Bevor sich Hypervisors etablierten, konnten die meisten physischen Computer nur ein Betriebssystem (OS) gleichzeitig ausführen. So konnte die Stabilität gewährleistet werden, da die Computerhardware nur die Anfragen von einem Betriebssystems bearbeiten musste. Der Nachteil dieser Lösung war, dass Ressourcen verschwendet wurden, weil das Betriebssystem nicht immer die gesamte Leistung des Computers nutzen konnte.

Ein Hypervisor löst dieses Problem. Es handelt sich dabei um eine kleine Softwareschicht, mit der mehrere Instanzen von Betriebssystemen nebeneinander laufen und sich dieselben physischen IT-Ressourcen teilen können. Dieser Prozess wird Virtualisierung genannt und die Betriebssysteminstanzen werden als virtuelle Maschinen (VMs) bezeichnet – Software-Emulationen von physischen Computern.

Der Hypervisor, auch Virtual Machine Monitor (VMM) genannt, verwaltet diese VMs, während sie nebeneinander ausgeführt werden. Er trennt die VMs logisch voneinander und weist jeder Maschine einen eigenen Anteil der zugrunde liegenden Rechenleistung, des Arbeitsspeichers und des Speichers zu. Dadurch wird verhindert, dass sich die VMs gegenseitig stören. Wenn beispielsweise ein Betriebssystem abstürzt oder die Sicherheit beeinträchtigt wird, hat dies keinen Einfluss auf die anderen Systeme.

Es gibt verschiedene Kategorien von Hypervisors und innerhalb jeder Kategorie unterschiedliche Marken. Der Markt ist inzwischen so ausgereift, dass Hypervisors im Unternehmensbereich zu einem Standardprodukt geworden sind. Allerdings gibt es immer noch einige Faktoren, die Sie bei Ihrer Wahl berücksichtigen sollten. Darauf sollten Sie achten:

• Leistung. Überprüfen Sie die Benchmark-Daten, die zeigen, wie gut der Hypervisor in einer Produktionsumgebung funktioniert. Im Idealfall sollten Bare-Metal-Hypervisors die Leistung des Gastbetriebssystems annähernd mit der nativen Geschwindigkeit unterstützen.
  
  
• Ökosystem. Sie benötigen eine solide Dokumentation und technischen Support, um Hypervisors auf mehreren physischen Servern im großen Maßstab zu implementieren und zu verwalten. Achten Sie bei Ihrer Wahl auch auf eine aktive Entwickler-Community, die den Hypervisor mit eigenen Agenten und Plug-ins unterstützen können, die Funktionen wie die Analyse der Sicherungs- und Wiederherstellungskapazität und Failover-Management bieten.
  
  
• Management-Tools. Das Ausführen von VMs ist nicht das Einzige, was Sie bei der Verwendung eines Hypervisors verwalten müssen. Sie müssen die VMs einrichten, verwalten, prüfen und nicht mehr genutzte bereinigen, um eine „VM-Zersiedelung“ zu verhindern. Stellen Sie sicher, dass der Anbieter oder die Drittanbieter-Community die Hypervisor-Architektur mit umfassenden Management-Tools unterstützt.
  
  
• Livemigration. Dadurch können Sie VMs zwischen Hypervisors auf verschiedenen physischen Maschinen verschieben, ohne sie zu stoppen, was sowohl für Ausfälle als auch für den Lastausgleich nützlich sein kann.
  
  
• Kosten. Berücksichtigen Sie die Kosten- und Gebührenstruktur hinsichtlich der Lizenzierung der Hypervisor-Technologie. Denken Sie nicht nur an die Kosten des Hypervisors selbst. Die Management-Software, die Ihre Unternehmensumgebung skalierbar unterstützen kann, ist oft teuer. Abschließend sollten Sie die Lizenzstruktur des Anbieters prüfen. Diese kann sich ändern, je nachdem, ob Sie die Software in der Cloud oder lokal einsetzen.

Es gibt zwei breite Kategorien von Hypervisors: Typ 1 und Typ 2.

