IOVirtualisierung

IOVirtualisierung bezeichnet die Abstraktion der Ein- und Ausgabe-Einheiten (I/O) einer oder mehrerer physischer Hardware von der Gast- oder virtuellen Maschine. Ziel ist es, I/O-Ressourcen wie Netzwerkkarten, Speicherschnittstellen oder USB-Controller unabhängig von der jeweiligen VM nutzbar zu machen und gleichzeitig Sicherheit, Isolation und effiziente Ressourcennutzung zu gewährleisten.

Es gibt mehrere Ansätze: Paravirtualisierung, hardwaregestützte I/O-Virtualisierung mit IOMMU, und spezielle Technologien wie SR-IOV. Paravirtualisierung setzt spezielle Treiber im Gast-OS voraus (z. B. virtio), die eine effizientere Kommunikation ermöglichen. Hardwareunterstützung erfolgt über IOMMU-Funktionen (Intel VT-d, AMD-Vi), die direkte Zuweisung von Geräten an einzelne VMs sicher ermöglichen, oft PCI-Passthrough genannt. SR-IOV erlaubt es, ein physisches Gerät als mehrere virtuelle Funktionen (VFs) zu präsentieren, wodurch mehrere VMs direkte, nahezu native Zugriffe erhalten.

Softwareseitig werden Hypervisoren wie KVM/QEMU, VMware ESXi oder Microsoft Hyper-V genutzt, die I/O-Virtualisierung integrieren. Virtio-Treiber im Gast-System gehören oft zur Standardausstattung moderner Linux- und Windows-Gäste.

Vorteile umfassen bessere Isolation, bessere Leistungsniveaus für spezialisierte VMs, verbesserte Platzeffizienz und vereinfachte Ressourcenkontrolle in Rechenzentren. Typische Einsatzgebiete sind Rechenzentren, Cloud-Umgebungen, Hosting-Plattformen und virtualisierte Netzwerke.

Herausforderungen sind Komplexität bei der Einrichtung, Kompatibilitätsfragen mit Treibern, Auswirkungen auf Live-Migration, Sicherheit durch falsche Zuordnung, sowie Einschränkungen bei der dynamischen Skalierung von I/O-Ressourcen.