Praxishandbuch VMware vsphere 5

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3 Praxishandbuch VMware vsphere 5 Ralph Göpel Beijing Cambridge Farnham Köln Sebastopol Tokyo

4 Die Informationen in diesem Buch wurden mit größter Sorgfalt erarbeitet. Dennoch können Fehler nicht vollständig ausgeschlossen werden. Verlag, Autoren und Übersetzer übernehmen keine juristische Verantwortung oder irgendeine Haftung für eventuell verbliebene Fehler und deren Folgen. Alle Warennamen werden ohne Gewährleistung der freien Verwendbarkeit benutzt und sind möglicherweise eingetragene Warenzeichen. Der Verlag richtet sich im Wesentlichen nach den Schreibweisen der Hersteller. Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte vorbehalten einschließlich der Vervielfältigung, Übersetzung, Mikroverfilmung sowie Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Kommentare und Fragen können Sie gerne an uns richten: O Reilly Verlag Balthasarstr Köln Copyright der deutschen Ausgabe: 2012 by O Reilly Verlag GmbH & Co. KG 1. Auflage Auflage 2012 Die Darstellung einer Qualle im Zusammenhang mit dem Thema Virtualisierung ist ein Warenzeichen von O Reilly Media, Inc. Bibliografische Information Der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Lektorat: Christine Haite, Volker Bombien, Köln Korrektorat: Eike Nitz, Köln Satz: III-satz, Husby, Umschlaggestaltung: Marcia Friedman, Boston & Michael Oreal, Köln Produktion: Andrea Miß, Köln Belichtung, Druck und buchbinderische Verarbeitung: Druckerei Kösel, Krugzell; ISBN Dieses Buch ist auf 100% chlorfrei gebleichtem Papier gedruckt.

5 Inhalt Vorwort IX 1 Einführung Virtualisierung im Allgemeinen Die Technik virtueller Maschinen Hardwareausstattung Virtualisierung mit VMware Die Bestandteile von vsphere Komponenten der vsphere-umgebung Die Editionen im Vergleich Der Hypervisor Embedded oder Installable ESXi-Hardwareanforderungen ESXi-Hardwareempfehlungen ESXi interaktiv installieren Alternative Installationsmöglichkeiten Den ersten ESXi-Host verwalten Den vsphere Client konfigurieren Die virtuelle Maschine Eine virtuelle Maschine erstellen Betriebssystem installieren VMware Tools installieren Virtuelle Maschinen optimieren Gasthardware ändern Gasthardware hinzufügen V

6 Optionen der virtuellen Maschine Ressourcenkontrolle der VM BIOS-Einstellungen der virtuellen Maschine EFI-Einstellungen der virtuellen Maschine Dateien der virtuellen Maschine Die MAC-Adresse der VM Konfiguration und Einstellungen des ESXi Servers Hardwareeinstellungen des ESXi Servers Softwareeinstellungen des ESXi Servers Registerkarten des ESXi Servers Die Menüleiste unter ESXi Netzwerkkonfiguration Netzwerkkonzepte Internet Protocol Version Netzwerkdienste VLAN vnetwork-standardswitches Netzwerkkonfiguration des VMkernels Konfiguration des Management Network vswitches optimieren Empfehlungen zu Netzwerkoptimierungen Fehlerbehebung auf der Konsole Storage-Konfiguration Allgemeine Richtlinien iscsi-speicher anschließen iscsi-konfiguration unter Windows NFS-Speicher anschließen Fibre-Channel-Storage VSA-Storage Storage Alignment Installation & Konfiguration eines Debian iscsi-storages Virtuelle Maschinen verschieben Snapshots Was ist ein Snapshot? Einen Snapshot erstellen Den Snapshot-Manager verwenden VI Inhalt

7 9 Arbeiten auf der Kommandozeile Der Standardeditor vi Dienste und Konfigurationsdateien Die Kommandozeile, wichtige Dateien und Befehle Skripten Weitere Tools Eigene Skripten schreiben Der vcenter Server Funktionen des vcenter Servers Die technischen Voraussetzungen für einen vcenter Server Den vcenter Server installieren vcenter Server-Lizenzen Logdateien des vcenter Servers vcenter Server-Startprobleme beheben Einen Cluster erstellen VSA und Hostprofile Hostprofil erstellen vsphere Auto Deploy VSA Storage VMware vapp und Fernzugriff auf virtuelle Maschinen Eine vapp erstellen vapps löschen VMware WebAccess Die VMware Remote Console manuell einrichten Remote Desktop Protocol VMware Update Manager, Upgrade und Converter Konsolidieren Update Manager vsphere Client-Plugin installieren Den Update Manager konfigurieren Einen Host updaten Upgrade der Umgebung Templates (Vorlagen für virtuelle Maschinen) Templates und ihr Nutzen Inhalt VII