Typ-1-Hypervisor

Ein Typ-1-Hypervisor wird direkt auf der physischen Hardware des zugrunde liegenden Computers ausgeführt und interagiert direkt mit der CPU, dem Arbeitsspeicher und der physischen Speichereinheit. Aus diesem Grund werden Typ-1-Hypervisors auch als Bare-Metal-Hypervisors bezeichnet. Ein Typ-1-Hypervisor nimmt den Platz des Hostbetriebssystems ein.

Aufgrund des direkten Zugriffs auf die physische Hardware sind Typ-1-Hypervisors äußerst effizient. Dies verbessert auch ihre Sicherheit, da sich zwischen ihnen und der CPU keine Elemente befindet, die ein Angreifer beeinträchtigen könnte. Ein Typ-1-Hypervisor benötigt jedoch oft ein separates Managementsystem zur Verwaltung verschiedener VMs und Steuerung der Host-Hardware.

Typ-2-Hypervisor

Ein Typ-2-Hypervisor wird nicht direkt auf der zugrunde liegenden Hardware ausgeführt, sondern als Anwendung in einem Betriebssystem. Typ-2-Hypervisors kommen in serverbasierten Umgebungen nur selten vor. Sie eignen sich eher für einzelne PC-Benutzer, die mehrere Betriebssysteme ausführen müssen. Dazu zählen beispielsweise Entwickler, Sicherheitsspezialisten für Malware und Geschäftsanwender, die Zugriff auf Anwendungen benötigen, die nur auf anderen Softwareplattformen verfügbar sind.

Typ-2-Hypervisors verfügen häufig über zusätzliche Toolkits, die Benutzer im Gastbetriebssystem installieren können. Diese Tools bieten erweiterte Verbindungen zwischen dem Gast- und Hostbetriebssystem. Somit können Benutzer häufig Inhalte zwischen den beiden ausschneiden und einfügen oder von der Gast-VM aus auf Dateien und Ordner des Hostbetriebssystems zugreifen.

Mit einem Typ-2-Hypervisor können Sie schnell und einfach auf ein alternatives Gastbetriebssystem neben dem primären auf dem Hostsystem zugreifen. Dadurch wird die Benutzerproduktivität erheblich gesteigert. Ein Nutzer könnte damit auf seine bevorzugten Linux-basierten Entwicklungstools zugreifen und gleichzeitig ein Sprachdiktiersystem verwenden, das es nur in Windows gibt.

Da ein Typ-2-Hypervisor jedoch über das Hostbetriebssystem auf Rechen-, Speicher- und Netzressourcen zugreifen muss, führt dies zu Latenzproblemen, die sich auf die Leistung auswirken können. Es birgt auch potenzielle Sicherheitsrisiken, wenn ein Angreifer das Hostbetriebssystem kompromittiert. In diesem Fall könnte jedes Gastbetriebssystem auf dem Typ-2-Hypervisor manipuliert werden.

Typ-1-Hypervisors können mehr als nur Serverbetriebssysteme virtualisieren. Sie können auch Desktop-Betriebssysteme für Unternehmen virtualisieren, die die IT-Ressourcen ihrer Benutzer zentral verwalten möchten.

Dank virtueller Desktopintegration (VDI) können Benutzer auf Desktops arbeiten, die in virtuellen Maschinen auf einem zentralen Server ausgeführt werden. Somit kann das IT-Personal ihre Betriebssysteme leichter verwalten und warten.

In dieser Umgebung führt ein Hypervisor mehrere virtuelle Desktops aus. Jeder Desktop befindet sich in einer eigenen VM, die zu Gruppen gehören, sogenannten virtuellen Desktop-Pools. Jede VM dient einem einzigen Benutzer, der über das Netzwerk darauf zugreift.

Der Endpunkt des Benutzers kann ein relativ kosteneffizienter Thin Client oder ein Mobilgerät sein. Das hat den Vorteil, dass sie durchgängig auf dasselbe Desktop-Betriebssystem zugreifen können. Sie können dieselben Daten und Anwendungen auf einem beliebigen Gerät nutzen, ohne dass vertrauliche Daten außerhalb einer sicheren Umgebung übertragen werden müssen.

