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Virtualisierung

Virtualisierung bezeichnet Methoden, die es erlauben, Ressourcen eines Computers (insbesondere im Server-Bereich) zusammenzufassen oder aufzuteilen.

Primäres Ziel ist, dem Benutzer eine Abstraktionsschicht zur Verfügung zu stellen, die ihn von der eigentlichen Hardware (Rechenleistung und Speicherplatz) isoliert. Eine logische Schicht wird zwischen Anwender und Ressource eingeführt, um die physischen Gegebenheiten der Hardware zu verstecken. Dabei wird jedem Gast (so gut es geht) vorgemacht, dass er

  1. der alleinige Nutzer einer Ressource sei,
  2. bzw. werden mehrere (heterogene) Hardwareressourcen zu einer homogenen Umgebung zusammengefügt. Die für den Anwender unsichtbare, transparente Verwaltung der Ressource ist dabei in der Regel die Aufgabe des Betriebssystems.

Bei der Virtualisierung unterscheidet man

  1. Hardwarevirtualisierung
  2. Paravirtualisierung
  3. Anwendungsvirtualisierung
  4. und Betriebssystemvirtualisierung.

Siehe

Technisch betrachtet werden bei der Virtualisierung durch einen (idealerweise schlanken) Hypervisor die Gäste isoliert und die Ressourcen des Wirts verteilt.

  • Typ-1-Hypervisor: Der Hypervisor läuft direkt auf der Hardware und stellt den Gast-Systemen die Ressourcen zur Verfügung. Typische Beispiele sind Xen, VMware ESX(i) und Microsoft Hyper-V. Bei Xen liegt über dem Hypervisor eine privilegierte virtuelle Maschine zur Steuerung.
  • Typ-2-Hypervisor: Der Hypervisor läuft auf einem Betriebssystem, das die I/O-Ressourcen bereitstellt. Typisches Beispiel ist die Kernel-based Virtual Machine (KVM). KVM unterstützt die Full Virtualization. Weiterhin unterstützen auch VirtualBox, VMware Player, VMware Workstation und VMware Server die Full Virtualization.
Produkt (Name) Ansatz (Voll-, Para-, Betriebssystemvirtualisierung?) Wirts-OS Gast OS Einschränkungen / Bemerkungen
KVM Voll- bzw. Paravirtualisierung (mit Teibern im Gast) beliebiges Linux beliebig nicht Systeme alle mit paravirtualisierten Treibern beschleunigt, am besten mit Linux Wirt und Gast nutzbar
Xen Para- und Vollvirtualisierung Linux egal relativ schnell, Wirt braucht speziellen Linux-Kernel
Virtualbox Vollvirtualisierung Windows, Linux egal,
Produkt (Name) Ansatz (Voll-, Para-, Betriebssystemvirtualisierung?) Wirts-OS Gast OS Einschränkungen / Bemerkungen
VMware Player Plus Vollvirtualisierung 1) Linux, Windows bei Server, eigenes Linux-System bei ESX nahezu beliebig 2) bei kommerzieller Verwendung muss upgrade gekauft bzw. das Produkt „workstation“ benutzt werden
MS Virtual PC Vollvirtualisierung Windows vor Win8 ? nur bei Versionen vor Win8 lauffähig, Nachfolger ist Hyper-V. Nur 16/32Bit-Gäste, bei Win7 als „XP-mode“ bezeichnet
Microsoft Hyper-V Vollvirtualisierung nur Windows Server viele, wenige ausser Windows beschleunigt nicht jede Windows-Version kann jede Hyper-V-Version verwalten, ohne Windows-Domäne nur mit workarounds
OpenVZ / Virtuozzo Betriebssystemvirtualisierung Linux? wie Host wenn es auf wenig Ressourcenoverhead ankommt and Gäste keine Auswahl (oder Anpassungen) beim Kernel brauchen
wine Anwendungsvirtualisierung (für Windows-Anwendungen unter Linux) Linux - nicht alle Anwendungen, teilweise Anpassungen nötig

