Virtual Machines. Peter Schmid Hochschule für Technik Zürich Master of Advanced Studies, Informatik

Transkript

1 Hochschule für Technik Zürich Master of Advanced Studies, Informatik

2 Outline Einführung 1 Einführung Definition, Abgrenzung Geschichtlicher Rückblick 2 Virtualisierungstechnologien Terminologie 3 4 Vorteile Nachteile

3 Einführung Definition, Abgrenzung Definition, Abgrenzung Geschichtlicher Rückblick Es gibt zwei Kategorien von VMs: Virtuelle Hosts (Gast-Systeme) Laufzeitumgebungen für Programme (z.b. Java Virtual Machine) Wir beschränken uns hier auf Virtuelle Hosts (System Virtual Machines, Hardware ).

4 Einführung Definition, Abgrenzung Definition, Abgrenzung Geschichtlicher Rückblick Es gibt zwei Kategorien von VMs: Virtuelle Hosts (Gast-Systeme) Laufzeitumgebungen für Programme (z.b. Java Virtual Machine) Wir beschränken uns hier auf Virtuelle Hosts (System Virtual Machines, Hardware ).

5 Geschichtlicher Rückblick Definition, Abgrenzung Geschichtlicher Rückblick 1967: IBM CP/CMS auf CP : IBM VM-CP, CMS (Single User OS) als Gast 199x: Virtualisierbare HW auf UNIX Sytemen (Sun, HP, IBM) 1997: Virtual PC für Aplle Mac von Connectix 1999: Virtual Platform von VMware 2002: VMware GSX 2003: MS übernimmt Connectix und stellt Virtual PC und Virtual Server vor 2003: Xen Open Source virtual machine monitor 2007: Citrix übernimmt XenSource

6 Geschichtlicher Rückblick Definition, Abgrenzung Geschichtlicher Rückblick 1967: IBM CP/CMS auf CP : IBM VM-CP, CMS (Single User OS) als Gast 199x: Virtualisierbare HW auf UNIX Sytemen (Sun, HP, IBM) 1997: Virtual PC für Aplle Mac von Connectix 1999: Virtual Platform von VMware 2002: VMware GSX 2003: MS übernimmt Connectix und stellt Virtual PC und Virtual Server vor 2003: Xen Open Source virtual machine monitor 2007: Citrix übernimmt XenSource

7 Geschichtlicher Rückblick Definition, Abgrenzung Geschichtlicher Rückblick 1967: IBM CP/CMS auf CP : IBM VM-CP, CMS (Single User OS) als Gast 199x: Virtualisierbare HW auf UNIX Sytemen (Sun, HP, IBM) 1997: Virtual PC für Aplle Mac von Connectix 1999: Virtual Platform von VMware 2002: VMware GSX 2003: MS übernimmt Connectix und stellt Virtual PC und Virtual Server vor 2003: Xen Open Source virtual machine monitor 2007: Citrix übernimmt XenSource

8 Geschichtlicher Rückblick Definition, Abgrenzung Geschichtlicher Rückblick 1967: IBM CP/CMS auf CP : IBM VM-CP, CMS (Single User OS) als Gast 199x: Virtualisierbare HW auf UNIX Sytemen (Sun, HP, IBM) 1997: Virtual PC für Aplle Mac von Connectix 1999: Virtual Platform von VMware 2002: VMware GSX 2003: MS übernimmt Connectix und stellt Virtual PC und Virtual Server vor 2003: Xen Open Source virtual machine monitor 2007: Citrix übernimmt XenSource

9 Geschichtlicher Rückblick Definition, Abgrenzung Geschichtlicher Rückblick 1967: IBM CP/CMS auf CP : IBM VM-CP, CMS (Single User OS) als Gast 199x: Virtualisierbare HW auf UNIX Sytemen (Sun, HP, IBM) 1997: Virtual PC für Aplle Mac von Connectix 1999: Virtual Platform von VMware 2002: VMware GSX 2003: MS übernimmt Connectix und stellt Virtual PC und Virtual Server vor 2003: Xen Open Source virtual machine monitor 2007: Citrix übernimmt XenSource

