Projekt für Systemprogrammierung WS 06/07

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1 Dienstag Projekt für Systemprogrammierung WS 06/07 Von: Hassan Bellamin

2 Gliederung: 1. Geschichte und Definition 2. Was ist Virtualisierung? 3. Welche Virtualisierungssoftware gibt es? 4. Die Rolle der Hardware bei der Virtualisierung

3 Gliederung 2 : 5. Die Realisierung einer Virtuellen Maschine 6. Vorführung 7. Vor- und Nachteile 8. Fazit

4 Geschichte und Definition

5 Geschichte und Definition Ende der 50-er Jahre hatte Christopher Strachey die Idee zu einer logischen CPU auf der Programme genau so liefe, als würden sie auf einer physikalischen CPU laufen. Erst Jahre später, nämlich Mitte der 60-er Jahre entstand dann durch eine Zusammenarbeit von IBM und MIT die erste Virtuelle Maschine. MIT=massachusetts institute of technology; IBM=International Business Machines

6 Geschichte und Definition Obwohl die erste Virtuelle Maschine Mitte der 60-er entstand, dauerte es jedoch bis in die 80-er Jahre bis man das Potential der Virtualisierung erkannt hat. Bis Ende der 90-er Jahre ging man wegen Hardwarebeschränkungen davon aus, dass nicht alle Hardwarearchitekturen virtualisierbar sind.

7 Geschichte und Definition 1999 gelang dann der Firma VMWare Inc. die Virtualisierung von Intelarchitekturen...

8 Geschichte und Definition Gerald Popek und Robert Goldberg definierten die Virtuelle Maschine als eine effiziente, isolierte Kopie einer realen Maschine". Ein Programm dass auf einem Rechner einen oder mehrere andere Rechner nachbildet. Die Virtuelle Maschine verarbeitet den Code genau wie es die Reale Variante tun würde.

9 Was ist Virtualisierung?

10 Was ist Virtualisierung? Virtualisierung bietet eine anpassungsfähige und sichere Möglichkeit, mehrere Betriebssysteme quasi parallel auf einem Rechner auszuführen. Standalone Betrieb Host-Guest-Betrieb

11 Was ist Virtualisierung? Dabei arbeiten die Betriebssysteme nicht direkt auf der Hardware.

12 Was ist Virtualisierung? Der Virtual Machine Monitor (VMM) bildet eine neue Softwareschicht zwischen der Hardware und den Betriebssystemen.

13 Was ist Virtualisierung? Beispiel für Standalone-Architektur:

14 Was ist Virtualisierung? Beispiel für Host-Guest-Architektur

15 Was ist Virtualisierung? Der VMM erzeugt und verwaltet virtuellen Maschinen, auf denen die Gastbetriebssysteme aufsetzen. Die vorhandenen Ressourcen können beliebig auf die virtuellen Maschinen verteilt und den Anforderung angepasst werden. Die Verteilung der Rechenzeit kann zum Beispiel durch Timesharing erfolgen.

16 Welche Virtualisierungssoftware gibt es?

17 Welche Virtualisierungssoftware gibt es? CP/CMS : Die erste virtualisierte Rechenmaschine (CP/CMS steht für "Control Program" / "Console Monitor System"), ein IBM Mainframe, die Mitte 60er Jahre erschienen ist. Disco : Eine Virtuelle Maschine für Mehrprozessorrechner (SGI Origin 2000) die 1999 erschienen ist. Cygwin

18 Welche Virtualisierungssoftware gibt es? VMware : Die erste Virtualisierung der x86 Architektur ist 1999 erschienen. FreeMWare/plex86 : Früher FreeMWare genannt, ist plex86 die Antwort der Open Source Gemeinde auf VMware. Und nicht zu vergessen Virtual PC von Microsoft, das allerdings von der Firma Connectix übernommenen wurde.

19 Die Rolle der Hardware bei der Virtualisierung

20 Die Rolle der Hardware bei der Virtualisierung Nicht jedes Rechensystem ist virtualisierbar. Die Prozessoren der IA-32 und IA-64 Architektur, d.h. alle Prozessoren der x86er Reihe, nicht oder nur partiell für die Virtualisierung entworfen worden.

21 Die Rolle der Hardware bei der Virtualisierung Jede moderne Prozessorarchitektur bietet schutz- und Kontrollmechanismen für die Betriebssoftware, die sich sowohl nutzbringend als auch problematisch für eine Virtualisierung erweisen. Die IA-32 stellt nämlich vier verschiedene Privilegstufen zur Verfügung, die als Ring 0, Ring 1, Ring 2 und Ring 3 bezeichnet werden.

22 Die Rolle der Hardware bei der Virtualisierung Der Ring 0, auch als Supervisor-Mode bezeichnet, ist der Level mit der höchsten Priorität. In der Regel läuft hier das Betriebssystem. Die Anwendungssoftware läuft dagegen im Ring 3, auch User-Mode genannt. Dieser Ring ist mit der niedrigsten Priorität ausgestattet.