Vorteile von Virtualisierung

  • Server- (Hardware-) konsolidierung: man braucht nicht mehr so viel Hardware die evtl. nicht gut ausgelastet ist, kann aber trotzdem (scheinbar) hardwaremäßig trennen.
  • Energieersparnis durch bessere Ausnutzung vorhandener Hardware
  • Flexibilisierung durch
    • Trennung der Rollen (DHCP, ..) - von der physikalischen Hardware
    • bessere Ausnutzung/flexible Ressourcenzuteilung
  • Erhöhung der Sicherheit durch höhere Abschottung, allerdings ist es immer wieder gelungen durch Sicherheitslücken aus einer virtuellen Maschine auszubrechen. Man sollte daher nicht Sicherheitsmäßig sensible und unkritische Systeme auf einem Wirtssystem mischen.
  • Hardwareunabhängigkeit (fehlende Treiber sind kaum ein Problem)
  • gleichzeitige Nutzung mehrerer Betriebssysteme
  • Reduktion des Wartungsfensters (auch Erweiterung im laufenden Betrieb ohne Probleme möglich, physikalischer Zugriff auf den Rechner ist nicht erforderlich)
  • Hardwaredefekte werden durch die reduzierte Systemanzahl unwahrscheinlicher wenn dafür bessere Computer gekauft werden und ein redundanten Speichersystem im Hintergrund läuft. Dafür betriffen Ausfälle aber mehr Rechner gleichzeitig.
  • (Live-)Migration 3) virtueller Maschinen : Bei Hardwarefehlern (Ausnahme: Festplatte) schnell die Rollen auf andere Server verschieben

Nachteile

  • Komplexität steigt
  • für I/O intensive Anwendungen wegen zusätzlichem overhead wenig/nicht geeignet

Prozessorerweiterungen für Virtualisierung

:!: Bei manchen Rechnern ist die Hardwarevirtualisierung im BIOS deaktiviert. Diese muss dann natürlich erst aktiviert werden.

  • Intel VT Code-Name Vanderpool Prozessor-Flag „vmx“ beim Aufruf von cat /proc/cpuinfo. Liste entsprechender CPUs: Core2Duo, andere))
  • AMDs AMD-V Code-Name Pacifica Prozessor-Flag „svm“ beim Aufruf von cat /proc/cpuinfo

/proc/cpuinfo gibt ab Kernel 2.6.16 die Informationen aus, allgemein (wenn man nicht Weiß ob Intel oder AMD) muss folgender Befehl eine Ausgabe geben: 

egrep '^flags.*(vmx|svm)' /proc/cpuinfo
  • FIXME nested_tables etc.

Lösungen

allgemeine Links

VMware

zu VMware gibt aufgrund des Umfangs eine eigene Seite.

VirtualBox

:!: Neu

Microsoft Virtual PC

Virtual PC Microsoft gibt Virtual Server kostenlos ab

Microsoft Hyper-V

Time Synchronization in Hyper-V

OpenVZ / Virtuozzo

OpenVZ4 gehört zu den Betriebssystemvirtualisierungsprodukten, partitioniert also das Wirtsbetriebssystem und nutzt dieses auch in Teilen mit. Entstanden aus dem kommerziellen Virtualisierungsprodukt Virtuozzo von SWsoft, ermöglicht OpenVZ die Virtualisierung von Linux. SWsoft hat aus OpenVZ ein Community-Projekt gemacht, welches auf ein stetig wachsendes Interesse stößt. OpenVZ ist quelloffen, kostenfrei und steht unter der GPL bzw. QPL5 . Ziel dieses Projektes ist es, Bestandteil des offiziellen Linux-Kernels zu werden. Einen Teilerfolg hat OpenVZ schon erzielt, da OpenVZ zukünftig in der Distribution Debian6 enthalten sein wird. (Quelle)

Linux-vServer

Das Linux-VServer-Projekt bemüht sich um eine effiziente Virtualisierung (wenig overhead). Es wird als Patchset angewendet und benutzt viele bekannte (und ausgereifte) Technologien.

Vortrag: Linux-VServer - Resource Efficient Operating System-Level Virtualization

:!: nicht zu verwechseln mit Linux Virtual Server (load-balancing)

Wine

Wine bietet eine Virtualisierung von Windows-Anwendungen. Dies passiert duch eine in den meisten Fällen ausreichende Abbildung von Windows-APIs.

Die Einstellungen werden in ~/.wine abgelegt und Programme startet man nach den Schema 

wine C:\\Programme\\ProgrammNAME\\NAME.exe

KVM (Kernel-based Virtual Machine for Linux)

KVM (Kernel-based Virtual Machine for Linux) basiert auf einem speziellen KVM-Modul das in einem unmodifizierten Kernel läuft. Dabei bildet das KVM-Modul eine Brücke zwischen den Hardware-virtualisierungsfunktionen moderner CPUs und der freien Emulation/Virtualisierung QEMU. Bisher allerdings noch im Alpha-Stadium.

QEMU

Eigene Seite: Qemu.

Bochs

Bochs

Pear (Mac Emulation)

FIXME

Xen

Eigene Seite: Xen.

1)
mit xen-tools wird eine höhere Geschwindigkeit erreicht
2)
vordefinierte Profile und Optimierung für bekannte OS
3)
erfordert gemeinsames Speichersystem