Die Virtualisierungstechnologien bieten maximale Flexibilität bei der Abstraktion von IT-Ressourcen und ermöglichen die optimale Auslastung, um Aufwand und Kosten zu sparen. Dafür stehen unterschiedliche Virtualisierungsarten zur Auswahl. Informieren Sie sich hier über die verschiedenen Techniken, mit denen sich unter anderem Server und Desktops virtualisieren lassen, und erhalten Sie einen Einblick in die Abläufe.

Komplett-Virtualisierung mit Hypervisor Typ 1 oder Typ 2

Eine Herausforderung bei der kompletten Virtualisierung (z. B. von Servern) ist die sinnvolle Steuerung von Leistung und Isolation. Isolation bedeutet, dass die mittels einer speziellen Abstraktionsschicht – Hypervisor oder auch Virtual Maschine Monitor (VMM) genannt – erschaffenen virtuellen Maschinen (VMs) keinen Zugriff auf die Ressourcen anderer Instanzen haben und sich zum Beispiel Malware nicht ausbreiten kann. Das Maximum an Isolation – und damit auch an Sicherheit – geht allerdings mit einer geringeren Performance einher.

Der Hypervisor verwaltet unter anderem die CPU, den Arbeitsspeicher und die Netzwerkfunktionen. Dank der Hypervisor-Lösungen können Sie auf einem Rechner mehrere unterschiedliche Betriebssysteme parallel als Gastsysteme ausführen und die virtualisierten Ressourcen des Hostsystems nutzen. Ohne Virtualisierung und Hypervisor ist auf einem Computer immer nur ein Betriebssystem ausführbar.

Die Hypervisoren unterscheiden sich in zwei Typen:

Virtualisierung Typ1: Bare-Metal-Hypervisoren – mehr Sicherheit, höhere Leistung

Typ-1-Hypervisoren laufen als Betriebssystem direkt auf der Hardware. Sie werden auch als native Hypervisoren oder Bare-Metal-Hypervisoren bezeichnet. Der Hypervisor kommuniziert mit der Hardware des Hosts, agiert als Host-Betriebssystem und dient der Verwaltung der Guests. Ressourcen für die virtuellen Maschinen werden direkt von der Hardware abgerufen.

  • Hauptvorteile der Typ-1-Virtualisierung sind eine bessere Isolation und höhere Leistung.
  • Typ-1-Hypervisoren kommen in Rechenzentren, beim Cloud Computing und diversen serverbasierten Umgebungen zum Einsatz. Sie stellen sicher, dass ein Betriebssystem auf die Daten eines anderen Betriebssystems nicht zugreifen kann. Im Hosting-Bereich können Kunden Bare-Metal-Produkte individuell konfigurieren und zum Beispiel große Datenmengen verarbeiten.
  • Beispiele: VMware vSphere, Microsoft Hyper-V und KVM für Linux.

Virtualisierung Typ 2: Hosted-Hypervisoren – bessere Hardware-Kompatibilität, geringere Performance

Typ-2-Hypervisoren setzen auf dem Betriebssystem des Hosts auf und werden daher als gehosteter Hypervisor bezeichnet. Ressourcen für die virtuellen Maschinen werden beim Betriebssystem des Hosts angefordert und über die Hardware bereitgestellt.

  • Typ-2-Hypervisoren setzen ein installiertes Betriebssystem voraus und punkten im Vergleich zu Typ-1-Hypervisoren mit einer besseren Hardware-Kompatibilität.
  • Bei den Hosted-Hypervisoren ist das Betriebssystem für die Treiber zuständig. Sie eignen sich gut für einzelne Anwender und kommen auch häufig auf Desktop-Systemen zum Einsatz.
  • Sie können diese Virtualisierungstechnologie nutzen, mehrere Betriebssysteme nebeneinander installieren und die Möglichkeiten der Virtualisierung kennenlernen, ohne Ihren Rechner mit einem Typ-1-Hypervisor neu aufzusetzen.
  • Nachteil ist jedoch der höhere Ressourcenverbrauch und die geringere Performance.
  • Beispiele: Oracle VirtualBox und VMware Workstation.

Weitere Virtualisierungstechnologien

Darüber hinaus stehen weitere Technologien für die Virtualisierung zur Verfügung, die folgende Vor- und Nachteile haben.

