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Netzwerk-Grundlagen – Rechenzentrumsnetze im Umbruch, Teil 3

Die grundsätzliche Funktionsweise der Virtualisierung im Überblick

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Der Hypervisor

Der Hypervisor ist ein spezialisierter Scheduler. Das von ihm erzeugte System der Elementarprozesse ist auf die Unterstützung der Laufzeitumgebungen der virtuellen Maschinen optimiert. Er unterstützt ausschließlich virtuelle Maschinen.

Wir haben gesehen, dass ein normaler Scheduler anwendungsunterstützende und systemunterstützende Elementarprozesse erzeugt. Das macht der Hypervisor auch, aber er erzeugt diese zwei Arten Elementarprozesse in Gruppen, und zwar eine Gruppe für jede virtuelle Maschine. Das wäre weiter nicht aufregend, aber die dadurch entstehende zweistufige Verwaltungsstruktur für Elementarprozesse ist wesentlich flexibler als die bei einem gewöhnlichen Scheduler übliche flache Organisation.

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Stehen dem Hypervisor mehrere Prozessoren oder Cores zur Verfügung, kann er dieses System dazu nutzen, die Gruppen sehr elegant auf die parallel arbeitenden Cores abzubilden. Hierfür kann er verschiedene Strategien anwenden und diese sogar mischen. Die Elementarprozesse zweier virtueller Maschinen haben nichts miteinander zu tun und erfüllen so die notwendige Voraussetzung für die Parallelisierung.

Auch für einen Hypervisor benötigen wir eine Steuerung. Also gibt es auf einem entsprechenden System noch eine Service-Konsole, an die weitere Funktionen, wie z.B. Clustering-Services angegliedert werden können. Das sehen wir in Abbildung 6.

Frühe Hypervisor-Varianten haben sich für die Realisierung ihrer Funktionen noch der vorhandenen Scheduler bedient, wie das in der Abbildung 6 noch zu sehen ist. Das führt aber nicht zu der gewünschten Leistung, weil z.B. die Bildung der Prozessgruppen für die virtuellen Maschinen und andere Funktionen dazu führen, dass bei Beibehaltung des alten Schedulers nicht nur durch den Hypervisor wieder eine neue Schicht eingeführt wird, sondern auch keine wirkliche Eleganz bei der zweistufigen Prozessverwaltung erreicht werden konnte.

Konsequenterweise ersetzt der Hypervisor in modernen Systemen die alte Struktur aus Scheduler und Elementarprozessen vollständig. Damit wird er zum neuen zentralen Element in einer Systemumgebung, die die Virtualisierung unterstützt.

Normale Anwendungen können damit auch auf reinrassigen virtuellen Maschinen laufen und nicht mehr nur auf dem alten Scheduler-System. Lediglich für die Unterstützung der Steuerungsfunktionen muss ein kleiner Rest vom alten System bewahrt bleiben.

Der Hypervisor profitiert natürlich davon, dass er eine in hohem Maß standardisierte Umgebung unterstützen kann, die ausschließlich durch die für die virtuellen Maschinen notwendigen Laufzeitumgebungen gebildet wird. Die Gesamtkonstruktion sehen wir in Bild 7 am Beispiel VMware. Weitere bekannte Hersteller von Virtualisierungssoftware sind Citrix und Microsoft.

Es gibt eine Reihe grundsätzlicher Konstruktionsalternativen für Virtualisierungssoftware. Sie haben einen unmittelbaren Einfluss auf die Leistung. Betreiber haben normalerweise vor allem ein Interesse an einer schnellen Transaktionsverarbeitung. Wir werden in der nächsten Folge zeigen, dass virtualisierte Systeme hier unabhängig von ihrer Grundkonstruktion einen massiven Vorteil gegenüber konventionellen Betriebssystemen haben.

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