3 Virtualisierungslösungen

3.1 Virtualisierungsprodukte

Auf dem Markt der Virtualisierungssoftware bieten verschiedene Softwarehersteller ihre Lösungen an.

Bei der Bewertung und Klassifizierung von Virtualisierungssoftware gilt es zu unterscheiden zwischen den verschiedenen Einsatzmöglichkeiten, die Virtualisierung bietet.

An dieser Stelle wird der Fokus auf den Einsatz von Virtualisierungslösungen im Rechenzentrumsbetrieb gerichtet. Die darauf ausgerichteten Softwareprodukte werden im Allgemeinen auch als Enterprise-Class-Hypervisor-Lösungen bezeichnet, was den Anspruch auf den professionellen Einsatzzweck dokumentieren soll.

Bei der Verwendung der Bezeichnung Hypervisor müssen die verschiedenen Hypervisor-Implementierungen unterschieden werden.

3.1.1 Hypervisor-Klassen

Als Typ-1-Hypervisor bezeichnet man eine Virtualisierungslösung, in der die Hypervisor-Software direkt auf der Hardware läuft, also die unterste Softwareebene im Gesamtsystem darstellt. Ein Typ-1-Hypervisor ist damit gleichsam als minimales Basisbetriebssystem anzusehen, das die Basisfunktionalitäten der Virtualisierungslösung bereitstellt.

Andere geläufige Bezeichnungen für dieses Prinzip der Implementierung eines Hypervisors lauten Enterprise Class Hypervisor, Native Hypervisor oder Bare Metal Hypervisor.

Abb. 3.1: Schichtenmodell Typ-1-Hypervisor

Als Typ-2-Hypervisor bezeichnet man eine Virtualisierungslösung, bei der die Hypervisor-Software als Anwendung in einem Basisbetriebssystem läuft.

Der Hypervisor bildet dabei im Gegensatz zum Typ-1-Hypervisor nicht die unterste Softwareebene im System. Wie bei einem klassischen System ohne Virtualisierung läuft ein Betriebssystem auf der Hardware; erst oberhalb der Betriebssystemschicht setzt die Hypervisor-Ebene auf, die eine Virtualisierungsumgebung bereitstellt.

Andere Bezeichnungen für einen Typ-2-Hypervisor sind Hosted Hypervisor oder Desktop Hypervisor.

Abb. 3.2: Schichtenmodell Typ-2-Hypervisor

Beide Hypervisor-Typen haben ihren jeweils speziellen Einsatz- und Verwendungszweck. Bei der Betrachtung und Bewertung von Virtualisierungslösungen für den Rechenzentrumsbetrieb spielen aber nur Produkte eine Rolle, die auf der Basis eines Typ-1-Hypervisor arbeiten.

Durch die größere Hardware-Nähe kann ein Typ-1-Hypervisor viel performanter arbeiten, als dies ein Typ-2-Hypervisor kann. Trotzdem finden Typ-2-Hypervisorlösungen ein weites Einsatzgebiet, beispielsweise bei der Virtualisierung von Umgebungen zu Entwicklungs- und Testzwecken innerhalb von Benutzerdesktops.

3.2 VMware

Die Firma VMware Inc., gegründet 1998 von Angehören und Studenten der Stanford University, ist ausgerichtet auf die Entwicklung und Vermarktung von kommerziellen Virtualisierungslösungen; dabei werden in der Produktpalette Softwarelösungen auf der Basis beider Hypervisor-Ansätze – Typ 1 und Typ 2 – angeboten und weiterentwickelt.

Inzwischen wurde die VMware Inc. von der EMC Corp., einem der führenden Anbieter im Bereich von Storage-Lösungen, übernommen und wird als eigenständige Firma weitergeführt.

3.2.1 VMware Server/Workstation/Player

Im Bereich der Hosted Hypervisors (Typ 2) bietet VMware die Produkte VMware Workstation, VMware Server und VMware Player an. Dabei ist nur VMware Workstation als kostenpflichtige Lösung im Angebot; sowohl VMware Server als auch VMware Player sind kostenlos verfügbar.

Die grundlegende Softwaretechnik der drei genannten Produkte ist gleich. Als Vertreter der Hosted-Hypervisor-Virtualisierungsumgebungen setzen sie auf einem Basisbetriebssystem auf, in diesem Fall Windows oder Linux, und stellen somit innerhalb dieses Host-Betriebssystems eine Virtualisierungsplattform für Gastbetriebssysteme zur Verfügung.

