Device drivers constitute a significant portion of an operating system's source code. The effort to develop a new driver set is a sobering hurdle to the pursuit of novel operating system ventures. A practical solution is to reuse drivers, but this can contradict design goals in a new operating system. We offer a new approach to device-driver reuse, with a focus on promoting novel operating-system construction, which insulates the new operating system from the invariants of the reused drivers, while also addressing development effort. Our solution runs the drivers along with their original operating systems inside virtual machines, with some minor reuse infrastructure added to the driver's operating system to interface with the rest of the system. This approach turns the drivers into de-privileged applications of the new operating system, which separates their architectures and reduces cross-influences, and improves system dependability. Virtual machines help reuse drivers, but they also penalize performance. The known solution for improving virtual machine performance, para-virtualization, modifies the operating system to run on a hypervisor, which has an enormous cost: substantial development effort, and abandonment of many of virtualization's benefits such as modularity. These costs contradict our goals for driver reuse: to reduce development effort, and to easily reuse from a variety of operating systems. Thus we introduce a new approach to constructing virtual machines: pre-virtualization. Our solution combines the performance of para-virtualization with the modularity of traditional virtual machines. We still modify the operating system, but according to a set of principles called soft layering that preserves modularity, and via automation which reduces implementation costs. With pre-virtualization we can easily reuse device drivers. We describe our driver-reuse approach applied to a real system: we run virtual machines on the L4Ka::Pistachio microkernel, with reused Linux drivers. We include an evaluation and demonstrate that we achieve throughput comparable to the native Linux drivers, but with moderately higher CPU and memory utilization. Additionally, we describe how to apply pre-virtualization to multiple hypervisor environments. We include an evaluation of pre-virtualization, and demonstrate that it achieves comparable performance to para-virtualization for both the L4Ka::Pistachio and Xen hypervisors, with modularity.

ITC/USA 2009 Conference Proceedings / The Forty-Fifth Annual International Telemetering Conference and Technical Exhibition / October 26-29, 2009 / Riviera Hotel & Convention Center, Las Vegas, Nevada / Virtualization technologies have the potential to transform the telemetry post-processing environment. Significant efficiencies can be gained by migrating telemetry post processing activities to virtual computing platforms. However, while facilitating better server utilization, virtualization also presents several challenges; one of the most difficult of those challenges being security. In virtualization, server environments are replicated in software; unfortunately, the security individual servers provide is not replicated in a software stack implementation of a server environment. After reviewing virtualization fundamentals, security issues and their impact on telemetry post processing will be discussed.

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Populaere Betriebssysteme (Windows XP, UNIX) sind in heutiger Zeit meist monolithisch aufgebaut. Durch immer neue nachgewiesene Sicherheitslücken in Kern und Anwendungen wird eindrucksvoll belegt, dass monolithische Architekturen den heutigen Sicherheitsanforderungen nicht mehr gewachsen sind. Dennoch kann man auf die reichhaltige Basis an Anwendungen heutiger Betriebssysteme nicht verzichten. Als Ausweg werden herkoemmliche Betriebssysteme isoliert in einer vertrauenswuerdigen Umgebung ausgeführt. Eine in letzter Zeit immer populaerere Methode zur Kapselung besteht in der Virtualisierung mit verschiedenen Auspraegungen. Mit L4Linux wurde 1997 erstmals nachgewiesen, dass die Ausfuehrung eines Standard-Betriebssystems auf einem Mikrokern (manchmal auch Para-Virtualisierung genannt) nicht zwangslaeufig zu inakzeptablen Mehrkosten an Laufzeit fuehren muss. Bei Einsatz von gebraeuchlicher Standardhardware muessen allerdings eine Reihe von Problemen geloest werden, unter anderem der uneingeschraenkte Zugriff von Geraeten auf den physischen Adressraum mittels DMA. Im Rahmen der Arbeit wird ein allgemeines Modell von IO-Adressraeumen als Erweiterung der virtuellen Adressraeume der CPU eingefuehrt und gezeigt, wie mittels Teil-Virtualisierung von Geraeten IO-Adressraeume in Software emuliert werden koennen. Weiterhin werden anhand von L4Linux Moeglichkeiten eroertert und implementiert, wie Betriebssystem-Kerne vollstaendig gezaehmt und insbesondere ohne IO-Privilegien ausgefuehrt werden koennen. Im Kapitel "Leistungsbewertung" erfolgt eine umfangreiche Evaluation der Implementierung anhand von L4Linux 2.2.

Populaere Betriebssysteme (Windows XP, UNIX) sind in heutiger Zeit meist monolithisch aufgebaut. Durch immer neue nachgewiesene Sicherheitslücken in Kern und Anwendungen wird eindrucksvoll belegt, dass monolithische Architekturen den heutigen Sicherheitsanforderungen nicht mehr gewachsen sind. Dennoch kann man auf die reichhaltige Basis an Anwendungen heutiger Betriebssysteme nicht verzichten. Als Ausweg werden herkoemmliche Betriebssysteme isoliert in einer vertrauenswuerdigen Umgebung ausgeführt. Eine in letzter Zeit immer populaerere Methode zur Kapselung besteht in der Virtualisierung mit verschiedenen Auspraegungen. Mit L4Linux wurde 1997 erstmals nachgewiesen, dass die Ausfuehrung eines Standard-Betriebssystems auf einem Mikrokern (manchmal auch Para-Virtualisierung genannt) nicht zwangslaeufig zu inakzeptablen Mehrkosten an Laufzeit fuehren muss. Bei Einsatz von gebraeuchlicher Standardhardware muessen allerdings eine Reihe von Problemen geloest werden, unter anderem der uneingeschraenkte Zugriff von Geraeten auf den physischen Adressraum mittels DMA. Im Rahmen der Arbeit wird ein allgemeines Modell von IO-Adressraeumen als Erweiterung der virtuellen Adressraeume der CPU eingefuehrt und gezeigt, wie mittels Teil-Virtualisierung von Geraeten IO-Adressraeume in Software emuliert werden koennen. Weiterhin werden anhand von L4Linux Moeglichkeiten eroertert und implementiert, wie Betriebssystem-Kerne vollstaendig gezaehmt und insbesondere ohne IO-Privilegien ausgefuehrt werden koennen. Im Kapitel "Leistungsbewertung" erfolgt eine umfangreiche Evaluation der Implementierung anhand von L4Linux 2.2.

