VIRTUALISIERUNG IN MIKROKERN BASIERTEN SYSTEMEN

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1 Fakultät Informatik Institut für Systemarchitektur, Professur Betriebssysteme VIRTUALISIERUNG IN MIKROKERN BASIERTEN SYSTEMEN Henning Schild Dresden,

2 Definition Einführung von Abstraktionsschichten zwischen physischen Ressourcen und Anwendern bzw. Anwendungen. Partitionierung einzelner Ressourcen Zusammenfassung mehrerer Ressourcen und Kombinationen TU Dresden, Folie 2 von 14

3 Virtualisierung in der Praxis Multitasking Betriebssystem als Abstraktionsschicht Partitionierung einer Maschine: Zeitscheiben, virtueller Speicher Anwendungs Virtualisierung Unix chroot Umgebung FreeBSD Jails, Solaris Zones, Linux VServer Wine... mehrere Betriebssysteme auf einer Maschine VMWare, QEMU, VirtualBox UML, Xen, L 4 Linux TU Dresden, Folie 3 von 14

4 Motivation erhöhte Auslastung Serverkonsolidierung Wiederverwendung vorhandener Software z.b: Windows auf Linux Isolation Sicherheitsgründe Unverträglichkeit von Anwendungen Entwicklung virtuelle Testrechner für BS Entwicklung TU Dresden, Folie 4 von 14

5 Geschichte wird schon seit den 1970er Jahren eingesetzt IBM Mainframes Virtualisierung boomt in jüngster Vergangenheit (1990er Jahre) X86 Hardware weit verbreitet, billig und leistungsstark Hardware Unterstützung in aktuellen Intel und AMD CPUs TU Dresden, Folie 5 von 14

6 Formale Anforderungen Äquivalenz Gast Betriebssystem und Anwendungen sollen sich verhalten wie auf realer Maschine Isolation Host kontrolliert jeglichen Zugriff auf Ressourcen und isoliert Gäste voneinander Effizienz Gast Code sollte möglichst direkt auf der Maschine ausgeführt werden TU Dresden, Folie 6 von 14

7 Techniken Emulation Paravirtualisierung Vollständige Virtualisierung TU Dresden, Folie 7 von 14

8 Emulation Interpretation oder Übersetzung von Gast Code Hardware Architekturen von Gast und Host können sich unterscheiden Isolation und Äquivalenz werden erreicht nicht effizient (Verlangsamung um Faktor 10 bis 20) Beispiele Bochs QEMU TU Dresden, Folie 8 von 14

9 Paravirtualisierung Anpassung des Gast Betriebssystems für die Virtualisierung Gast BS läuft im Nutzermodus auf dem Host BS Zugriff auf Quellcode nötig hoher Entwicklungs und Wartungsaufwand alle formalen Anforderungen können erfüllt werden sehr effizient Beispiele L 4 Linux UML Xen TU Dresden, Folie 9 von 14

10 Vollständige Virtualisierung direkte Ausführung von unmodifizierten Gast BS auf der Maschine kein Zugriff auf Quellcode nötig Verwendung beliebiger Gast Betriebssysteme Isolation und Äquivalenz auf X86 Hardware nicht einfach umsetzbar Abhilfe durch Hardware Erweiterungen hohe Effizienz durch direkte Ausführung Beispiele VMware VirtualBox KVM kqemu TU Dresden, Folie 10 von 14

11 Mikrokern basierte Systeme Mikrokern nur die nötigste Funktionalität im Kern Isolation (Prozesse) Kommunikation (IPC) keine Gerätetreiber, Dateisysteme oder Protokollstacks Multi Server Umgebung Dienste im Nutzermodus in einzelnen Servern Gerätetreiber Speicherverwaltung Eigenschaften sehr gute Basis für sichere, robuste und vertrauenswürdige Systeme Codebasis für Anwendungen enthält nur benötigte Funktionalität Komponenten können ausgetauscht werden TU Dresden, Folie 11 von 14

12 L 4 Linux Trusted Computing Base paravm Secure Pinpad App Trusted Viewer App Linux App Web Browser Linux App Office Suite Linux App Compiler Key Management & Signature L4Linux Secure Base Infrastructure Loader Memory Mgr Secure GUI CPU Mgr Naming Service Device Mgr Microkernel / Hypervisor TU Dresden, Folie 12 von 14

13 KVM L4 Trusted Computing Base Secure Pinpad App Secure Base Infrastructure Loader Memory Mgr Trusted Viewer App Key Management & Signature Secure GUI paravm Linux App Full Featured Web Browser CPU Mgr QEMU L4Linux/KVM-L4 Naming Service VM Legacy App Legacy App Legacy App Legacy OS Device Mgr Microkernel / Hypervisor TU Dresden, Folie 13 von 14

14 Weiterführende Informationen Virtualisierung ausprobieren VirtualBox für Windows/Linux/MacOS KVM für Linux Vorlesungen im Hauptstudium Mikrokernbasierte Betriebssysteme Publikationen Popek, Gerald J. ; Goldberg, Robert P.: Formal requirements for virtualizable third generation architectures. In: Commun. ACM 17 (1974) Barham, Paul ; Dragovic, Boris ; Fraser, Keir ; Hand, Steven ; Harris, Tim ; Ho, Alex ; Neugebauer, Rolf ; Pratt, Ian ; Warfield, Andrew: Xen and the art of virtualization. In: SIGOPS Oper. Syst. Rev. 37 (2003) TU Dresden, Folie 14 von 14

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