10 Geschichtlicher Rückblick Definition, Abgrenzung Geschichtlicher Rückblick 1967: IBM CP/CMS auf CP : IBM VM-CP, CMS (Single User OS) als Gast 199x: Virtualisierbare HW auf UNIX Sytemen (Sun, HP, IBM) 1997: Virtual PC für Aplle Mac von Connectix 1999: Virtual Platform von VMware 2002: VMware GSX 2003: MS übernimmt Connectix und stellt Virtual PC und Virtual Server vor 2003: Xen Open Source virtual machine monitor 2007: Citrix übernimmt XenSource

11 Geschichtlicher Rückblick Definition, Abgrenzung Geschichtlicher Rückblick 1967: IBM CP/CMS auf CP : IBM VM-CP, CMS (Single User OS) als Gast 199x: Virtualisierbare HW auf UNIX Sytemen (Sun, HP, IBM) 1997: Virtual PC für Aplle Mac von Connectix 1999: Virtual Platform von VMware 2002: VMware GSX 2003: MS übernimmt Connectix und stellt Virtual PC und Virtual Server vor 2003: Xen Open Source virtual machine monitor 2007: Citrix übernimmt XenSource

12 Geschichtlicher Rückblick Definition, Abgrenzung Geschichtlicher Rückblick 1967: IBM CP/CMS auf CP : IBM VM-CP, CMS (Single User OS) als Gast 199x: Virtualisierbare HW auf UNIX Sytemen (Sun, HP, IBM) 1997: Virtual PC für Aplle Mac von Connectix 1999: Virtual Platform von VMware 2002: VMware GSX 2003: MS übernimmt Connectix und stellt Virtual PC und Virtual Server vor 2003: Xen Open Source virtual machine monitor 2007: Citrix übernimmt XenSource

13 Geschichtlicher Rückblick Definition, Abgrenzung Geschichtlicher Rückblick 1967: IBM CP/CMS auf CP : IBM VM-CP, CMS (Single User OS) als Gast 199x: Virtualisierbare HW auf UNIX Sytemen (Sun, HP, IBM) 1997: Virtual PC für Aplle Mac von Connectix 1999: Virtual Platform von VMware 2002: VMware GSX 2003: MS übernimmt Connectix und stellt Virtual PC und Virtual Server vor 2003: Xen Open Source virtual machine monitor 2007: Citrix übernimmt XenSource

14 Einführung Virtualisierungstechnologien Virtualisierungstechnologien Terminologie HW Emulation (z.b. Bochs, QEMU) HW Virtualisierung (z.b. VMware) Paravirtualisierung (z.b. Xen) Betriebssystemvirtualisierung (z.b. Solaris Containers)

15 Einführung Virtualisierungstechnologien Virtualisierungstechnologien Terminologie HW Emulation (z.b. Bochs, QEMU) HW Virtualisierung (z.b. VMware) Paravirtualisierung (z.b. Xen) Betriebssystemvirtualisierung (z.b. Solaris Containers)

16 Einführung Virtualisierungstechnologien Virtualisierungstechnologien Terminologie HW Emulation (z.b. Bochs, QEMU) HW Virtualisierung (z.b. VMware) Paravirtualisierung (z.b. Xen) Betriebssystemvirtualisierung (z.b. Solaris Containers)

17 Einführung Virtualisierungstechnologien Virtualisierungstechnologien Terminologie HW Emulation (z.b. Bochs, QEMU) HW Virtualisierung (z.b. VMware) Paravirtualisierung (z.b. Xen) Betriebssystemvirtualisierung (z.b. Solaris Containers)

18 Einführung VMM, Hypervisor Virtualisierungstechnologien Terminologie Die SW die die Virtualisierung vornimmt, nennt man Virtual Machine Monitor (VMM) oder Hypervisor. Der Hypervisor läuft auf: direkt auf der HW (Type 1 oder Native VM, Bare Metal Environment) auf einem OS (Type 2 oder Hosted VM)

19 Einführung VMM, Hypervisor Virtualisierungstechnologien Terminologie Die SW die die Virtualisierung vornimmt, nennt man Virtual Machine Monitor (VMM) oder Hypervisor. Der Hypervisor läuft auf: direkt auf der HW (Type 1 oder Native VM, Bare Metal Environment) auf einem OS (Type 2 oder Hosted VM)

