Professionelle Bücher. Auch für Einsteiger.

Inhaltsverzeichnis
Vorwort
Einleitung
1 Was ist Ubuntu?
2 Die Versionen im Detail
3 Die Shell
4 Migration und Synchronisation
5 Die Installation
6 Erste Schritte
7 Ubuntu mobil
8 Derivate
9 Internet und E-Mail
10 Office
11 Grafik und Bildbearbeitung
12 Multimedia und Spiele
13 Programmierung und Design
14 Hardware-Konfiguration
15 Software- und Paketverwaltung
16 Architektur
17 Backup und Sicherheit
18 Server-Installation
19 Datei- und FTP-Server
20 Weitere Server-Dienste
21 Kontrolle und Monitoring
22 Desktop-Virtualisierung
23 Server-Virtualisierung mit KVM
24 Server-Virtualisierung mit Xen
25 Hilfe
26 Befehlsreferenz Ubuntu Linux
A Übersicht: Software für (K)Ubuntu
B Mark Shuttleworth
C Glossar
D Häufig gestellte Fragen
Stichwort
Download: - ZIP, ca. 36,6 MB
Buch bestellen
Ihre Meinung?
<< zurück | Galileo Computing / <openbook> / Ubuntu | vor >>
Ubuntu GNU/Linux von Marcus Fischer Das umfassende Handbuch, aktuell zu Ubuntu 9.04 - Jaunty Jackalope
Ubuntu GNU/Linux 4., aktualisierte und erweiterte Auflage, geb. 1.120 S., 39,90 Euro Galileo Computing ISBN 978-3-8362-1439-1 |
| 22 Desktop-Virtualisierung
|  | 22.1 Überblick
|  | 22.2 Konzepte
|  |  | 22.2.1 Paravirtualisierung
|  |  | 22.2.2 Hardware-unterstützte Virtualisierung
|  | 22.3 Die Ringe
|  |  | 22.3.1 Grundsätzlicher Aufbau
|  |  | 22.3.2 Generelles Problem bei der x86-Virtualisierung
|  |  | 22.3.3 Möglichkeiten der x86-Virtualisierung
|  |  | 22.3.4 Machtmissbrauch
|  |  | 22.3.5 Ungenutzte Ringe
|  | 22.4 Intel VT-x und AMD-V
|  |  | 22.4.1 Welche Prozessoren bieten diese Technik?
|  |  | 22.4.2 Gründe für Performance-Probleme
|  |  | 22.4.3 Pacifica und Vanderpool sind inkompatibel
|  | 22.5 Allgemeines
|  | 22.6 VirtualBox
|  |  | 22.6.1 Installation
|  |  | 22.6.2 USB-Einrichtung
|  | 22.7 VMware Player
|  |  | 22.7.1 Installation unter Windows
|  |  | 22.7.2 Installation unter Linux
|  |  | 22.7.3 Nutzung der virtuellen Maschine
|  |  | 22.7.4 Tipps für Windows-Anwender
|  | 22.8 VMware Workstation
|  |  | 22.8.1 Voraussetzungen
|  |  | 22.8.2 Installation
|  | 22.9 VMware Server
|  |  | 22.9.1 VMware Server 1.x
|  |  | 22.9.2 VMware Server 2.x
|  | 22.10 VMware Tools
|  |  | 22.10.1 Installation der VMware Tools
|  |  | 22.10.2 Konfiguration
|  | 22.11 QEMU
|  |  | 22.11.1 Installation
|  |  | 22.11.2 Start des Gastsystems
|  |  | 22.11.3 Tastenkombinationen
## 22.3 Die Ringe Den Segmenten des Hauptspeichers kann jeweils ein Privilegien-Level zugeordnet werden. Um sich diese Segmentierung und Aufteilung in vier Level besser vorstellen zu können, entwickelte man die Vorstellung von Ringen. ### 22.3.1 Grundsätzlicher Aufbau Jeder Prozess kann immer nur in einem einzelnen Ring ausgeführt werden. Dabei ist ihm nicht erlaubt, aus diesem Ring auszubrechen. Die Ringe werden dadurch unterschieden, dass jeder Ring dem in ihm laufenden Prozess nur einen Teil des CPU-Befehlssatzes zur Verfügung stellt. Hier klicken, um das Bild zu vergrößern Abbildung 22.3 Ringmodell – Ring 0 ist der Supervisor-Mode und stellt den uneingeschränkten Zugriff auf den Befehlssatz der CPU dar. Je höher die Ringnummer ist, desto eingeschränkter ist der Zugriff. Prozessoren der x86-Architektur stellen vier solcher Ringe zur Verfügung. Diese werden von 0 bis 3 nummeriert. Hierbei stelllt der Ring 0 den uneingeschränkten Zugriff auf die CPU dar (Supervisor-Mode) und Ring 3 den Level mit der größten Einschränkung (siehe Abbildung). Ring 0 ist üblicherweise die Heimat des Kernels und bildet daher auch den sogenannten Kernel-Space. Man nennt diesen Ring auch Supervisor-Mode. In Ring 3 hingegen laufen die Anwendungen, deshalb bildet Ring 3 den sogenannten Userspace. Nun stellt sich die Frage, welche Prozesse in den Ringen 1 und 2 ihr virtuelles Zuhause finden. Die Antwort ist einfach: keine. Der Grund ist, dass andere aktuelle Prozessorarchitekturen nur zwei Ringe unterscheiden. Um Anwendungen leichter portieren zu können, entschied man sich dafür, zwei der ursprünglich vier Ringe nicht zu nutzen[Eine Ausnahme stellt hier OS / 2 dar.]