Wat is een hypervisor? Definitie | Soorten | Voorbeelden

De hypervisor is een vrij oude technologie, maar nog steeds superrelevant om virtualisatie mogelijk te maken. De eerste hypervisors die volledige virtualisatie boden, werden in 1967 door IBM ontwikkeld. Ze werden ontwikkeld als een testtool (genaamd SIMMON) voor het CP/CMS-besturingssysteem van IBM.

Maar wat is virtualisatie precies? In eenvoudige bewoordingen is virtualisatie een proces waarbij een op software gebaseerde (of virtuele) versie wordt gemaakt van iets dat een vaste hoeveelheid opslag-, netwerk- en rekenbronnen gebruikt. Het werkt door de onderliggende hardware te partitioneren en elke partitie uit te voeren als een afzonderlijke, geïsoleerde virtuele machine, die zijn eigen besturingssysteem heeft.

Dit is waar hypervisor om de hoek komt kijken. Ze maken het proces van virtualisatie haalbaar. In dit overzichtsartikel hebben we verschillende soorten hypervisors uitgelegd en hoe ze werken. Laten we beginnen met een basisvraag.

Wat is een hypervisor?

Definitie: Een hypervisor is computerhardware, software of firmware die virtuele machines maakt en deze vervolgens efficiënt beheert en toewijst. Elke virtuele machine kan zijn eigen besturingssysteem en applicaties draaien.

De computer waarop de hypervisor is geïnstalleerd, wordt een hostmachine genoemd en alle virtuele machines worden gastmachines genoemd. Een hypervisor maakt het gemakkelijk om de bronnen van de hostmachine te splitsen en toe te wijzen aan individuele gastmachines. Het stelt je ook in staat om de uitvoering van gastbesturingssystemen en applicaties op een enkel stuk computerhardware te beheren.

Laten we zeggen dat je een pc hebt met 16 GB RAM en 500 GB opslagruimte die draait op het Linux-besturingssysteem en dat je applicaties wilt uitvoeren waarvoor macOS is vereist. In dit geval kunt u een virtuele machine maken met macOS en vervolgens een hypervisor gebruiken om de bronnen te beheren. U kunt er bijvoorbeeld 4 GB RAM en 100 GB opslagruimte aan toewijzen.

Vanuit het oogpunt van een gastmachine is er geen verschil tussen de fysieke en gevirtualiseerde omgeving. Virtuele machines weten niet dat ze zijn gemaakt door een hypervisor en dat ze beschikbare bronnen delen. Ze draaien gelijktijdig op de hardware die ze aanstuurt. En dus vertrouwen ze volledig op de stabiele werking van hardware.

Hypervisors bestaan ​​al meer dan een halve eeuw, maar door de toename van de vraag naar cloud computing in de afgelopen jaren, is hun belang duidelijker geworden.

Soorten hypervisors

Sinds het midden van de jaren zeventig zijn er twee verschillende soorten hypervisors gebruikt om virtualisatie te implementeren:

Type 1 / Bare-metal / Native Hypervisors

Type-1 hypervisors draaien rechtstreeks op de hardware van de host. Omdat ze directe toegang hebben tot de onderliggende hardware en niet door de besturingssysteemlaag hoeven te gaan, worden ze ook wel bare-metal hypervisors genoemd.

Ze presteren beter, werken efficiënter en zijn veiliger dan andere typen (Type-2) hypervisors. Daarom geven grote organisaties en bedrijven de voorkeur aan bare-metal hypervisors voor computertaken in datacenters.

Hoewel de meeste Type-1-hypervisors beheerders in staat stellen handmatig resources toe te wijzen op basis van de prioriteit van de applicatie, bieden sommige dynamische resourcetoewijzing en beheeropties.

De vroege hypervisors, zoals de testsoftware SIMMON, waren hypervisors van het type 1.

Moderne voorbeelden: VMware ESXi, Nutanix AHV, Oracle VM Server voor x86, Microsoft Hyper-V.

Type 2 / gehoste hypervisors

Zoals alle computerprogramma's draaien Type-2 hypervisors op een besturingssysteem. Ze vertrouwen dus op zowel onderliggende hardware als software. De gastbesturingssystemen zijn bovenop het hostbesturingssysteem gebouwd.

Hoewel u met deze hypervisors meerdere virtuele machines kunt maken, hebben ze geen directe toegang tot de hosthardware en de bijbehorende bronnen. Het vooraf geïnstalleerde besturingssysteem regelt de netwerk-, geheugen- en opslagtoewijzing. Dit beperkt de hypervisors om cruciale beslissingen te nemen en voegt een bepaalde hoeveelheid latentie toe.

Ze zijn echter eenvoudig in te stellen en te beheren. Ze vereisen geen toegewijde beheerder en zijn compatibel met een breed scala aan hardware. De meeste ontwikkelaars gebruiken ze voor testdoeleinden.

Voorbeelden: VMware Workstation, VirtualBox, QEMU, VMware Player, VMware Fusion en Parallels Desktop voor Mac.