8 15 vcenter Server Konfiguration und Alarme Einstellungen des vcenter Servers Alarme Datensicherung und -wiederherstellung Backup-Unterschiede zwischen den Welten Sicherung des Hosts Sicherung der VMs VMware Data Recovery Data Recovery konfigurieren Assistent für Sicherungsaufgaben Virtuelle Maschinen wiederherstellen Lösungen von Quest Lösungen von Veeam Sicherheit in der virtuellen Umgebung Die Architektur der Sicherheitsfeatures Portabsicherung virtueller Switches Benutzerpasswortbeschränkungen Allgemeine Sicherheitsempfehlungen Firewall-Konfiguration im vcenter Server Ressourcen, Optimierung und Troubleshooting Ressourcenverwaltung Virtueller Speicher der VMs Ressourcenpools für VM-Gruppen VM-Speicherprofil und Storage DRS Optimierung von VMs Performance überwachen vsphere5-troubleshooting An HA beteiligte Komponenten Weitere Tools Index VIII Inhalt

9 Vorwort Nach dem Erfolg mit der ersten Version meines Buches über VMware vsphere 4 und den vielen Nachfragen nach einer Neuauflage, habe ich die letzten sechs Monate fast jede freie Minute mit vsphere 5 zugebracht. Ein reines Aktualisieren der alten Fassung war mir nicht genug: Alle bisherigen Optionen mussten erneut überprüft werden, und alle neuen Funktionen sollten so einfach und detailliert wie möglich beschrieben werden. Deshalb ist der Umfang dieses Buches auch deutlich größer und mit vielen Beispielen, Hinweisen und Tipps bestückt. Viele meiner Seminarteilnehmer, die das Praxishandbuch vsphere 4 zum Unterricht bei der GFU Cyrus AG in Köln bekommen haben, sagten mir erstaunt, wie einfach verständlich die teils doch schwierige Materie darin erklärt würde. Deshalb habe ich mir dieses Mal noch mehr Mühe gegeben, das beizubehalten und auszubauen. Aufbau des Buchs Diese Lektüre ist wieder so aufgebaut, dass man sich vom Anfang bis zum Ende eine eigene produktive Umgebung schaffen kann, ohne später auf etwas zu stoßen, das man vorher nicht wusste. Auch als Nachschlagewerk ist es gedacht, wenn man weitere Bausteine dem System hinzufügen oder nachträglich etwas ändern möchte. Kapitel 1, Einführung, soll Ihnen kurz erläutern, was Virtualisierung im Allgemeinen ist, warum jedermann virtualisieren möchte und wann man darauf verzichten sollte. Weiterhin wird besprochen, was eine virtuelle Maschine ausmacht und warum man dafür VMware nehmen sollte. In Kapitel 2, Die Bestandteile von vsphere, stelle ich Ihnen die einzelnen Komponenten der Umgebung vor. Dazu finden Sie dort eine Tabelle mit allen Editionen und den darin enthaltenen Funktionen. Das Kapitel 3, Der Hypervisor, gibt zunächst einen Überblick über dessen Aufbau und Funktionsweise sowie über die Unterschiede der einzelnen Varianten. Dann geht es direkt weiter zur»richtigen«installation mit vielen Hinweisen und Tipps. IX

