Die Virtualisierung ist zur Zeit eines der zentralen Themen in der IT Branche. Man begegnet ihr in Fachzeitschriften, Büchern und auf Online-Portalen. Überall dort finden sich Beträge und Neuigkeiten rund um die Virtualisierung. Doch die Virtualisierung ist kein neues Thema. Schon 1974 beschäftigten sich Popek und Gutenberg in Ihrer Arbeit „Formal requirements for virtualizable third generation architectures“ mit der Virtualisierung. Zwei Jahre zuvor hatte IBM mit der VM/370 erste Erfahrungen in der Virtualisierung gesammelt hat. Auf dieser Hardware lief ein Miniatur-Betriebssystem, ebenfalls VM/370 genannt, das verschiedene virtuelle VM/370 Maschinen erzeugen konnte.
Die folgende Arbeit beschäftigt sich mit dem Konzept der Virtualisierung von Computersystemen (Systemvirtualisierung). Dieses beschreibt ein Modell, in dem ein physikalisches Computersystem durch eine Abstraktionsschicht in eine oder mehrere virtuelle Maschinen unterteilt wird. Diese arbeiten dann als eigenständige, voneinander isolierte Systeme.
Ziel der Hausarbeit ist, dem Leser eine umfassende Übersicht über das Thema Virtualisierung zu geben. Es wird zunächst ein Überblick über die Grundlagen geschaffen. Vor diesem Hintergrund wird der Begriff der virtuellen Maschine erklärt sowie auf die Prinzipien und Arten der Virtualisierung eingegangen. Fortgeführt wird die Arbeit durch eine Auseinandersetzung mit den verschiedenen Arten der Virtualisierungsarchitekturen. Darauf aufbauend wird auf die Vor- und Nachteile dieses Konzeptes eingegangen sowie ein Überblick über den derzeitigen Stand der Technik geschaffen. Im Anschluss werden die Anwendungsbereiche, sowohl im Geschäftsbereich, als auch im Privatbereich dargestellt. Abschließend erfolgt eine Zusammenfassung, in der nochmals auf alle relevanten, dazugehörigen Aspekte eingegangen wird. Die Hausarbeit wird aufzeigen, wie weit aktuell das Konzept der Virtualisierung fortgeschritten ist und dem Leser verdeutlichen, dass das Thema Virtualisierung nicht nur eine Modeerscheinung, sondern ein ernstzunehmendes Konzept darstellt.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Wahl der Thematik
1.2 Ziel der Hausarbeit
2 Grundlagen der Virtualisierung
2.1 Charakteristik einer virtuellen Maschine
2.2 Prinzip der Virtualisierung
2.3 Hypervisor
2.3.1 Typ 1 Hypervisor
2.3.2 Typ 2 Hypervisor
2.4 Grundlegende Prozessorarchitektur
2.5 Arten der Virtualisierung
3 Vor- und Nachteile der Virtualisierung
3.1 Vorteile der Virtualisierung
3.2 Nachteile der Virtualisierung
4 Stand der Entwicklung
5 Anwendungsbereiche der Virtualisierung
5.1 Anwendung im Geschäftsbereich
5.2 Anwendung im Privatbereich
6 Zusammenfassung
Zielsetzung & Themen
Die Hausarbeit verfolgt das Ziel, dem Leser eine umfassende Übersicht über das Konzept der Systemvirtualisierung zu vermitteln. Dabei wird analysiert, wie durch eine Abstraktionsschicht physische Computersysteme in isolierte virtuelle Maschinen unterteilt werden können, welche Vor- und Nachteile dieses Vorgehen bietet und welchen aktuellen Stand die technologische Entwicklung erreicht hat.
- Grundlagen und Funktionsweise der Systemvirtualisierung
- Differenzierung zwischen verschiedenen Hypervisor-Typen und Virtualisierungsverfahren
- Analyse der Vor- und Nachteile sowie wirtschaftliche Aspekte
- Technologische Fortschritte in der Prozessorarchitektur (Hardware-Unterstützung)
- Anwendungsfelder in geschäftlichen und privaten IT-Umgebungen
Auszug aus dem Buch
2.1 Charakteristik einer virtuellen Maschine
Im Bezug auf die Systemvirtualisierung stellt eine virtuelle Maschine ein virtuelles System dar. Der Begriff definiert hierbei eine Software-Implementierung, die ein in sich geschlossenes und vollständiges System darstellt. Diese Implementierung bildet die gesamte Umgebung, die ein physikalisches Computersystem einem Betriebssystem (in nachfolgenden Abbildungen als OS bezeichnet) zur Verfügung stellt, nach. Dank dieser Vollständigkeit der Umgebung kann ein Betriebssystem völlig ohne Programmcode-Änderungen in einer virtuellen Maschine ausgeführt werden. Charakteristische Eigenschaften einer virtuellen Maschine sind:[3]
• Eine virtuelle Maschine stellt ein Abbild eines physikalischen Systems dar. Die Umgebung des virtuellen Systems wird durch eine Abstraktionsschicht generiert. Das darin befindliche Betriebssystem soll sich ebenso verhalten, wie in einem gleichwertigen physikalischen System.