Voordelen

Draagbaarheid: Een hypervisor kan meerdere (virtuele) gastmachines draaien, onafhankelijk van de hostmachine, en elke gastmachine kan een ander besturingssysteem hebben.

Een geautoriseerde gebruiker kan workloads verschuiven en geheugen, opslag en computerbronnen toewijzen aan meerdere gastmachines volgens de vereisten. Wanneer een specifieke applicatie meer vermogen nodig heeft, kunnen gebruikers via de hypervisor extra resources (vanaf de hostmachine) toekennen.

Kostenefficiënt: Als u geen hypervisor installeert, moet u mogelijk andere fysieke hardware aanschaffen om verschillende toepassingen uit te voeren of te testen. Met behulp van een hypervisor kunt u echter meerdere instanties van verschillende besturingssystemen op één krachtige fysieke machine instellen. Het vermindert ook de kosten van computerbronnen en het elektriciteitsverbruik aanzienlijk.

Flexibiliteit: Omdat hypervisor het besturingssysteem isoleert van de onderliggende hardware, zijn de bijbehorende applicaties niet langer afhankelijk van bepaalde hardwarestuurprogramma's. Dit maakt het totale systeem flexibeler om een ​​verscheidenheid aan software te gebruiken.

Beveiligd:  De isolatie van elke gast betekent dat een probleem met de ene gast geen invloed heeft op de anderen. Als een kwaadaardig programma bijvoorbeeld alle bestanden op een virtuele machine corrumpeert, is de kans kleiner dat de bestanden en applicaties op de andere machines worden aangetast.

Systeemback-up en herstel: Virtuele machines zijn bestanden en net als elk conventioneel bestand kunnen ze worden gekopieerd en hersteld. Op hypervisor gebaseerde replicatie is eenvoudiger en kosteneffectiever dan andere replicatietechnieken van virtuele machines. Het is ook hardware-natuurlijk, wat betekent dat je elk dubbel bestand gemakkelijk op elk opslagapparaat kunt opslaan.

Lees:22 interessantste feiten over kwantumcomputers

Nadelen

Gecompromitteerde prestaties: Omdat bronnen worden gedeeld in virtuele omgevingen (hoewel gasten geïsoleerd van elkaar blijven), kan dit de prestaties aanzienlijk beïnvloeden.

Soms blijft de onderliggende oorzaak verborgen. Als de belasting van een programma bijvoorbeeld toeneemt tot het punt waarop de maximale hardwaretoewijzing is bereikt, wordt de gastmachine ofwel vastgelopen of begint bronnen te grijpen van andere gasten die op dezelfde hostmachine draaien. Dit zorgt voor een hardwaretekort, wat de reactiesnelheid van andere actieve applicaties beïnvloedt.

Risico: Virtualisatie brengt een risico met zich mee, omdat u al uw eieren in één mand houdt. Als de hostmachine uitvalt, zullen al zijn gastmachines ook uitvallen. Dit soort risico wordt een 'single point of failure' genoemd.

Verhoogde complexiteit:  Het beheren van meerdere virtuele machines is complexer dan het beheren van een fysieke machine. Sommige hypervisors hebben een steile leercurve. En naarmate virtualisatie populairder wordt, zijn er meer nieuwe vaardigheden vereist.

Virtualisering haalbaar maken op thuiscomputers

Halverwege de jaren 2000 begonnen microprocessorfabrikanten hardwarevirtualisatiehulp toe te voegen aan hun producten zoals AMD-V en Intel VT-x. In latere processormodellen integreerden ze meer hardware-ondersteuning die aanzienlijke snelheidswinsten mogelijk maakte. Vanaf 2019 ondersteunen alle moderne Intel- en AMD-processors de mogelijkheden van virtuele machines.

Hypervisors hebben ook een plaats in moderne embedded systemen. Dit zijn meestal Type-1 hypervisors die zijn ontworpen met specifieke vereisten. In tegenstelling tot computerhardware gebruiken embedded systemen een breed scala aan architecturen en minder gestandaardiseerde omgevingen.

Virtualisatie in deze systemen zorgt voor meer efficiëntie, communicatiekanalen met hoge bandbreedte, isolatie, beveiliging en realtime-mogelijkheden. Zo ondersteunt OKL4 verschillende architecturen, waaronder x86 en ARM. Het is ingezet op meer dan 2 miljard mobiele telefoons, zowel als basisbandbesturingssysteem als voor het hosten van virtuele besturingssystemen.

Beveiliging

Beveiliging is een van de meest cruciale factoren in virtualisatietechnologie. Als een aanvaller ongeoorloofde toegang krijgt tot de hypervisor, kan hij toegang krijgen tot elke gastmachine op de hostsoftware door gebruik te maken van gedeelde hardwarecaches of andere kwetsbaarheden. Dit type aanval wordt hyperjacking genoemd.

Lezen:Wat is een VRM (Voltage Regulator Module)? Een eenvoudig overzicht

Moderne hypervisors zijn echter robuust en goed beschermd. Hoewel er weinig nieuws is geweest over kleine hacks, is er tot nu toe geen grote hyperjacking gemeld, afgezien van 'proof of concept'-testen.