Hardware Emulation – verminderte Leistung

Bei dieser Virtualisierungstechnologie werden alle Operationen des Systems emuliert – inklusive CPU, Chipsatz und I/O-Karten. Der Emulator übersetzt die eingehenden Instruktionen für eine andere Maschine. Die CPU-Emulation übersetzt wiederum die Hardware-Befehle vom emulierten Prozessor auf den nativen Prozessor. Durch den damit verbundenen Rechenaufwand mindert sich die Rechenleistung für die verwendete Anwendung.

Mit dem Open-Source-Emulator DOSBox können Sie zum Beispiel alte DOS-Spiele auf aktuellen Systemen spielen. Der x86-Emulator bildet die gebräuchliche Hardware von damals nach.

Virtualisierung von Hardware – höhere Performance

Bei der Virtualisierung von Hardware werden wie bei der Emulation zahlreiche Komponenten wie Chipsatz und I/O-Karten emuliert, die CPU jedoch nicht. Daher können Sie im Gastsystem nur die CPU-Architektur des Host-Systems verwenden. Vorteil gegenüber der Hardware Emulation und der als Nächstes beschriebenen Paravirtualisierung ist die höhere Performance.

Programme für die Virtualisierung von Hardware sind zum Beispiel VirtualBox, Parallels Workstation und VMware Server, die einen Hypervisor vom Typ 2 einsetzen. VirtualBox können Sie für Windows, macOS und Linux installieren und damit beliebig viele Gastsysteme erstellen. Auf diese Weise probieren Sie zum Beispiel unter Windows 10 verschiedene Linux-Distributionen aus. Parallels Workstation ist eine beliebte Lösung, um Windows auf einem Mac zu nutzen. Lesen Sie unseren Beitrag zur Aktivierung der Virtualisierung auf Ihrem PC.

Paravirtualisierung – bessere Hardware-Effizienz

Bei der Paravirtualisierung wird Hardware nicht emuliert. Anstelle der Emulierung stellt der Host eine API für den Hardware-Zugriff bereit. Sogenannte Hypervcalls ermöglichen bei zeitkritischen Funktionen die direkte Kommunikation mit der Hardware. Dabei basieren die Hypervcalls auf den vom Hypervisor bereitgestellten APIs (Schnittstellen).

Die Paravirtualisierung ermöglicht das Ausführen mehrerer Betriebssysteme auf einem Rechner, wobei die Gastsysteme nur die CPU-Architektur des Hostsystems nutzen können. Die virtuellen Maschinen teilen sich die Ressourcen des Wirts. Ein weiterer Anwendungsbereich ist die Segmentierung von großen Systemen in kleinere Teile. Sie zielt auf den effizienten Einsatz der vorhandenen Hardware ab.

Beispiele für die Paravirtualisierung ist der Typ-1-Hypervisor XEN, mithilfe der Software können Sie mehrere virtuelle Maschinen auf einem physischen Rechner erstellen.

Betriebssystem-Virtualisierung (Containervirtualisierung) – schnelle Leistung, effiziente Ressourcenverteilung

Virtualisierungstechnologien werden auch in Hardware-Virtualisierung (virtuelle Maschinen) und Betriebssystem-Virtualisierung (Containervirtualisierung) eingeteilt. Bei der zweiten Variante wird der Kernel des Host-Systems für sämtliche Container (Gastsysteme) verwendet. Der Container läuft also auf demselben Betriebssystem wie der Host, beispielsweise Windows auf Windows oder Linux auf Linux. Unterschiedliche Kernel können jedoch nicht parallel arbeiten. Vorteile sind die schnelle Leistung und effiziente Ressourcenverteilung. Lernen Sie mehr über die Eigenschaften und Vorteile der Containervirtualisierung.

Virtualisierungstechnologien für Server & Desktops – Zusammenfassung

Die Hardware-Virtualisierungstechnologien machen sich einen Hypervisor vom Typ 1 oder Typ 2 und virtuelle Maschinen zu nutzen. Die Technologien machen beispielsweise günstige Virtual Server mit hoher Performance erst möglich und sind die Basis für Websites, Onlineshops, Webapplikationen und eigene Cloud-Umgebungen. Im kommenden Beitrag über Virtualisierungsserver erklären wir Ihnen dazu weitere spannende Details. Mit den weiteren Technologien wie etwa der Containervirtualisierung lassen sich auch IT-Komponenten wie Software oder Betriebssysteme virtuell nachbilden, um so etwa zuverlässige Testumgebungen zu erschaffen.

Photo by Taylor Vick on Unsplash

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