Virtualisierung ist ein Prozess, der eine effizientere Nutzung der physischen Computerhardware ermöglicht und die Grundlage des Cloud Computings bildet.
Virtualisierung verwendet Software, um eine Abstraktionsschicht über Computerhardware zu erstellen, die es ermöglicht, die Hardwareelemente eines einzelnen Computers – Prozessoren, Arbeitsspeicher, Speicher und mehr – in mehrere virtuelle Computer zu unterteilen, die allgemein als virtuelle Maschinen (VMs) bezeichnet werden. Jede VM führt ihr eigenes Betriebssystem aus und verhält sich wie ein unabhängiger Computer, obwohl sie nur auf einem Teil der eigentlichen zugrunde liegenden Computerhardware ausgeführt wird.
Wie Sie sich vorstellen können, ermöglicht die Virtualisierung eine effizientere Nutzung der Computer-Hardware und eine höhere Rentabilität der Hardwareinvestitionen eines Unternehmens.
Virtualisierung ist heute eine Standardpraxis in der IT-Architektur von Unternehmen. Es ist auch die Technologie, die die Wirtschaftlichkeit des Cloud Computings vorantreibt. Virtualisierung ermöglicht es Cloud-Anbietern, Benutzer mit ihrer vorhandenen physischen Computerhardware zu bedienen. Sie ermöglicht Cloud-Benutzern, nur die Computing-Ressourcen zu erwerben, die sie benötigen, wenn sie sie benötigen, und diese Ressourcen kostengünstig zu skalieren, wenn ihre Workloads wachsen.
Eine weitere Übersicht zur Funktionsweise von Virtualisierung finden Sie in unserem Video „Virtualization Explained“:
Virtualisierung bringt Rechenzentrumsbetreibern und Service-Providern mehrere Vorteile:
Einen detaillierteren Überblick über die potenziellen Vorteile finden Sie unter „5 Vorteile der Virtualisierung“.
Mehrere Unternehmen bieten Virtualisierungslösungen an, die bestimmte Rechenzentrumsaufgaben oder endbenutzerorientierte Desktop-Virtualisierungsszenarien abdecken. Bekanntere Beispiele sind VMware, das sich auf Server-, Desktop-, Netz- und Speichervirtualisierung spezialisiert hat; Citrix, das eine Nische in der Anwendungsvirtualisierung besetzt, aber auch Servervirtualisierung und virtuelle Desktop-Lösungen anbietet; und Microsoft, dessen Hyper-V-Virtualisierungslösung im Lieferumfang von Windows enthalten ist und sich auf virtuelle Versionen von Server- und Desktopcomputern konzentriert.
Virtuelle Maschinen (VMs) sind virtuelle Umgebungen, die eine physische Berechnung in Softwareform simulieren. Sie bestehen normalerweise aus mehreren Dateien, die die Konfiguration der VM, den Speicher für die virtuelle Festplatte und einige Snapshots der VM enthalten, die ihren Status zu einem bestimmten Zeitpunkt beibehalten.
Eine vollständige Übersicht über VMs finden Sie unter „Was ist eine virtuelle Maschine?“.
Ein Hypervisor ist die Softwareschicht, die VMs koordiniert. Er dient als Schnittstelle zwischen der VM und der zugrunde liegenden physischen Hardware, wobei sichergestellt wird, dass jede VM Zugriff auf die physischen Ressourcen hat, die sie benötigt. Außerdem wird sichergestellt, dass sich die VMs nicht gegenseitig stören, indem sie den Speicherplatz oder die Rechenzyklen des jeweils anderen beeinträchtigen.
Es gibt zwei Arten von Hypervisoren:
„Hypervisoren: Ein vollständiger Leitfaden“ bietet eine umfassende Übersicht über Hypervisoren.
Bis zu diesem Punkt haben wir die Servervirtualisierung besprochen, aber viele andere IT-Infrastrukturelemente können virtualisiert werden, um (insbesondere) IT-Managern und dem Unternehmen als Ganzem erhebliche Vorteile zu bieten. In diesem Abschnitt werden wir die folgenden Arten der Virtualisierung abdecken:
Mit der Desktopvirtualisierung können Sie mehrere Desktop-Betriebssysteme ausführen, jedes in einer eigenen VM auf demselben Computer.
Es gibt zwei Arten der Desktopvirtualisierung:
Weitere Informationen zu virtuellen Desktops finden Sie unter „Desktop-as-a-Service (DaaS)“.
Die Netzvirtualisierung verwendet Software, um eine Anzeige des Netzes zu erstellen, mit der ein Administrator das Netz von einer einzigen Konsole aus verwalten kann. Es werden Hardwareelemente und -funktionen (z. B. Verbindungen, Switches, Router usw.) in Software abstrahiert, die auf einem Hypervisor ausgeführt wird. Der Netzadministrator kann diese Elemente ändern und steuern, ohne die zugrunde liegenden physischen Komponenten zu berühren, was die Netzverwaltung erheblich vereinfacht.