Bedingt durch den grundlegenden Ansatz, den Hypervisor im Schichtenmodell erst auf einer höheren Ebene zu implementieren, ist das Laufzeitverhalten des Gastsystems signifikant beeinträchtigt und eignet sich damit nicht für Serverkonsolidierungen im Rechenzentrumsbetrieb. Für virtualisierte Test- und Entwicklungsumgebungen auf Desktops reicht die bereitgestellte Performance in den meisten Fällen aber völlig aus.

Abb. 3.3: Schichtenmodell VMware Hosted Hypervisors

3.2.2 VMware ESX Server und Virtual Infrastructure

Im Bereich der Enterprise Class Hypervisors (Typ-1) bietet VMware mit dem Produkt ESX Server eine Virtualisierungslösung für den Einsatz in Rechenzentren an. ESX Server verwendet einen eigenen Kernel. Dieser VMware-Kernel setzt direkt auf der Hardware auf. Alle relevanten Gerätetreiber sind in diesem Kernel implementiert.

Aus diesem Grund existiert für ESX Server eine Hardware-Kompatibilitätsliste; Hardwarekomponenten, die dort nicht gelistet sind, werden für den Einsatz mit ESX Server nicht unterstützt.

Es wird kein separates Basisbetriebssystem verwendet. Der VMware-Kernel kann als Basisbetriebssystem angesehen werden, das sich auf die Bereitstellung einer Hypervisor-Schicht beschränkt, aber auch genau darauf optimiert ist [VMW1].

Abb. 3.4: Schichtenmodell VMware Enterprise Class Hypervisor

VMware ESX Server ist eine eigenständige Virtualisierungsplattform, kann aber auch im Zusammenhang mit den weiteren Softwareprodukten von VMware zum Verwalten einer Virtualisierungsumgebung betrachtet werden. VMware Virtual Infrastructure 3 stellt eine zentrale Managementschicht bereit, über die Ressourcen verschiedener ESX Server zusammengefasst werden. Ein einzelner ESX Server ist somit nur ein Knoten in einem Netz aus mehreren ESX Servern.

Die Managementschicht stellt über die reine Virtualisierung hinausreichende Funktionen bereit, beispielsweise zum Erreichen von Hochverfügbarkeitsumgebungen oder zur Optimierung der gesamten Hardwareauslastung.

Ebenso sind damit Live-Migrationen laufender virtueller Maschinen von einem physischen ESX Server zu einem anderen möglich.

Abb. 3.5: Schichtenmodell Virtual Infrastructure

An dieser Stelle sei vorerst ein allgemeiner Überblick über die Grundfunktionen von ESX Server und Virtual Infrastructure gegeben eine genauere Betrachtung der Funktionen und deren zugrunde liegenden Techniken folgt in einem späteren Kapitel.

3.3 Xen

Xen ist eine quelloffene Software[30], die aus einem Projekt der Universität Cambridge im Jahr 2003 entstanden ist. Aus diesem Projekt ging später die Firma XenSource hervor, die sowohl die Weiterentwicklung von Xen als Open-Source-Software begleitete, als auch die Entwicklung und Vermarktung der kommerziellen Produktlinie XenServer steuerte.

Das amerikanische Softwareunternehmen Citrix übernahm XenSource im Jahr 2007 und betreibt seitdem die Weiterentwicklung und Vermarktung des kommerziellen Citrix XenServers in verschiedenen Produktlinien.

Parallel zur kommerziellen Entwicklung wird Xen noch als Open-Source-Projekt weiterentwickelt.

3.3.1 Open Source Xen und XenSource

Xen ist eine Typ-1-Hypervisor-basierte Virtualisierungslösung.

Im Unterschied zum VMware Enterprise Class Hypervisor ist Xen eine Software zur Paravirtualisierung von Systemumgebungen. Als Konsequenz daraus war es Xen ursprünglich nicht möglich, nicht quellcodeoffene Betriebssysteme in der Virtualisierungsumgebung zu betreiben. Diese Einschränkungen wurden durch die Implementierung neuer Virtualisierungstechniken beseitigt, die durch die Prozessortechnologien Intel VT und AMD-V und deren Befehlssatzerweiterungen VMX und SVM bei der Verwendung hardwareunterstützter Virtualisierung bereitgestellt wurden.

Da Xen nach dem Ansatz der transparenten Virtualisierung arbeitet und keine Binary Translation verwendet, ist eine Nutzung von Betriebssystemen wie Windows in der Virtualisierungsumgebung nur bei Verwendung von virtualisierungsunterstützender Hardware möglich.

Abb. 3.6: Schichtenmodell Xen Hypervisor