Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit der Verwendung von Virtualisierungstechniken im Rahmen von Serverkonsolidierungen. Dabei werden die am Rechenzentrum des Universitätsklinikums Bonn im Produktionsbetrieb verwendeten Verfahren beschrieben und bewertet.
Bei der Verwendung von Hardware auf der Basis von x86-Architekturen ergeben sich für den Einsatz von Virtualisierungslösungen besondere Anforderungen an die Entwicklung von Virtualisierungssoftware. Zudem beschränkt sich die Verwendung von Virtualisierungslösungen im Produktionsumfeld nicht auf den Betrieb von Systemumgebungen, sondern erfordert auch weitere Funktionalitäten zur Unterstützung von Hochverfügbarkeit, Datensicherheit und Datenschutz.
Inhaltsverzeichnis
1 Inhalt und Zweck der Arbeit
2 Grundlagen der Virtualisierung
2.1 Konzept der Virtualisierung
2.1.1 Entstehung des Virtualisierungs-Ansatzes
2.1.2 Ziele der Virtualisierung
2.1.3 Prinzip ohne Virtualisierung
2.1.4 Prinzip mit Virtualisierung
2.2 Prinzipien der Virtualisierung
2.2.1 Grundlegende Prinzipien
2.2.2 Prozessor-Berechtigungsmodell
2.2.3 Speicherverwaltung
2.2.4 Betriebssystemarchitektur
2.2.5 Prozesssteuerung und Multitasking
2.2.6 Exkurs: Emulation
2.3 Virtualisierungstechniken
2.3.1 Grundlegende Virtualisierungstechniken
2.3.2 Spezielle Virtualisierungstechniken
2.4 Varianten der Virtualisierung
2.4.1 Transparente Virtualisierung
2.4.2 Paravirtualisierung
2.5 Hardwareunterstützte Virtualisierung
2.5.1 Prozessorsteuerung
2.5.2 Hauptspeicherzugriffe
3 Virtualisierungslösungen
3.1 Virtualisierungs-Produkte
3.1.1 Hypervisor-Klassen
3.2 VMware
3.2.1 VMware Server/Workstation/Player
3.2.2 VMware ESX Server und Virtual Infrastructure
3.3 Xen
3.3.1 OpenSource Xen und XenSource
3.4 Microsoft
3.4.1 Microsoft Virtual PC und Virtual Server
4 Performance
4.1 Theoretische Performance
4.1.1 Trap-and-Emulate
4.1.2 Binary Translation
4.1.3 Paravirtualisierung
4.2 Praktische Performance
4.2.1 Xen
4.2.2 VMware
4.2.3 Benchmarks
4.2.4 Paravirtualisierung
4.3 Weitere Bewertungskriterien
5 Virtualisierung im Einsatz
5.1 Allgemeines
5.2 Entwicklung
5.3 Definitionen
5.3.1 Verfügbarkeit
5.3.2 Datenschutz
5.3.3 Datensicherheit
5.4 Verfügbarkeit
5.4.1 Hardware
5.4.2 SAN-Anbindung
5.4.3 LAN-Anbindung
5.4.4 Geplanter Ausfall
5.4.5 Ungeplanter Ausfall
5.4.6 Storage-Subsysteme
5.5 Datenschutz
5.6 Datensicherheit
5.7 Kosten
6 Spezielle Fragestellungen
6.1 Virtualisierung im Vergleich
6.1.1 Hardware
6.1.2 Lizenzierung
6.1.3 LAN-Anbindung
6.1.4 SAN-Anbindung
6.1.5 Standardisierung
6.1.6 Vertraulichkeit
6.1.7 Integrität
6.1.8 Verfügbarkeit
6.1.9 Schutzbedarf
6.2 Virtuelles Switching
6.3 Unterschiedlicher Schutzbedarf
7 Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit analysiert die Virtualisierung von Betriebssystemumgebungen auf x86-Hardware im professionellen Rechenzentrumsumfeld. Ziel ist die Bewertung der technischen Machbarkeit sowie der Sicherheits- und Verfügbarkeitsaspekte von Virtualisierungslösungen am Beispiel des Universitätsklinikums Bonn.
- Grundlagen der Virtualisierung auf x86-Architekturen
- Vergleich von Virtualisierungslösungen (VMware, Xen, Microsoft)
- Praktische Implementierung einer VMware ESX-Umgebung
- Analyse von IT-Sicherheit, Verfügbarkeit und Performance
- Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der Virtualisierung
Auszug aus dem Buch
2.2.6 Exkurs: Emulation
Um sich mit der Funktionsweise von Virtualisierungslösungen zu beschäftigen, muss man sich auch mit dem Prinzip der Emulation beschäftigen.