20 HW Emulation komplette HW wird emuliert Prozessor wird nachgebildet, Prozessor-Instruktionen werden emuliert sehr schlechte Performance nicht für produktive Systeme Bekannte Emulatoren: Bochs, QEMU, PearPC, DOSbox

21 HW Emulation komplette HW wird emuliert Prozessor wird nachgebildet, Prozessor-Instruktionen werden emuliert sehr schlechte Performance nicht für produktive Systeme Bekannte Emulatoren: Bochs, QEMU, PearPC, DOSbox

22 HW Emulation komplette HW wird emuliert Prozessor wird nachgebildet, Prozessor-Instruktionen werden emuliert sehr schlechte Performance nicht für produktive Systeme Bekannte Emulatoren: Bochs, QEMU, PearPC, DOSbox

23 HW Emulation komplette HW wird emuliert Prozessor wird nachgebildet, Prozessor-Instruktionen werden emuliert sehr schlechte Performance nicht für produktive Systeme Bekannte Emulatoren: Bochs, QEMU, PearPC, DOSbox

24 HW Emulation komplette HW wird emuliert Prozessor wird nachgebildet, Prozessor-Instruktionen werden emuliert sehr schlechte Performance nicht für produktive Systeme Bekannte Emulatoren: Bochs, QEMU, PearPC, DOSbox

25 HW Virtualisierung Andere Bezeichnungen: Full, Transparent oder Native Virtualization die meisten Instruktionen werden direkt auf dem Prozessor ausgeführt direct execution VMM läuft im priviligierten Modus (Kernel, Ring 0 auf x86) Gast-OS können keine priviligierten Befehle ausführen, diese werden vom VMM abgefangen und dem Prozessor übergeben (Modifikation OS während der Laufzeit), Ring 3 auf x86 Bekannte VMMs: VMware, MS Virtual PC/Server

26 HW Virtualisierung Andere Bezeichnungen: Full, Transparent oder Native Virtualization die meisten Instruktionen werden direkt auf dem Prozessor ausgeführt direct execution VMM läuft im priviligierten Modus (Kernel, Ring 0 auf x86) Gast-OS können keine priviligierten Befehle ausführen, diese werden vom VMM abgefangen und dem Prozessor übergeben (Modifikation OS während der Laufzeit), Ring 3 auf x86 Bekannte VMMs: VMware, MS Virtual PC/Server

27 HW Virtualisierung Andere Bezeichnungen: Full, Transparent oder Native Virtualization die meisten Instruktionen werden direkt auf dem Prozessor ausgeführt direct execution VMM läuft im priviligierten Modus (Kernel, Ring 0 auf x86) Gast-OS können keine priviligierten Befehle ausführen, diese werden vom VMM abgefangen und dem Prozessor übergeben (Modifikation OS während der Laufzeit), Ring 3 auf x86 Bekannte VMMs: VMware, MS Virtual PC/Server

28 HW Virtualisierung Andere Bezeichnungen: Full, Transparent oder Native Virtualization die meisten Instruktionen werden direkt auf dem Prozessor ausgeführt direct execution VMM läuft im priviligierten Modus (Kernel, Ring 0 auf x86) Gast-OS können keine priviligierten Befehle ausführen, diese werden vom VMM abgefangen und dem Prozessor übergeben (Modifikation OS während der Laufzeit), Ring 3 auf x86 Bekannte VMMs: VMware, MS Virtual PC/Server

29 HW Virtualisierung Andere Bezeichnungen: Full, Transparent oder Native Virtualization die meisten Instruktionen werden direkt auf dem Prozessor ausgeführt direct execution VMM läuft im priviligierten Modus (Kernel, Ring 0 auf x86) Gast-OS können keine priviligierten Befehle ausführen, diese werden vom VMM abgefangen und dem Prozessor übergeben (Modifikation OS während der Laufzeit), Ring 3 auf x86 Bekannte VMMs: VMware, MS Virtual PC/Server

30 Paravirtualisierung Gast-OS muss angepasst werden (priviligierte Befehle) priviligierte Befehle werden in Hypercalls umgesetzt HW Unterstützung durch Prozessoren (AMD-V und Intel VT-x), Gast-OS läuft auf Ring 0D der grösste Teile der Instruktionen wird direkt auf dem Prozessor ausgeführt direct execution VMM läuft im priviligierten Modus (Kernel, Ring 0P auf x86) Bekannte Paravirtualisierer: Xen (und damit XenSource, XenEnterprise, OracleVM, xvm), VirtualIron

