Virtualisierung hat sich über die letzten Jahrzehnte zu einem der angesagtesten Themen der modernen Informationstechnologie (IT) entwickelt. Dies zeigt sich nicht zuletzt in der Einbindung des Themas Virtualisierung in den Hype Cycle Report 2009 des Marktforschungsinstituts Gartner. Virtualisierung wird darin zum Trend erklärt, insbesondere der x86 basierten Virtualisierung wird eine Etablierung auf dem Markt in weniger als zwei Jahren vorausgesagt. Ausschlaggebend hierfür ist, dass es unterschiedliche Arten der Virtualisierung gibt, welche nahezu alle Bereiche der modernen Informations- und Kommunikationstechnologie (IuK) abdecken. Hierzu zählen z.B. die Betriebssystem- und Präsentationsvirtualisierung. In der Literatur wurden bereits hinlänglich die Vorteile der Virtualisierung in Bezug auf die klassische Client/Server Architektur herausgearbeitet. Über Jahre hinweg war die Präsentationsvirtualisierung in Form der Terminal Services ein Ansatz für Einsparpotenziale und gängiger Standard für Unternehmen. Dieses Buch möchte da ansetzen, wo andere aufhören. Neben den Grundlagen der Virtualisierung in den Ausprägungen der Betriebssystem- und Präsentationsvirtualisierung mit ihren jeweiligen technischen Besonderheiten wird ein Überblick der hierzu am Markt verfügbaren Produkte gegeben. Der Fokus liegt auf den Lösungen von Microsoft, VMware und Citrix. Darüber hinausgehend werden an einem theoretischen Beispiel zwei Lösungen der Firma Microsoft, nämlich Microsoft Desktop Virtualization und Microsoft Remote Desktop Services, einem technischen und ökonomischen Vergleich unterzogen. Eingesetzte Instrumente sind eine in Anlehnung an Gartner modifizierte Berechnung der Total Cost of Ownership sowie eine anschließende Nutzwertanalyse, anhand derer eine kritische Würdigung der Technologieformen vorgenommen wird. Abschließend erfolgt ein Ausblick auf zukünftige Trends und Möglichkeiten.