Emulation und Virtualisierung sind unterschiedliche Verfahren. Oftmals werden beide Begriffe in der Literatur, die sich nicht im Detail mit Virtualisierung beschäftigt, verwechselt oder synonym verwendet.
Wird ein System durch ein anderes System emuliert, so arbeitet das emulierende System – der Emulator – die Befehle nacheinander ab; jeder einzelne Befehl wird vom Emulator verarbeitet und von ihm auf dem Basissystem ausgeführt.
Betrachtet man ein System nach den Ansätzen der Berechenbarkeitstheorie als Turing-vollständig, so kann dieses System auf jeder anderen universellen Turingmaschine gleichwertig berechnet werden.
Man kann davon ausgehen, dass jedes Computersystem als universelle Turingmaschine angesehen werden kann [VOS1]. In diesem Zusammenhang bedeutet Emulation, dass jede universelle Turingmaschine jedes andere Turing-vollständige System berechnen kann.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Inhalt und Zweck der Arbeit: Diese Einführung erläutert den Fokus auf die Virtualisierung von Windows Server-Systemen und definiert die Zielsetzung der Arbeit sowie den Anwendungsfall beim Universitätsklinikum Bonn.
2 Grundlagen der Virtualisierung: Dieses Kapitel behandelt theoretische Konzepte, das Schichtenmodell der Virtualisierung sowie spezifische Herausforderungen bei der Umsetzung auf x86-Hardware.
3 Virtualisierungslösungen: Hier erfolgt eine Kategorisierung von Hypervisoren und eine detaillierte Vorstellung der Produkte von VMware, Xen und Microsoft.
4 Performance: Das Kapitel vergleicht theoretische und praktische Leistungsaspekte verschiedener Virtualisierungstechniken wie Trap-and-Emulate und Binary Translation.
5 Virtualisierung im Einsatz: Hier wird die praktische Implementierung am Beispiel des Universitätsklinikums Bonn unter Berücksichtigung von Verfügbarkeit, Datenschutz und Kosten beschrieben.
6 Spezielle Fragestellungen: Dieser Teil vertieft technische Aspekte wie Hardware, LAN/SAN-Anbindung und die Absicherung unterschiedlicher Schutzbedarfe in virtualisierten Umgebungen.
7 Zusammenfassung und Ausblick: Das Kapitel resümiert die Projektergebnisse und bewertet das zukünftige Marktpotenzial der untersuchten Virtualisierungslösungen.
Schlüsselwörter
Virtualisierung, Serverkonsolidierung, VMware, ESX Server, x86-Architektur, Hochverfügbarkeit, Datensicherheit, Datenschutz, IT-Infrastruktur, Rechenzentrum, Hypervisor, Performance, SAN, LAN, VMotion
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht den Einsatz von Virtualisierungstechniken zur Serverkonsolidierung in einem produktiven Rechenzentrumsumfeld.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die zentralen Schwerpunkte liegen auf IT-Sicherheit, Systemverfügbarkeit, Performance-Optimierung und der wirtschaftlichen Gegenüberstellung von physischer und virtueller Infrastruktur.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Hauptziel ist die Bewertung der Praxistauglichkeit von VMware ESX-Servern als Standardplattform für die klinische IT-Umgebung am Beispiel des Universitätsklinikums Bonn.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Die Arbeit kombiniert theoretische Analysen der Virtualisierungsgrundlagen mit einer praxisorientierten Fallstudie und einer Auswertung von Performance-Benchmark-Daten.
Welche Inhalte dominieren den Hauptteil?
Im Hauptteil werden technische Grundlagen, ein Vergleich zwischen VMware und Xen sowie die spezifische Architektur der Netzwerkanbindung (LAN/SAN) und Datensicherung im Klinikum erörtert.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird durch Begriffe wie Virtualisierung, Serverkonsolidierung, Verfügbarkeit (High Availability) und IT-Sicherheit geprägt.
Wie unterscheidet sich VMware ESX von anderen Lösungen?
ESX Server wird als Enterprise-Class-Hypervisor (Typ-1) beschrieben, der direkt auf der Hardware operiert und eine tiefe Integration in Storage- und Netzwerkinfrastrukturen bietet.
Warum spielt das Management-VLAN eine wichtige Rolle?
Das Management-VLAN dient der notwendigen Isolierung der administrativen Zugänge, um die Virtualisierungsschicht vor unbefugten Zugriffen aus dem restlichen Intranet zu schützen.
- Quote paper
- Frank Balmes (Author), 2008, Server-Virtualisierung und Konsolidierung im Rechenzentrumsbetrieb, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/94412
