Definition Was ist Xen?

Citrix Xen ist ein Hypervisor vom Typ-1, mit dem sich physische Hostsysteme für die Installation und den Betrieb von Gastsystemen virtualisieren lassen. Die Virtualisierungsplattform Citrix Hypervisor (ehemals Citrix XenServer) basiert auf dem Xen-Hypervisor. Xen verwaltet die virtuellen Betriebssysteme in so genannten Domänen.

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Der Name Xen leitet sich ab vom griechischen Wort "Xenos", das übersetzt "Fremder" bedeutet. Es handelt sich um einen ursprünglich an der Universität Cambridge entwickelten Hypervisor zur Virtualisierung von Rechnersystemen. Der Hypervisor erlaubt es, auf einem physischen Rechner (Hostsystem) mehrere virtuelle Maschinen (Gastsysteme) mit unterschiedlichen Betriebssystemen zu betreiben. Die Zuteilung der Hardwareressourcen wie CPU, Arbeitsspeicher und Speicherplatz managt der Hypervisor.

2007 übernahm das US-amerikanische Unternehmen Citrix Systems die vom Xen-Projekt gegründete Firma XenSource und entwickelte den Hypervisor weiter. Er ist Bestandteil der Virtualisierungsplattform Citrix Hypervisor (ehemals Citrix XenServer und XenDesktop), mit der sich homogene virtualisierte Infrastrukturen schaffen lassen. Die Anwendungsbereiche des Citrix Hypervisors reichen von der Virtualisierung von Rechenzentren über die Realisierung von Plattformen zur Anwendungsbereitstellung bis zur Servervirtualisierung für die Ausführung von grafischen Anwendungen mit hoher Performance.

Der Xen-Hypervisor selbst steht nach wie vor unter GPL-Lizenz und ist als freie Software verfügbar. Das Produkt Citrix Hypervisor (ehemals Citrix XenServer) existiert neben der kostenpflichtigen in einer kostenlosen Version, allerdings mit eingeschränktem Funktionsumfang.

Xen verwaltet die virtuellen Maschinen mit ihren Betriebssystemen in so genannten Domänen. In vielen Linux-Distributionen wie openSUSE, Ubuntu, Debian oder Red Hat ist der Xen-Hypervisor enthalten. Die aktuelle Version der freien Xen-Software ist die Version 4.12. Das Produkt Citrix Hypervisor steht in der aktuellen Version 8.0 zur Verfügung (Stand 2019). Xen und Citrix Hypervisor konkurrieren mit anderen Virtualisierungslösungen und Hypervisoren wie Hyper-V von Microsoft und vSphere von VMware mit seinen ESX/ESXi-Hypervisoren.

Grundsätzliches zur Virtualisierung und zur Unterscheidung von Typ-1- und Typ-2-Hypervisoren

Hypervisoren lassen sich abhängig von ihrem Funktionsprinzip in Typ-1- und Typ-2-Hypervisoren unterscheiden. Hypervisoren wie Xen, ESX/ESXi oder Hyper-V sind Hypervisoren vom Typ 1, auch native Hypervisoren oder Bare-Metal-Hypervisoren genannt. Sie sind ohne eine zusätzliche Zwischenschicht auf den physischen Systemen installiert und kommunizieren direkt über eigene Treiber mit der Hardware. Zwischen dem Hypervisor und der Hardware ist kein anderes Betriebssystem vorhanden.

Hypervisoren vom Typ 2 hingegen sind oberhalb eines Betriebssystems installiert. Sie greifen über Treiber des Betriebssystems indirekt auf die Hardware des Hostsystems zu. Hypervisoren werden auch als Virtual Machine Monitor bezeichnet (VMM). Unabhängig davon, ob Typ 1 oder Typ 2, fügen Hypervisoren eine Zwischenschicht zwischen Hardware und Gastsystem ein und sorgen für die Zuteilung und Verwaltung der physischen Ressourcen des Hostsystems wie CPU, Arbeitsspeicher, Speicherplatz oder Netzwerkverbindungen. Auf einem einzigen Hostsystem lassen sich viele virtuelle Maschinen mit unterschiedlichen Betriebssystemen betreiben, die voneinander abgeschottet sind und sich aus Anwendungssicht wie dedizierte Rechner verhalten.