31 Paravirtualisierung Gast-OS muss angepasst werden (priviligierte Befehle) priviligierte Befehle werden in Hypercalls umgesetzt HW Unterstützung durch Prozessoren (AMD-V und Intel VT-x), Gast-OS läuft auf Ring 0D der grösste Teile der Instruktionen wird direkt auf dem Prozessor ausgeführt direct execution VMM läuft im priviligierten Modus (Kernel, Ring 0P auf x86) Bekannte Paravirtualisierer: Xen (und damit XenSource, XenEnterprise, OracleVM, xvm), VirtualIron

32 Paravirtualisierung Gast-OS muss angepasst werden (priviligierte Befehle) priviligierte Befehle werden in Hypercalls umgesetzt HW Unterstützung durch Prozessoren (AMD-V und Intel VT-x), Gast-OS läuft auf Ring 0D der grösste Teile der Instruktionen wird direkt auf dem Prozessor ausgeführt direct execution VMM läuft im priviligierten Modus (Kernel, Ring 0P auf x86) Bekannte Paravirtualisierer: Xen (und damit XenSource, XenEnterprise, OracleVM, xvm), VirtualIron

33 Paravirtualisierung Gast-OS muss angepasst werden (priviligierte Befehle) priviligierte Befehle werden in Hypercalls umgesetzt HW Unterstützung durch Prozessoren (AMD-V und Intel VT-x), Gast-OS läuft auf Ring 0D der grösste Teile der Instruktionen wird direkt auf dem Prozessor ausgeführt direct execution VMM läuft im priviligierten Modus (Kernel, Ring 0P auf x86) Bekannte Paravirtualisierer: Xen (und damit XenSource, XenEnterprise, OracleVM, xvm), VirtualIron

34 Paravirtualisierung Gast-OS muss angepasst werden (priviligierte Befehle) priviligierte Befehle werden in Hypercalls umgesetzt HW Unterstützung durch Prozessoren (AMD-V und Intel VT-x), Gast-OS läuft auf Ring 0D der grösste Teile der Instruktionen wird direkt auf dem Prozessor ausgeführt direct execution VMM läuft im priviligierten Modus (Kernel, Ring 0P auf x86) Bekannte Paravirtualisierer: Xen (und damit XenSource, XenEnterprise, OracleVM, xvm), VirtualIron

35 Paravirtualisierung Gast-OS muss angepasst werden (priviligierte Befehle) priviligierte Befehle werden in Hypercalls umgesetzt HW Unterstützung durch Prozessoren (AMD-V und Intel VT-x), Gast-OS läuft auf Ring 0D der grösste Teile der Instruktionen wird direkt auf dem Prozessor ausgeführt direct execution VMM läuft im priviligierten Modus (Kernel, Ring 0P auf x86) Bekannte Paravirtualisierer: Xen (und damit XenSource, XenEnterprise, OracleVM, xvm), VirtualIron

36 Virtualisierung auf Betriebssystemebene Nur ein BS-Kernel ist am effizientesten (Leistungseinbusse 1..3 %) Abhängig vom Hostsystem Bekannte BS-Virtualisierer: Sun Solaris Container, FreeBSD Jails, Virtuozzo, Linux VServer

37 Virtualisierung auf Betriebssystemebene Nur ein BS-Kernel ist am effizientesten (Leistungseinbusse 1..3 %) Abhängig vom Hostsystem Bekannte BS-Virtualisierer: Sun Solaris Container, FreeBSD Jails, Virtuozzo, Linux VServer

38 Virtualisierung auf Betriebssystemebene Nur ein BS-Kernel ist am effizientesten (Leistungseinbusse 1..3 %) Abhängig vom Hostsystem Bekannte BS-Virtualisierer: Sun Solaris Container, FreeBSD Jails, Virtuozzo, Linux VServer

39 Virtualisierung auf Betriebssystemebene Nur ein BS-Kernel ist am effizientesten (Leistungseinbusse 1..3 %) Abhängig vom Hostsystem Bekannte BS-Virtualisierer: Sun Solaris Container, FreeBSD Jails, Virtuozzo, Linux VServer