10 In Kapitel 4, Die virtuelle Maschine, wird die Installation, Konfiguration und Optimierung von virtuellen Maschinen besprochen. Auch hier gibt es wieder viele Fingerzeige dazu, was (noch?) nicht funktioniert und was man besser machen kann, als der integrierte Assistent es vorschlägt. Sind die ersten VMs erstellt, sollte man sich mit Kapitel 5, Konfiguration und Einstellungen des ESXi Servers, beschäftigen und die notwendigen Einstellungen dort vornehmen. Auch die Berechtigungen und Rollen kommen dabei nicht zu kurz. Der Netzwerkkonfiguration habe ich das Kapitel 6 gewidmet. Darin geht es um die Einrichtung und Konfiguration der virtuellen Switche, um VLANs, Teaming, Optimierung und wie man zwei bis sechs Adapter bestmöglich zuweist. In Kapitel 7, Storage-Konfiguration geht es um die Anbindung des ESXi Servers an einen externen und die richtige Konfiguration des internen Speichers. Sehr interessant dürfte für viele die kostenlose iscsi-anbindung der ESXi Server unter Windows und Linux sein. Um Snapshots und alles, was man darüber wissen sollte, geht es in Kapitel 8. Das Kapitel 9, Arbeiten auf der Kommandozeile, beinhaltet alles, was man dafür braucht und was wichtig ist. Es wird der zur Verfügung stehende integrierte Editor besprochen, was man als Windows-User statt dessen nutzen kann, welche Befehle für welchen Zweck eingesetzt werden können und wie man Probleme über die Kommandozeile beheben kann. Die Installation, Konfiguration und Fehlerbehebung des vcenter Servers wird in Kapitel 10, Der vcenter Server, besprochen. Dazu gehört natürlich auch die Erstellung eines Clusters und mögliche Funktionskomponenten wie HA, DRS, DPM, FT usw. Kapitel 11, VSA und Hostprofile, zeigt Ihnen detailliert, wie Sie Hostprofile nach dem Einrichten der vsphere-umgebung nutzen können und sollten und erklärt die Einrichtung, Vor und Nachteile von der vsphere Storage Appliance. Was ist eine vapp, und wie kann ich sie einsetzen? Das wird in Kapitel 12, VMware vapp und Fernzugriff auf virtuelle Maschinen, besprochen. Weiterhin behandelt das Kapitel den Fernzugriff auf virtuelle Maschinen. Dort habe ich mehrere Möglichkeiten aufgezeigt, wie man z.b. Usern die Remote-Console bestmöglich einrichten kann. Das Kapitel 13 behandelt den VMware Update Manager den VMware Converter und das Upgraden einer älteren Umgebung. Dort werden aber auch weitere Möglichkeiten von anderen Herstellern aufgezeigt. Von Templates (Vorlagen für virtuelle Maschinen) handelt das Kapitel 14. Wie erstelle und wie nutze ich diese richtig, und wo müssen die Sysprep-Dateien hin? Hier wird es gezeigt. Der Konfiguration des vcenter Servers und den Alarmen habe ich das Kapitel 15 gewidmet. Hier wird jede Option der Einstellungen besprochen. Gerade bei den Alarmen hatte ich viel Spaß. Das Kapitel 16 handelt von der Datensicherung und Wiederherstellung, worin die Unterschiede zwischen virtuellen und physikalischen Maschinen bestehen und wie das neue X Vorwort

11 Tool VMware Data Recovery eingesetzt werden kann. Nicht unerwähnt bleiben dabei zwei wichtige Produkte von anderen Herstellern. In Kapitel 17, Sicherheit in der virtuellen Umgebung, habe ich viele Hinweise und Tipps über die Nutzung der VMware-eigenen Funktionen niedergeschrieben. Dabei geht es natürlich um die Sicherheit von Netzwerk, Speicher und VMs sowie um den Zugriff der User von außen. Das letzte Kapitel (Kapitel 18), Ressourcen, Optimierung und Troubleshooting, behandelt zentral die Ressourcenverwaltung, Optimierung und Fehlerbeseitigung der gesamten Umgebung. Hier werden auch noch weitere Tools vorgestellt. Für wen ist dieses Buch? Ich gehe davon aus, dass Sie schon wissen, dass Sie virtualisieren wollen, oder es bereits gemacht haben. Trotzdem wollen Sie mehr über dieses Thema wissen und vielleicht herausbekommen, warum die eine oder andere Sache nicht funktioniert, oder Sie glauben, etwas übersehen zu haben. Vielleicht wurde Ihre Umgebung auch von einem externen Dienstleister eingerichtet, und Sie stehen davor wie der häufig zitierte Ochs vorm Berge? Auch dann ist dieses Buch etwas für Sie. Typografische Konventionen In diesem Buch werden die folgenden typografischen Konventionen verwendet: Kursivschrift Wird für Datei- und Verzeichnisnamen, -Adressen und URLs, aber auch bei der Definition neuer Fachbegriffe und für Hervorhebungen verwendet. Nichtproportionalschrift Wird für Kommandozeilenbefehle, Skripte und den Inhalt von Konfigurationsdateien etc. verwendet. Nichtproportionalschrift fett Wird in den Codebeispielen zur Hervorhebung einzelner Zeilen oder Abschnitte verwendet. KAPITÄLCHEN Verwenden wir für alle GUI-Elemente wie Buttons und Menüeinträge. Die Tierspur kennzeichnet einen Tipp oder einen generellen Hinweis mit nützlichen Zusatzinformationen zum Thema. Die Falle kennzeichnet eine Warnung oder ein Thema, bei dem man Vorsicht walten lassen sollte. Typografische Konventionen XI

