Virtualizációs Technológiák Bevezetés Kovács Ákos Forrás, BME-VIK Virtualizációs technológiák https://www.vik.bme.hu/kepzes/targyak/vimiav89/



Hasonló dokumentumok
Virtualizációs Technológiák Bevezetés Kovács Ákos Forrás, BME-VIK Virtualizációs technológiák

Virtualizáció. egy hardveren több virtuális rendszer működik egyszerre, virtuális gépekben futó önálló vendég (guest) operációs rendszerek formájában

Utolsó módosítás:

Felhő alapú hálózatok (VITMMA02) Virtualizáció

Operációs rendszerek előadás Multiprogramozott operációs rendszerek

Előadás_#06. Előadás_06-1 -

Virtualizációs technológiák és alkalmazások. Házi feladat. A Virtualbox. készítette: Andrus Tamás

A NYELV NEVE. Kezdetben: Oak. James Gosling. Java: Sun Mycrosystems védjegyev

Operációs Rendszerek MSc

OPERÁCIÓS RENDSZEREK. Célkitűzések, tárgyfelépítés. Módszerek. OS fogalom, struktúrák. 2005/2006. tanév II. félév Dr. Vadász Dénes

Dr. Illés Zoltán

Operációs rendszerek az iskolában

VirtualBox, Debian telepítés

Általános rendszergazda Általános rendszergazda

Operációs rendszerek

Elektronikus Szolgáltatások Hirdetménye. Érvényes: május 24-től

Virtualizáció szabad szoftverekkel. Mátó Péter

1. oldal, összesen: 29 oldal

UNIX / Linux rendszeradminisztráció

Memória és perifériák virtualizációja. Kovács Ákos Forrás, BME-VIK Virtualizációs technológiák

Újdonságok NCG CAM V10-ben

12. tétel. Lemezkezelés

15. Programok fordítása és végrehajtása

Felhő alapú hálózatok (VITMMA02) Virtualizáció

Hogyan működtethető a telefonrendszer virtuális környezetben? Mészáros Tamás Műszaki fejlesztési vezető

Az előadás magáncélra szabadon felhasználható. Köz- és felsőoktatásban felhasználható, csak előtte kérlek írj egy t nekem.

A Számítógépek felépítése, mőködési módjai

Bevezetés, platformok. Léczfalvy Ádám

4. Programozási nyelvek osztályozása. Amatőr és professzionális

Bevezetés a számítástechnikába

Virtualizált környezetek teljesítménymérése és elemzése

LOK Virtualizáció. szabad szofverekkel. Mátó Péter

Operációsrendszerek. 2. elıadás. Standard ismeretek II.

8. Fejezet Processzor (CPU) és memória: tervezés, implementáció, modern megoldások

8. Fejezet Processzor (CPU) és memória: tervezés, implementáció, modern megoldások

2. fejezet Hálózati szoftver

VIRTUALIZÁCIÓ KÉSZÍTETTE: NAGY ZOLTÁN MÁRK EHA: NAZKABF.SZE I. ÉVES PROGRAMTERVEZŐ-INFORMATIKUS, BSC

Az informatika alapjai. 10. elıadás. Operációs rendszer

Miért van szükség fordítóprogramokra? Fordítóprogramok célja és szerkezete. Miért van szükség fordítóprogramokra?

IT TERMÉKEK TANÚSÍTÁSA

Operációs rendszerek II. jegyzet

FOKA elérés beállításának leírása

Utolsó módosítás:

Utolsó módosítás:

Szoftverminőségbiztosítás

1. mérés - LabView 1

6. számú melléklet KÖLTSÉGVETÉSI SPECIFIKÁCIÓ. a Társadalmi Megújulás Operatív Program. Új tanulási formák és rendszerek Digitális Középiskola program

Tartalomjegyzék. istorage datashur. felhasználói útmutató

QEMU beüzemelése és részletes ismertető

Adataink biztonságos tárolása és mentése

6. Tárkezelés. Operációs rendszerek. Bevezetés A program címeinek kötése. A címleképzés. A címek kötésének lehetőségei

Gyakorla( útmutató és demonstrációk a SZTAKI Felhő használatához

erettsegizz.com Érettségi tételek

ÁLTALÁNOS JELLEGŰ ELŐÍRÁSOK. A hitelesítési folyamat résztvevőit, az alapelemeket és a főbb kapcsolódási pontokat az 1.

