Die vorliegende Arbeit untersucht die mannigfaltigen Konzepte der Virtualisierung. Nach einer Einführung in die Geschichte der Virtualisierungstechnologie werden allgemein gültige Grundlagen und formale Definitionen aufgeführt. Anschließend wird ein Überblick zu den Entwürfen und Funktionsweisen der Virtualisierung gegeben. Es folgt eine Beschreibung der Anwendungsgebiete sowie einige praktische Verwirklichungen, die im Detail beleuchtet werden. Danach werden in der Zusammenfassung die Erkenntnisse dieser Bachelorarbeit und des Komplexversuches diskutiert. Zuletzt erfolgt der Bedarf und Ausblick zur Virtualisierung wobei die zukünftigen Entwicklungen betrachtet werden.
Einen Schwerpunkt dieser Bachelorarbeit bildet der Entwurf eines Komplexversuches für Studenten der Hochschule Mittweida. Der Versuch soll die Studenten in das Konzept der Virtualisierung einführen und ihnen elementares Wissen über Funktionen und Vorgehensweisen des Themenkomplexes vermitteln. Dabei bildet die Virtualisierungslösung „VMware Workstation“ die Grundlage für den Komplexversuch. Die im Versuch gewonnenen Erkenntnisse über die Realisierung und Einrichtung einer virtuellen Maschine eignen sich, um den Studenten der Hochschule das Prinzip der Virtualisierung zu veranschaulichen.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Wahl der Thematik
1.2 Ziel der Bachelorarbeit
2 Grundlagen der Virtualisierung
2.1 Historische Betrachtung der Virtualisierung
2.2 Charakteristik einer virtuellen Maschine
2.3 Prinzip der Virtualisierung
2.4 Arten von Virtualisierungen
2.4.1 Emulation
2.4.2 Para-Virtualisierung
2.4.3 Vollständige Virtualisierung
2.4.4 Pre-Virtualisierung
2.4.5 Rekursive Virtualisierung
2.5 Virtualisierung auf Hardwareebene
2.5.1 Virtualisierung der x86-Architektur
2.5.1.1 Virtualisierung auf Prozessorebene
2.5.1.2 Intel Vanderpool
2.5.1.3 AMD Pacifica
2.5.2 Speichervirtualisierung
2.6 Problematik der Softwarevirtualisierung
2.7 Architektur einer virtuellen Maschine
2.7.1 Typ I: Native Architektur
2.7.2 Typ II: Host Architektur
2.7.3 Typ III: Hybride Architektur
2.8 Funktionsweise der Virtualisierung
2.8.1 Funktionsweise des Hypervisors
2.8.2 Virtualisierung am Beispiel VMware
2.9 Vor- und Nachteile der Virtualisierung
2.9.1 Vorteile der Virtualisierung
2.9.2 Nachteile der Virtualisierung
2.10 Stand der Entwicklung
2.11 Validität der Virtualisierung
3 Anwendungsbereiche der Virtualisierung
3.1 Einsatzmöglichkeiten und Einsatzgebiete
3.2 Praktische Anwendungen in der Industrie
4 Komplexversuch zur Virtualisierung
4.1 Ziel des Versuches
4.2 Voraussetzungen
4.3 Versuchsvorbereitung
4.4 Beschreibung der Aufgaben
4.5 Ausblick
5 Zusammenfassung
6 Bedarf und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Diese Bachelorarbeit untersucht die Konzepte, Funktionsweisen und Anwendungsbereiche der Virtualisierungstechnologie. Ein zentrales Ziel ist der Entwurf eines Komplexversuches für Studenten der Hochschule Mittweida, um das Verständnis für Virtualisierung in der Praxis zu vertiefen.
- Grundlagen und historische Entwicklung der Virtualisierung.
- Differenzierung verschiedener Virtualisierungsarten und -architekturen.
- Analyse praktischer Einsatzszenarien in der Industrie.
- Konzipierung und Durchführung von Versuchsreihen (Hardware/Software).
- Betrachtung aktueller Herausforderungen wie Lizenzmodelle und Performance.
Auszug aus dem Buch
2.1 Historische Betrachtung der Virtualisierung
Die Idee von der Virtualisierung begann am 20. Juni 1959 mit der Abhandlung „Time Sharing in Large Fast Computers" von Christopher Strachey, einem englischen Pionier auf dem Gebiet der Computerwissenschaft [1]. In der Publikation wird ein System beschrieben, welches aus einem Prozessor besteht und Programme linear folgend bearbeitet. Greift ein Programm auf die Peripherie des Computers zu, so wird ein Kontextwechsel durchgeführt und das nächste Programm wird bis zu einem erneuten Zugriff auf die Peripherie abgearbeitet. Strachey schildert in der Abhandlung einen logischen Prozessor, auf dem Programme wie auf einem realen Prozessor gestartet werden können. Ein Scheduler ordnet dann den logischen dem physikalischen Prozessor zu.
