Was ist ein Hypervisor?

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| Autor / Redakteur: Otto Geißler / Ulrike Ostler

Hypervisoren erlauben nicht nur die Virtualisierung von Server-Hardware, sondern erlauben etwa auch einen Abstraktion von Speichern und die Bildung von Logischen Pools.
Hypervisoren erlauben nicht nur die Virtualisierung von Server-Hardware, sondern erlauben etwa auch einen Abstraktion von Speichern und die Bildung von Logischen Pools. (Bild: © djama - stock.adob.com)

Ein Hypervisor, oder ein Virtual Machine Monitor (VMM), ermöglicht den gleichzeitigen Betrieb mehrerer Gastsysteme auf einem Hostsystem. Der Hypervisor übernimmt die Steuerung bezeihungsweise Verwaltung der Ressourcenzuteilung für die entsprechenden Gastsysteme.

Die verschiedenen Hardware-Ressourcen, wie Prozessoren, Laufwerke und Arbeitsspeicher werden bei Bedarf dem jeweiligen Gastbetriebssystem durch den Hypervisor so zugeordnet, als ob es den Anschein hätte, dass nur ein Betriebssystem installiert wäre. Dies geschieht per Hardware-Emulation, Hardware-Virtualisierung oder Para-Virtualisierung. Das heißt: Die Ressourcen von Prozessoren, Speichereinheiten, Ein-/Ausgabe (I/O) und DMA-Controllern beispielsweise werden transparent auf die virtuellen Maschinen aufgeteilt.

Dabei werden Virtual Machine-Konzepte von speziellen Prozessoren wie „Virtual Machine Extension„ (VMX) des Herstellers Intel und „Secure Virtual Machine“ (SVM) des Herstellers AMD unterstützt.

Hypervisoren lassen sich auch komplett Software-basiert implementieren. Spezifische Erweiterungen im Prozessor sind dann im Grunde nicht mehr nötig. Jedoch ergeben sich durch die Erweiterungen im Befehlssatz des Prozessors Vorteile hinsichtlich der Geschwindigkeit und der Sicherheit. Daher werden viele Prozessoren hardwareseitig mit Befehlserweiterungen für die Virtualisierung angeboten.

Die gesamte vorhandene Hardware wird Host-System und das darauf installierte Betriebssystem Host-Betriebssystem bezeichnet. Damit ist die virtuelle Umgebung mit dem Gastbetriebssystem bzw. der Virtuellen Maschine auf allen Host-Systemen funktionsfähig, auf denen der Hypervisor läuft. So ist es ebenso unerheblich, auf welcher Hardware der Hypervisor selbst installiert wurde, da er von der vorhandenen Hardware abstrahiert.

Zwei Arten von Hypervisoren

Die Bezeichnung Hypervisor wird in der Literatur und in den Medien zum Teil uneinheitlich verwendet. Grundsätzlich wird ein Typ 1 und Typ 2 von Hypervisoren unterschieden. In manchen Texten verweist der Begriff Hypervisor auf den Typ 1 oder Typ 2 mit Para-Virtualisierung. Der Hersteller IBM verwendet Hypervisor in einem allgemeinen Sinne, das heißt für Typ 1 und Typ 2. Bei VMWare ist das zum Beispiel ebenso. Wenn VMware von Bare-Metal-Hypervisor spricht, ist jedoch nur der Typ 1 als Differenzierung zu Typ 2 gemeint.

Typ 1:

Der Hypervisor (Native oder Bare-Metal) des Typs 1 läuft direkt auf der physikalischen Hardware und benötigt keine vorherige Installation des Betriebssystems. Typ 1 steuert die Hardware-Ressourcen dann von diesen Platz aus und überwacht die Gastbetriebssysteme, die darüber installiert werden.

Voraussetzung: Die Hardware des Host-Systems wird durch passende Treiber unterstützt. Der Typ 1 benötigt vergleichsweise weniger Ressourcen. Zu den Hypervisoren des Typs 1 gehören unter anderem „VMware ESX Server“ , „Microsoft Hyper-V“ , „IBM Power Hypervisor„ (PowerVM), „IBM System z Hypervisor„ (PR/SM), „Xen“ , „Citrix XenServer“, „Oracle VM Server„ und „Parallels Server“.

Typ 2:

Ein Hypervisor (hosted) des Typs 2 setzt auf dem Betriebssystem (Host-System) unter Verwendung der Treiber des Betriebssystems auf, um auf die entsprechende Hardware des Host-Systems zuzugreifen. Die Gastbetriebssysteme werden dann auf diesem Betriebssystem installiert und zum Laufen gebracht. Zu den Hypervisoren des Typs 2 zählen unter anderem „VMware Server“ (GSX), „VMware Workstation“ , „VMware Fusion“, „Microsoft Virtual PC“ , „Microsoft Virtual Server“ , „Virtual Box“ , „Parallels Workstation“ und „Parallels Desktop“.

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Verschiedene Möglichkeiten der Anwendung

Statt einer Virtualisierung durch Hypervisoren kommt für jedes System eine eigene Hardware zum Einsatz. Da sich häufig moderne Hardwarekomponenten im Leerlauf befinden, wird auf diese Weise viel Energie und auch Platz verschwendet. Wenn nun mehrere Systeme auf derselben Hardware betrieben werden können, lassen sich folglich die Ressourcen dieser Hardware deutlich besser ausschöpfen. Zugleich wird viel weniger Hardware erforderlich. Die logische Konsequenz: direkte Kosteneinsparungen für den Betreiber.

Anwendungen von Hypervisoren für die Software-Entwicklung: Entwickler nutzen Virtuelle Maschinen mit Hypervisoren und unterschiedlichen Gastbetriebssystemen für Software-Testläufe auf unterschiedlichen Zielplattformen. Ein weiterer Vorteil: Falls die Testsoftware ernsthafte Beschädigungen verursachen sollte, so wäre nur das Gastsystem und nicht das Hostsystem betroffen.

Ursprünge der Virtualisierung

Die ersten Hypervisoren waren schon 1967 in der ersten Version des Testwerkzeugs „Simmon“ von IBM im Einsatz. Es wurde auf Basis der damals neuen „System/360“-Hardware sowie des Forschungsystems „CP-40“ entwickelt und in der Folge zur ersten Version vom IBM-Betriebssystem „CP/CMS“ mit dem Modellnamen „CP-40/CMS“ weiterentwickelt. Vor 1967 war Virtualisierung in manchen Betriebssystemen nur insofern möglich, dass verschiedene Anwendungsprogramme zur gleichen Zeit laufen oder die gleiche Hardware nutzen konnten.

* Otto Geißler ist freier Journalist.

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