Lehrstuhl Informatik III: Datenbanksysteme Anna Ira Hurnaus 29. Oktober 2009 Virtualisierung 1...

Lehrstuhl Informatik III: Datenbanksysteme Anna Ira Hurnaus

29. Oktober 2009 Virtualisierung 1

Hochskalierbare betriebliche Datenbankanwendungen

Adaptive virtuelle Infrastrukturen als Basis für Geschäftsanwendungen der Zukunft

Hauptseminar Informatik im Wintersemester 2009/2010

Virtualisierung

29.Oktober 2009 Virtualisierung 2

Gliederung

1. Einleitung

2. Servervirtualisierung

3. Client-Virtualisierung

4. Speichervirtualisierung

5. Netzwerkvirtualisierung

6. Ausblick

1. Einleitung

Neue oder alte Technologie Definition

Verwendung von Systemressourcen unabhängig von der Hardware

Szenarien Datenflut Testumgebungen Effizienz

2. Servervirtualisierung

1.x86-Architektur

2.Hardware-Emulation

3.Vollständige Virtualisierung

4.Paravirtualisierung

5.Hardwarevirtualisierung

6.Betriebssystemvirtualisierung / Container

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

2.2 Hardware-Emulation

DefinitionArchitektur wird unabhängig von tatsächlicher Hardware vollständig in Software abgebildet

Vorteil Unabhängigkeit

Nachteile aufwändige Entwicklung Performanceverluste Lizenzrechte

http://spacewar.oversigma.com/ Szenario: Nicht

mehr verfügbares System

Performance-Einbußen vs Hardwarekosten

Szenario: nicht verfügbare Architektur → Kompatibilitäts-sicherung

BeispielMac-System für PowerPC läuft auf x86-Architektur

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

2.3 Vollständige Virtualisierung

Vorteile Kaum Änderungen an Betriebssystemen Flexibilität

Nachteile VMM teuer Schlechte Performance

Beispiele VMware Workstation VMware ESX Server

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

Host-Betriebssystem

Gast-Betriebssystem

User-Software

Gast-Betriebssystem

Hypervisor

Hardware

Gast-Betriebssystem

Windows

User-Software User-Software

Prinzip Erweiterter Befehlssatz Hypercalls statt

Systemaufrufen Vorteil

sehr gute Performance Nachteil

Gastbetriebssysteme müssen verändert werden

Ring 1Ring 0

Ring 1

Ring 2

Ring 3

Anwendungen

Host- und Gast-Betriebssystem

2.5 Hardwarevirtualisierung

Virtualisierungsfunktionen werden von Hardware bereitgestellt

Partitionierung VT-x/VT-i und Pacifica

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

2.5.2 VT-x/VT-i und Pacifica

x86-Prozessoren von AMD und Intel Prinzip

Erweiterung des Befehlssatzes wie bei der Paravirtualisierung

Nicht kompatibel Neue Privilegienstufe für Hypervisor über

Ring 0 Gastbetriebssysteme müssen nicht mehr

angepasst werden

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

2.6 Betriebssystemvirtualisierung

Virtualisierte Umgebung #1

Virtualisierte Umgebung #n

Betriebssystem-Kernel

Hardware

2.7 Übersicht Servervirtualisierung

Implementierung Performance Flexibilität Isolation

Emulation -- -- +++ ++

Vollständige Virtualisierung - -- ++ +

Paravirtualisierung - ++ + +

Hardwarevirtualisierung + +++ ++ +

Betriebssystemvirtualisierung + ++ - ++

3. Client Virtualisierung

Ansätze zur Verwaltung großer Mengen an Endbenutzer-Rechnern

Anwendungskapselung Anwendungs-Streaming Desktopvirtualisierung

3.1 Anwendungskapselung Keine „echte“ Installation Erzeugung von Images Laufen überall, auch auf USB-Sticks oder

CD-ROMS Abkapselung vom Betriebssystem Sicherheit Beispiel: Klik

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

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

3.4 Überblick Client-Virtualisierung

Aufgabe des Endgerätes

Anwendungskapselung Ausgabe

Eingabe, Ausgabe, Verarbeitung

Eingabe, Ausgabe

Anwendungsstreaming

Desktopvirtualisierung

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

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

6. Ausblick Virtualization Hype Cycle von Gartner

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