Textprobe: Kapitel 2.5, Betriebssystemvirtualisierung: Neben den Architekturen der Betriebssystemvirtualisierung wird zu Beginn dieses Abschnitts der Begriff des Hypervisors/Virtual Machine Managers eingeführt, welcher eine Kern-komponente der Betriebssystemvirtualisierung darstellt. Hypervisor/Virtual Machine Manager: Der Hypervisor wurde in den Ursprüngen des Großrechnerzeitalters auch Supervisor genannt. Der Supervisor war der Teil des Betriebssystems, welcher die kritischen Zugriffe des Rechners verwaltete. Hierzu zählten z.B. die CPU Zeit oder die Speicherverwaltung. Hypervisor bedeutet sinngemäß ein System, welches andere Systeme überblickt oder überwacht . Heutzutage stellen Hypervisoren, auch als Virtual Machine Manager (VMM) bezeichnet, eine dünne Schicht an Code dar, welche die Aufteilung und gleichzeitige Nutzung der Systemressourcen durch verschiedene auf dem Hypervisor aufsetzende Betriebssysteme ermöglicht. Der Hypervisor hat hierbei privilegierte Kontrolle über die genutzten Ressourcen. Man unterscheidet zwei Arten von Hypervisor. Typ 1 wird direkt auf die Hardware des Hostsystems installiert. Abbildung 1 zeigt schematisch die Anordnung der verschiedenen Schichten. Hierbei nutzen die installierten Gast-Betriebssysteme die virtuellen Ressourcen, welche vom Hypervisor zur Verfügung gestellt werden (Abbildung 5: Hypervisor Typ 1). Ein Typ 2 Hypervisor, auch Hosted Hypervisor genannt, wird im Gegensatz zu Typ 1 nicht direkt auf die Hardware installiert, sondern setzt auf das Betriebssystem des Hostsystems auf. Ein- und Ausgabesteuerung sowie Ressourcen werden hierbei vom Hostbetriebssystem übernommen oder zur Verfügung gestellt. Abbildung 2 zeigt den Aufbau eines klassischen Typ 2 Hypervisors (Abbildung 6: Hypervisor Typ 2). In heutigen Rechenzentren kommen nahezu ausschließlich Hypervisor Typ 1 Technologien zum Einsatz, da die direkte Nutzung der Hardware das System erheblich performanter arbeiten lässt. Typ 2 Technologien finden ihren Einsatz eher im Benutzerumfeld, um auf einem PC oder Notebook mehrere Betriebssysteme lauffähig zu bekommen. Ebenso können dann auf diesen Betriebssystemen verschiedene Programme auf ihre Lauffähigkeit überprüft werden. Vollständige Virtualisierung: Die vollständige Virtualisierung erlaubt die Installation eines Gast-Betriebssystems ohne hierbei den jeweiligen Kernel anzupassen. Diese Art der Virtualisierung stellt für proprietäre Closed Source Betriebssysteme wie Windows die einfachste Art der Virtualisierung dar. Es wird dem Gastsystem eine vollwertige Hardware inklusiv CPU emuliert, in der es dem Gast möglich ist, privilegierte Operationen auszuführen. Der VMM fängt diese kritischen Aufrufe (Exceptions) ab (Trap) und emuliert bzw. ersetzt diese. Um die kritischen Aufrufe durch Nichtkritische zu ersetzen, muss der Aufruf zur Laufzeit recompiliert werden. Dieses Verfahren bezeichnet man als Binary Translation. Der somit nur indirekte Zugriff auf die Ressourcen des Hosts geht zu Lasten der Leistung der virtuellen Maschinen. Alle im User-Mode (Ring 3) ausgeführten Instruktionen werden direkt an die Hardware weitergeleitet und ermöglichen somit die Ausführung von Befehlen ohne Verluste (vgl. VMWARE INC., 2007a, S. 4). Neben der CPU werden auch alle anderen benötigten Peripheriegeräte komplett virtualisiert. Um die Performance der virtuellen Maschinen zu erhöhen, können spezielle Treiber installiert werden, welche über den VMM direkt mit der Hardware kommunizieren (Abbildung 7: Vollvirtualisierung mit Binary Translation). Paravirtualisierung: Der Begriff Para hat seinen Ursprung im Griechischen und wird mit nebenher übersetzt. Dementsprechend bedeutet Paravirtualisierung, dass sowohl das Host-Betriebssystem, welches den Hypervisor bereitstellt, als auch der virtuelle Gast-Kernel in Ring 0 und somit im privilegierten Modus ausgeführt werden. Hypervisor, Host-Betriebssystem und Gast teilen sich Ring 0 untereinander auf. Damit es hierbei zu keinerlei Konflikten kommt, werden die im Gast-Kernel enthaltenen kritischen Aufrufe durch Hypercalls ersetzt. Hypercalls sind Systemaufrufe an einen paravirtualisierten Hypervisor und stellen sicher, dass er die volle Kontrolle über die unter ihm liegende Hardware hat. Eine derartige Vorgehensweise führt zu einem äußerst performanten Betrieb der Gastsysteme. Das zwar gleichwohl angepasste, aber privilegierte Host-Betriebssystem dient hierbei zur Verwal-tung der virtuellen Maschinen. Durch die notwendigen Anpassungen des Kernels ist der Einsatz von Paravirtualisierung den Open Source Betriebssystemen wie z.B. XenServer vorbehalten (Abbildung 8: Paravirtualisierung mit Hypercalls). Hardwarebasierte Virtualisierung: Aus der Notwendigkeit heraus die Komplexität bzw. den Aufwand zur Virtualisierung zu reduzieren entwickelten die Firmen Intel und AMD neue Prozessorgenerationen mit implementierten Virtualisierungserweiterungen (AMD-V und Intel VT). Diese neuen Pro-zessorgenerationen wurden um den Ring -1, auch Root Mode genannt, erweitert. Der Hyper-visor ist in diesen Root Mode installiert und die Gast-Betriebssysteme werden normal in Ring 0 ausgeführt. Der jeweilige Gaststatus wird von der CPU gespeichert. Hierdurch werden sowohl die Behandlung der Exceptions mittels Binary Translation (Vollvirtualisierung) als auch die Anpassung der jeweiligen Kernels (Paravirtualisierung) überflüssig. Mit Hilfe dieser neuen Prozessorerweiterung können auch Closed Source Betriebssysteme wie Windows mit Paravirtualisierungslösungen virtualisiert werden.

• Xen

• Vmware

• Kosten

• Virtualisierung

• Thin Client

• Total Cost of Ownership

Tim van Wasen wurde 1976 in Essen geboren. Nach Erwerb der allgemeinen Hochschulreife an den Kaufmännischen Schulen Mülheim an der Ruhr ist er seit über 15 Jahren in der Informations- und Kommunikationstechnologiebranche erfolgreich im In- und Ausland tätig. Durch das Studium der Wirtschaftswissenschaften an der Universität Duisburg-Essen sowie an der FernUniversität in Hagen erlangte er dort im Jahre 2009 den akademischen Grad des Diplom Kaufmanns. Die Spezialisierung des Autors auf die Anwendungsbereiche des Server-based-Computing gab den Ausschlag, sich der Problematik dieses Buches zu widmen.