Zu den Arten der Netzvirtualisierung gehören Software-Defined Networking (SDN), das Hardware virtualisiert, die das Routing des Netzverkehrs steuert (als „Steuerungsebene“ bezeichnet), und Network Function Virtualization (NFV), mit dem eine oder mehrere Hardware-Appliances virtualisiert werden, die eine bestimmte Netzfunktion bereitstellen (z. B. eine Firewall, einen Lastenausgleich oder einen Datenverkehrsanalyst), wodurch diese Appliances einfacher zu konfigurieren, bereitzustellen und zu verwalten sind.
Speichervirtualisierung aktiviert alle Speicher auf dem Netz – unabhängig davon, ob sie auf individuellen Servern oder eigenständigen Speichern installiert sind –, um darauf als einzelnes Speichergerät zuzugreifen und sie zu betreiben. Konkret werden bei der Speichervirtualisierung alle Speicherblöcke in einem einzigen gemeinsamen Pool zusammengefasst, aus dem sie bei Bedarf jeder VM im Netz zugewiesen werden können. Die Speichervirtualisierung erleichtert die Bereitstellung von Speicher für VMs und nutzt den gesamten verfügbaren Speicher im Netz maximal aus.
Für detailliertere Informationen zur Speichervirtualisierung lesen Sie „Was ist Cloud-Speicher?“.
Moderne Unternehmen speichern Daten aus mehreren Anwendungen und verwenden mehrere Datenformate an mehreren Standorten von der Cloud bis zu lokalen Hardware- und Softwaresystemen. Durch die Datenvirtualisierung kann jede Anwendung auf alle diese Daten zugreifen – unabhängig von Quelle, Format oder Speicherort.
Datenvirtualisierungstools erzeugen eine Softwareschicht zwischen den Anwendungen, die auf die Daten zugreifen, und den Systemen, die sie speichern. Die Schicht übersetzt die Datenanforderung oder -abfrage einer Anwendung bedarfsgerecht und liefert Ergebnisse, die sich über mehrere Systeme erstrecken können. Die Datenvirtualisierung kann dazu beitragen, Datensilos aufzubrechen, wenn andere Arten der Integration nicht durchführbar, wünschenswert oder erschwinglich sind.
Anwendungsvirtualisierung führt Anwendungssoftware aus, ohne sie direkt auf dem Betriebssystem des Benutzers zu installieren. Diese unterscheidet sich von der vollständigen Desktop-Virtualisierung (oben erwähnt), da nur die Anwendung in einer virtuellen Umgebung ausgeführt wird – das Betriebssystem auf dem Gerät des Endbenutzers läuft wie gewohnt. Es gibt drei Arten der Anwendungsvirtualisierung:
Die Virtualisierung von Rechenzentren abstrahiert den größten Teil der Hardware eines Rechenzentrums in Software, sodass ein Administrator ein einzelnes physisches Rechenzentrum in mehrere virtuelle Rechenzentren für verschiedene Clients aufteilen kann.
Jeder Client kann auf seine eigene Infrastructure as a Service (IaaS) zugreifen, die auf derselben zugrunde liegenden physischen Hardware ausgeführt wird. Virtuelle Rechenzentren bieten einen einfachen Einstieg in das cloudbasierte Computing, sodass ein Unternehmen schnell eine komplette Rechenzentrumsumgebung einrichten kann, ohne Infrastrukturhardware kaufen zu müssen.
Die CPU-Virtualisierung (Central Processing Unit) ist die grundlegende Technologie, die Hypervisoren, virtuelle Maschinen und Betriebssysteme möglich macht. Sie ermöglicht die Aufteilung einer einzelnen CPU in mehrere virtuelle CPUs zur Verwendung durch mehrere VMs.
Anfangs war die CPU-Virtualisierung vollständig softwaredefiniert, aber viele der heutigen Prozessoren enthalten erweiterte Befehlssätze, die die CPU-Virtualisierung unterstützen, was die VM-Leistung verbessert.
Eine GPU (Graphical Processing Unit) ist ein spezieller Multi-Core-Prozessor, der die Gesamtrechenleistung verbessert, indem er die hochbelastbare grafische oder mathematische Verarbeitung übernimmt. Mit der GPU-Virtualisierung können mehrere VMs die gesamte oder einen Teil der Verarbeitungsleistung einer einzelnen GPU für schnelleres Video, künstliche Intelligenz (KI) und andere grafik- oder mathematikintensive Anwendungen nutzen.