Közbeszerzési Értesítő száma: 2015/133

Felhasználói kézikönyv Biztonsági útmutató adminisztrátorok számára

Operációs rendszerek. leírása. i-store.hu Szoftver webáruház

1. Az utasítás beolvasása a processzorba

SZÁMÍTÓGÉPES ARCHITEKTÚRÁK

SATEL. CA-64 RIASZTÓKÖZPONT ( es szoftver verzió) Telepítési útmutató

Kaspersky Internet Security Felhasználói útmutató

Gondtalan Webáruház Általános Szerződési Feltételei

Máté: Számítógép architektúrák

Számítógép Architektúrák

Számítógép Architektúrák

17. témakör Vírusok - Víruskeresés

Nyugat-magyarországi Egyetem Geoinformatikai Kara. Nagy Gábor. Informatika 16. INF16 modul. Az OpenOffice.org

Általános Szerződési Feltételek Hosting szolgáltatásokra DoclerNet Hosting Kft.

Szerverterem egy számítógépben avagy hogyan élnek a barack lakói. Mátó Péter <mato.peter@fsf.hu>

DB2 Connect: DB2 Connect kiszolgálók telepítése és konfigurálása

Általános rendszergazda Általános rendszergazda

(11) Lajstromszám: E (13) T2 EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA

ÁLTALÁNOS SZERZŐDÉSI FELTÉTELEK

ARCHLine.XP Windows. Újdonságok. Felhasználói kézikönyv. ARCHLine.XP 2009 Újdonságok

Főbb jellemzők INTELLIO VIDEO SYSTEM 2 ADATLAP

8,0 MP hátlapi, LED vakuval. - micro SD kártyaolvasó - 1db USB 2.0 a táblagépen - 2db USB 2.0 a billentyűzeten. - fényérzékelő - giroszkóp

A mai program OPERÁCIÓS RENDSZEREK. A probléma. Fogalmak. Mit várunk el? Tágítjuk a problémát: ütemezési szintek

Hálózati informatikus Mérnökasszisztens

ELŐADÁS SZÁMÍTÓGÉP MŰKÖDÉSE FIZIKA ÉS INFORMATIKA

FELHASZNÁLÓI KÉZIKÖNYV

Cache, Cache és harmadszor is Cache

11. Haladó ismeretek: személyi számítógépek

Windows alapú operációs rendszerek

.NET Microsoft.Net Framework

RAID. Felhasználói útmutató

A mikroszámítógép felépítése.

SZÁMÍTÓGÉPES ARCHITEKTÚRÁK A STRUKTURÁLT SZÁMÍTÓGÉP-FELÉPÍTÉS. Misák Sándor. 2. előadás DE TTK

Fábián Zoltán Hálózatok elmélet

A Gyorstelepítés rövid leírását lásd a hátsó borítón.

Csalásfelderítés és előrejelzési megoldás május 20.

Kontact Személyi információkezelés KDE módra

Mérő- és vezérlőberendezés megvalósítása ARM alapú mikrovezérlővel és Linux-szal

AXEL PRO Számlázó és Készletnyilvántartó Program

AZ INFORMATIKAI BIZTONSÁG SPECIÁLIS TÉMAKÖREI. Hungarian Cyber Security Package

Szalai Ferenc

W290 EU. Használati utasítás. Köszönjük, hogy Timex órát vásárolt!

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Villamosmérnöki és Informatikai Kar. Virtualizációs technológiák és alkalmazásaik BMEVIMIAV89

A HV-PCI6 VIDEODIGITALIZÁLÓ KÁRTYA ÉS ALKALMAZÁSAI (HV-PCI6 Video Digitizing Card and its Applications)

Számlázás-házipénztár. (SZAMLA) verzió. Kezelési leírás

Cégismerteto. Ez így kicsit tömören hangzik, nézzük meg részletesebben, mivel is foglalkozunk!

Átírás:

Virtualizációs Technológiák Bevezetés Kovács Ákos Forrás, BME-VIK Virtualizációs technológiák https://www.vik.bme.hu/kepzes/targyak/vimiav89/

Mi is az a Virtualizáció? Az erőforrások elvonatkoztatása az erőforrást nyújtó elemektől - kellemesen sejtelmes általános definíció Jellemzően: fizikai erőforrásokból logikai erőforrások képzése, amik függetlenek a tényleges fizikai elemektől korlátos erőforrások szétosztása több részre Ez egy új ötlet? Korántsem az oprendszerek is ezt csinálják Mobilplatform (Android, Java)

Történeti áttekintés http://jason.files.wordpress.com/2011/12/screen-shot-2011-12-22-at-9-33-28-am.png