40 Installation von Gast-BS VM Umgebungen stellen standardisierte Treiber zur Verfügung (Disk, Graphik usw.) Disks werden von VMM verwaltet, Snapshots möglich einfach von Maschine zu Maschine verschiebbar Nicht alle HW wird unterstützt (z.b. USB) Aufwändige Management-SW für kommerzielle VMM verfügbar

41 Installation von Gast-BS VM Umgebungen stellen standardisierte Treiber zur Verfügung (Disk, Graphik usw.) Disks werden von VMM verwaltet, Snapshots möglich einfach von Maschine zu Maschine verschiebbar Nicht alle HW wird unterstützt (z.b. USB) Aufwändige Management-SW für kommerzielle VMM verfügbar

42 Installation von Gast-BS VM Umgebungen stellen standardisierte Treiber zur Verfügung (Disk, Graphik usw.) Disks werden von VMM verwaltet, Snapshots möglich einfach von Maschine zu Maschine verschiebbar Nicht alle HW wird unterstützt (z.b. USB) Aufwändige Management-SW für kommerzielle VMM verfügbar

43 Installation von Gast-BS VM Umgebungen stellen standardisierte Treiber zur Verfügung (Disk, Graphik usw.) Disks werden von VMM verwaltet, Snapshots möglich einfach von Maschine zu Maschine verschiebbar Nicht alle HW wird unterstützt (z.b. USB) Aufwändige Management-SW für kommerzielle VMM verfügbar

44 Installation von Gast-BS VM Umgebungen stellen standardisierte Treiber zur Verfügung (Disk, Graphik usw.) Disks werden von VMM verwaltet, Snapshots möglich einfach von Maschine zu Maschine verschiebbar Nicht alle HW wird unterstützt (z.b. USB) Aufwändige Management-SW für kommerzielle VMM verfügbar

45 Vorteile Nachteile Vorteile und Nutzen der Virualisierung geringere HW-Investitionen weniger HW-Wartungsverträge reduzierter Platzbedarf geringerer Energiebedarf (kleinere USV, kleinere Klimaanlage) weniger Verkabelung und Netzwerkports Steigerung der Flexibilität schnelle Bereitstellung schnellere Wiederherstellung kostengünstige Testumgebung Ablösung von Legacy Servern (z.b. fehlende Treiber für WinNT4)

46 Vorteile Nachteile Vorteile und Nutzen der Virualisierung geringere HW-Investitionen weniger HW-Wartungsverträge reduzierter Platzbedarf geringerer Energiebedarf (kleinere USV, kleinere Klimaanlage) weniger Verkabelung und Netzwerkports Steigerung der Flexibilität schnelle Bereitstellung schnellere Wiederherstellung kostengünstige Testumgebung Ablösung von Legacy Servern (z.b. fehlende Treiber für WinNT4)

47 Vorteile Nachteile Vorteile und Nutzen der Virualisierung geringere HW-Investitionen weniger HW-Wartungsverträge reduzierter Platzbedarf geringerer Energiebedarf (kleinere USV, kleinere Klimaanlage) weniger Verkabelung und Netzwerkports Steigerung der Flexibilität schnelle Bereitstellung schnellere Wiederherstellung kostengünstige Testumgebung Ablösung von Legacy Servern (z.b. fehlende Treiber für WinNT4)

48 Vorteile Nachteile Vorteile und Nutzen der Virualisierung geringere HW-Investitionen weniger HW-Wartungsverträge reduzierter Platzbedarf geringerer Energiebedarf (kleinere USV, kleinere Klimaanlage) weniger Verkabelung und Netzwerkports Steigerung der Flexibilität schnelle Bereitstellung schnellere Wiederherstellung kostengünstige Testumgebung Ablösung von Legacy Servern (z.b. fehlende Treiber für WinNT4)

49 Vorteile Nachteile Vorteile und Nutzen der Virualisierung geringere HW-Investitionen weniger HW-Wartungsverträge reduzierter Platzbedarf geringerer Energiebedarf (kleinere USV, kleinere Klimaanlage) weniger Verkabelung und Netzwerkports Steigerung der Flexibilität schnelle Bereitstellung schnellere Wiederherstellung kostengünstige Testumgebung Ablösung von Legacy Servern (z.b. fehlende Treiber für WinNT4)