Das Funktionsprinzip von Xen

Xen schafft zwischen der Hardware und dem Betriebssystem eine zusätzlich Abstraktionsschicht. Die virtuellen Maschinen werden in so genannten Domänen betrieben. Eine Sonderrolle übernimmt die Domäne 0 (Dom0). Innerhalb dieser Domäne läuft das erste Gastsystem. Es ist von Xen privilegiert und stellt die Funktionen zur Interaktion mit dem Hypervisor zur Verfügung. Dom0 darf andere Domänen verwalten, starten und stoppen. Das in der Dom0 installierte Betriebssystem beinhaltet die hierfür notwendigen Funktionen. Alle weiteren Domänen (DomU) sind unprivilegiert und agieren als virtuelle Umgebungen für die weiteren Gast-Betriebssysteme.

Durch das Prinzip der Paravirtualisierung lässt sich die Leistung virtualisierter Systeme weiter steigern. In diesem Fall benötigt ein in einer DomU installiertes Betriebssystem eine Modifikation, die mit unterstützenden Funktionen zur Paravirtualisierung ausgestattet ist. Ähnlich wie andere Virtualisierungslösungen (bspw. Hyper-V oder vSphere) erlaubt Xen dann die Zusammenfassung mehrerer virtualisierter Hosts zu einem zentral administrierbaren Rechnerpool. In diesen Pools ist die Bereitstellung von netzwerkübergreifenden Ressourcen und die Realisierung von hochverfügbaren Systemen möglich.

Xen und Citrix

Die Virtualisierungslösung Citrix Hypervisor (ehemals XenServer) basiert auf dem Xen-Projekt und seinem quelloffenen Hypervisor. Beim Citrix Hypervisor handelt es sich um eine der führenden Virtualisierungsmanagement-Plattformen. Der Citrix Hypervisor ist fast beliebig skalierbar und lässt sich für die Server-, Anwendungs- oder Desktop-Virtualisierung einsetzen. Komplette IT-Infrastrukturen werden mit Citrix virtualisierbar. Die aktuelle Version des Citrix Hypervisors ist die Version 8.0 (Stand 2019). Sie steht in verschiedenen Editionen als Express Edition, Standard Edition oder Premium Edition zur Verfügung. In der aktuellsten Version beinhaltet die Software die Linux-Kernel-Version 4.14, die Xen-Hypervisor-Version 4.11 und die Domain-Betriebssystem-Version CentOS 7.5. Der Citrix Hypervisor Express ist die kostenlose Variante der Virtualisierungssoftware und in ihrem Funktionsumfang eingeschränkt.

Einsatzmöglichkeiten des Citrix Hypervisors und Xen

Die Einsatzmöglichkeiten des Citrix Hypervisors und Xen sind sehr vielfältig. Die Anwendungsbereiche des Citrix Hypervisors reichen von der Virtualisierung kompletter Rechenzentren über die Realisierung von Plattformen zur Anwendungsbereitstellung und Desktopvirtualisierung bis hin zur Servervirtualisierung zur Ausführung von grafischen Anwendungen mit hoher Performance. Server eines Rechenzentrums werden durch ihre Virtualisierung konsolidiert und ihre Ressourcen effizienter genutzt. Dank des Supports der GPU-Virtualisierung moderner, leistungsstarker GPUs verschiedener Hersteller lassen sich sehr performante Systeme für grafische Anwendungen schaffen. Der Hypervisor unterstützt beispielsweise die Virtual Graphics Technology (GVT-g) von Intel oder NVIDIA GRID vGPU.

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