Mi kell egy virtuális CPU-hoz VMM virtual machine monitor: olyan komponens, ami a virtuális gépek számára az absztrakciót biztosítja Popek és Goldberg szerint egy VMM alapvető jellemzői: Ekvivalencia A VMM felett futó program mindig pontosan ugyanazt az eredményt adja futás közben, mintha fizikai CPU-n közvetlenül futna Erőforrás kezelés A VMM minden virtualizált erőforrást teljes egészében maga felügyel Hatékonyság A virtuális gépben futó program utasításainak nagy része változtatás és VMM beavatkozás nélkül fut a fizikai CPU-n

Mit tud a processzor üzemmódok A CPU üzemmódok célja: Visszamenőleges kompatibilitás (x86 másból sem áll ) Pl.: valós mód (16 bit), védett mód (16 és 32 bit), long mód (64 bit) Egy program ne tudjon bizonyos műveleteket végezni Operációs rendszer el tudja szigetelni a programokat egymástól védett módok Futási privilégium szintek, al-üzemmódok (rings) Példa: 4 privilégium szint az x86 védett módjában Ring 0, supervisor mód: legbővebb utasításhalmaz Ring 1 Ring 2 Ring 3, user mód: legszűkebb részhalmaz Ring 0 Ring 1 Ring 2 Ring 3

VMM jellemzői Mik a problémák ezzel? Az ekvivalencia és az erőforrás kezelési kritérium ellentmondó követelményeket támaszt Ha a VMM kezeli az erőforrásokat, mit csinál a virtuális gépben futó OS?

Szimuláció és emuláció Ekvivalencia biztosítása Szimuláció: szoftverrel modellezzük a processzor belső működését (különböző mélységig megtartva a valósághűséget). Fizikailag sohasem fut a virtuális gép kódja a CPU-n. Emuláció: helyettesítjük a VMM felett futtatandó programot/annak egy részletét egy másikkal, ami végül pontosan ugyanazt az eredményt adja (de akár teljesen más futási utat bejárva, elkerülve a privilegizált utasítások használatát) Ekvivalencia csak ISA szintjén Erőforrás-takarékos Erőforrás-igényes Ekvivalencia tranzisztorok szintjén Inkább emuláció Inkább szimuláció

Tiszta emuláció A vendég virtuális gép kódját a processzor nem futtatja közvetlenül, hanem adatként feldolgozza Eltérhet a virtuális gép CPU architektúrája a futtató CPU-tól Virtualizációhoz (P&G értelemben vett) képest lassú Vendég gép futtatható bináris kódja Interpreter Vendég gép futtatható bináris kódja JIT fordító Vendég gép átfordított bináris kódja Virtuális gép állapota

Emuláció megvalósításának lehetőségei Emuláció (és szimuláció) kétféleképpen Futási idejű értelmező (Interpreter) adatként kezeli és lépésenként hajtja végre egy szoftveres modellen a virtuális gép utasításfolyamát Lassú, a CPU közvetlenül csak az értelmező kódját futtatja Hordozható futtatókörnyezet Izoláció természetesen adódik Éppen időben fordító (JIT compiler just in time ) végrehajtás előtt egy fordító feldolgozza a virtuális gép soron következő utasításait, és kódot generál belőle, ami az eredetivel ekvivalens viselkedést mutat Közvetlenül futtatható kódot generál, cache-elési eljárásokkal gyors lehet Nehéz implementálni, nem hordozható Izolációt nem automatikusan biztosítja Példa: QEMU x86 emulátor (és Java VM,.NET CLR is ilyen)

Nem nevezhető teljesen emulációnak mivel a Linux és a Windows kernele is x86 architektúrájú WINE Emuláció

Virtualizáció Virtualizáció: A vendég gép utasításainak egy részét beavatkozás nélkül végrehajtja a fizikai CPU-n A privilegizált utasításokat kell külön kezelni Klasszikus módszer: trap & emulate Következmény: Gyorsabb, mint az emuláció A vendég és a fizikai gép ISA-ja megegyezik ISA=utasításkészlet

Trap & emulate módszer Virtuális gép Alkalmazás (Trap: hardveres kivételkezelő rutin ami után a végrehajtás folytatódhat) Virtuális HW Emulátor Virtuális HW állapota A nem privilegizált utasítások közvetlenül a valós CPU-n hajtódnak végre A privilegizált vagy érzékeny műveletek trap-et váltanak ki, és a VMM veszi át a végrehajtást HW HW támogatás szükséges: védelmi szintek virtuális gép alacsony védelmi szinten fut privilegizált utasítások nem megfelelő szinten kiadva trap-et okoznak

