Was ist Virtualisierung

Was ist Virtualisierung?

• Abstraktion physischer IT-Ressourcen (z.B. Hardware, Software-Komponenten).
• Erstellung virtueller oder logischer Komponenten.
• Zentraler Vorteil ist die Abstraktionsschicht zwischen physischer Ressource und virtuellem Abbild.
• Grundlage diverser Cloud-Services.
• Die Abgrenzung zwischen Virtualisierung und Emulation betrifft nur die CPU – bei der Virtualisierung wird die CPU direkt ausgeführt, bei der Emulation wird auch die CPU nachgebildet.

Definition Virtualisierung

• Abstraktion physischer IT-Ressourcen wie Hardware, Software, Speicher und Netzwerkkomponenten.
• Bereitstellung dieser Ressourcen auf virtueller Ebene.
• Vorteil ist Flexibilität.
• Hardwareunabhängigkeit.
• Virtualisierung bedeutet die effiziente Nutzung der CPU, während Geräte entweder emuliert oder para-virtuell bereitgestellt werden.

Abgrenzung zu Simulation und Emulation

Simulation

• Vollständige Nachbildung eines Systems mittels Software.
• Auch die CPU wird nachgebildet.
• Alle Systemkomponenten und deren innere Logik werden nachgestellt.
• Einsatz von Crosscompilern.
• Ermöglicht Ausführen von Software für veraltete Großrechner auf modernen Plattformen.
• Praktisch kein produktiver Einsatz.
• Beispiel: iPhone-Simulator in Xcode zum Testen von Webseiten.

Emulation

• Stellt die Funktionen von Hardware- oder Software-Komponenten bereit.
• Abbildung der äußeren Funktionsweise, keine Nachbildung der inneren Logik.
• Ziel ist es, dieselben Ergebnisse wie mit realem Pendant zu erzielen.
• Fokus liegt auf Ergebnisgenauigkeit.
• Bei der Emulation werden sowohl CPU als auch Geräte nachgebildet, was zu einer geringeren Geschwindigkeit führt.

Virtualisierung

• Virtualisierung ist eine Hybridlösung, die die direkte Ausführung der CPU ermöglicht, während Geräte emuliert oder para-virtuell bereitgestellt werden.
• CPU-Ausführung: Direkter Zugriff auf die physische CPU (z. B. VT-x/AMD-V), keine Emulation der CPU-Instruktionen.
• Emulierte Komponenten:
  • BIOS/UEFI-Firmware (SeaBIOS, OVMF).
  • Basis-Hardware (PIIX3/SATA-Controller, RTL8139-NIC).
  • Grafikkarten (Standard-VGA, virtio-GPU).
  • Legacy-Geräte (i8042-Controller, PS/2-Maus).
• Para-virtuelle Geräte:
  • Hochleistungs-Netzwerk (virtio-net).
  • Blockgeräte (virtio-blk).
  • Balloon-Treiber (Speichermanagement).
• Virtualisierung bietet den Vorteil, dass sie mit der echten CPU arbeitet, während die emulierten/virtuellen Komponenten für das komplette System zur Verfügung gestellt werden.
• Während Emulation die vollständige Nachbildung von Systemen (einschließlich der CPU) erfordert, werden in der Virtualisierung nur die Geräte nachgebildet oder optimiert.
• Beispiel: KVM/QEMU, VMware, Hyper-V, Proxmox — hier wird die CPU virtualisiert, aber die Geräte sind emuliert oder para-virtuell bereitgestellt.

Wie funktioniert Virtualisierung?

• Ähnelt Konzepten der Simulation und Emulation.
• Ziel ist, möglichst wenig zu simulieren oder zu emulieren.
• Fokus liegt auf Etablierung einer Abstraktionsschicht.
• Der Kernaspekt der Virtualisierung ist die direkte Nutzung der CPU, während Geräte durch Emulation oder Para-Virtualisierung bereitgestellt werden.
• Virtuelle Maschinen laufen effizient, da die CPU direkt verwendet wird, aber die Peripherie (z.B. Netzwerkkarten, Festplatten) emuliert oder optimiert wird.

Formen der Virtualisierung

Hardware-Virtualisierung

• Bereitstellung von Hardware-Komponenten mittels Software, unabhängig von physischer Grundlage.
• Beispiel: Virtuelle Maschine (VM).
• VM verhält sich wie ein physischer Rechner inklusive Hardware und Betriebssystem.
• Hypervisor erzeugt Abstraktionsschicht zwischen physischer Hardware und virtuellem System.

Vollvirtualisierung

• Hypervisor stellt jeder VM eine komplette virtuelle Hardware-Umgebung bereit.
• Gastbetriebssystem muss nicht modifiziert werden.

Paravirtualisierung

• Gastbetriebssystem wird modifiziert.
• Beispielsweise Anpassung des Kernels.
• Vorteil: Häufig höhere Effizienz.

Präsentation

• https://hedgedoc.xinux.net/p/9FloojOui#/