. ### 22.3.2 Generelles Problem bei der x86-Virtualisierung Soll ein Hypervisor ein Betriebssystem kontrollieren, das standardmäßig in Ring 0 läuft, ergibt sich ein generelles Problem: Um das Betriebssystem kontrollieren zu können, muss der Hypervisor selbstverständlich in einem Ring laufen, der mehr Rechte besitzt als das Betriebssystem. Das Betriebssystem wiederum ist so konzipiert, dass es auf Ring 0 laufen muss (manche Instruktionen des Betriebssystems erfordern dies). Und genau in diesem Zwiespalt liegt das Problem, warum ein x86-Prozessor ohne spezielle Virtualisierungsunterstützung, nicht effektiv virtualisiert werden kann: Das Betriebssystem läuft bei der Virtualisierung in der Regel auf Ebene 3, und deshalb gibt es Befehle, bei denen es zu Problemen kommt. Probleme heißt in diesem Fall, dass sich ein Befehl je nach Ring, in dem er ausgeführt wird, unterschiedlich verhält. Ich komme auf diese Probleme in Abschnitt auf Seite noch einmal zurück. ### 22.3.3 Möglichkeiten der x86-Virtualisierung Auch wenn die x86-Architektur alles andere als optimal für Virtualisierungszwecke ist, wurde aufgrund ihrer hohen Verbreitung sehr viel Arbeit in die Entwicklung von x86-Virtualisierung investiert. Diese Arbeit trug im Laufe der Zeit ihre Früchte. Es folgt eine kurze Übersicht über die dabei verwendeten Techniken und Vorgehensweisen:
1. | Emulation Jedes Stück Hardware wird von der Software simuliert. Dies ermöglicht zwar eine saubere Virtualisierung und eine große Zahl von unterstützten Hardware-Komponenten, erfordert allerdings viel Rechenleistung bei der Ausführung und einen hohen Implementierungsaufwand, da für jedes Stück Hardware ein Simulator und die Abbildung auf die reale Hardware geschrieben werden muss (von Fehlern im Simulator und davon ausgehenden Sicherheitsrisiken ganz zu schweigen).
2. | Paravirtualisierung Hierbei wird Betriebssystemen durch den Hypervisor eine Software-Schnittstelle bereitgestellt, die ähnlich zur, aber nicht identisch mit der Hardware-Schnittstelle ist. Konkret heißt das, dass der Hypervisor auf Ebene 0 läuft und das Betriebssystem so angepasst wird, dass es ohne Probleme auf Ebene 1 oder 3 laufen kann.
3. | Dadurch kann der Hypervisor schlanker sein, und es ergibt sich eine höhere Performance (es muss beispielsweise bei einem portierten Betriebssystem nicht für jede Instruktion geprüft werden, ob sie eine Aktion durchführen möchte, die nur auf Ring 0 erfolgreich sein kann). Allerdings ist das Anpassen des Betriebssystems aufwendig und bei proprietären Betriebssystemen ohne offenen Quellcode schlicht unmöglich.
4. | Binary translation Die aufwendigste Art der Virtualisierung ist die Binary TranslationBinary translation. Hierbei überprüft der Hypervisor für jede Instruktion des Betriebssystems, ob sie die Virtualisierung beeinflusst oder ob Probleme bezüglich der Rechte auftreten. Ist dies der Fall, so ersetzt der Hypervisor diese Instruktion durch eine Folge anderer Instruktionen. Dass dies einen sehr hohen Verwaltungsaufwand mit sich bringt, ist offensichtlich.