12 Zusätzliches Material online Unter der URL finden Sie einige der hier vorgestellten freien Dokumentationen und nützlichen Werkzeuge sowie Dateien des Autors zum Download. Danksagung In diesem Abschnitt möchte ich meiner Frau Barbara für ihr erneutes Verständnis und die viele Zeit danken, die sie mir gab, um auch dieses Buch fertig stellen zu können. Weiterhin danken möchte ich der Firma GFU Cyrus AG, bei der ich seit einigen Jahren Seminare u.a. zum Thema Virtualisierung anbiete, weil sie mir die erforderliche Hardware zur Verfügung stellte. Weiterhin soll Herr Christian Schneiker nicht unerwähnt bleiben, der mir bei dem Aufbau eines Debian-iSCSI-Storages hilfreich unter die Arme griff. XII Vorwort

13 Kapitel 1 KAPITEL 1 Einführung In diesem Kapitel wollen wir uns kurz mit der Thematik der Virtualisierung im Allgemeinen befassen und die wichtigsten Begrifflichkeiten klären. Anschließend geht s dann direkt los mit dem Produkt vsphere5 von VMware. Virtualisierung im Allgemeinen Um mal eben etwas auszuprobieren oder ein weiteres Betriebssystem zu installieren, muss man nicht unbedingt eine zusätzliche Partition zur Installation haben oder gar einen weiteren Rechner anschaffen. In den meisten Fällen reicht es, eine Software zu starten,»in«der ein zusätzlicher Computer unabhängig läuft. Die Anwendung einer solchen Konstellation nennt man Virtualisierung. Der Computer, auf dem die Software installiert wird, heißt dann Host oder Wirt, und den Rechner, der im Fenster läuft, nennt man virtuelle Maschine (im Folgenden oft mit VM abgekürzt). Natürlich erlauben viele Betriebssysteme und Anwendungen heute eine Testphase von 30 oder sogar mehr Tagen. Aber wer möchte schon gerne auf seinem Arbeitsrechner geschweige denn auf einem Server eine Software zu Testzwecken installieren, nur um nach ein paar Tagen festzustellen, dass sie sich nicht mehr so einfach deinstallieren lässt? In einer virtuellen Maschine kann keine Software Schaden anrichten, und mit den meisten Virtualisierungsprogrammen lässt sich vor der Installation der aktuelle Zustand einfrieren und anschließend nach Belieben wiederherstellen. Ein Computer, der beliebig viele virtuelle PCs emulieren kann, also unabhängige und verschiedene Betriebssysteme in Fenstern laufen lassen kann, ist der Traum jedes Entwicklers, Supporters und auch versuchsfreudigen Anwenders. Programme von VMware, Microsofts Virtual PC/Server, Virtual Iron, Blochs oder anderen erzeugen einen kompletten virtuellen Rechner. Mit nur ein paar Mausklicks steht ein neuer Test-PC schnell zur Verfügung. 1

