Betriebssysteme at Duale Hochschule Baden-Württemberg

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Virtualisierung/ Cloud Computing - Virtualisierung- Emulation

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Virtualisierung/ Cloud Computing - Virtualisierung- Prozessvirtualisierung 

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Virtualisierung/ Cloud Computing - Virtualisierung-Server Virtualisierung 

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Virtualisierung/ Cloud Computing - Virtualisierung-Desktop Virtualisierung 

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Virtualisierung/ Cloud Computing - Virtualisierung- Applikationsvirtualisierung 

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Virtualisierung/ Cloud Computing

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Netzwerkbetriebssysteme-Merkmale

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Netzwerkbetriebssysteme 

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Allgemeine Betriebssystemfunktionen-Remote Zugang

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Allgemeine Betriebssystemfunktionen-Datei Zugriffsschutz 

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Allgemeine Betriebssystemfunktionen-Benutzerverwaltung
-Benutzerverwaltung im Netzwerk

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Virtualisierung/ Cloud Computing - Virtualisierung-Storage Virtualisierung 

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Betriebssysteme

Virtualisierung/ Cloud Computing - Virtualisierung- Emulation

– Emulatoren bauen Hardware mittels Software nach
– Schnittstellen müssen so gestaltet sein, dass die BS so kommunizieren können, als wäre es
echte Hardware
– Bei Emulation entstehen GMs , die losgelöst von der echten physischen Hardware sind ->
größter Vor- und Nachteil
– Durch ständiges Entgegennehmen, Ausführen und Zurückgeben von Befehlen entsteht ein
großer Overhead (Zusatzinformationen für die eigentliche Emulation) -> starke Einschränkung
der Geschwindigkeit
– Vorteil: Loslösung von der Hardware des zu emulierenden Systems -> die Hardware wird mit
Hilfe von Software nachgeahmt

Betriebssysteme

Virtualisierung/ Cloud Computing - Virtualisierung- Prozessvirtualisierung 

– Ein spezieller Fall der Systemvirtualisierung
– Wurde eine virtuelle Maschine auf Rechner installiert, muss der Hypervisor Prozesse der
virtuellen Maschinen modifizieren und an den Prozess weiterleiten
– Hypervisor teilt Prozessor mit, welche Prozesse vom Gastsystem und welche vom Hypervisor
kommen
– Mit Prozessvirtualisierung entfällt de Zwischenschritt über dem Hypervisor
– Prozesse könne direkt vom Prozessor unterscheiden und weiterverarbeitet werden
– Da die Prozesse nicht mehr vom Hypervisor verarbeitet werden und der Hypervisor in den
Prozess integriert ist, kann Performanceschub erzielt werden -> bessere physikalische
Prozessorleistung kann ausgenutzt werden
– Hyper-Threading
– Idee: Rechenwerk eines Prozesses besser auszulasten -> Lücken in der Pipeline mit
Befehlen eines anderen Threads möglichst gut auffüllt bzw. Gerade nicht benötigte ALU-
Komponenten für einen anderen Thread arbeiten lässt
– BS sieht beim HT doppelt so viele Prozessorkerne, wie physisch vorhanden

