Intel Virtualization Technology
Die Rolle der Prozessoren bei der Virtualisierung
02.06.2008 | Autor / Redakteur: SearchDataCenter.de / Achim Karpf
Die Virtualisierung von Rechnersystemen erfolgt heute häufig im Kontext der Serverkonsolidierung, also der Zusammenfassung von mehreren Serversystemen auf eine gemeinsame Rechner-Hardware. So entstehen auf einem physischen Rechner mehrere virtuelle Instanzen eines Rechners. Das Basissystem, auch Host oder Wirt genannt, wird dabei zum Träger aller virtuellen Gäste.
Beim Einsatz physischer Geräte setzt das Betriebssystem direkt auf der Hardware auf und kontrolliert diese vollständig. Die Applikationen wiederum laufen im Kontext des Betriebssystems. Dieser direkte Bezug zwischen dem Betriebssystem und dem physischen Rechner wird bei der Virtualisierung aufgelöst.
Stattdessen wird eine Emulationsschicht zwischen dem physischen Rechner und dem Gastbetriebssystem eingezogen. Diese Zwischenschicht wird meist als Virtual Machine Monitor (VMM) oder Hypervisor bezeichnet. Der Hypervisor dient als Vermittler zwischen den virtuellen Gästen und den Hardware-Ressourcen (CPU, Hauptspeicher, Interrupts, I/O). Des Weiteren werden Software-Systeme schon seit Anbeginn in mehreren Schichten modular aufgebaut. Intel unterstützt diese Modularisierung der Software schon seit den 80er Jahren. Dazu unterscheiden seither alle CPU-Typen nach vier Ausführumgebungen (Privilege Levels), die als Ring 0 bis Ring 3 bezeichnet werden. Auf unterster Ebene befinden sich, in vereinfachter Form, die hardwarenahen Treibermodule, die zur Kommunikation mit jeglichen Hardware-Komponenten – also den Festplatten, der Tastatur oder dem Monitor – benötigt werden. Diese Module sind Teil des Betriebssystems, das den Geräte wiederum die benötigten Prozesse zur Verfügung stellt.
Darüber hinaus ist das Betriebssystem für die Verwaltung des Arbeitsspeichers, der Prozesse und jeglicher Prozesskommunikation zuständig. Setzt das Betriebssystem nun direkt auf dem physischen Rechner auf, so kontrolliert es ihn vollständig und weist seine Ressourcen den Prozessen des Betriebssystems zu. Bei der Virtualisierung allerdings ist diese Funktion dem Hypervisor vorbehalten. Er muss nun die Ressourcen an die virtuellen Gäste verteilen, die diese wiederum ihrerseits den einzelnen Prozessen zuweisen.
Intel-Virtualisierungstechnologie
Durch den Einsatz des Hypervisors wird die Verantwortung der Ressourcenzuweisung vom Betriebssystem auf den Hypervisor verlagert. Da die Betriebssysteme aber unverändert in ihrer virtuellen Hülle laufen sollen, würde es zu Konflikten kommen. Dies umgeht man dadurch, dass der Hypervisor die kritischen Befehle abfängt und entsprechend behandelt. Diese sogenannte „Binary Translation“ erfordert aber einen Kontextwechsel vom Gast zum Hypervisor und wieder zurück. Dadurch entstehen unerwünschte Performanceverluste, die man natürlich so gering wie möglich halten möchte.
Seit 2005 stattet Intel daher alle Server- und Client-Prozessoren mit der sogenannten Intel Virtualization Technology (Intel VT) aus. Diese Technik implementiert einige Funktionen, die, wenn sie von einem Hypervisor genutzt werden, den Einsatz von Binary Translation verringern bzw. komplett vermeiden helfen.
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