Ressourcenisolation

RessourcenIsolation bezeichnet den Prozess, Ressourcen wie CPU-Zeit, Speicher, I/O-Geräte oder Netzwerke so aufzuteilen und zu kontrollieren, dass einzelne Prozesse, Anwendungen oder Tenants nicht unbeabsichtigt oder absichtlich auf Ressourcen anderer zugreifen oder diese beeinträchtigen. Ziel ist Stabilität, Sicherheit und faire Verteilung von Ressourcen in Mehrmandantenumgebungen.

In Betriebssystemen erfolgt Isolation primär durch den Schutzraum des Prozesses: virtuelle Adressräume, Speicherschutz durch die MMU, Privilegienmodelle (Benutzer- versus Kernelmodus) und Mechanismen zur Abgrenzung von System- und Anwendungsprozessen. Speicher- und Dateisystemisolation verhindern unautorisierten Zugriff auf Speicherbereiche oder Dateien, während I/O-Isolation durch virtuelle Geräte oder Treiberabstraktionen realisiert wird.

Technologien wie Virtualisierung und Containerisierung realisieren Isolation auf unterschiedlichen Ebenen. Virtuelle Maschinen (Hypervisor-basiert) bieten vollständige Isolation auf Hardwareebene, da jedes Gastsystem eigene Kernelinstanzen nutzt. Containerisierung erlaubt leichtgewichtete Isolation auf Kernelbasis, meist durch Namespaces (Prozess-, Netzwerk-, Dateisystem-Namespaces) und Cgroups zur Ressourcenkontrolle. Unterschiede bestehen darin, dass Container Ressourcen mit dem Kernel teilen, während VMs den Kernel des Hosts nicht gemeinsam nutzen. Ergänzende Sicherheitsmechanismen wie SELinux, AppArmor, Seccomp und IOMMU unterstützen feinkörnige Zugriffskontrollen und hardwarebasierte Isolation.

Anwendungsbereiche finden sich in Cloud- und Rechenzentren-Umgebungen, Multi-Tenant-Systemen, Software-Sandboxes und Testing- bzw. Entwicklungsumgebungen. Herausforderungen umfassen Overhead, Komplexität, Leistungs- trade-offs und Sicherheitslücken, etwa durch Side-Channel-Angriffe.