Betriebssysteme

Virtualisierung/ Cloud Computing - Virtualisierung-Server Virtualisierung 

– Ermöglicht es, mehrere BS gleichzeitig auf physischem Rechner auszuführen -> können
mehrere Instanzen desselben BS sein oder unterschiedliche BS
– Virtualisierungsschicht (Hypervisor/ Virtual Machine Monitor)
– Einzelne „Gastsysteme“ können gemeinsam die Hardware-Ressourcen des Rechners nutzen,
ohne sich gegenseitig zu stören
– Hardwarekomponenten, wie z.B. der Chipsatz oder die I/O-Karten werden emuliert und dem
BS bereitgestellt -> BS suggeriert, dass es die Hardware exklusiv nutzen kann
– Jedes Gastsystem läuft in einer isolierten Umgebung -> virtuelle Maschine
– Verhalten sich wie eigenständige Rechner
– Das kann man mit Server-Virtualisierung erreichen:
– Konsolidierung
– Für bestimmte Aufgaben werden eigene Server betrieben -> stabiler Betrieb sichergestellt
-> Nachteil: Rechenkapazitäten werden nicht ausrechend ausgenutzt
– Enormer Administrationsaufwand und hohe Infrastrukturkosten durch komplexe
Serverlandschaften -> virtualisiert ist dies einfacher und kosteneffizienter
– Ermöglicht die dedizierten Server auf virtuelle Maschinen zu verlagern -> Anzahl der
physischen Rechner kann reduziert werden und Auslastung wird verbessert
– Hochverfügbarkeit/ Disaster Recovery
– Servervirtualisierung hilft bei Hochverfügbarkeit und Geschäftskontinuität -> Ausfall einer
VM beeinträchtigt andere Gastsysteme auf gleichem Server nicht -> Übernahme der
Aufgaben durch anderes System
– Falls gesamter Server ausfällt, werden Backup-Kopien erstellt, die innerhalb kürzester Zeit
auf Hardware-Plattform gestartet werden
– Einfaches Verschieben der VM ermöglicht Migrationen und Wartungsarbeiten an Host-
Systeme im laufenden Betrieb durchzuführen
– Test und Entwicklung
– Programmierer nutzen Technologie, um an ihrem Rechner schnell zwischen verschiedenen
BS-Versionen zu wechseln -> Test der Anwendung in unterschiedlicher Umgebung
– Neugestaltung einer Betriebsumgebung oder Umstieg auf neue Software -> viel einfacher
-> wenn Fehler beseitigt ist es einfach „den Schalter umzulegen“

Betriebssysteme

Virtualisierung/ Cloud Computing - Virtualisierung-Desktop Virtualisierung 

– Benutzer-Desktop = nicht lokal, sondern zentral von Serverfarm bereitgestellt
– Unterschiedliche Arten:
– Standard-Desktop -> Bereitstellung über Terminalserver
– Individueller Desktop -> Bereitstellung über virtuelle Maschinen
– Hochleistungs-Desktop -> Bereitstellung über Blade PCs
– Neue Anwendungen werden zentral für alle Nutzer installiert -> Mitarbeiter bekommen sofort
Zugriff auf ihren persönlichen Desktop von jedem Endgerät und ohne mühsame PC-Installation
– Permanent verfügbar (Desktop = unabhängig von Endgerät, läuft zuverlässig)
– Unterstützung von Compliance-Anforderungen (Kritische Daten zentral gespeichert und
verwaltet, Compliance-Anforderungen werden erfüllt -> Sicherung der Daten vor
Schadprogrammen und zentralen Archivierung der Daten)
– Zentralisierte Verwaltung (Bereitstellung und Support von virtuellen Desktops, Vor-Ort-Einsätze
auf ein Minimum reduzieren, schneller reagieren, proaktiv Support leisten)
– Desktop-Updates innerhalb von Minuten

Betriebssysteme

Virtualisierung/ Cloud Computing - Virtualisierung- Applikationsvirtualisierung 

– erlaubt es Applikationen zu nutzen, die nicht auf Endgerät installiert
– Zwei unterschiedliche technische Konzepte
– Serverseitige Applikationsvirtualisierung
– Benutzeroberfläche einer Applikation von der Anwendungsausführung (physische Ebene)
wird getrennt
– Eigentliche Anwendung wird zu 100% auf zentralem Server installiert und ausgeführt
– Tastatureingaben und Mausklicks werden im Hintergrund an den Server übertragen
– Der Server verarbeitet die Eingaben und schickt entsprechende Bildschirm-Updates zurück
– Voraussetzung: Netzwerkverbindung zwischen Client und Server
– Clientseitige Applikationsvirtualisierung
– Application Streaming -> Administrator paketiert eine Applikation mit Hilfe eines Profilers und
legt Anwendungspaket auf zentralem Server ab
– Sobald Benutzer Anwendung startet, wird diese „on-demand“ auf Endgerät übertragen und
in isolierter Umgebung ausgeführt
– Lokale Installation ist nicht erforderlich
– Während Nutzung werden einzelnen Programmkomponenten nach Bedarf heruntergeladen
und lokal ausgeführt -> auch im Offline-Modus
– Das kann man mit Applikationsvirtualisierung erreichen:
– Vereinfachte zentrale Administration
– neue Anwendungen + Updates nicht auf einzelnen Endgeräten eingerichtet, nur einmal auf
zentralen Servern
– Softwareversionen schnell und zeitgleich zur Verfügung + Anwendungskonflikte lassen
sich in isolierten Umgebungen vermeiden
– Sicherheit
– Administratoren gewährleisten: sensible Unternehmensdaten verlassen nur das
Rechenzentrum, wenn sie es explizit genehmigen
– Verhindern das vertrauliche Informationen auf unsicheren Endgeräten zurückbleiben
– Flexibilität
– Zugriff von jedem Ort aus mit nahezu jedem Endgerät möglich
– Mobile Mitarbeiter -> Home Office
– Auch Offline-Nutzung von Applikationen durch clientseitige Anwendungs-Virtualisierung