Drei Jahre später, am 7. Dezember 1962 wurde in Manchester der ATLAS Computer als rechenstärkster Computer der Welt eingeweiht. Dieser beinhaltete einen einstufigen virtuellen Speicher mit „Demand Paging“. Bei Letzterem handelt es sich um eine Technologie, bei der ein Zugriff auf eine Speicherseite erfolgt, die nicht im Hauptspeicher, sondern im Auslagerungsspeicher abliegt. Zudem werden die Seiten nur dann in den Speicher geladen, insofern diese benötigt werden. Wenn sich auf einer virtuellen Maschine ein Betriebssystem befindet, welches selber „Paged“, entsteht eine zweite Stufe des „Paging“, was Verzögerungen mit sich führt. Durch das einfache „Demand Paging“ konnte der Hauptspeicher virtualisiert werden, was bei dem ATLAS Computer zu einer Kosteneinsparung führte.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung führt in die Bedeutung der Virtualisierung für den technologischen Fortschritt ein und erläutert die Zielsetzung sowie die Relevanz der Arbeit für die Lehre an der Hochschule.
2 Grundlagen der Virtualisierung: Dieses Kapitel behandelt die Entstehungsgeschichte, formale Definitionen, das Funktionsprinzip sowie die verschiedenen Arten und Architekturen der Virtualisierung.
3 Anwendungsbereiche der Virtualisierung: Hier werden praktische Einsatzmöglichkeiten in der IT und der Industrie, wie etwa Systemkonsolidierung oder Softwareentwicklung, detailliert beschrieben.
4 Komplexversuch zur Virtualisierung: Dieser Abschnitt beschreibt das Anforderungs- und Migrationskonzept zur Erstellung eines praktischen Lehrversuchs für Studenten.
5 Zusammenfassung: Die Zusammenfassung rekapituliert die wesentlichen Erkenntnisse der theoretischen und praktischen Analysen.
6 Bedarf und Ausblick: Dieses Kapitel erörtert den aktuellen Mangel an Fachliteratur und gibt einen Ausblick auf künftige Entwicklungen im Bereich der Virtualisierung.
Schlüsselwörter
Virtualisierung, Hypervisor, Virtuelle Maschine, VMware, Para-Virtualisierung, Hardwarevirtualisierung, Speicherverwaltung, Systemkonsolidierung, Komplexversuch, x86-Architektur, Migration, Betriebssystemvirtualisierung, Performance, Informatik, IT-Infrastruktur.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit?
Die Bachelorarbeit behandelt umfassend die Konzepte und Technologien der Virtualisierung sowie deren praktische Implementierung in einem Komplexversuch für Studenten.
Welche Themenfelder stehen im Fokus?
Zentrale Themen sind die theoretischen Grundlagen der Virtualisierung, die verschiedenen Architekturtypen (z.B. native vs. host-basierte Virtualisierung) sowie industrielle Anwendungsszenarien.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist die theoretische Aufarbeitung der Virtualisierungstechnologien und die Konzeption eines Lehrversuchs zur praktischen Veranschaulichung dieser Konzepte.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer Literaturanalyse, dem Vergleich verschiedener Virtualisierungsansätze sowie der praktischen Konzipierung und Erprobung eines Komplexversuchs an der Hochschule.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil analysiert die Funktionsweise des Hypervisors, die Unterschiede zwischen Emulation und Virtualisierung sowie spezifische Prozessor- und Speicher-Virtualisierungstechniken.
Welche Schlüsselbegriffe sind charakteristisch?
Schlüsselbegriffe sind unter anderem Hypervisor, Virtual Machine Monitor (VMM), x86-Virtualisierung und Konsolidierung.
Was ist das Besondere an dem Komplexversuch?
Er dient dazu, Studenten praxisnah durch Anforderungsanalysen, Installationen und Migrationsszenarien zu führen, um die Komplexität der Virtualisierung begreifbar zu machen.
Welche Software wird im Versuch genutzt?
Der Fokus des Komplexversuchs liegt auf der „VMware Workstation“ zur Virtualisierung, ergänzt durch Tools zur Performance-Analyse.
Welche Lizenzierungsprobleme werden diskutiert?
Es wird aufgezeigt, dass derzeit kein allgemeingültiges Lizenzmodell für virtualisierte Umgebungen existiert, was oft zu höheren Kosten bei der Serverkonsolidierung führen kann.
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- B.Sc. David Molch (Author), 2007, Virtualisierungstechnologien. Funktionen und Vorgehensweisen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/133218
