XEN Virtualisierung

Unter Servervirtualisierung versteht man verschiedene Hardware- und Softwaretechniken, mit denen auf einem einzigen Rechner mehrere Instanzen eines Betriebssystems gleichzeitig ausgeführt werden können. Man bezeichnet die einzelnen Betriebssystem-Instanzen als virtuelle Server oder virtuelle Maschinen. Während das Verhalten der virtuellen Server innerhalb der virtuellen Umgebung identisch ist zum herkömmlichen, direkt auf der Hardware ausgeführten Betrieb, sieht das Basis-Betriebssystem (Host) die virtuellen Server als Softwareobjekte an, die von der zugrundeliegenden Hardware unabhängig behandelt werden können. Die Virtualisierung von Servern bietet mehrere Vorteile. Virtuelle Server können schnell installiert, gesichert und modifiziert werden, was eine höhere Flexibilität hinsichtlich der Nutzung und des Betriebs virtueller Maschinen zur Folge hat. Des Weiteren hat Servervirtualisierung in der Regel Kosteneinsparungen zur Folge, da die vorhandene Hardware effizienter ausgenutzt werden kann.

Eine Servervirtualisierung kann auf verschiedene Arten realisiert werden. Neben einer Partitionierung auf Hardwareebene ist es ebenfalls möglich, für jeden einzelnen Server die Hardwareumgebung teilweise oder vollständig virtuell nachzubilden. Erfolgt die Virtualisierung nach letztgenanntem Ansatz, setzt man eine spezielle Softwareschicht ein, die als Hypervisor oder Virtual Machine Monitor (VMM) bezeichnet werden. Mittels einer Hypervisor / VMM-Schicht ist es dann möglich, dass sich mehrere Betriebssysteme die zur Verfügung stehenden Hardwareressourcen teilen, indem diese vom Hypervisor auf die einzelnen virtuellen Systeme aufgeteilt werden.

Es gibt verschiedene Anforderungen, die eine Lösung zur Virtualisierung von Servern erfüllen muss. Gefordert wird neben dem Kriterium der Äquivalenz, welches besagt, dass sich ein virtuelles System genau so verhalten sollte wie bei einer Ausführung direkt auf der Hardware, auch die Isolation der virtuellen Maschinen untereinander. Nach dem Kriterium der Kontrolle muss es möglich sein, die vorhandenen Hardwareressourcen auf kontrollierte Weise den einzelnen virtuellen Servern zuzuweisen. Mit dem Kriterium der Effizienz ist gemeint, dass virtuelle Maschinen vergleichbar schnell sind wie bei Ausführung direkt auf der Hardware. Die Effizienzanforderung stellt beim Entwurf von Servervirtualisierungslösungen die größte Herausforderung dar.

Es gibt inzwischen eine Vielzahl architektonischer Ansätze zur Virtualisierung, die sich in ihren Eigenschaften und ihrer Performance voneinander unterscheiden. Klassifizieren kann man diese Ansätze unter anderem ausgehend von der Frage, was bzw. welche Komponenten virtualisiert werden sollen, und unterscheidet in diesem Fall zwischen Para- und Vollvirtualisierung. Eine Vollvirtualisierung, die auch als Hardware Virtual Machine (HVM) bezeichnet wird, wird dadurch erreicht, dass für den virtuellen Server eine komplette Hardwareumgebung nachgebildet wird. Verwendet wird hierzu der Virtual Machine Monitor, der als Anwendung auf dem Basis-Betriebssystem läuft und dessen Aufgabe es ist, Gast-Betriebssystemen virtuelle Hardwareumgebungen bereitzustellen. Während bei einer HVM die tatsächliche Hardware vor dem Gast-Betriebssytem verborgen bleibt, interagieren bei der Paravirtualisierung die virtuellen Server über eine Programmierschnittstelle direkt mit der vorhandenen Hardware. Zwar ist durch eine Paravirtualisierung eine im Vergleich zur HVM höhere Performance möglich, jedoch ist bei einer Paravirtualisierung eine Anpassung des Kernels des Gast-Betriebssystems erforderlich, so dass in den meisten Fällen lediglich Open-Source-Betriebssysteme wie FreeBSD oder Linux als virtuelle Maschinen eingesetzt werden können.

Seit der Version 3.0 nutzt auch Xen Prozessoren mit Virtualisierungsunterstützung wie Intel VT oder AMD-V. Diese seit Xen 3.0 mögliche prozessorgestützte Virtualsierung unter Verwendung der Techniken AMD-V und Intel VT erlaubt es, den Ansatz der Paravirtualisierung auch auf nicht modifizierbare Betriebssysteme wie Windows auszudehnen. Seit Xen 3.0 und der Nutzung der Virtualisierungstechniken Intel VT und AMD-V können bei einer Paravirtualisierung somit auch Closed-Source-Betriebssysteme als Gast-Betriebssystem zum Einsatz kommen.

 

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