Betriebssysteme

Virtualisierung/ Cloud Computing

– Virtualisierung: Erzeugung von virtuellen Dingen (emulierte Hardware) eines Betriebssystems,
Datenspeichers, Netzwerkressource
– Ressourcen von Computern transparent zusammenzufassen oder aufzuteilen
– Betriebssystem innerhalb eines anderen auszuführen
– Cloud Computing: dazu gehört Virtualisierung, Grid Computing, Provisioning-Software
– Zugriff über Internet (immer höher verfügbare Bandbreiten haben Cloud möglich gemacht
– Neu: Abrechnungsmodell (nur das bezahlen, was er auch nutzt)

Betriebssysteme

Netzwerkbetriebssysteme-Merkmale

– Es lassen sich 2 Typen von NetzwerkBS unterscheiden:
– Dedizierte Server -> Server ist nicht gleichzeitig als Arbeitsstation einsetzbar
– Nicht-dedizierte Server -> Server ist gleichzeitig auch als Arbeitsstaion nutzbar (Client-
Server-Prinzip)

– Wichtige Merkmale sind:
– Architektur des BS
– Server-Plattform als Kernstück des BS (Bereitstellung aller Nutzfunktionen)
– Redirection-Software auf Clients, um Zugriff auf Netzlaufwerke und -ressourcen
transparent zu erlauben
– Unterstützte Netzwerkdienste
– Kommunikationssoftware
– Unterstützung verschiedener Client- und Server-Plattformen
– Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit
– Datendurchsatz
– Verkabelung des Netzes
– Netz-Komponenten (Repeater, Router, Switches)
– Kritische Anwendungen
– Abhängigkeit des Betreibers vom Funktionieren des Netzes
– Sicherheit
– Accounting- und Passwort Sicherheit
– Datei- und Directory-Sicherheit
– Internetwork-Sicherheit
– Fileserver-Sicherheit
– Standards
– Genormte Standards
– Industriestandards
– Anwendungsstandards
– Protokollstandards
– Standards der InterProzess-Kommunikation
– Die meisten Netzwerksysteme arbeiten nach Client-Server-Prinzip
– Abhängig von Arbeitsweise sind zu unterscheiden LAN und Single-User-Anwendungen, wo
über das Netz meist nur ein Dateisystem zur Verfügung gestellt wird oder LAN und
netzwerkfähige Software, mit Ausnutzen von File-Sharing sowie File- und Record-Locking

Betriebssysteme

Netzwerkbetriebssysteme 

– Wichtigste Aufgabe: Nutzung von Ressourcen (Drucker, Plotter, Festplatten, CD-ROMs, usw.)
sowie eine sichere und zentrale Speicherung der Daten
– Weitere Aufgaben:
– Kommunikation der Nutzer im Intranet bzw. Weltweiten Datennetzen
– Integration von spezifischen Internetprotokollen und -Diensten
– Anbindung an Großrechner
– Integration von spezifischen Applikationsservern
– Aus der Host-zentrierten DV fand eine Verlagerung der EDV auf dezentrale Systeme in den
Abteilungen statt. Merkmale sind:
– Verarbeitung am Arbeitsplatz
– Verteilte Verarbeitung
– Verarbeitung auf Abteilungsebene
– Gleichrangige Netzwerkverarbeitung
– Individuelle Datenverarbeitung
– Ursachen sind die großen Fortschritte in der Entwicklung lokaler Netze:
– Festplatten-Verwaltung in Servern
– Multi-User-Software
– Datenverarbeitung in Netzen, Hosts usw.
– Fehlertoleranz
– Datenschutz und -sicherheit