I dagens informationssamhälle pågår en växande trend av molnbaserade tjänster. Vid implementering av molnbaserade tjänster används metoden Virtualisering. Denna metod minskar behovet av antal fysiska datorsystem i ett datacenter. Vilket har en positiv miljöpåverkan eftersom energikonsumtionen minskar när hårdvaruresurser kan utnyttjas till sin fulla kapacitet. Molnbaserade tjänster skapar samhällsnytta då nya aktörer utan teknisk bakgrundskunskap snabbt kan komma igång med verksamhetsberoende tjänster. För tillämpning av Virtualisering används en så kallad Hypervisor vars uppgift är att distribuera molnbaserade tjänster. Efter utvärdering av vetenskapliga studier har vi funnit att det finns skillnader i prestanda och funktionalitet mellan olika Hypervisors. Därför väljer vi att göra en prestanda- samt funktionsanalys av Hypervisors som kommer från de största aktörerna på marknaden. Dessa är Microsoft Hyper-V Core Server 2012, Vmware ESXi 5.1.0 och Citrix XenServer 6.1.0 Free edition. Vår uppdragsgivare är försvarsmakten som bekräftade en stor efterfrågan av vår undersökning. Rapporten innefattar en teoretisk grund som beskriver tekniker bakom virtualisering och applicerbara användningsområden. Genomförandet består av två huvudsakliga metoder, en kvalitativ- respektive kvantitativ del. Grunden till den kvantitativa delen utgörs av ett standardsystem som fastställdes utifrån varje Hypervisors begränsningar. På detta standardsystem utfördes prestandatester i form av dataöverföringar med en serie automatiserade testverktyg. Syftet med testverktygen var att simulera datalaster som avsiktligt påverkade CPU och I/O för att avgöra vilka prestandaskillnader som förekommer mellan Hypervisors. Den kvalitativa undersökningen omfattade en utredning av funktionaliteter och begränsningar som varje Hypervisor tillämpar. Med tillämpning av empirisk analys av de kvantitativa mätresultaten kunde vi fastställa orsaken bakom varje Hypervisors prestanda. Resultaten visade att det fanns en korrelation mellan hur väl en Hypervisor presterat och vilken typ av dataöverföring som den utsätts för. Den Hypervisor som uppvisade goda prestandaresultat i samtliga dataöverföringar är ESXi. Resultaten av den kvalitativa undersökningen visade att den Hypervisor som offererade mest funktionalitet och minst begränsningar är Hyper-V. Slutsatsen blev att ett mindre datacenter som inte planerar en expansion bör lämpligtvis välja ESXi. Ett större datacenter som både har behov av funktioner som gynnar molnbaserade tjänster och mer hårdvaruresurser bör välja Hyper-V vid implementation av molntjänster. / A growing trend of cloud-based services can be witnessed in todays information society. To implement cloud-based services a method called virtualization is used. This method reduces the need of physical computer systems in a datacenter and facilitates a sustainable environmental and economical development. Cloud-based services create societal benefits by allowing new operators to quickly launch business-dependent services. Virtualization is applied by a so-called Hypervisor whose task is to distribute cloud-based services. After evaluation of existing scientific studies, we have found that there exists a discernible difference in performance and functionality between different varieties of Hypervisors. We have chosen to perform a functional and performance analysis of Hypervisors from the manufacturers with the largest market share. These are Microsoft Hyper-V Core Server 2012, Vmware ESXi 5.1.0 and Citrix XenServer 6.1.0 Free edition. Our client, the Swedish armed forces, have expressed a great need of the research which we have conducted. The thesis consists of a theoretical base which describes techniques behind virtualization and its applicable fields. Implementation comprises of two main methods, a qualitative and a quantitative research. The basis of the quantitative investigation consists of a standard test system which has been defined by the limitations of each Hypervisor. The system was used for a series of performance tests, where data transfers were initiated and sampled by automated testing tools. The purpose of the testing tools was to simulate workloads which deliberately affected CPU and I/O to determine the performance differences between Hypervisors. The qualitative method comprised of an assessment of functionalities and limitations for each Hypervisor. By using empirical analysis of the quantitative measurements we were able to determine the cause of each Hypervisors performance. The results revealed that there was a correlation between Hypervisor performance and the specific data transfer it was exposed to. The Hypervisor which exhibited good performance results in all data transfers was ESXi. The findings in the qualitative research revealed that the Hypervisor which offered the most functionality and least amount of constraints was Hyper-V. The conclusion of the overall results uncovered that ESXi is most suitable for smaller datacenters which do not intend to expand their operations. However a larger datacenter which is in need of cloud service oriented functionalities and requires greater hardware resources should choose Hyper-V at implementation of cloud-based services.