Virtuelle Maschinen

Designparadigma

Im Grunde genommen stellt jedes

Betriebssystem
Ablaufsystem mit Programmiersprache Schnittstelle
(insbesondere interpretierte Sprache)

eine virtuelle Maschine dar.
In diesem Sinne ist jede Schicht aus einem Schichtenmodell eine virtuelle Maschine dar.

Emulatoren:

hier wird ein ganzer Rechner simmuliert, d.h. die Maschinenbefehle werden von einer Softwarebasierten virtuellen Maschiene interprtiert (anstatt von einem Harswareprozessor direkt.
Damit kann man auch noch nicht/nicht mehr verfübare Systeme simulieren.

Bochs IA33 Emulator: simmuliert PC
PowerPC-Emulator
C64-Emulator in Java
VMware: Hier kann man ein Betriebssystem mit VMware auf einem Hostsystem booten
Wikipedia
QEmu: Emulationen von einem System auf Linux.
KVM macht das Kernunterstützt
QEMU-Buch Beschreibt QEMU und KVM
VirtualBox
MS Virtual PC
Betriebssystemkerne im Usermode: sind auch virtuelle Maschinen (Überlegung von Walter Jäger)
Captive: ist eine virtuelle Maschine, die die Umgebung eines Treibers liefert.

Nutzen

Nutzung und Entwickung von Anwendungssoftware auf Rechnern, die es noch nicht oder nicht mehr gibt.
Bei neuer Hardware kann so parallel entwickelt werden und die Brauchbarkeit eines Befehlsmixes kann evaluiert werden.
Nutzung von Software eines anderen Betriebssystemarchitektur
Betriebssytemkerne im Usermode sind einfacher zu debuggen, weil man dann eine komfortable Hostumgebung hat.

Emulatoren für Laufzeituntersuchungen

Valgrind: Virtuelle Maschine von i586 auf i586 um diverse Laufzeituntersuchungen machen zu können, unter anderem auch Speicherallokationsfehlersuche

Betriebssystemtechniken

Zweck

Hier steht die gemeinsame Nutzung einer supertollen Hardware und die vereinfachte Verwaltung im Vordergrund.
Beispielsweise eine WWW-Hostingfirma könnte folgende Vorteile haben:

ein Großrechner statt 1000ende PCs aufstellen zu müssen.
Schwach besuchte WWW-Server brauchen so fast keine Rechenzeit, die von anderen genutzt werden kann, dasselbe gilt für den Plattenplatz
Kunden können auch ihre virtuellen selber Systeme pflegen ohne daß Pfuscher sich gegenseitig stören
Wahrscheinlich ist auch ein Riesenpool von Plattenspeicher billiger und ausfallsicherer als 1000ende PC-platten

Exo Kerne

Exokerne partionieren die Hardware.

Partitionierung von IBM

IBM OS 390 partitioniert einen Großrechner in mehrere virtuelle Maschinen ???

Wie ist die Beziehung zu den Exo-Kernen ?

Paravirtualisierung

Nach Wikipedia werden abstrakte Softwareschnittstellen für die Hardware bereitgestellt. Dabei muß aber die Implementierung der Betriebsystem-API an das Gastgeberbetriebssystem speziell angepasst werden, bzw. das Gastbetriebssystem speziell angepasst werden - (da muß der Betriebssystemhersteller mitmachen - Vorteil bei Opensource)

Vorteile:

Verschiedene Gastsysteme können die Mechanismen des Gastgebersystems nutzen (Softwaretechnisch, systemtechnisch: schlanker)
Dieses kann effizienter realisiert werden

Vorkommen:

Xen (Wikipedia): erlaubt echte virtualisierung mit Hardwareunterstützung, Effizenter isz jedoch eine Unterst¨tzung im Gastsystem.

Ablaufsystem für Programmiersprachen

Kennzeichen:

Ein Befehlsmenge wird dynamisch interpretiert
Die Maschine ist nicht in Hardware gebaut (Vom Microcode mal abgesehen).

1970 : Firma Datapoint für Programmiersprache PL/B

HP hatte um 1970 JIT-Compiler für BASIC-Maschinen

1980: Orginalimplementierung von UCSD-Pascal: p-code wird auf virtueller Maschine ausgeführt

Java Virtual Machine

Die JVM ist die weit verbreiteste und es gibt sie in verschiedenen Implementierungen.

.NET

eine virtuelle Maschine für mehrere Sprachen.
(Leider war die Betriebssystemunabhängigkeit aus firmenstrategischen Gründen weniger das Ziel, ist aber möglich)

The LLVM Compiler Infrastructure

Virtuell Instruction Set
sprachunabhängige Compiler-Infrastuktur, Optimierer

Vorteile

Portabilität: Sun-Paradigma: Write Once, run Everywhere
Sicherheitsumgebung

(Ada on JVM Kap. 2) Nachteil: Emulationen kosten immer Leistung

Anwendung

Applets im Browser: Browser auf verschiedenen Prozessorarchitekturen wollen Applets nutzen.
Pervasive Computing: http://www.nist.gov/pc2000/
Software Agenten: Ein Softwareagent möchte über verschiedene Rechenknoten mit verschiedenen Prozessorarchitekturen migrieren.