50 Vorteile Nachteile Vorteile und Nutzen der Virualisierung geringere HW-Investitionen weniger HW-Wartungsverträge reduzierter Platzbedarf geringerer Energiebedarf (kleinere USV, kleinere Klimaanlage) weniger Verkabelung und Netzwerkports Steigerung der Flexibilität schnelle Bereitstellung schnellere Wiederherstellung kostengünstige Testumgebung Ablösung von Legacy Servern (z.b. fehlende Treiber für WinNT4)

51 Vorteile Nachteile Vorteile und Nutzen der Virualisierung geringere HW-Investitionen weniger HW-Wartungsverträge reduzierter Platzbedarf geringerer Energiebedarf (kleinere USV, kleinere Klimaanlage) weniger Verkabelung und Netzwerkports Steigerung der Flexibilität schnelle Bereitstellung schnellere Wiederherstellung kostengünstige Testumgebung Ablösung von Legacy Servern (z.b. fehlende Treiber für WinNT4)

52 Vorteile Nachteile Vorteile und Nutzen der Virualisierung geringere HW-Investitionen weniger HW-Wartungsverträge reduzierter Platzbedarf geringerer Energiebedarf (kleinere USV, kleinere Klimaanlage) weniger Verkabelung und Netzwerkports Steigerung der Flexibilität schnelle Bereitstellung schnellere Wiederherstellung kostengünstige Testumgebung Ablösung von Legacy Servern (z.b. fehlende Treiber für WinNT4)

53 Vorteile Nachteile Vorteile und Nutzen der Virualisierung geringere HW-Investitionen weniger HW-Wartungsverträge reduzierter Platzbedarf geringerer Energiebedarf (kleinere USV, kleinere Klimaanlage) weniger Verkabelung und Netzwerkports Steigerung der Flexibilität schnelle Bereitstellung schnellere Wiederherstellung kostengünstige Testumgebung Ablösung von Legacy Servern (z.b. fehlende Treiber für WinNT4)

54 Vorteile Nachteile Vorteile und Nutzen der Virualisierung geringere HW-Investitionen weniger HW-Wartungsverträge reduzierter Platzbedarf geringerer Energiebedarf (kleinere USV, kleinere Klimaanlage) weniger Verkabelung und Netzwerkports Steigerung der Flexibilität schnelle Bereitstellung schnellere Wiederherstellung kostengünstige Testumgebung Ablösung von Legacy Servern (z.b. fehlende Treiber für WinNT4)

55 Einführung Grenzen der Virtualisierung Vorteile Nachteile zusätzliche Abstraktionsstufe Performance-Verlust Pferd von hinten aufgezäumt, BS sollten eigentlich Dienste genügend voneinander isolieren. HW wird nicht optimal genutzt (v.a. neuere) fehlende Treiber

56 Einführung Grenzen der Virtualisierung Vorteile Nachteile zusätzliche Abstraktionsstufe Performance-Verlust Pferd von hinten aufgezäumt, BS sollten eigentlich Dienste genügend voneinander isolieren. HW wird nicht optimal genutzt (v.a. neuere) fehlende Treiber

57 Einführung Grenzen der Virtualisierung Vorteile Nachteile zusätzliche Abstraktionsstufe Performance-Verlust Pferd von hinten aufgezäumt, BS sollten eigentlich Dienste genügend voneinander isolieren. HW wird nicht optimal genutzt (v.a. neuere) fehlende Treiber

58 Einführung Grenzen der Virtualisierung Vorteile Nachteile zusätzliche Abstraktionsstufe Performance-Verlust Pferd von hinten aufgezäumt, BS sollten eigentlich Dienste genügend voneinander isolieren. HW wird nicht optimal genutzt (v.a. neuere) fehlende Treiber

59 Einführung Grenzen der Virtualisierung Vorteile Nachteile zusätzliche Abstraktionsstufe Performance-Verlust Pferd von hinten aufgezäumt, BS sollten eigentlich Dienste genügend voneinander isolieren. HW wird nicht optimal genutzt (v.a. neuere) fehlende Treiber