14 So ein PC-Emulator ist ein Programm, das nach dem Start virtuelle Maschinen (kurz VMs) auf einem Hostsystem (also dem realen Hardwarecomputer) zur Verfügung stellt, in denen sich weitere Betriebssysteme installieren lassen (die Gastsysteme). Eine VM verfügt wie jeder echte PC über die üblichen Hardwarekomponenten Prozessor, Arbeitsspeicher, Festplatte, Netzwerkkarte usw. und bringt auch ein eigenes BIOS oder EFI (Extensible Firmware Interface) mit. Die im Fenster installierten Gastbetriebssysteme bemerken üblicherweise nicht, dass die Hardware, auf der sie laufen, nur emuliert wird. Die meisten Hersteller solcher Virtualisierungslösungen sind sich dabei sogar einig und nutzen die gleiche Hardwareausstattung für ihre virtuelle Umgebung. Da sich der i440bx-chipsatz von Intel zu Zeiten des Pentium II als sehr stabil erwiesen hat, wird meist dieser in der VM zur Verfügung gestellt. Das wiederum hat den Vorteil, dass sowohl alte als auch neue Microsoft-Betriebssysteme und auch so gut wie alle Linux-Distributionen in der virtuellen Maschine installiert werden können. Abhängig vom Hersteller der eingesetzten Applikation sind auch andere Betriebssysteme einsetzbar, z.b. DOS, Novell, Unix, OS/2, Mac OS X, usw. Warum virtualisieren? Viele spezielle Anwendungen, gerade auf Serverbetriebssystemen, erfordern einen eigenständigen Rechner. Nur so garantiert der Hersteller einen reibungslosen Einsatz. Gerade in der öffentlichen Verwaltung und in Krankenhäusern werden diese Anforderungen an den Einsatz der Software im produktiven Bereich gestellt. In der Praxis sind das dann häufig Computer, die bei 2 bis 5 % CPU-Auslastung laufen! Als virtuelle Maschine könnten aber gut zehn solcher Server eine einzige Hardware benutzen, um die Systemauslastung dann bei 20 bis 50 % zu halten. Die gesparten neun Computer verbrauchen somit keinen Strom und belasten die Klimaanlage nicht in der Regel rechnet sich die Anschaffung einer Virtualisierungssoftware daher schon nach wenigen Monaten. Das ist auch im Sinne von Green IT und wohl auch die beste Möglichkeit, große Einsparungen zu erreichen. Wie Sie im Laufe des Buches noch lesen werden, ist die Energieeinsparung beim Virtualisieren jedoch nur einer von mehreren wichtigen Aspekten. Da eine VM nur von wenigen Dateien repräsentiert wird, ist das Kopieren oder Klonen des Systems äußerst einfach. Durch das Nachhalten mehrerer Zustände des Gastbetriebssystems (Snapshots) lässt sich ohne Probleme mal eben etwas ausprobieren sei es eine zusätzliche Software, einer neuer Release-Stand oder auch ein Servicepack für das Betriebssystem. Funktioniert alles bestens, kann dieser Zustand getrost übernommen werden. Geht etwas daneben oder funktioniert nicht wie gewünscht, kann jederzeit zu einem vorherigen Stand zurückgewechselt werden. Ein weiterer Einsatzzweck für Virtualisierung: Ältere Betriebssysteme wie Windows NT laufen auf aktueller Hardware nicht mehr meistens können sie noch nicht mal auf neuen 2 Kapitel 1: Einführung

15 Rechnern installiert oder auf sie portiert werden. In einer virtuellen Maschine ist das kein Problem. Wann nicht virtualisieren? Einzige Ausnahme bei den installierbaren Betriebssystemen sind wohl Echtzeitsysteme wie QNX, RTOS und VXworks, bei denen es auch nichts bringt, sie virtuell laufen zu lassen. Zeitgenaue Abfolgen bei Betriebssystemen oder Anwendungen sollten nicht virtuell laufen dafür ist das Laufzeitverhalten der VM nicht genau genug. Auch bei manchen Linux-Systemen, gerade mit spezieller Software, ist von der Virtualisierung grundsätzlich abzuraten. Außerdem wird nur eine Standardhardware zur Verfügung gestellt, so dass spezielle Komponenten wie ISDN-Karten, Steuerungssysteme oder spezielle Bus-Karten usw. leider nicht emuliert werden können. Was manche SysAdmins abschrecken kann: Die Administration der Systeme ist mit Virtualisierung zwar einfacher und sicherer, in gewisser Weise aber auch komplexer, weil zusätzliche Systeme (ESXi Server, vcenter Server etc.) berücksichtigt werden müssen. Die Technik virtueller Maschinen Auf Großrechnern wie den Mainframes von IBM sind virtuelle Maschinen schon seit langer Zeit nichts Besonderes. Das Grundprinzip ist einfach: In einer Sandbox (von Betriebsund Dateisystem unabhängige Laufzeitumgebung, in der sich ggf. gefährlicher Code ohne Gefahr für die Stabilität und Sicherheit des Systems testen lässt) wird ein Computer emuliert, der über alle notwendige Hardware sowie Maus und Tastatur verfügt. Innerhalb dieses geschlossenen Systems kann ein Betriebssystem gestartet werden, das auf die virtuelle Hardware zugreift, als sei es ein echter Computer. In der Praxis gestaltet sich diese Aufgabe jedoch erheblich schwieriger. Immerhin muss eine Vielzahl benötigter Komponenten virtuell erzeugt werden. Da das Betriebssystem auf dem Hostrechner immer den exklusiven Zugriff auf die Hardware behält, kann ein virtuelles Gastbetriebssystem keinen direkten Zugriff auf die reale Hardware bekommen (mit wenigen Ausnahmen). Deshalb findet das Betriebssystem in der virtuellen Maschine auch andere Hardware vor als tatsächlich im PC eingebaut ist. Die wichtigsten zu emulierenden Komponenten sind folgende: Prozessor (A)PIC ((Advanced) Programmable Interrupt Controller) DMA (Direct Memory Access) IDE-Controller, ggf. SCSI oder SAS CMOS (BIOS-Setup) oder (U)EFI ((Unified) Extensible Firmware Interface) Die Technik virtueller Maschinen 3