Betriebssysteme

Allgemeine Betriebssystemfunktionen-Remote Zugang

– Zugang zum internen Netz erfolgt über einen oder mehrere Remote Access Server (RAS)
– Aufgabe:
– Ankommende Anfragen entgegenzunehmen, Benutzerautorisierung durchzuführen und falls
erforderlich die Verbindung des anrufenden Rechners mit dem internen Datennetz
freizugeben
– Der ferne Rechner verhält sich so, als ob er direkt am Datennetz angeschlossen wäre
– Diese Verbindungen werden verschlüsselt -> VPN (Virtual Private Network)
– Standardisierte Authentifizierung: RADIUS-Protokoll (Remote Authentication and Dail-In User
Service)
– Seine Client-Proxy-Server-Architektur erlaubt flexible Positionierung an Netzzugangspunkten
und wird von fast allen Herstellern unterstützt
– In Kombination mit DHCP und PPP ist die Aufgabe der Konfiguration der anwählenden
Endsysteme in automatisierter Weise gelöst
– Radius-Server = zentraler Authentifizierungs-Server, an den sich alle RAS-Server wenden
– Es lassen sich unabhängig von der Netz-Infrastruktur alle Remote-User zentral verwalten und
Benutzerprofile mit Zugangsdaten definieren aber auch Sicherheitsverfahren vorsehen
– Vorteil: einmalig generierten Zugangsdaten der Nutzer, die auch in verteilten Netzwerken
aktuell verfügbar sind und mit einfachen Eingriffen definiert und verändert werden können +
innerbetriebliche Abrechnung der Nutzung des Systems durch Accounting möglich

Betriebssysteme

Allgemeine Betriebssystemfunktionen-Datei Zugriffsschutz 

– Dateieintrag im Verzeichnis wird um einen Schutzeintrag erweitert, das die Zugriffsrechte
festlegt
– Rechte können je nach System feiner oder gröber gestaffelt sein
– Am einfachsten ist Vergabe von Lese- und Schreibrecht für alle Benutzer
– Zugriffsrechte selbst lassen sich weiter unterteilen und auch für verschiedene Benutzer
unterschiedlich gestalten – bis hin zur Zuteilung dedizierter Rechte an einen oder mehrere
bestimmte Benutzer

Betriebssysteme

Allgemeine Betriebssystemfunktionen-Benutzerverwaltung
-Benutzerverwaltung im Netzwerk

– Einfachste Möglichkeit: Arbeitsgruppe

– Einfachste Möglichkeit: Arbeitsgruppe
– Es gibt keine zentrale Benutzerverwaltung, Verwaltungsaufwand = gering, aber für nur wenige
Benutzer geeignet („Wohngemeinschafts-Netz“)
– Bei größeren Systemen: Domänen-Service, Benutzerverwaltung erfolgt zentral für alle Rechner,
System ist übersichtlich, leichter zu warten und bietet hohe Sicherheit im Betrieb und Kontrolle
– Nachteil: Benutzung von zentralen Komponenten abhängig
– Einteilung in 2 Gruppen:
– Flache Benutzerverwaltung
– Alle Benutzer/Gruppen/Rechner, Services und Shares (Freigaben) in einen einzigem
Verzeichnis liegen
– Ist geeignet für bis zu 100 Rechner und eine homogene Benutzergruppe
– Strukturierte (baumartige) Benutzerverwaltung
– Ist geeignet für beliebig viele Rechner und eine beliebige Benutzergruppe

Betriebssysteme

Virtualisierung/ Cloud Computing - Virtualisierung-Storage Virtualisierung 

– Ermöglicht Einteilung physischer Festplatten in virtuelle Speichereinheiten (flexibel zugeordnet)
-> erleichtern Storage-Management
– Storage selbst wird mit Hilfe von großen RAID-Systemen umgesetzt
– Nachteil: Platten sind fest einem RAID Verbund zugeordnet -> Möglichkeit das logische Platte
ausfällt
– Management des Speicherpools über offene Software-Lösung und ermöglicht eine
Unabhängigkeit von Hardware, BS und Technologien
– Software ermöglicht es dem Anwender, Storage je nach Bedarf und Priorität flexibel
zuzuweisen
– Das kann man mit Storage-Virtualisierung erreichen:
– Höchstmögliche Verfügbarkeit und Sicherheit
– Maximale Performance
– Hohe Kosteneinsparung und Investitionsschutz
– Zentrale dynamische Verwaltung
– Interoperabilität
– Vereinfachung der Datensicherung

– 2 gegensätzliche Technologien
– Network Attached Storage (NAS) -> IP Storage -> Übertragungstechnik auf Basis von TCP/IP
-> Anbindung über lokales Netzwerk
– Storage Area Network (SAN) -> direkt an das Serversystem angeschlossen -> meist mit SAS
oder auch Fibre Optic

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