Container + Bsp BS
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@ -2911,84 +2911,70 @@
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\end{itemize*}
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||||
\subsection{Container}
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Ziele:
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\begin{center}
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\includegraphics[width=.6\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-container.png}
|
||||
\end{center}
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||||
\begin{itemize*}
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||||
\item Adaptivität , im Dienste von ...
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||||
\item ... Wartbarkeit: einfachen Entwicklung, Installation, Rekonfiguration
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||||
\item Ziel Adaptivität , im Dienste von ...
|
||||
\item ... Wartbarkeit %einfachen Entwicklung, Installation, Rekonfiguration
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||||
durch Kapselung von
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\begin{itemize*}
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||||
\item Anwendungsprogrammen
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\item \begin{itemize*} \item durch sie benutzte Bibliotheken \end{itemize*}
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||||
\item \begin{itemize*} \item Instanzen bestimmter BS-Ressourcen \end{itemize*}
|
||||
\item durch sie benutzte Bibliotheken
|
||||
\item Instanzen bestimmter BS-Ressourcen
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item ... Portabilität: Betrieb von Anwendungen, die lediglich von einem
|
||||
bestimmten BS-Kernel abhängig sind (nämlich ein solcher, der Container
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||||
unterstützt); insbesondere hinsichtlich:
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||||
\item ... Portabilität: Betrieb von Anwendungen, die lediglich von einem bestimmten BS-Kernel abhängig sind %(nämlich ein solcher, der Container unterstützt); insbesondere hinsichtlich:
|
||||
\begin{itemize*}
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||||
\item Abhängigkeitskonflikten (Anwendungen und Bibliotheken)
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||||
\item fehlenden Abhängigkeiten (Anwendungen und Bibliotheken)
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||||
\item Versions-und Namenskonflikten
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||||
\end{itemize*}
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||||
\item ... Sparsamkeit: problemgerechtes ,,Packen,, von Anwendungen in
|
||||
Container $\rightarrow$ Reduktion an Overhead: selten
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||||
(oder gar nicht) genutzter Code, Speicherbedarf, Hardware, ...
|
||||
\item ... Sparsamkeit: problemgerechtes ,,Packen'' von Anwendungen in Container $\rightarrow$ Reduktion an Overhead: selten (oder gar nicht) genutzter Code, Speicherbedarf, Hardware, ...
|
||||
\end{itemize*}
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Idee:
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||||
Idee
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\begin{itemize*}
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||||
\item private Sichten (Container) bilden = private User-Space-Instanzen für
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verschiedene Anwendungsprogramme
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||||
\item Kontrolle dieser Container i.S.v. Multiplexing, Unabhängigkeit und
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API: BS-Kernel
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||||
\item somit keine Form der BS-Virtualisierung, eher:
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,,User-Space-Virtualisierung,,
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||||
\item private Sichten bilden = private User-Space-Instanzen %für verschiedene Anwendungsprogramme
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||||
\item Kontrolle dieser Container i.S.v. Multiplexing, Unabhängigkeit und API: BS-Kernel
|
||||
\item keine Form der BS-Virtualisierung, eher: ,,Userspace-Virtualisierung''
|
||||
\end{itemize*}
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%\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-container.png}
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Anwendungsfälle für Container
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\begin{itemize*}
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||||
\item Anwendungsentwicklung:
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\item Anwendungsentwicklung: konfliktfreies Entwickeln und Testen unterschiedlicher Software, für unterschiedliche Zielkonfigurationen BS-User-Space
|
||||
\item Anwendungsbetrieb und -administration
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||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item konfliktfreies Entwickeln und Testen unterschiedlicher Software, für unterschiedliche Zielkonfigurationen BS-User-Space
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item Anwendungsbetrieb und -administration:
|
||||
\begin{itemize*}
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||||
\item Entschärfung von ,,dependency hell,,
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||||
\item einfache Migration, einfaches Backup von Anwendungen ohne den (bei Virtualisierungsimages als Ballast auftretenden) BS-Kernel
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||||
\item Entschärfung von ,,dependency hell''
|
||||
\item einfache Migration, einfaches Backup von Anwendungen ohne den BS-Kernel
|
||||
\item einfache Verteilung generischer Container für bestimmte Aufgaben
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||||
\item = Kombinationen von Anwendungen
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||||
\item[=] Kombinationen von Anwendungen
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\end{itemize*}
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||||
\item Anwendungsisolation? $\rightarrow$ Docker
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\end{itemize*}
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Zwischenfazit: Container
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\subsubsection{Zwischenfazit: Container}
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Ziele: Adaptivität komplementär zu...