16 Realtime-Clock (Echtzeituhr) PIT (Programmable Interval Timer) Memory und I/O-Controller Festplattenspeicher PCI-Bus und -Host sowie PCI-Bridge Videoadapter Keyboard-Controller Keyboard und Maus (ggf. über USB) Neben diesen wesentlichen Komponenten wird häufig auch noch eine Reihe anderer Komponenten in der virtuellen Maschine benötigt, wie beispielsweise diese: APM oder ACPI (Power Management) Netzwerkkarte(n) CD-/DVD-Laufwerke Soundkarte COM- und LPT-Anschlüsse Game- bzw. Midi-Port USB-Anschlüsse Zwei der wichtigsten Komponenten CPU und Festplatte widme ich einen eigenen Abschnitt, weil hier die meisten Missverständnisse auftreten und sich bei Unwissenheit über bestimmte Details auch Fehler einschleichen können. Virtueller Prozessor Die CPU ist der Hauptbestandteil des echten und des virtuellen PCs. Die AMD- oder Intel-Architektur hat allerdings hinsichtlich der Abbildung virtueller Maschinen gegenüber den Mainframes einige Schwächen. Letztere sind schon architektonisch auf VMs ausgelegt. Intel-Entwickler hatten früher hingegen nie einen virtuellen Rechner als Ziel vorgesehen. Einen ersten Schritt machte AMD mit der»pacifica«genannten Virtualisierungstechnik im Prozessorkern, Intel zog nach und nannte seine Virtualisierungsfunktion zunächst»vanderpool Technology«. Heute heißt diese Funktion AMD-V bzw. Intel VT und lässt sich im BIOS des Servers aktivieren. Die AMD- und Intel-Architektur der 32- und 64-Bit-CPUs bietet vier verschiedene Privilegien an, mit denen dem Betriebssystem, Treibern und Programmen unterschiedliche Rechte zugewiesen werden können, was Sie in Abbildung 1-1 sehen können. Normalerweise laufen OS und einige Treiber im sogenannten Ring 0 (Kernel mode) und Applikationen im Ring 3 (User Mode). Der Trick beim Erzeugen eines virtuellen Systems besteht darin, es im Benutzermodus als Applikation ablaufen zu lassen. 4 Kapitel 1: Einführung

17 Abbildung 1-1: Die vier Ringmodi eines Betriebssystems Wenn das Betriebssystem des virtuellen Rechners nun einen Befehl ausführen will, der nur im Ring 0 gestattet ist, löst der Prozessor eine Exception (Ausnahme) aus. Routinen zur Behandlung dieser Ausnahmen können dann den privilegierten Befehl emulieren. Dabei behält das Hostsystem die volle Kontrolle über das System. Die wichtigste Voraussetzung für das Funktionieren dieses Ansatzes ist, dass der Prozessor bei jeder unberechtigt durchgeführten privilegierten Anweisung eine Exception auslöst. Leider sind die Prozessoren bei den Ausnahmen nicht ganz so gründlich, wie man es sich wünschen könnte. Beispielsweise werden Speicherzugriffe beim x86 über eine GDT (Global Description Table, globale Beschreibungstabelle) abgewickelt. Diese ist eine globale Ressource und wird vom Betriebssystem verwaltet. Eigentlich müsste jeder direkte Zugriff auf diese Ressource als privilegierte Handlung angesehen werden und dürfte dementsprechend im User Mode nicht erlaubt sein. Die LGDT-Anweisung (Load Global Descriptor Table) behandelt der x86 sehr wohl als privilegiert, aber die SGDT (Store Global Descriptor Table) führt nicht zu einer Schutzverletzung. Allein diese Inkonsistenz macht es unmöglich, die GDT zu»virtualisieren«. Um dennoch virtuelle Maschinen auf einer Intel-Architektur mit 32 oder 64 Bit realisieren zu können, müssen sich die Entwickler von Virtualisierungssoftware eine ganze Menge einfallen lassen. Connectix (2003 von Microsoft aufgekauft) untersuchte bei- Die Technik virtueller Maschinen 5

