Vorlesung: Virtualisierung und Rechenzentrumsinfrastrukturen. Lars Göbel & Christian Müller VL04: Einführung in die Virtualisierung

Transkript

1 Vorlesung: Lars Göbel & Christian Müller VL04: Einführung in die Virtualisierung

2 Themenüberblick Virtualisierung VL 02: Einführung in die Virtualisierung (heute) VL 06: VL 08: XaaS VL 09: PaaS + SaaS VL 10: Management virtueller Infrastrukturen VL 11: Automatisierung von virtuellen Infrastrukturen VL 12: Zusammenfassung 2

3 VL02: Einführung in die Virtualisierung Agenda 1. Über mich 2. Überblick Themenblock Virtualisierung 3. Idee - Virtualisierung a. b. c. Was heißt Virtualisierung? Warum Virtualisierung? Was wird virtualisiert? a. 4. Technik - Virtualisierung 3

4 Was brauchen wir für unsere virtuelle Infrastruktur 4

5 Aufgaben des Platform zwischen Hardware und virtueller Schicht Stellt virtuelle Hardware für jede einzelne virtuelle Maschine (VM) zur Verfügung CPU RAM Netzwerk Separierung der zur Verfügung gestellten Ressourcen Hardware Hostsystem Betriebssystem Hostbetriebssystem Gastbetriebssystem Betriebssystem des VM 5

6 App 1 App 1 App 2 Binaries/Libraries Binaries/Libraries Binaries/Libraries Gast OS Gast OS Gast OS Virtuelle Maschinen Virtuelle Maschinen Arten von en App 1 App 1 App 2 Binaries/Libraries Binaries/Libraries Binaries/Libraries Gast OS Gast OS Gast OS Host OS Server Server Type 1 Type 2 6

7 Geschichte Entstanden im Mainframe Bereich 1967: erster von IBM (SIMMON) 2000: Nach erstem Hype kaum Bedeutung bis ins Jahr 2000 Ab 2005: Implementierung der Virtualisierungsunterstützung in x86-architektur Darauf aufbauend wurden bekannte entwickelt (kommende Folien) 7

8 Anbieter KVM OpenStack VMware ESXi Hyper-V (Microsoft) Xen / Citrix 8

9 Architektur DCUI: DirectConsoleUserInterface CIM: Common Information Model VMM: Virtual Machine Manager VMX: Virtual Machine extension SNMP: Simple Network Management Protocol 9

10 - Memory Verwaltung des RAMs 10

11 Memory Allocation MMU - Memory Management Unit Verwaltet den Speicher eines Computers Stellt virtuelle Speicheradressen zur Verfügung und bildet diese auf physikalische Adressen ab Feste Speichergrößen (pages) Abbildung in Tabelle (page table) Quelle: Von Mdjango, Andrew S. Tanenbaum - Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, 11

12 Page Table Guest Page Table Page Table im Guest OS Memory Slot Übersetzung Quelle: 12

13 Shadow Page Tables Shadow Page Table Vereinfachung des mehrschichtigen Aufbaus auf eine Ebene Effizienter Schneller Quelle: 13

14 Memory Allocation Was fällt auf? Quelle: 14

15 Memory Allocation Was fällt auf? Mehr Speicher in den VMs als auf dem Host vorhanden Overcommitment Quelle: 15

16 Transparent Page Sharing Vergleich ganzer Pages auf Basis des Hash Wertes Speichereinsparung durch freigeben doppelter Bereiche Quelle: 16

17 Balloning Quelle: 17

18 Balloning Speicher auf dem Host wird knapp Ballon wird entfaltet Gast Betriebssystem gibt Speicher frei ( Evtl Swapping) Es steht nun mehr physikalischer Speicher für andere VMs zur Verfügung Ist die Knappheit überwunden, wird dem Ballon im Gast Betriebssystem die Luft wieder entlassen Quelle: 18

19 Swapping Verschiebt Arbeitsspeicher auf die Festplatte Sehr langsam, daher Quelle: 19

20 Balloning vs. Swapping Quelle: 20

21 Memory Compression Performance Quelle: 21

22 - CPU Verwaltung der CPUs 22

23 CPU Ringe Virtuell vs Physik Kernel Mode nur für Betriebssystem gedacht Zugriff des Gastbetriebssystems auf den Kernel Mode Ringmodell machte software basierte Virtualisierung möglich 23

24 CPU Virtualisierung CPU Aufgaben der Zur Verfügung Stellen aller Ring Ebenen für das Gast Betriebssystem Absicherung der eigenen Lauffähigkeit 24

25 CPU Virtualisierung Virtuell vs Physik Seit November 2005 Hardware-Unterstützung für Virtualisierung Intel VT-x Einführung mit Pentium 4 Einführung eines parallelen Konzepts zu den Ringen VMX Root Operation VMX non Root Operation AMD-V Einführung März 2006 Bis heute sind nicht alle CPUs mit Virtualisierungs Unterstützung ausgestattet 25

26 - Netzwerk Verwaltung des Netzwerks 26

27 - Netzwerk Verwaltung des Netzwerk Aufgaben des s Zur Verfügung Stellung von virtuellen Netzwerkkarten für VMs Anbindung der VMs an das Netzwerk Anbindung der Netzwerke an physikalische Netzwerke Mögliche Trennung zwischen den Netzen der unterschiedlichen VMs Balance der Netzwerkauslastung verwalten 27

28 - Netzwerk Verwaltung des Netzwerk Virtuelle Netzwerkkarten mehrere Karten pro VM möglich Virtuelle Switches 28

29 - Management Verwaltung der mehrere 29

30 Resource Pools Zusicherung einer definierten Menge an Ressourcen für eine Menge an Virtuellen Maschinen Quelle: 30

31 Resource Pools Feste Resource Pools Quelle: 31

32 Resource Pools Feste Resource Pools Quelle: 32

33 - Management vmotion Verschieben der VM im laufenden Betrieb Unterteilung in zwei Arten vmotion CPU RAM Storage vmotion Speicher Nutzer merkt verschiebung nicht evtl dediziertes Netz für vmotion Quelle: 33

34 - Management DRS - Distributed Resource Scheduler DRS Lastverteilung der VMs über Hosts hinweg Nutzt vmotion für die Umsetzung Regeln Affinity Rules VMs bleiben zusammen Anti Affinity Rules VMs werden getrennt Quelle: 34

35 Vielen Dank 35