Trends bei Virtualisierung und Hypervisortechniken

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In Zukunft werden die Hardware Page Tables um eine zusätzliche Ebene erweitert, sodass physikalische Gast-Speicherreferenzen auf einen echten physikalischen Bereich gemappt werden, so wie es durch den Hypervisor programmiert wird. Gast-Page-Table-Referenzen müssen dann nicht länger emuliert werden, was zu den größten Leistungseinbußen bei der heutigen Virtualisierung zählt.

Hosting von sicherheitskritischen und Echtzeit-Applikationen

Während die meisten Hypervisoren nur für den Zweck des Hostens einer oder mehrerer virtueller Maschinen entwickelt wurden, erweitern eine kleine Zahl an Hypervisoren eine bestehende Betriebssystemumgebung um eine virtuelle Maschine. Der Green Hills Padded Cell Hypervisor wurde speziell zur Ausführung auf INTEGRITY ausgelegt, einem sicheren Echtzeit-Betriebssystem. Im Gegensatz zu herkömmlichen Hypervisoren, läuft Padded Cell als User-Mode-Applikation mit einer separaten Instanz für jede Gastumgebung (Bild 1).

Die Trennung der Gastumgebungen übernimmt der sicherheitszertifizierte Microkernel, der für jeden Gast begrenzte und garantierte Dienste zur Verfügung stellt. Native Applikationen können dabei neben den Gastumgebungen wie gewohnt weiter laufen, womit das Hosten von Echtzeit- und/oder sicherheitskritischen Applikationen möglich ist – ein Leistungsmerkmal, das mit herkömmlichen Gast-Betriebssystemen nicht möglich ist.

Typische Anwendungen für Hybrid-Visor-Architekturen

Die Hybrid-Visor-Architektur ermöglicht eine Reihe bemerkenswerter Anwendungs-Modelle, von denen viele mehr Flexibilität sowie eine geringere Größe, ein geringeres Gewicht, weniger Leistungsaufnahme und geringere Kosten erlauben. So lässt sich z.B. ein Telekommunikationssystem aus mehreren Blades, von denen ein Blade mit Linux die Control Plane steuert und andere Blades die Echtzeit-Data-Planes steuern, soweit auf einen einzigen Rechner vereinigen, dass Linux neben den nativen Echtzeit-Data-Plane-Applikationen auf einer virtuellen Maschine läuft.

Im Bereich Automotive-Infotainment kann der Hybrid-Visor z.B. eine Bürolösung für den Rücksitz (Windows mit Internet-Browsing und Office-Anwendungen) mit den herkömmlichen „Echtzeit“-Radio- und Navigationsfunktion im vorderen Bereich des Fahrzeugs kombinieren, die sofortigen Zugriff und höchste Zuverlässigkeit erfordern.

Im Verteidigungs- und Sicherheitsbereich kann ein Hybrid-Visor verschiedene Rechner und Netzwerke so vereinigen, dass die geschützte Daten der verschiedenen Sicherheitsebenen auf einem einzigen PC verwaltet werden. In diesem Fall müssen die nativen Applikationen die miteinander verwendeten HMI-Einrichtungen (Bildschirm, Tastatur, Maus) absichern sowie eine vertrauenswürdige Cut-and-Paste-Funktion zwischen den Sicherheitsdomänen bereitstellen. Tabelle 1 stellt einen Auszug aus Applikationen und einer Beschreibung ihrer einzelnen Gast- und Nativ-Komponenten dar.

Multicore verbessert Usability von Hypervisoren

Multicore-Mikroprozessoren zählen in PCs und Servern mittlerweile zum Standard. Laut neuesten Umfragen nimmt der Anteil der Single-Chip-Multicore-Designs derzeit 10% aller Embedded-Designs ein, Tendenz steigend. Desktop-Hypervisoren nutzen ebenfalls die Vorteile mehrerer Cores, was die gleichzeitige Ausführung von Standard- und symmetrischen Multiprocessing-(SMP)-Gast-Betriebssystemen auf mehreren Cores ermöglicht.

Multicore-Architekturen verbessern die Usability von Hypervisoren. So lässt sich bei einem Dual-Core-System jedem Core eine separate virtuelle Maschine zuweisen, was garantierte QoS (Quality of Service) für jeden Gast gewährleistet. In einem Hybrid-Visor-System wird für Echtzeit-Applikationen ein optimales Ansprechverhalten garantiert, da diese unabhängig von Gast Betriebssystemen einem Core zugewiesen werden können. Der Fortschritt bei Mulitcore-Systemen wirkt sich auch auf den Fortschritt bei Hypervisoren aus: symbiotisches Wachstum bei zwei an sich getrennten Technologien.

*David Kleidermacher ist Chief Technology Officer beim Software-Spezialisten Green Hills Software in Santa Barbara, USA. Kontakt: davek@ghs.com

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