Hochskalierbare betriebliche Datenbankanwendungen Adaptive virtuelle Infrastrukturen als Basis für Geschäftsanwendungen der Zukunft Hauptseminar Informatik im Wintersemester 2009/2010 Virtualisierung 29. Oktober 2009 Virtualisierung

Gliederung Einleitung Servervirtualisierung Client-Virtualisierung Speichervirtualisierung Netzwerkvirtualisierung Ausblick 29.Oktober 2009 Virtualisierung

Neue oder alte Technologie 1. Einleitung Neue oder alte Technologie Definition Verwendung von Systemressourcen unabhängig von der Hardware Szenarien Datenflut Testumgebungen Effizienz 29.Oktober 2009 Virtualisierung

2. Servervirtualisierung x86-Architektur Hardware-Emulation Vollständige Virtualisierung Paravirtualisierung Hardwarevirtualisierung Betriebssystemvirtualisierung / Container 29.Oktober 2009 Virtualisierung

Hierarchisches Privilegiensystem 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 29.Oktober 2009 Virtualisierung

2.2 Hardware-Emulation Definition Architektur wird unabhängig von tatsächlicher Hardware vollständig in Software abgebildet Vorteil Unabhängigkeit Nachteile aufwändige Entwicklung Performanceverluste Lizenzrechte 29.Oktober 2009 Virtualisierung

http://spacewar.oversi gma.com/ 2.2 Hardware-Emulation http://spacewar.oversi gma.com/ Szenario: Nicht mehr verfügbares System Performance- Einbußen vs Hardwarekosten 29.Oktober 2009 Virtualisierung

Szenario: nicht verfügbare Architektur → Kompatibilitäts- sicherung 2.2 Hardware-Emulation Szenario: nicht verfügbare Architektur → Kompatibilitäts- sicherung Beispiel Mac-System für PowerPC läuft auf x86-Architektur 29.Oktober 2009 Virtualisierung

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 Ringmodell VMM und Hostbetriebssystem in Ring 0, Gastbetriebssysteme höher 29.Oktober 2009 Virtualisierung

2.3 Vollständige Virtualisierung 29.Oktober 2009 Virtualisierung

2.3 Vollständige Virtualisierung Vorteile Kaum Änderungen an Betriebssystemen Flexibilität Nachteile VMM teuer Schlechte Performance Beispiele VMware Workstation VMware ESX Server 29.Oktober 2009 Virtualisierung

Gastsysteme kommunizieren selbstständig mit dem Hypervisor 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 29.Oktober 2009 Virtualisierung

2.4 Paravirtualisierung 29.Oktober 2009 Virtualisierung

Vorteil sehr gute Performance 2.4 Paravirtualisierung Prinzip Erweiterter Befehlssatz Hypercalls statt Systemaufrufen Vorteil sehr gute Performance Nachteil Gastbetriebssysteme müssen verändert werden 29.Oktober 2009 Virtualisierung

2.5 Hardwarevirtualisierung Virtualisierungsfunktionen werden von Hardware bereitgestellt Partitionierung VT-x/VT-i und Pacifica 29.Oktober 2009 Virtualisierung

Logical Partitioning (LPAR) auf zSeries oder pSeries Systemen von IBM 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 29.Oktober 2009 Virtualisierung

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 29.Oktober 2009 Virtualisierung

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 29.Oktober 2009 Virtualisierung

2.6 Betriebssystemvirtualisierung 29.Oktober 2009 Virtualisierung

2.7 Übersicht Servervirtualisierung 29.Oktober 2009 Virtualisierung

3. Client Virtualisierung Ansätze zur Verwaltung großer Mengen an Endbenutzer-Rechnern Anwendungskapselung Anwendungs-Streaming Desktopvirtualisierung 29.Oktober 2009 Virtualisierung

Keine „echte“ Installation Erzeugung von Images 3.1 Anwendungskapselung Keine „echte“ Installation Erzeugung von Images Laufen überall, auch auf USB-Sticks oder CD-ROMS Abkapselung vom Betriebssystem Sicherheit Beispiel: Klik 29.Oktober 2009 Virtualisierung

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 29.Oktober 2009 Virtualisierung

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 29.Oktober 2009 Virtualisierung

3.4 Überblick Client-Virtualisierung 29.Oktober 2009 Virtualisierung

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 29.Oktober 2009 Virtualisierung

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 29.Oktober 2009 Virtualisierung

5. Netzwerkvirtualisierung 29.Oktober 2009 Virtualisierung

6. Ausblick Virtualization Hype Cycle von Gartner 29.Oktober 2009 Virtualisierung