18 spielsweise Code, der im Kernel Mode laufen soll, vor der Ausführung und änderte kritische Sequenzen um. Damit erklärt sich auch der Eintrag im Gerätemanager der virtuellen Maschine: Er sieht den tatsächlichen Prozessor, kann aber nicht unbedingt jede Funktion von ihm nutzen dazu später mehr. Emulation der Festplatte Ein weiterer wichtiger Bestandteil bei virtuellen Maschinen sind Massenspeicher. Generell funktioniert der Zugriff auf Massenspeicher ähnlich wie beim virtuellen Prozessor. Wenn das Gastsystem eine I/O-Anweisung (Input/Output, Ein- /Ausgabeanweisung) ausführt, wird eine Exception ausgelöst, da es sich dabei um eine privilegierte Anweisung handelt. Die Virtualisierungssoftware fängt diese Exception ab und übersetzt die Anweisung in eine Operation auf dem realen Dateisystem. Bei deren Realisierung steht der VM-Software eine ganze Reihe von Möglichkeiten zur Verfügung. So könnte sie beispielsweise die Anweisungen direkt auf der physikalischen Festplatte ausführen. Das widerspräche allerdings dem Anspruch an eine Sandbox, denn kein Programm darin darf das Hostsystem beschädigen. Der direkte Zugriff wird zumeist nur bei CD-ROMs oder DVDs eingesetzt. Zwei Ausnahmen davon gibt es allerdings: RDM (Raw Device Mapping, also direkter Zugriff auf eine LUN im SAN) und Direct Pass Through, z.b. bei Netzwerkkarten. Dazu erfahren Sie später mehr. Meistens wird die virtuelle Festplatte mit einer Datei auf dem Hostbetriebssystem realisiert. Die VM-Software verändert deren Größe teilweise dynamisch. Eine interessante Option sind dabei Festplatten, die beim Herunterfahren wieder in den Zustand von vor dem Start der virtuellen Maschine zurückversetzt werden. So kann man die virtuelle Maschine in einem immer definierten Zustand starten und kritische Tests ausführen. Beim nächsten Start befindet sich die VM wieder im Originalzustand. Eine Datei auf der Platte des Hosts lässt sich aber auch als virtuelles CD-ROM-Laufwerk verwenden. Hier kommen meist ISO-Images zum Einsatz, so dass die VM-Software nur die reinen Lesebefehle umsetzen muss, ohne sich um das CD-Dateisystem kümmern zu müssen. Hardwareausstattung Welche Hardware die zu installierenden Betriebssysteme in einer VM vorfinden, hängt von mehreren Faktoren ab: Erstens von der emulierten Hardware, zweitens von den Komponenten des Wirts, die teilweise an die VM durchgereicht werden, und drittens von der Konfiguration durch den Anwender, der entscheiden kann, welche Hardware emuliert, wie viel davon dem Gast zur Verfügung steht oder was direkt durchgereicht wird. Abbildung 1-2 zeigt beispielhaft den Gerätemanager eines virtuellen Systems. 6 Kapitel 1: Einführung