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\begin{description*}
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||||
\item[Wartbarkeit] Vermeidung von Administrationskosten% für Laufzeitumgebung von Anwendungen
|
||||
\item[Portabilität] Vereinfachung von Abhängigkeitsverwaltung
|
||||
\item[Sparsamkeit] Optimierung der Speicher-und Verwaltungskosten% für Laufzeitumgebung von Anwendungen
|
||||
\end{description*}
|
||||
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||||
Idee
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\begin{itemize*}
|
||||
\item Ziele: Adaptivität komplementär zu...
|
||||
\begin{itemize*}
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||||
\item Wartbarkeit : Vermeidung von Administrationskosten für Laufzeitumgebung von Anwendungen
|
||||
\item Portabilität : Vereinfachung von Abhängigkeitsverwaltung
|
||||
\item Sparsamkeit : Optimierung der Speicher-und Verwaltungskosten für Laufzeitumgebung von Anwendungen
|
||||
\item unabhängige User-Space-Instanz für jeden Container
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||||
\item Aufgaben Kernel: Unterstützung der Containersoftware bei Multiplexing und Herstellung der Unabhängigkeit dieser Instanzen
|
||||
\end{itemize*}
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||||
\item Idee:
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\begin{itemize*}
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||||
\item unabhängige User-Space-Instanz für jeden einzelnen Container
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||||
\item Aufgaben des Kernels: Unterstützung der Containersoftware bei Multiplexing und Herstellung der Unabhängigkeitdieser Instanzen
|
||||
\end{itemize*}
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||||
\item Ergebnisse:
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||||
Ergebnisse
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\begin{itemize*}
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||||
\item[\cmark] vereinfachte Anwendungsentwicklung
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||||
\item[\cmark] vereinfachter Anwendungsbetrieb
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||||
\item[\xmark] Infrastruktur nötig über (lokale) Containersoftware hinaus, um Containern zweckgerecht bereitzustellen und zu warten
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||||
\item[\xmark] keine vollständige Isolationmöglich
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||||
\end{itemize*}
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||||
\end{itemize*}
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||||
Beispielsysteme (Auswahl)
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||||
\paragraph{Beispielsysteme}
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\begin{itemize*}
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||||
\item Virtualisierung: VMware, VirtualBox
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||||
\item Paravirtualisierung: Xen
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||||
@ -2996,138 +2982,93 @@
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||||
\item Container: Docker, LupineLinux
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||||
\end{itemize*}
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||||
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||||
\subsubsection{Hypervisor}
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\paragraph{VMware}
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\paragraph{Hypervisor - VMware}
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\begin{itemize*}
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\item " ... ist Unternehmenin PaloAlto, Kalifornien (USA)
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||||
\item gegründet 1998 von 5 Informatikern
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||||
\item stellt verschiedene Virtualisierungs-Softwareprodukte her:
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||||
\begin{enumerate*}
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||||
|
||||
\item VMware Workstation \begin{itemize*} \item war erstes Produkt von VMware (1999) \item mehrere unabhängige Instanzen von x86- bzw. x86-64-Betriebssystemen auf einer Hardware betreibbar \end{itemize*}
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||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item VMware Workstation: mehrere unabhängige Instanzen von x86- bzw. x86-64-Betriebssystemen auf einer Hardware betreibbar
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||||
\item VMware Fusion: ähnliches Produkt für Intel Mac-Plattformen
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||||
\item VMware Player: (eingestellte) Freeware für nichtkommerziellen Gebrauch
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||||
\item VMware Server (eingestellte Freeware, ehem. GSX Server)
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||||
\item VMware vSphere (ESXi) \begin{itemize*} \item Produkte 1 ... 3: für Desktop-Systeme \item Produkte 4 ... 5: für Server-Systeme \item Produkte 1 ... 4: Typ-2-Hypervisor \end{itemize*}
|
||||
\end{enumerate*}
|
||||
\item bei VMware-Installation: spezielle vm- Treiber in Host-Betriebssystem
|
||||
eingefügt
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||||
\item VMware vSphere (ESXi): für Desktop/Server-Systeme, Typ-2-HV
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item spezielle vm- Treiber in Host-Betriebssystem eingefügt
|
||||
\item diese ermöglichen: direkten Hardware-Zugriff
|
||||
\item durch Laden der Treiber: entsteht ,,Virtualisierungsschicht''
|
||||
(VMware-Sprechweise)
|
||||
\item durch Laden der Treiber entsteht ,,Virtualisierungsschicht''
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-vmware-host-guest-architecture.png}
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-vmware-bare-metal.png}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Typ1- Hypervisor- Architektur
|
||||
\item Anwendung nur bei VMware ESXi
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
%\begin{itemize*}
|
||||
%\item Typ1- Hypervisor- Architektur
|
||||
%\item Anwendung nur bei VMware ESXi
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-vmware-paravirtualisierung.png}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Entsprechende Produkte in Vorbereitung
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
%\item Entsprechende Produkte in Vorbereitung
|
||||
% \end{itemize*}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
|
||||
\paragraph{VirtualBox}
|
||||
|
||||
\paragraph{Hypervisor - VirtualBox}
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||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Virtualisierungs-Software für x86- bzw. x86-64-Betriebssysteme für
|
||||
Industrie und ,,Hausgebrauch'' (ursprünglich: Innotek , dann Sun ,
|
||||
jetzt Oracle )
|
||||
\item frei verfügbare professionelle Lösung, als Open Source Software unter
|
||||
GNU General Public License(GPL) version 2. ...
