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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
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Gliederung
1. Einleitung
2. Servervirtualisierung
3. Client-Virtualisierung
4. Speichervirtualisierung
5. Netzwerkvirtualisierung
6. Ausblick
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1. Einleitung
Neue oder alte Technologie Definition
Verwendung von Systemressourcen unabhängig von der Hardware
Szenarien Datenflut Testumgebungen Effizienz
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2. Servervirtualisierung
1.x86-Architektur
2.Hardware-Emulation
3.Vollständige Virtualisierung
4.Paravirtualisierung
5.Hardwarevirtualisierung
6.Betriebssystemvirtualisierung / Container
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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
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2.2 Hardware-Emulation
DefinitionArchitektur wird unabhängig von tatsächlicher Hardware vollständig in Software abgebildet
Vorteil Unabhängigkeit
Nachteile aufwändige Entwicklung Performanceverluste Lizenzrechte
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2.2 Hardware-Emulation
http://spacewar.oversigma.com/ Szenario: Nicht
mehr verfügbares System
Performance-Einbußen vs Hardwarekosten
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2.2 Hardware-Emulation
Szenario: nicht verfügbare Architektur → Kompatibilitäts-sicherung
BeispielMac-System für PowerPC läuft auf x86-Architektur
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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
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2.3 Vollständige Virtualisierung
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2.3 Vollständige Virtualisierung
Vorteile Kaum Änderungen an Betriebssystemen Flexibilität
Nachteile VMM teuer Schlechte Performance
Beispiele VMware Workstation VMware ESX Server
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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
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2.4 Paravirtualisierung
Host-Betriebssystem
Gast-Betriebssystem
Linux
User-Software
Gast-Betriebssystem
BSD
Hypervisor
Hardware
Gast-Betriebssystem
Windows
User-Software User-Software
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2.4 Paravirtualisierung
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
Xen
Host- und Gast-Betriebssystem
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2.5 Hardwarevirtualisierung
Virtualisierungsfunktionen werden von Hardware bereitgestellt
Partitionierung VT-x/VT-i und Pacifica
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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
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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
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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
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2.6 Betriebssystemvirtualisierung
Virtualisierte Umgebung #1
Virtualisierte Umgebung #2
Virtualisierte Umgebung #3
Virtualisierte Umgebung #n
Betriebssystem-Kernel
Hardware
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2.7 Übersicht Servervirtualisierung
Implementierung Performance Flexibilität Isolation
Emulation -- -- +++ ++
Vollständige Virtualisierung - -- ++ +
Paravirtualisierung - ++ + +
Hardwarevirtualisierung + +++ ++ +
Betriebssystemvirtualisierung + ++ - ++
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3. Client Virtualisierung
Ansätze zur Verwaltung großer Mengen an Endbenutzer-Rechnern
Anwendungskapselung Anwendungs-Streaming Desktopvirtualisierung
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3.1 Anwendungskapselung Keine „echte“ Installation Erzeugung von Images Laufen überall, auch auf USB-Sticks oder
CD-ROMS Abkapselung vom Betriebssystem Sicherheit Beispiel: Klik
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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
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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
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3.4 Überblick Client-Virtualisierung
Aufgabe des Endgerätes
Anwendungskapselung Ausgabe
Eingabe, Ausgabe, Verarbeitung
Eingabe, Ausgabe
Anwendungsstreaming
Desktopvirtualisierung
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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
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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
5. Netzwerkvirtualisierung
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5. Netzwerkvirtualisierung
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6. Ausblick Virtualization Hype Cycle von Gartner