• Die Abstraktionsschicht besitzt die Kontrolle über die virtuelle Maschine. Sie befindet sich auf dem physikalischen System.
• Eine virtuelle Maschine ist völlig eigenständig gegenüber anderen virtuellen Maschinen. Sie besitzt ihren eigenen Arbeitsspeicher, zugeteilte Prozessor-Zeit, virtuelle Datenträger ebenso wie Ein- und Ausgabegeräte.
• Ein Gastbetriebssystem in einer virtuellen Maschine kann auf die anderen virtuellen Maschinen nur in der Art und Weise zugreifen, wie es bei separaten physikalischen Maschinen der Fall ist. Es kann weder direkt auf den Speicher, noch auf weitere Geräte der anderen Maschinen zugreifen. So wird stets ein hohes Mass an Stabilität und Sicherheit erreicht.
• Eine virtuelle Maschine besitzt, abhängig von der Abstraktionsschicht, immer die gleiche Hardware-Ausstattung. Völlig unabhängig auf welchem physikalischem System die virtuelle Maschine läuft, werden die gleichen Komponenten emuliert. Ausnahmen sind hier die CPU und der Arbeitsspeicher, auf den die virtuelle Maschine unter Kontrolle der Abstraktionsschicht direkt zugreift.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Vorstellung des Themas Systemvirtualisierung und Erläuterung der persönlichen Motivation sowie des angestrebten Ziels der Hausarbeit.
2 Grundlagen der Virtualisierung: Definition der virtuellen Maschine, Erklärung des Hypervisor-Konzepts sowie der Prozessorarchitektur und der verschiedenen Virtualisierungsverfahren.
3 Vor- und Nachteile der Virtualisierung: Abwägung der positiven Aspekte wie Konsolidierung und Snapshots gegenüber den Herausforderungen wie erhöhter Komplexität und Lizenzkosten.
4 Stand der Entwicklung: Analyse der hardwareseitigen Virtualisierungsunterstützung durch Intel und AMD sowie Fortschritte bei der Speicherverwaltung.
5 Anwendungsbereiche der Virtualisierung: Aufzeigen konkreter Einsatzszenarien im unternehmerischen Rechenzentrum sowie Nutzenvorteile im Privatbereich.
6 Zusammenfassung: Reflektion über den Reifegrad der Technologie und Ausblick auf die zukünftige Bedeutung der Virtualisierung für den IT-Massenmarkt.
Schlüsselwörter
Systemvirtualisierung, Virtuelle Maschine, Hypervisor, Bare-Metal, Hosting, Prozessorarchitektur, x86, Konsolidierung, Abstraktionsschicht, Gastbetriebssystem, Snapshot, Template, Hardware-Emulation, Paravirtualisierung, IT-Infrastruktur
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt das Konzept der Systemvirtualisierung, bei dem ein physikalischer Computer in mehrere isolierte virtuelle Umgebungen unterteilt wird.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf den Grundlagen, der Architektur (Hypervisoren), den Vor- und Nachteilen, dem technologischen Fortschritt und den Anwendungsszenarien.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist es, dem Leser eine fundierte Übersicht über die Virtualisierungstechnik zu geben und aufzuzeigen, dass es sich um ein ernstzunehmendes Konzept handelt.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer Literaturanalyse sowie einer deskriptiven Darstellung von technischen Konzepten und Prozessarchitekturen.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in theoretische Grundlagen, eine kritische Bewertung der Vor- und Nachteile, den Stand der hardwareseitigen Unterstützung und praktische Einsatzmöglichkeiten.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zentrale Begriffe sind Systemvirtualisierung, Hypervisor, Konsolidierung, Gastbetriebssystem und x86-Architektur.
Was unterscheidet einen Typ 1 von einem Typ 2 Hypervisor?
Ein Typ 1 Hypervisor (Bare-Metal) läuft direkt auf der Hardware, während ein Typ 2 Hypervisor als Applikation innerhalb eines konventionellen Betriebssystems ausgeführt wird.
Welchen Einfluss hat die Hardware-Virtualisierung auf die Performance?
Moderne CPU-Erweiterungen wie AMD-V und Intel VT-x ermöglichen eine effiziente Ausführung, da sie das zeitraubende Abfangen privilegierter Befehle (Binary Translation) reduzieren.
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- Damian Skompinski (Autor), 2010, Virtualisierung von Computersystemen, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/155538