|
||||
\item (gegenwärtig) lauffähig auf Windows, Linux, Macintosh und Solaris
|
||||
Hosts
|
||||
\item unterstützt große Anzahl von Gast-Betriebssystemen: Windows (NT 4.0,
|
||||
2000, XP, Server 2003, Vista, Windows 7), DOS/Windows 3.x, Linux (2.4
|
||||
and 2.6), Solaris and OpenSolaris , OS/2 , and OpenBSD u.a.
|
||||
\item Virtualisierungs-Software für x86- bzw. x86-64-Betriebssysteme für Industrie und ,,Hausgebrauch'' (ursprünglich: Innotek , dann Sun, jetzt Oracle )
|
||||
\item frei verfügbare professionelle Lösung, als Open Source Software unter GNU General Public License(GPL) version 2. ...
|
||||
\item lauffähig auf Windows, Linux, Macintosh und Solaris Hosts
|
||||
\item unterstützt große Anzahl von Gast-Betriebssystemen%: Windows (NT 4.0, 2000, XP, Server 2003, Vista, Windows 7), DOS/Windows 3.x, Linux (2.4 and 2.6), Solaris and OpenSolaris , OS/2 , and OpenBSD u.a.
|
||||
\item reiner Typ-2-Hypervisor
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
|
||||
\subsubsection{Paravirutalisierung: Xen}
|
||||
|
||||
\paragraph{Paravirutalisierung: Xen}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item entstanden als Forschungsprojekt der University of Cambridge (UK),
|
||||
dann XenSource Inc., danach Citrix, jetzt: Linux Foundation
|
||||
(,,self-governing'')
|
||||
\item frei verfügbar als Open Source Software unter GNU General Public
|
||||
License (GPL)
|
||||
\item lauffähig auf Prozessoren der Typen x86, x86-64, PowerPC, ARM, MIPS
|
||||
\item unterstützt große Anzahl von Gast-Betriebssystemen: FreeBSD,
|
||||
GNU/Hurd/Mach, Linux, MINIX, NetBSD, Netware, OpenSolaris, OZONE, Plan
|
||||
9
|
||||
\item ,,Built for the cloud before it was called cloud.'' (Russel Pavlicek,
|
||||
Citrix)
|
||||
\item entstanden als Forschungsprojekt der University of Cambridge
|
||||
\item frei verfügbar als Open Source Software unter GNU (GPL)
|
||||
\item lauffähig auf Prozessoren x86, x86-64, PowerPC, ARM, MIPS
|
||||
\item unterstützt große Anzahl von Gast-Betriebssystemen %FreeBSD, GNU/Hurd/Mach, Linux, MINIX, NetBSD, Netware, OpenSolaris, OZONE, Plan 9
|
||||
%\item ,,Built for the cloud before it was called cloud.'' (Russel Pavlicek, Citrix)
|
||||
\item bekannt für Paravirtualisierung
|
||||
\item unterstützt heute auch andere Virtualisierungs-Prinzipien
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
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||||
Xen : Architektur
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||||
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||||
Architektur
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||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Gast-BSe laufen in Xen Domänen (,,$dom_i$'', analog $VM_i$)
|
||||
\item es existiert genau eine, obligatorische, vertrauenswürdige Domäne:
|
||||
$dom_0$
|
||||
\item Aufgaben (Details umseitig):
|
||||
\item genau eine, obligatorische, vertrauenswürdige Domäne: $dom_0$
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Bereitstellen und Verwalten der virtualisierten Hardware für andere Domänen (Hypervisor-API, Scheduling-Politiken für Hardware-Multiplexing)
|
||||
\item Bereitstellen und Verwalten der virtualisierten Hardware für andere Domänen %(Hypervisor-API, Scheduling-Politiken für Hardware-Multiplexing)
|
||||
\item Hardwareverwaltung/-kommunikation für paravirtualisierte Gast-BSe (Gerätetreiber)
|
||||
\item Interaktionskontrolle (Sicherheitspolitiken)
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item $dom_0$ im Detail: ein separates, hochkritisch administriertes,
|
||||
vertrauenswürdiges BS mit eben solchen Anwendungen (bzw.