19 Abbildung 1-2: Gerätemanager unter Windows 2003 in der VM Zu den emulierten Komponenten der VM gehören Board-Chipsatz (z.b. Intel 440BX), BIOS (AMI oder Phoenix) oder EFI, Festplatte sowie Grafik-, Sound- und Netzwerkkarte. Während Motherboard und Festplatte meistens mit den generischen Treibern der Betriebssysteme laufen, muss für die Grafikkarte ein angepasster Treiber installiert werden. VMware übergibt zum Beispiel der VM eine spezielle SVGA-II- oder sogar 3-D- Karte, Microsoft bevorzugt hier eine Trio 32/64. In den VMware Tools enthaltene Treiber müssen nach der Installation des Betriebssystems noch installiert werden. Als Netzwerkkarte wird bei VMware eine AMD-PCnet-PCI-II- oder Intel-LAN-Pro-Karte, bei Microsoft eine Intel Karte emuliert, für die die meisten Linux-Derivate und moderne Windows-Versionen Treiber mitbringen. Weiterhin emuliert VMware als SCSI- Adapter BusLogic und LSIlogic, für den ältere Windows-Versionen passende Treiber haben, XP jedoch nicht. Neuere Windows-Versionen unterstützen zum Teil den einen oder anderen Adapter. Falls nicht, bietet VMware einen Treiber zum Download an, der auch auf der Webseite zu diesem Buch als Floppy-Image (lsi.flp und buslogic.flp) enthalten ist. In neueren Versionen der Virtualisierungssoftware werden noch weitere Netzwerkkarten und Festplattenadapter unterstützt. Bei seriellen und parallelen Anschlüssen, CD-, DVD- und Diskettenlaufwerken kann man in der VM wahlweise auf die Hardware des Hosts zurückgreifen oder diese Geräte vollständig emulieren. Andere Hardware wie etwa FireWire-Anschlüsse, (DSL-)Modems Hardwareausstattung 7

20 oder interne ISDN-Karten sucht man in der Hardwareausstattung vergeblich. VMware bietet in der neuen Version den Zugriff auf USB-2.0- und -3.0-Geräte sowie externe SCSI- Geräte wie Streamer. Hypervisoren Im Allgemeinen unterscheidet man zwischen zwei unterschiedlichen Ansätzen bei der Virtualisierung. Von einem Hypervisor des Typs 1 spricht man, wenn ohne installiertes Betriebssystem eine Virtualisierung von Gastbetriebssystemen direkt auf der Hardware möglich ist, wohingegen der Typ 2 ein vollständiges Betriebssystem voraussetzt und die Virtualisierung durch eine zusätzliche Anwendung zur Verfügung gestellt wird. Beim ersten Typ spricht man auch häufig von Bare Metal Hypervisor oder auch Paravirtualisierung. Zum Typ 1 zählen zum Beispiel der ESXi Server, XEN, KVM (Kernel-based Virtual Machine), dem Typ 2 ordnet man unter anderem die Workstation und Serverversionen von VMware und Microsoft zu sowie Produkte von Bochs, VirtualBox, QEMU usw. Virtualisierung mit VMware Das amerikanische Unternehmen VMware Inc. wurde 1998 in Palo Alto in Kalifornien gegründet, um ein Produkt zu entwickeln, das virtuelle Maschinen auf normalen Computern lauffähig machen kann. Der Mutterkonzern EMC Corporation brachte die Tochter im August 2007 an die Börse und verkaufte nur 10 % der Aktien. Nach dem ersten Tag stiegen die VMware-Aktien von 29 auf 54 US-Dollar und brachten an dem einem Tag über 19 Milliarden Dollar Gewinn. VMware-Produkte Als erstes Produkt brachte VMware die WORKSTATION heraus, die heute immer noch das bekannteste Produkt ist und mittlerweile in der Version 8 vorliegt. Diese Applikation wird auf einem bestehenden Betriebssystem (Windows oder Linux) installiert. Ähnlich verhält es sich mit dem kostenlosen Nachfolger des ehemaligen GSX-Servers, dem VMware SERVER, der zurzeit in der Version vorliegt. Die Version 2.x wird rein über einen Browser gesteuert. Sowohl Workstation als auch Server sind Anwendungen, die aufgrund des darunterliegenden Betriebssystems und eingeschränkten Hardwareausbaus meist nur wenige VMs gleichzeitig laufen lassen können. Dabei ist es egal, ob das Betriebssystem Linux oder Windows ist und ob es sich um z.b. Windows XP oder Server handelt. Diese Version wird seit über zwei Jahren nicht mehr aktualisiert. Weiterhin gibt es den für den nichtkommerziellen Gebrauch kostenlosen VMware PLAYER, der eigentlich nur vorhandene virtuelle Maschinen abspielen kann. Seit Version 3.0 ist man aber damit ebenfalls in der Lage, neue VMs zu generieren; aktuell liegt er in Version vor. Der Player läuft unter 32-Bit-Betriebssystemen nur allein, unter 64-Bit 8 Kapitel 1: Einführung

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