Benutzer stellen keine direkte Verbindung zum Hypervisor her. Stattdessen greifen sie auf einen Verbindungsbroker zu, der sich dann mit dem Hypervisor koordiniert, um einen geeigneten virtuellen Desktop aus dem Pool zu beschaffen.

VMware-Hypervisors

VMware bietet Typ-1- und Typ-2-Hypervisors an. Zu den Typ-1-Hypervisors gehören:

• ESXi-Hypervisor. VMware ESXi (Elastic Sky X Integrated) ist ein Typ-1-Hypervisor (oder Bare-Metal-Hypervisor), der auf die Servervirtualisierung im Rechenzentrum ausgerichtet ist. ESXi verwaltet Gruppen virtueller VMware-Maschinen.
  
  
• VSphere-Hypervisor. Kunden können VMware ESXi als Teil des kostenlosen vSphere-Hypervisors, bei dem es sich um ein Basisangebot für die Servervirtualisierung handelt, gebührenfrei nutzen. Unternehmen mit Enterprise-Cloud-Umgebungen lizenzieren vSphere, ein umfassenderes System, das eine Lizenz für VMware vCenter Server enthält. Dabei handelt es sich um einen separaten Server zur Verwaltung von vSphere-Umgebungen, die auf physischen Hosts ausgeführt werden. VSphere kann in einer privaten, lokalen Cloudumgebung oder in einer per Hosting zur Verfügung gestellten Cloud-Konfiguration ausgeführt werden.

VMware bietet auch Typ-2-Hypervisors für Desktop- und Laptop-Nutzer an:

• VMware Fusion: Hierbei handelt es sich um das MacOS-orientierte Angebot des Unternehmens, mit dem Mac-Benutzer eine Vielzahl von Gastbetriebssystemen ausführen können.
  
  
• Workstation: Die auf Linux und Windows ausgerichtete Plattform von VMware ist in zwei Varianten erhältlich: Pro, eine kostenpflichtige Version, und Player, die für den persönlichen Gebrauch kostenlos ist. Die Pro-Version ermöglicht Benutzern die Ausführung mehrerer Betriebssysteme auf einem einzigen PC und stellt wie Fusion eine Verbindung zu VMware vSphere her. Workstation Player unterstützt nur ein einziges Gastbetriebssystem.
  
  
• VirtualBox: Ein Typ-2-Hypervisor, der auf Linux-, Mac OS- und Windows-Betriebssystemen ausgeführt wird. Oracle übernahm das Produkt beim Kauf von Sun Microsystems im Jahr 2010.

Hyper-V-Hypervisor

Hyper-V ist der Hypervisor von Microsoft, der für den Einsatz auf Windows-Systemen entwickelt wurde. Er wurde 2008 als Bestandteil von Windows Server bereitgestellt, weshalb Kunden das gesamte Windows-Betriebssystem installieren mussten, um ihn verwenden zu können. Microsoft stellte anschließend eine dedizierte Version namens Hyper-V Server zur Verfügung, die auf Windows Server Core ausgeführt wurde. So konnten Administratoren Hyper-V ausführen, ohne die Vollversion von Windows Server installieren zu müssen. Hyper-V ist auch auf Windows-Clients verfügbar.

Microsoft bezeichnet Hyper-V als Typ-1-Hypervisor, obwohl er anders funktioniert als viele Konkurrenten. Hyper-V wird unter Windows installiert, aber direkt auf der physischen Hardware ausgeführt und fügt sich unter dem Hostbetriebssystem ein. Alle Gastbetriebssysteme werden dann über den Hypervisor ausgeführt, aber das Hostbetriebssystem erhält einen speziellen Zugriff auf die Hardware und damit einen Leistungsvorteil.

Citrix-Hypervisors

XenServer, heute bekannt als Citrix Hypervisor, ist ein kommerzieller Typ-1-Hypervisor, der Linux- und Windows-Betriebssysteme unterstützt. XenServer entstand aus dem Xen Open-Source-Projekt (Link befindet sich außerhalb von ibm.com).

Open-Source-Hypervisors

Einige Hypervisors wie KVM stammen aus Open-Source-Projekten. Die Verbindungen von Red Hat zur Open-Source-Community haben KVM zum Kern aller wichtigen OpenStack- und Linux-Virtualisierungsdistributionen gemacht.