|
||||
Kernelmodulen) zur Verwaltung des gesamten virtualisierten Systems
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item es existieren hierfür spezialisierte Variantenvon Linux, BSD, GNU Hurd
|
||||
\item $dom_0$ im Detail: ein separates, hochkritisch administriertes, vertrauenswürdiges BS mit eben solchen Anwendungen zur Verwaltung des gesamten virtualisierten Systems
|
||||
%\item es existieren hierfür spezialisierte Variantenvon Linux, BSD, GNU Hurd
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-Xen-architektur.png}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
Xen : Sicherheit
|
||||
|
||||
Sicherheit
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Sicherheitsmechanismusin Xen: Xen Security Modules (XSM)
|
||||
\item illustriert, wie (Para-) Typ-1-Virtualisierung von BS die NFE
|
||||
Sicherheit unterstützt
|
||||
\item PDP: Teil des vertrauenswürdigen BS in $dom_0$, PEPs: XSMs im
|
||||
Hypervisor
|
||||
\item Beispiel: Zugriff auf Hardware
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Sicherheitspolitik-Integration, Administration, Auswertung: $dom_0$
|
||||
\item (Para-)Typ-1-Virtualisierung von BS unterstützt NFE Sicherheit
|
||||
\item PDP: Teil des vertrauenswürdigen BS in $dom_0$, PEPs: XSMs im Hypervisor
|
||||
%\item Beispiel: Zugriff auf Hardware
|
||||
%\begin{itemize*}
|
||||
%\item Sicherheitspolitik-Integration, Administration, Auswertung: $dom_0$
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-Xen-sicherheit.png}
|
||||
%\end{itemize*}
|
||||
%\item Beispiel: Inter-Domänen-Kommunikation
|
||||
%\begin{itemize*}
|
||||
%\item Interaktionskontrolle (Aufgaben wie oben): $dom_0$
|
||||
%\item Beispiel: \href{https://www.flyn.org/projects/VisorFlow/}{VisorFlow}
|
||||
%\item selber XSM kontrolliert Kommunikation für zwei Domänen
|
||||
%\end{itemize*}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item Beispiel: Inter-Domänen-Kommunikation
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Interaktionskontrolle (Aufgaben wie oben): $dom_0$
|
||||
\item Beispiel: \href{https://www.flyn.org/projects/VisorFlow/}{VisorFlow}
|
||||
\item selber XSM kontrolliert Kommunikation für zwei Domänen
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
|
||||
\subsubsection{Exokernel}
|
||||
|
||||
Nemesis
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||||
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||||
\paragraph{Nemesis}
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||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Betriebssystemaus EU-Verbundprojekt ,,Pegasus,, zur Realisierung eines
|
||||
verteilten multimediafähigen Systems (1. Version: 1994/95)
|
||||
\item Entwurfsprinzipien:
|
||||
\begin{enumerate*}
|
||||
|
||||
\item Betriebssystemaus EU-Verbundprojekt ,,Pegasus,, zur Realisierung eines verteilten multimediafähigen Systems %(1. Version: 1994/95)
|
||||
\item Anwendungen: sollen Freiheit haben, Betriebsmittel in für sie geeignetster Weise zu nutzen (= Exokernel-Prinzip)
|
||||
\item Realisierung als sog. vertikal strukturiertes Betriebssystem: \begin{itemize*} \item weitaus meiste Betriebssystem-Funktionalität innerhalb der Anwendungen ausgeführt (= Exokernel-Prinzip) \item Echtzeitanforderungen durch Multimedia $\rightarrow$ Vermeidung von Client-Server-Kommunikationsmodell wegen schlecht beherrschbarer zeitlicher Verzögerungen (neu) \end{itemize*}
|
||||
\end{enumerate*}
|
||||
\item Realisierung als sog. vertikal strukturiertes Betriebssystem
|
||||
\item weitaus meiste Betriebssystem-Funktionalität innerhalb der Anwendungen ausgeführt (= Exokernel-Prinzip)
|
||||
\item Echtzeitanforderungen durch Multimedia $\rightarrow$ Vermeidung von Client-Server-Kommunikationsmodell wegen schlecht beherrschbarer zeitlicher Verzögerungen
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-Nemesis-struktur.png}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
MirageOS + Xen
|
||||
|
||||
\paragraph{MirageOS + Xen}
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Spezialfall: Exokernel als paravirtualisiertes BS auf Xen
|
||||
\item Ziele : Wartbarkeit (Herkunft: Virtualisierungsarchitekturen ...)