Natív és virtualizált rendszer összehasonlítása Ring 3 userspace alkalmazások Ring 2 Ring 1 vendég OS kernel Ring 0 supervisor mode VMM A VMM-ben tett kör költséges, a CPU üzemmód váltás során teljes állapotmentés majd a végén visszaállítás kell! Mikor éppen virtualizált operációs rendszer fut SYSCALL és INT továbbra is a Ring3-ból Ring0-ba hív át! A VMM megkapja a vezérlést, feladata hogy továbbítsa a hívást a vendég kernelnek Amikor a vendég kernel Ring1-ben nem engedélyezett utasítást hajtana végre a VMM elkapja, lekezeli, és úgy tesz, mintha megtörtént volna. A VMM kapja a timer interruptot is, így ütemezheti a vendég gépeket. Ezt is továbbítja az aktív vendég kernel felé is. A vendég OS teljesítménytől eltekintve nem tud róla, hogy virtualizált

Három lehetőség a virtualizációra (x86) Szoftveres virtualizáció (Trap and Emulate + bináris fordítás) Paravirtualizáció (vendég OS kódját módosítjuk, hogy tudjon a virtualizációról, és hívhassa a VMM-et) Hardveres virtualizáció (Trap and Emulate, teljesen hardveres támogatással)

Bináris fordítás (binary translation) Mit tegyünk a problémás utasításokkal? Szoftveres virtualizáció bináris fordítással (VMware megoldása) Egy JIT fordító a végrehajtás előtt végignézi a kód szegmenst és kicseréli a problémás utasításokat pl. SYSCALL-ra, vagy valami egyéb kódrészletre Kicserélhet egyéb, amúgy elfogható utasításokat is rögtön a kezelő kódrészlettel, hogy elkerülje a felesleges hívást a VMM-be (inline translation) Mivel a kód hossza megváltozhat ezért a kódra mutató pointereket (jump, branch utasítások) is módosítani kell A végrehajtás menete: elő-fordítás + virtualizált végrehajtás elfogással + elfogott utasítások emulációja Teljesítmény? Nem teljes fordítást végez, az utasítások többségét változatlanul hagyja A JIT fordító minden kódrészletet csak az első futáskor jár be, ismételt futtatáskor már cache-eli a már módosított kódrészeket Optimalizálással csökkenthető a VMM-be történő hívások száma

Három lehetőség a virtualizációra (x86) Szoftveres virtualizáció (Trap and Emulate + bináris fordítás) Paravirtualizáció (vendég OS kódját módosítjuk, hogy tudjon a virtualizációról, és hívhassa a VMM-et) Hardveres virtualizáció (Trap and Emulate, teljesen hardveres támogatással)

Paravirtualizáció Módosítsuk a vendég OS kernelt, hogy ne használjon elfoghatatlan utasításokat! Nem kell semmiféle előfordító A vendég OS tehát kifejezetten tud róla, hogy virtualizált Ne csak az elfoghatatlan, de minden szükségtelen vagy elkerülhető privilegizált utasítást irtsunk ki a vendég kernelből > Kevesebb váltás kell a VMM-be. Vezessünk be saját rendszerhívásokat a vendég kernel-vmm kommunikációra, és amit csak lehet, ezzel oldjuk meg (perifériák kezelése)

Három lehetőség a virtualizációra (x86) Szoftveres virtualizáció (Trap and Emulate + bináris fordítás) Paravirtualizáció (vendég OS kódját módosítjuk, hogy tudjon a virtualizációról, és hívhassa a VMM-et) Hardveres virtualizáció (Trap and Emulate, teljesen hardveres támogatással)

Hardveres Virtualizáció Ring 3 userspace alkalamazások Ring 2 Ring 1 Ring 0 supervisor mode - kernel Root Mode - hypervisor mode - VMM Intel VT-x és AMD-V kiegészítésekkel új mód jött be (root/non-root mode) SYSCALL és INT Ring3-ból Ring0-ba hív át nem kell felesleges kört futnia a VMM-ben Van külön VMCALL utasítás is, amivel ki lehet hívni a Root Mode-ba Minden szükséges privilegizált utasítást elkap A binary translation sok optimalizációra adott lehetőséget, ami itt hiányzik Lassabb volt a szoftveres virtualizációnál (de javul, a VMCALL-VMRESUME körülfordulási időt minden CPU generációval csökkentik)

Hardveres virtualizáció bináris fordítással

Hardveres virtualizáció CPU támogatással

Melyik a legjobb/leggyorsabb módszer? Folyamatosan változik a válasz környezettől, terheléstől is függ HW virtualizáció kezdetben kiforratlanabb, mint a BT Megoldások több módszert használnak vegyesen VMware ESX/ESXi Microsoft Hyper-V Szoftveres (BT) + - - Paravirtualizáció - (már nem) + (részben) + Hardveres (Intel VT-x, AMD-V) Xen + + +