Open-Source-Hypervisors sind auch in kostenlosen Konfigurationen verfügbar. KVM kann einzeln oder als Teil der Open-Source-Virtualisierungslösung oVirt heruntergeladen werden, die Red Hat seit langem unterstützt.

Eine andere Lösung ist Xen, ein Open-Source-Hypervisor vom Typ 1, der auf Intel- und ARM-Architekturen ausgeführt wird. Es begann als Projekt an der University of Cambridge und wurde durch die Gründung von XenSource, das Citrix im Jahr 2007 kaufte, vom Team kommerzialisiert.

Im Jahr 2013 wurde das Open-Source-Projekt zu einem Kooperationsprojekt der Linux Foundation. Viele Cloud-Service-Provider nutzen Xen, um ihre Produktangebote zu unterstützen.

Xen unterstützt verschiedene Arten der Virtualisierung, darunter hardwaregestützte Umgebungen mit Intel VT und AMD-V. Es unterstützt auch Paravirtualisierung, die das Gastbetriebssystem für die Zusammenarbeit mit einem Hypervisor optimiert und so die Leistung steigert.

Hypervisor KVM

Linux verfügt auch über Hypervisor-Funktionen, die direkt in den Betriebssystemkernel integriert sind. Die kernelbasierte virtuelle Maschine (KVM) wurde 2007 Teil der Linux-Kernel-Mainline und ergänzt QEMU, einen Hypervisor, der den Prozessor der physischen Maschine vollständig in der Software emuliert.

KVM unterstützt Virtualisierungserweiterungen, die Intel und AMD in ihre Prozessorarchitekturen integrieren, um die Funktionalität von Hypervisors zu verbessern. Mit diesen Erweiterungen, Intel VT bzw. AMD-V genannt, kann der Prozessor den Hypervisor bei der Verwaltung mehrerer virtueller Maschinen unterstützen. Wenn diese Erweiterungen verfügbar sind, kann der Linux-Kernel KVM verwenden. Andernfalls kommt QEMU zum Einsatz.

Erfahren Sie mehr über KVM (Link befindet sich außerhalb von ibm.com) von Red Hat.

Red Hat-Hypervisor

Red Hat basiert seinen Red Hat Enterprise Virtualization Hypervisor auf dem KVM-Hypervisor. Seine Virtualisierungslösung bietet zusätzliche Funktionen für den Hypervisor. Dazu gehört ein Virtualization Manager, der ein zentrales Managementsystem mit einer suchgesteuerten grafischen Benutzeroberfläche und sicheren Virtualisierungstechnologien bereitstellt, die den Hypervisor vor Angriffen auf den Host oder auf virtuelle Maschinen schützen. Der Hypervisor von Red Hat kann viele Betriebssysteme ausführen, einschließlich Ubuntu.

Aufgrund der großen Auswahl an Hypervisors müssen Sie zur Fehlerbehebung die Support-Seiten des jeweiligen Herstellers besuchen und eine produktspezifische Lösung finden. Ein häufig auftretendes Problem kann jedoch sein, dass Sie nicht alle Ihre VMs starten können. Dies kann passieren, wenn Sie die physischen Hardwareressourcen des Hosts verbraucht sind. Zur Behebung des Problems können Sie entweder weitere Ressourcen zum Host-Computer hinzufügen oder den Ressourcenbedarf der VM mithilfe der Management-Software des Hypervisors reduzieren.

Ein weiteres häufiges Problem bei Hypervisors, das den Start von VMs verhindert, ist ein beschädigter Prüfpunkt oder eine fehlerhafte Momentaufnahme einer VM. Daher sind VM-Backups ein wesentlicher Bestandteil einer Hypervisor-Lösung für Unternehmen. Mit der Management-Software Ihres Hypervisors können Sie die Datei aber möglicherweise auf den letzten gültigen Prüfpunkt zurücksetzen und sie auf diese Weise starten. Dies kann jedoch bedeuten, dass Sie einen Teil Ihrer Arbeit verlieren.