TwinCAT/BSD Hypervisor

Der TwinCAT/BSD Hypervisor ist ein Systemfeature des TwinCAT/BSD-Betriebssystems von Beckhoff und ermöglicht die gleichzeitige Ausführung von virtuellen Maschinen sowie TwinCAT-Echtzeit-Anwendungen auf einem Beckhoff Industrie-PC. Durch eine optimierte Integration des Hypervisors in das TwinCAT/BSD-Betriebssystem sowie die Abstimmung von Software und Industrie-PC-Hardware wird eine maximale Performance virtueller Maschinen unter gleichzeitiger Beibehaltung der TwinCAT-Echtzeit-Eigenschaften für die Maschinensteuerung erreicht. Dabei profitiert der TwinCAT/BSD Hypervisor von der hohen Performance und den hardwarebasierten Virtualisierungstechnologien moderner Intel^®- und AMD-CPUs in Beckhoff Industrie- und Embedded-PCs. Die performante Ausführung von virtuellen Maschinen erlaubt es, die Stärken unterschiedlicher Betriebssysteme auf einem Beckhoff Industrie-PC zu nutzen sowie die Security-Eigenschaften des Gesamtsystems zu verbessern, indem Benutzerumgebungen modular und isoliert voneinander betrieben werden.

Isolierte Windows-Umgebungen

Der Betrieb von gesamten Betriebssystemen in virtuellen Maschinen ermöglicht beispielsweise, TwinCAT-Echtzeit-Anwendungen getrennt von einer Windows-Desktop-Umgebung für die Maschinenbedienung (HMI) auf einem Industrie-PC zu betreiben. Das Windows-Betriebssystem wird dabei in einer virtuellen Maschinenumgebung ausgeführt. Neustarts von Windows, z. B. aufgrund von Softwareupdates, führen nicht zum Stopp der Maschinensteuerung. Die Maschinenverfügbarkeit ist gesichert, da Windows lediglich im Rahmen der virtuellen Maschinenumgebung neugestartet und TwinCAT weiterhin im Echtzeit-Kontext vom TwinCAT/BSD-Host ausgeführt wird.

Device-Passthrough

Durch das Device-Passthrough-Feature des TwinCAT/BSD Hypervisors können Hardwareressourcen wie die GPU, USB- und/oder Netzwerkschnittstellen explizit einer virtuellen Maschine zugewiesen werden. Ein Zugriff über Benutzer- als auch Netzwerkschnittstellen auf das TwinCAT/BSD-System wird limitiert und kann dadurch die Security des Steuerungssystems verbessern.

Linux^®-Container-Host

Neben Windows können auch Linux^®-Distributionen mithilfe des TwinCAT/BSD Hypervisors auf der Steuerung betrieben werden. Virtuelle Linux^®-Maschinen ermöglichen den Betrieb von containerisierten Linux^®-Anwendungen direkt auf der Maschinensteuerung, wodurch das Erfassen und Verarbeiten von Daten in unmittelbarer Nähe zur eigentlichen Datenquelle durchgeführt werden kann. Die Kommunikation von Daten zwischen Linux^®-Containern und Maschinensteuerung kann dabei über Host-Only-Netzwerke erfolgen. Unverschlüsselte Netzwerkkommunikation findet ausschließlich lokal zwischen dem TwinCAT/BSD und dem Linux^®-Container-Host statt. Vertrauliche Maschinendaten verlassen nicht den Industrie-PC.

Wird für das Deployment von Linux^®-Containern oder das Senden von Daten in die Cloud zusätzlich eine öffentliche Netzwerkverbindung benötigt, können dedizierte Ethernet-Schnittstellen wiederum durch das Device-Passthrough explizit einer virtuellen Linux^®-Maschine zur Verfügung gestellt werden. Netzwerkschnittstellen des Industrie-PCs werden dadurch bereits auf der untersten Ebene vom Steuerungssystem isoliert und können unterschiedlichen Netzwerksegmenten zugeordnet werden, ohne dass Netzwerkpakete über VLANs, IP-Netze oder Firewall-Regeln gefiltert werden müssen.

Effizientes Sichern und Wiederherstellen von Betriebssystem-Umgebungen

Virtuelle Maschinenumgebungen profitieren vom ZFS-Dateisystem des TwinCAT/BSD-Hosts. Auf Basis von ZFS-Snapshots lassen sich die Zustände einzelner virtueller Maschinen effizient sichern und nach Bedarf wiederherstellen. So können gesamte Betriebssystem-Umgebungen und deren Benutzeranwendungen als Datei gepackt, gesichert und verteilt werden. Im Fall von inkompatiblen Softwareupdates oder fehlkonfigurierten Benutzeranwendungen kann ein zuvor gesicherter Zustand schnell wiederhergestellt und Ausfallzeiten von Anwendungen reduziert werden.

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