### 22.3.4 Machtmissbrauch Wenn ein Prozess in einem wenig privilegierten Ring eine Operation ausführt, zu der ihm die nötigen Privilegien fehlen, wird von der CPU eine sogenannte Exception erzeugt. Diese Exception wird im Normalfall an einen privilegierteren Ring weitergegeben. Routinen zur Behandlung dieser Exceptions können den privilegierten Befehl emulieren. Um dies aber effizient zu bewerkstelligen, sind jetzt erheblich mehr Instruktionen erforderlich. Dieser Umgang mit Exceptions verlangsamt zwangsläufig das System. Misslingt er, kommt es zu einem General Protection Fault. Als Folge davon stürzt der initiierende Prozess ab. Wenn der Initiator der Kernel selbst ist, stürzt das gesamte System ab. #### Exceptions Die wichtigste Voraussetzung für das Funktionieren dieses Ansatzes ist also, dass der Prozessor bei jeder unberechtigt durchgeführten privilegierten Anweisung eine Exception auslöst. Allerdings sind die x86-Prozessoren nicht ganz so gründlich bei den Exceptions. Beispielsweise werden Speicherzugriffe beim x86 über eine GDT (Global Descriptor Table) abgewickelt. Diese GDT ist eine globale Ressource und wird vom Betriebssystem verwaltet. Eigentlich müsste jeder direkte Zugriff auf diese Ressource als privilegierte Handlung angesehen werden und dürfte dementsprechend im User Mode nicht erlaubt sein. Der x86 behandelt die LGDT-Anweisung (Load Global Descriptor Table) auch als privilegiert. Allerdings führt SGDT (Store Global Descriptor Table) nicht zu einer Schutzverletzung. Allein diese Inkonsistenz verhindert es, die GDT zu virtualisieren. Intels Virtualization Technology greift hier ein und erleichtert unter anderem auch das Exceptions-Handling. VM-Software mit Virtualization-Technology-Support lässt sich somit einfacher programmieren und bietet gleichzeitig eine höhere Betriebssicherheit und Stabilität. ### 22.3.5 Ungenutzte Ringe In nicht virtualisierten Systemen laufen sowohl der Kernel als auch sämtliche Hardware-Treiber in Ring 0, während die Anwendungen in Ring 3 arbeiten. Ring 1 und 2 bleiben ungenutzt, und genau dies machen sich manche Voll-Virtualisierungslösungen wie beispielsweise VMware zunutze: Die Gäste werden in einem nicht genutzten Ring ausgeführt. Kommt es hierbei zu Exceptions, werden diese vom VMM in Ring 0 und nicht vom Gast ausgeführt. Xen arbeitet nach dem gleichen Prinzip und setzt den Hypervisor in Ring 0. Abbildung soll diese Wirkungsweise veranschaulichen. #### Hypercalls Hypercalls sind die Befehle, um die Xen den Befehlssatz der x86-Architektur erweitert hat. Sie entsprechen in ihrer Funktionsweise den UNIX-System-Calls. Wenn ein Prozess im Userspace eine privilegierte Operation ausführen möchte, ruft er einen UNIX-System-Call auf. Ebenso wird ein Hypercall aufgerufen, wenn ein Gastsystem eine privilegierte Operation ausführen möchte. Der Kernel wandert gleichzeitig von Ring 0 in einen weniger privilegierten Ring. Je nach Architektur des zugrunde liegenden Systems kann dies Ring 1 oder 3 sein. Hier klicken, um das Bild zu vergrößern Abbildung 22.4 Nutzung der Ringe durch Xen, hier dargestellt an einer 32-Bit-CPU ### Ihr Kommentar Wie hat Ihnen das <openbook> gefallen? Wir freuen uns immer über Ihre freundlichen und kritischen Rückmeldungen. >> Zum Feedback-Formular
<< zurück | <top> | vor >>
Zum Katalog
Ubuntu GNU/Linux Jetzt bestellen
Ihre Meinung?
Wie hat Ihnen das <openbook> gefallen? Ihre Meinung
Buchtipps
| Linux
| IT-Handbuch für Fachinformatiker
| Webserver einrichten und administrieren
| Xen
| VirtualBox
| LPIC-1
| Einstieg in Ubuntu 8.10 »Intrepid Ibex«
| Einstieg in Ubuntu Linux - Videotraining
| Debian GNU/Linux
Shopping
Versandkostenfrei bestellen in Deutschland und Österreich Info

Copyright © Galileo Press 2009
Für Ihren privaten Gebrauch dürfen Sie die Online-Version natürlich ausdrucken. Ansonsten unterliegt das <openbook> denselben Bestimmungen, wie die gebundene Ausgabe: Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte vorbehalten einschließlich der Vervielfältigung, Übersetzung, Mikroverfilmung sowie Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.

[Galileo Computing]
Galileo Press, Rheinwerkallee 4, 53227 Bonn, Tel.: 0228.42150.0, Fax 0228.42150.77, info@galileo-press.de