Linux enthält einen eigenen Hypervisor, der als Kernel-basierte virtuelle Maschine (KVM) bezeichnet wird und die Virtualisierungsprozessorerweiterungen von Intel und AMD unterstützt, sodass Sie x86-basierte VMs aus einem Linux-Hostbetriebssystem heraus erstellen können.
Als Open-Source-Betriebssystem ist Linux hochgradig anpassbar. Sie können VMs erstellen, auf denen Linux-Versionen ausgeführt werden, die auf bestimmte Workloads zugeschnitten sind, oder sicherheitsgehärtete Versionen für sensiblere Anwendungen.
Wie oben erwähnt, hängt das Cloud-Computing-Modell von der Virtualisierung ab. Durch die Virtualisierung von Servern, Speicher und anderen physischen Rechenzentrumsressourcen können Cloud-Computing-Anbieter ihren Kunden eine Reihe von Diensten anbieten, darunter die folgenden:
Wenn Sie mehr über diese Cloud-Service-Modelle erfahren möchten, lesen Sie unseren Leitfaden „IaaS vs. PaaS vs. SaaS“.
Bei der Servervirtualisierung wird ein kompletter Computer in Hardware nachgebildet, auf dem dann ein komplettes Betriebssystem läuft. Unter dem Betriebssystem wird eine Anwendung ausgeführt. Das ist effizienter als gar keine Virtualisierung, aber es dupliziert immer noch unnötigen Code und Dienste für jede Anwendung, die Sie ausführen möchten.
Container nutzen eine alternative Methode. Sie nutzen gemeinsam einen zugrunde liegenden Betriebssystemkernel und führen nur die Anwendung und die Komponenten aus, von denen sie abhängig ist (z. B. Softwarebibliotheken und Umgebungsvariablen). Dies macht Container kleiner und ihre Bereitstellung schneller möglich.
Wenn Sie sich eingehender mit Containern und Containerisierung befassen möchten, lesen Sie „Container: Ein vollständiger Leitfaden“ und „Containerisierung: Ein vollständiger Leitfaden“.
Lesen Sie den Blogbeitrag „Container vs. VMs: Was ist der Unterschied?“, um einen genaueren Vergleich anzustellen.
Im folgenden Video fasst Sai Vennam die Grundlagen der Containerisierung zusammen und wie sie im Vergleich zur Virtualisierung über VMs abschneidet:
VMware erstellt Virtualisierungssoftware. VMware bot zunächst nur Servervirtualisierung an – sein ESX-Hypervisor (jetzt ESXi) war eines der ersten kommerziell erfolgreichen Virtualisierungsprodukte. Heute bietet VMware auch Lösungen für Netz, Speicher und Desktopvirtualisierung.
Eine eingehende Untersuchung zu allem rund um VMware finden Sie unter „VMware: Ein vollständiger Leitfaden“.
Virtualisierung bietet einige Sicherheitsvorzüge. Beispielsweise können VMs, die mit Malware infiziert sind, auf einen Zeitpunkt zurückgesetzt werden (als Snapshot bezeichnet), an dem die VM nicht infiziert und stabil war. Sie können auch einfacher gelöscht und neu erstellt werden. Sie können ein nicht virtualisiertes Betriebssystem nicht immer desinfizieren, da Malware oft tief in die Kernkomponenten des Betriebssystems integriert ist und über System-Rollbacks hinaus bestehen bleibt.
Die Virtualisierung bringt auch einige Sicherheitsherausforderungen mit sich. Wenn ein Angreifer einen Hypervisor kompromittiert, kontrolliert er potenziell alle VMs und Gastsysteme. Da Hypervisoren es auch ermöglichen können, dass VMs untereinander kommunizieren, ohne das physische Netz zu berühren, kann es schwierig sein, ihren Datenverkehr zu sehen und somit verdächtige Aktivitäten zu erkennen.
Ein Typ-2-Hypervisor auf einem Host-Betriebssystem ist auch anfällig für eine Kompromittierung des Host-Betriebssystems.
Der Markt bietet eine Reihe von Virtualisierungssicherheitsprodukten, die VMs auf Malware scannen und patchen, ganze virtuelle VM-Festplatten verschlüsseln und den VM-Zugriff steuern und prüfen können.
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Eine virtuelle Maschine ist eine virtuelle Darstellung oder Emulation eines physischen Computers. Die Virtualisierung ermöglicht es, mehrere virtuelle Maschinen auf einem einzigen physischen Computer zu erstellen.
Hypervisoren machen Virtualisierung möglich, indem sie mehrere Betriebssysteminstanzen nebeneinander auf denselben physischen Computerressourcen laufen lassen.
Mit Cloud-Computing wird die IT-Infrastruktur zu einem Instrument, das es Ihnen ermöglicht, Rechenressourcen und Anwendungen über das Internet zu nutzen, ohne sie lokal installieren und warten zu müssen.