23 Die Rolle der Hardware bei der Virtualisierung

24 Die Rolle der Hardware bei der Virtualisierung Aufgrund dieser Softwareanordnung, kann das Betriebssystem sowohl die Hardware verwalten als auch die Anwendungssoftware kontrollieren. Bringt allerdings einige Probleme mit sich...

25 Die Realisierung einer Virtuellen Maschine

26 Die Realisierung einer Virtuellen Maschine Die Realisierung einer Virtuellen Maschine lässt sich in drei Schritten verdeutlichen: 1. Virtualisierung der CPU 2. Virtualisierung des Speichers 3. Virtualisierung der Ein- und Ausgabe

27 Die Realisierung einer Virtuellen Maschine 1. Virtualisierung der CPU

28 Die Realisierung einer Virtuellen Maschine Die Verteilung der Privilegstufen auf Betriebssystem und Anwendungssoftware muss für die Virtualisierung modifiziert werden Der VMM benötigt als Wirt die höchste Privilegstufe (Ring 0), um mehrere VM zu organisieren Das BS wird entweder im Ring 1 oder Ring 3 ausgeführt

29 Die Realisierung einer Virtuellen Maschine

30 Die Realisierung einer Virtuellen Maschine Der VMM unterscheidet 2 Klassen von Befehlen Unkritische Befehle = nicht privilegierte Befehle Kritische Befehle = privilegierte Befehle und nicht privilegierte Befehle mit variablen Verhalten

31 Die Realisierung einer Virtuellen Maschine

32 Die Realisierung einer Virtuellen Maschine Aufgrund der Ausführung der Gast-Betriebssysteme im Ring 1 müssen die kritischen Befehle abgefangen werden. Ein Beispiel für einen kritischen Befehl ist das Laden des Page Directory Base Register (PDBR).

33 Die Realisierung einer Virtuellen Maschine Zum abfangen kritischer Befehle wird Prescan-, oder auch "Scan Before Execution - Verfahren verwendet Wenn ein kritischer Befehl gefunden wird, dann wird dieser durch einen Software-Breakpoint ersetzt und somit die Ausführung des Prescans abgebrochen.

34 Die Realisierung einer Virtuellen Maschine 2. Virtualisierung des Speichers

35 Die Realisierung einer Virtuellen Maschine Die Virtualisierung des Speichers ist einfacher, da in der Intelarchitektur vorgesehen Durch die Mechanismen Segmentierung und Paging ist die Virtualisierung des Hauptspeichers effizient möglich.

36 Die Realisierung einer Virtuellen Maschine Bei der Virtualisierung des Hauptspeichers muss darauf geachtet werden, dass das Gast- Betriebssystem keinen Zugriff auf die Speicher Descriptor Tabellen bekommt. Damit kein gleichzeitiger Zugriff auf die Speicher Descriptor Tabellen auftritt, wird ein neuer Adressraum eingeführt, der in Form einer eigenen Schicht die physikalischen Adressen virtualisiert.

37 Die Realisierung einer Virtuellen Maschine

38 Die Realisierung einer Virtuellen Maschine

39 Die Realisierung einer Virtuellen Maschine 3. Virtualisierung der Ein- und Ausgabe

40 Die Realisierung einer Virtuellen Maschine

41 Die Realisierung einer Virtuellen Maschine

42 Vorführung

43 Vor- und Nachteile

44 Vor- und Nachteile Die Vorteile: + Ein Hardware-unabhängiges Testen von Betriebsystemen ist möglich + Es können mehrere Betriebsysteme parallel auf einer Maschine laufen und somit deren Anwendungen gleichzeitig genutzt werden

45 Vor- und Nachteile + Ein Anpassen von Code auf andere Betriebsysteme gestaltet sich einfacher + Verteilte Software kann einfach getestet werden + Es ist ein Backup des Virtuellen Systems zu jeder Zeit möglich

46 Vor- und Nachteile Die Nachteile: Im Host-Guest Betrieb ist die Virtuelle Maschine einem eventuell schlechten Scheduler des Betriebsystems ausgesetzt. Die Performance ist geringer als auf einer Reellen Maschine Der Speicheraufwand steigt überproportional

47 Fazit Die Vorteile von Virtuellen Maschinen sind in vielen Anwendungsbereichen nicht von der Hand zu weisen und überwiegen die Performance Nachteile. Es gibt wirtschaftliche Vorteile: Zeit und Material sind einzusparen Auch für uns Studenten interessant: z.b. für RN

48 Quellen: Verwendete Quellen: 1. Dennis Zimmer. VMware Server und VMware Player, Galileo Press; Auflage: 1 (August 2006) 2. VMware.com 3. Wikipedia.

49 Quellen: Download Quellen: Cygwin VMware Virtual PC Virtual-PC.shtml

50 Noch Fragen...??????????????

51 Danksagung!!!

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