Nutzen für Unternehmen

Vor und Nachteile von Virtualisierungsarchitekturen

01.07.2008 | Autor / Redakteur: DataCenter-Insider.de / Achim Karpf

Desktop-Virtualisierung sorgt auch für eine bessere Auslastung der Server im Rechenzentrum
Desktop-Virtualisierung sorgt auch für eine bessere Auslastung der Server im Rechenzentrum

Methoden der Virtualisierung

Grob gesagt existieren zwei Methoden der x86-Server-Virtualisierung. Die Hostbasierte Architektur, wie sie mit VMware Workstation, Microsoft Virtual PC oder Parallels zum Einsatz kommt, repräsentiert die Anfangszeit der Virtualisierung.

Sie eignet sich hervorragend für die PC-Virtualisierung auch dann, die Performance der Applikationen nur eine geringe Rolle spielt. Dem Unix-Konzept entspricht dagegen die modernere Variante der Hypervisor-basierten Virtualisierung, die vor allem für Serverkonsolidierung eingesetzt wird. Beispiel: VMware mit ESX-Server sowie die für 2008 angekündigte Microsoft-Lösung »Windows Server Virtualization«.

Hostbasiert

Der so genannte Virtual Machine Monitor (VMM), der über dem HostBetriebssystem liegt, virtualisiert den Zugang zur Hardware, indem er eine standardisierte virtuelle Hardware simuliert.

Der VMM löst die Zugriffskonflikte auf den Hardwareressourcen wie CPU, Speicher und I/O-Devices wie Netzwerk und FestplattenSchnittstellen. Alle virtuellen Betriebssysteme sind in ihrer originalen Fassung im Einsatz. Das Prinzip nutzen VMwares GSXServer und Workstation, Microsoft Virtual Server sowie Parallels.

Vorteil: Da der Virtualisierungs-Layer bei dieser Methode die Treiber des Betriebssystems (OS) für die Geräteanbindung nutzt, ist eine breitere Unterstützung von I/O Devices möglich (das OS enthält normalerweise eine größere Auswahl von Treibern). Die Inbetriebnahme geht leicht von der Hand.

Nachteil: Der Management-Aufwand ist kaum geringer als mit physischen Servern, weil beispielsweise jeder Treiber in jeder virtuellen Maschine aufgespielt werden muss. Dazu kommt ein hoher Overhead.

Hypervisor-basiert

Die Variante wird auch »baremetal« genannt, weil der Virtual Machine Monitor direkt auf der Hardware aufliegt und teils mehr Befugnisse hat als das eigentliche Betriebssystem des Servers. Fällt das Betriebssystem aus, könnte der VMM daher auch weiterhin betriebsfähig sein. Er übersetzt die vom virtuellen Betriebssystem an die Hardware gerichteten Betriebssystem-Calls und simuliert die Antworten der Hardware.

VMware ESX liefert mit dem VMM ein spezielles Betriebssystem mit einem VMKernel auf Basis von Linux. Weil die x86Architektur nicht von Natur aus virtualisierungsfreundlich ist, müssen »unsafe instructions« seitens der Hardware durch den VMM abgefangen werden. Hierzu überschreibt der ESXServer Teile des OSCodes und platziert sie so, dass sie die »unsafe instructions« abfangen.

Vorteil: Der Ansatz ist performanter als die Hosted-Architecture und bietet mehr Sicherheit aufgrund höherer Isolation der Maschinen. Betriebssysteme lassen sich ohne Modifizierung betreiben.

Nachteil: Die mit dem proprietären Betriebssystem mitgelieferten Treiber entsprechen meist nicht dem aktuellen technologischen Stand. Auch muss man innerhalb der Systemgrenzen bleiben. Auf ein 32BitSystem lässt sich beispielsweise keine 64BitAnwendung installieren.

Paravirtualisierung

Die Probleme der »unsafe instructions«, welche die x86Architektur mit sich bringen, werden bei Xen nicht im VMM, sondern mit Hilfe eines Sublayers gelöst. Dabei handelt es sich um eine Schicht, die selbst im »Ring 0« der CPU, also mit höchsten Privilegien läuft.

Da das virtuelle Betriebssystem normalerweise ebenfalls Zugriff auf »Ring 0« hat, was zu Konflikten führen würde, sind Modifikationen in den Betriebssystem-Kernel erforderlich, die das OS auf die Ringe 1 und 2 (von insgesamt vier) verschieben. Die virtuellen Betriebssysteme »wissen«, dass sie virtualisiert werden, daher muss ihnen keine komplette Hardware vorgegaukelt werden.

Die Performance und Sicherheit der Lösung wächst dadurch. Durch den Einsatz der CPUs Intel VT und AMD Pacifica erübrigen sich Modifikationen am Betriebssystem. Die Methode ist geeignet für Virtualisierung von I/O-intensiven Anwendungen wie Content Management Software oder Application Server.

Vorteil: Paravirtualisierte Maschinen bieten eine bessere Performance als andere Hypervisor-basierte Ansätze, einen hohen Abschottungsgrad und erzeugen kaum Overhead.

Nachteil: Applikationen können sich auf modifizierten Systemen anders verhalten und müssen eingehend geprüft und zertifiziert werden.

Betriebssystam-Virtualisierung

Hier virtualisiert der Hypervisor ein Betriebssystem. Dies ist geeignet für Hosting-Anbieter, Service Provider, für E-Mail oder Datenbankserver, High Performance Computing.

Bei der OS-Virtualisierung liegt der Fokus auf der Abschottung der Systeme, während es weniger darauf ankommt, verschiedene Betriebssysteme zu fahren. Zu den Anbietern gehören SWsoft mit Virtuozzo und Sun mit Solaris Containern und Zones.

Vorteil: Gut zu verwalten, skalierbar und sehr performant, Overhead kleiner als ein Prozent.

Nachteil: Nur Windows auf Windows und Linux auf Linux möglich, auch unterschiedliche Distributionen. Hier sind nur hostimmanente Treiber verfügbar. 11

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