiterverwendung von veralteter Hardware • Verwendung von nicht kompatibler und speicherintensiver Software • Beispiel • Citrix XenDesktop und VMware VDM Virtualisierung

25. 3.4 Überblick Client-Virtualisierung Virtualisierung

26. 4. Speichervirtualisierung • Virtualisierung des physischen Speichers in einem SAN(Storage Area Network) • Wichtigstes Technologie: Zuordnung des physikalischen Speichers zum virtuellen (Mapping) • Migration von Speichersubsystemen zur Laufzeit • Kombination mit Servervirtualisierung • Vorteile: Optimale Auslastung und Konsolidierung • Anwendungsszenario: Cloud Computing Virtualisierung

27. 5. Netzwerkvirtualisierung • VPN • Getrennte virtuelle Netzwerke über gemeinsame einheitliche virtuelle Infrastruktur • Kanten-Virtualisierung • Mehrere unabhängige virtuelle Verbindungen werden über eine gemeinsame physikalische Verbindung (Kante) transportiert • Knoten-Virtualisierung • Verteilung der Ressourcen auf die virtuellen Knoten Virtualisierung

28. 5. Netzwerkvirtualisierung Virtualisierung

29. Virtualisierung 6. Ausblick Virtualization Hype Cycle von Gartner