|
||||
@ -3138,55 +3079,30 @@
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item Idee: ,,Unikernel'' $\rightarrow$ eine Anwendung, eine
|
||||
API, ein Kernel
|
||||
\item umfangreiche Dokumentation, Tutorials, ...
|
||||
$\rightarrow$
|
||||
\href{https://mirage.io/wiki/learning}{ausprobieren}
|
||||
\item Unikernel - Idee
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Architekturprinzip: %\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-unikernel-architektur.png}
|
||||
\item in MirageOS: %\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-mirageOs-architektur.png}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
%\item Unikernel Architekturprinzip: %\includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-unikernel-architektur.png}
|
||||
\item Unikernel in MirageOS
|
||||
\item \includegraphics[width=.8\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-mirageOs-architektur.png}
|
||||
\item Ergebnis: Kombination von Vorteilen zweier Welten
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Virtualisierungsvorteile: Sicherheit, Robustheit ($\rightarrow$ Xen-Prinzip genau einer vertrauenswürdigen, isolierten Domäne $dom_0$)
|
||||
\item Exokernelvorteile: Wartbarkeit, Sparsamkeit
|
||||
\item nicht: Exokernelvorteil der hardwarenahen Anwendungsentwicklung... ($\rightarrow$ Performanz und Echzeitfähigkeit)
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
|
||||
\subsubsection{Container: Docker}
|
||||
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Idee: Container für einfache Wartbarkeit von
|
||||
Linux-Anwendungsprogrammen ...
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item ... entwickeln
|
||||
\item ... testen
|
||||
\item ... konfigurieren
|
||||
\item ... portieren $\rightarrow$ Portabilität
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item Besonderheit: Container können - unabhängig von ihrem Einsatzzweck -
|
||||
wie Software-Repositories benutzt, verwaltet, aktualisiert, verteilt
|
||||
... werden
|
||||
\item Management von Containers: Docker Client $\rightarrow$
|
||||
leichtgewichtiger Ansatz zur Nutzung der Wartbarkeitsvorteile von
|
||||
Virtualisierung
|
||||
\item Forsetzung unter der OCI (Open Container Initiative)
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item ,,Docker does a nice job [...] for a focused purpose, namely the lightweight packaging and deployment of applications.'' (Dirk Merkel, Linux Journal)
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
\item Implementierung der Containertechnik basierend auf
|
||||
Linux-Kernelfunktionen:
|
||||
\item Idee: Container für einfache Wartbarkeit von Linux-Anwendungsprogrammen entwickeln, testen, portieren $\rightarrow$ Portabilität
|
||||
\item Besonderheit: Container können wie Software-Repositories benutzt, verwaltet, aktualisiert, verteilt werden
|
||||
\item Management von Containers: Docker Client $\rightarrow$ leichtgewichtiger Ansatz zur Nutzung der Wartbarkeitsvorteile von Virtualisierung
|
||||
\item Fortsetzung unter der OCI (Open Container Initiative) % ,,Docker does a nice job [...] for a focused purpose, namely the lightweight packaging and deployment of applications.'' (Dirk Merkel, Linux Journal)
|
||||
\item Implementierung der Containertechnik basierend auf Linux-Kernelfunktionen
|
||||
\begin{itemize*}
|
||||
\item Linux Containers (LXC): BS-Unterstützung für Containermanagement
|
||||
\item cgroups: Accounting/Beschränkung der Ressourcenzuordnung
|
||||
\item union mounting: Funktion zur logischen Reorganisation hierarchischer Dateisysteme
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
%\item \includegraphics[width=\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-docker.png}
|
||||
\item \includegraphics[width=.8\linewidth]{Assets/AdvancedOperatingSystems-docker.png}
|
||||
\end{itemize*}
|
||||
|
||||
|
||||
\section{Performanz und
|
||||
Parallelität}
|
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