Einführung in Servervirtualisierung:
Basiswissen Virtualisierung: Ein Schwarm gleicher Systeme

von Andreas Stolzenberger (ast@nwc.de), bre

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15.05.2009

Virtuelle Maschinen geben dem Administrator die Freiheit, fast jedes Betriebssystem einzusetzen. Wer ohnehin nur mit einem Operating-System arbeitet, kann allerdings Ressourcen sparen, mithilfe von Container-Technologien.

(Fortsetzung des Artikels von Seite 1)

Ein großer Trend hält den Servermarkt fest im Griff: Virtualisierung. Kaum ein neuer Server nimmt seinen Betrieb auf, ohne dabei logisch in viele kleine Unterserver zerlegt zu werden. Bei der Rechenleistung der aktuellen CPUs von AMD und Intel findet sich auch kaum eine einzelne Serverapplikation, die eine Maschine mit zwei Sockeln, acht CPU-Kernen und 32 GByte RAM auslasten könnte.

Im Zusammenhang mit Virtualisierung denken die meisten Administratoren sofort an Produkte wie Vmware, Hyper-V von Microsoft oder Xen von Citrix. Dabei handelt es sich um so genannte Hypervisoren oder Virtual-Machine-Manager (VMM), die sehr CPU-nahe arbeiten.

Sie virtualisieren Hardwareressourcen wie CPUs, RAM und Peripheriezugriffe und simulieren somit vollständige Rechner. Jede Virtual Machine (VM) benötigt ein eigenes Betriebssystem, was natürlich Ressourcen verschlingt.

Linux-Anwendungen arbeiten effizienter

Zehn moderat konfigurierte virtuelle Server fordern schon mal 10 GByte RAM und in etwa zwei CPU-Kerne. Sobald innerhalb der VMs die eigentlichen Applikationen ihre Dienste aufnehmen, steigt die CPU-Last kontinuierlich.

In den Real-World Labs Poing reicht ein physischer PC-Server mit vier Prozessorkernen und 8 GByte RAM in etwa für acht bis zehn produktiv arbeitende VMs – je nach Betriebssystemen und Diensten innerhalb der VMs.

Wie erwartet zeigt sich hierbei, dass VMs mit Linux und Applikationen wie MySQL mit deutlich weniger Ressourcen auskommen als VMs mit Windows-Server-2003-R2 und MS-SQL 2005.

Alternative für Ein-Betriebssystem-Umgebungen

VMs offerieren dem Administrator ein hohes Maß an Flexibilität bei der Auswahl der Systeme. Unix/Linux-VMs mit verschiedenen Kernen und unterschiedliche Windows-Versionen arbeiten friedlich nebeneinander.

In der Praxis brauchen viele Systemverwalter jedoch gar nicht diese große Freiheit. Vielmehr legen sich viele Unternehmen auf ein einziges Serverbetriebssystem für alle LAN-Dienste fest. In diesem Fall verschleudern virtuelle Maschinen viele Ressourcen, indem sie ein und dasselbe Betriebssystem zigfach in den Speicher quetschen.

Die Alternative hierzu hat viele Namen wie »Zones« oder »Container«, lässt sich jedoch unter dem Oberbegriff Systemvirtualisierung zusammenfassen.

Ein Kern für alle

Diese Form der Virtualisierung zerlegt nicht den Rechner an sich in viele kleine virtuelle Maschinen. Vielmehr teilt sich das Betriebssystem in voneinander getrennte Bereiche auf. Diese hören auf Namen wie Virtual-Entities (VE), Virtual-Private-Server (VPS), Container, Jails oder Virtual Zones.

Unabhängig vom Namen arbeitet die Technik überall gleich: Ein einziger Systemkern betreibt die physische Maschine und alle dazugehörigen Hardware-Komponenten. Der Virtualisierer stellt abgeschottete OS-Instanzen bereit.

Jede dieser VEs greift auf die Ressourcen des bereits laufenden Kerns zurück, kann aber ein eigenes Benutzerverzeichnis, Policy-Regelwerk und eigene Applikationen verwalten. Aus einer VE heraus ist kein Zugriff auf die Daten des Hosts oder anderer VEs möglich. Der Host hingegen kann in alle VEs hineinsehen und auch deren Einstellungen, Dateien und Konfigurationen verändern.

Leere VEs benötigen keine Ressourcen

Anders als VMs haben VEs keine eigenen Festplattenlaufwerke. Ein Overlay-fähiges Dateisystem simuliert die Laufwerksressourcen auf Ordnerebene. Das Overlay blendet Systemdateien wie symbolische Links in die VE ein.


Parallels Virtuozzo Containers: Die Virtual Entities (VEs) gehen sparsam
mit Ressourcen um, etwa Prozessorleistung und RAM.

Eine neue, leere VE braucht folglich erst einmal gar keine Ressourcen: kein RAM, keine CPU-Zeit und keinen Massenspeicher. Das simulierte Dateisystem funktioniert mit einem Copy-on-Write-Mechanismus. Fügt der Nutzer einer VE Daten hinzu, sichert das simulierte Dateisystem die differenziellen Änderungen. Applikationen innerhalb der VEs erscheinen in der Dienste-Liste des Host-Systems, als würden sie direkt auf dem Host laufen.

Diese Virtualisierungstechnologie kommt mit sehr wenigen Ressourcen aus. Bereits ein simpler Uni- oder Dual-Prozessor-PC mit 1 GByte RAM kann über hundert VEs mit Web-Servern betreiben.

Daher eignet sich diese Technologie sehr gut für Umgebungen, in denen viele virtuelle Systeme mit vergleichsweise genügsamen Diensten vorhanden sind. Das populärste Beispiel für Systemvirtualisierung sind die privaten Web-Server der günstigen Internet-Hoster.

Die Vorteile der Systemvirtualisierung

• Geringe Ressourcenbelastung,

• Kontrolle aller VE-Inhalte vom Host aus sowie

• sehr fein einstellbare Ressourcen-Belastungen pro VM.

Die Nachteile

• eingeschränkte Wahl des OS,

• alle VEs teilen sich einen Systemkern,

• kein direkter Hardware-Zugriff innerhalb von VEs möglich und

• benachbarte VEs können die Performance der anderen Virtual Entity negativ beeinflussen.

Network Computing hat die vier populärsten System-Virtualisierer einem Test unterzogen: Die Zonen von Suns Opensolaris, das quelloffene Openvz für Linux, sowie die kommerziellen Parallels Virtuozzo-Containers für Linux und Windows. Den Testbericht finden sie auf dieser Web-Seite [1].

[1] vergleichstest-vier-programme-fuer-die-systemvirtualisierung/

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