Unter Virtualisierung versteht der Administrator, dass virtuelle Betriebssysteme auf einer physischen Hardware erstellt werden. Das hat den Vorteil, dass die physische Hardware optimal ausgelastet werden kann. Beispielsweise laufen mehrere verschiedene virtuelle Maschinen kurz VM, die jeweils einen Service zur Verfügungen stellen. Ein einziger Service kann die physische Hardware nicht vollständig ausnutzen, aber durch mehrere VMs können die Ressourcen effizient genutzt werden.

 

Wie funktioniert Virtualisierung

Mit einer Software, die den Namen Hypervisor trägt werden virtuelle Umgebungen und die physische Ressource getrennt. Hypervisoren können auf beliebigen Betriebssystem installiert werden. Es kann das private Notebook oder ein Server sein. Jedoch ist es üblich den Hypervisor auf einem Server aufzusetzen. Je nach Bedarf kann der virtuelle Maschine Ressourcen zur Verfügung gestellt werden. Die virtuellen Maschinen können wie ein isoliertes Betriebssystem verwendet werden. Der Administrator verbindet sich wie gewohnt mit dem System und kann Berechnungen oder/und Services ausführen. Die VM kann ebenso als einzelne Datei verstanden werden. Deswegen ist es mit geringen Aufwand möglich eine VM auf einem anderen System zu übertragen.

sample image 1 Quelle: redhat Zeigt die Hypervisorschicht, die die logische und physische Ebene trennen


Arten der Virtualisierung

Bei der Server-Virtualisierung gibt es drei verschiedene Varianten

  • Die Komplett-Virtualisierung
  • Die Para-Virtualisierung
  • Die Betriebssystem- Virtualisierung
  • (Desktop-Virtualisierung)

Zudem gibt es zwei Prozessorvirtualisierungstechniken vom AMD das AMD-V und von Intel das Intel VT-x.

 


Komplett-Virtualisierung

Bei der Komplett-Virtualisierung wird jedem Gastsystem, unabhängig von der realen Host-Hardware, eine angepasste standardisierte virtuelle Hardware präsentiert. Die Ressourcen können aber dann durch die Virtualisierungsschicht angepasst bzw. zugewiesen werden. Die Ressourcen die dann zugewiesen worden sind gehen dann vom Gastsystem verloren. Die VMs und damit die im Gastsystem installierten Betriebssysteme wissen nichts von der virtuellen Hardware, arbeiten also wie mit Physik und benötigen daher im einfachsten Fall nur die vom Hersteller mitgelieferten Treiber.

Hier wird auch nochmals zwischen Hosted (VMware Server, Microsoft Virtual Server, VirtualBox,..) und Hypervisor-Produkten (Xen-basierende Produkte: Citrix XenServer, Virtual Iron) unterschieden. Die Hosted-Produkte sind den Hypervisor-Produkten unterlegen.

Vorteile

  • Flexible Anpassung der Gast-Hardware (teilweise auch während der Laufzeit)
  • Vielseitige Gast-Hardware möglich
  • Vom Host und anderen Gästen unabhängige Gastsysteme (Betriebssystem-Typ, -Version)
  • Keine Anpassung der Gast-Betriebssysteme notwendig

Nachteile

  • Hardware muss durch die Virtualisierungssoftware unterstützt werden
  • Virtuelle Hardware wird für jede VM als Prozess abgebildet ("Schwund" / Leistungseinbußen)
  • Prozessorvirtualisierung erforderlich (mit Ausnahme von VMware ESX)
  • Installation von Tools im Gast notwendig, um optimale Leistung zu erzielen
  • Es werden hohe Systemkapazitäten pro Gast benötigt

 


Para-Virtualisierung

Bei der Para-Virtualisierung wissen die virtuellen Maschinen, dass sie auf einem Gastsystem laufen. Deshalb muss die physikalische Hardware nicht für jede einzelne VM gesondert virtualisiert werden. Vielmehr greifen die Gast-Betriebssysteme direkt auf eine angepasste Hardware zu. „Das Problem, dass die Unterstützung der Betriebssystemhersteller benötigt wird hat beispielsweise auch VMware erkannt. Der Hersteller bietet jetzt die Möglichkeit, teilweise mit paravirtualisierten Komponenten zu arbeiten. So haben die Betriebssystemhersteller nur die Verpflichtung, passende Treiber zu liefern; eine Anpassung des Kernels ist nicht notwendig.“ – Computerwoche.de

Vorteile

  • Flexible Anpassung der Gasthardware
  • Nur ein Prozess zur Abbildung der virtuellen Hardware erforderlich
  • Verbesserter Zugriff auf die virtuelle Hardware durch das Gast-Betriebssystem

Nachteile

  • Hardware muss durch die Virtualisierungssoftware unterstützt werden
  • Manche Hardware lässt sich im Gastsystem nicht abbilden (etwa Faxkarten), es gibt aber zum Teil Lösungen extern benötigte Schnittstellen via IP zu nutzen
  • Anpassung der Gast-Betriebssysteme notwendig
  • Unter Umständen ist eine Anpassung bei Updates des Hosts/Gasts erforderlich
  • Hohe Systemkapazitäten pro Gast notwendig.

sample image 1 Quelle: Seibert-Media Zeigt die grafische Aufarbeitung der Para-Virtualisierung


Betriebssystem-Virtualisierung

Bei diesem Vorgehen wird die Partitionierung des Betriebssystems verwendet. Das heißt, dass für die Nutzdaten auf eine eigene Partition abgelegt werden. Der Vorteil bei der Technik ist gemeinsame Betriebssystemdaten vom Host verwendet werden. Das heißt, dass für die Grundausstattung eine Virtualisierung nicht viel Speicher verbraucht werden muss. Jedoch ist der größte Nachteil die Abhängigkeit vom dem Gastsystem.

Vorteile

  • Sehr hohe Geschwindigkeit im Gast
  • Fexible Anpassung der Gasthardware
  • Nutzung von Teilen des Host-Betriebssystems
  • Optimierter Zugriff auf die virtuelle Hardware durch das Gast-Betriebssystem;
  • Große Hardwareunterstützung (Microsoft Windows oder Linux)
  • Geringe Systemkapazitäten pro Gast benötig

Nachteile

  • Homogene Gast-Betriebssysteme (Host = Gast-OS)
  • Manche Hardware lässt sich im Gastsystem nicht eins zu eins abbilden (etwa Faxkarten)
  • Betriebssystem-Updates des Hosts betreffen den Gast

 


Desktop-Virtualisierung

Ist eine Virtualisierung im Data Center. Der Benutzer schaltet sich direkt mit einer Session auf die Virtualisierung im Data Center und arbeitet dort auf dem System. Es dient wie ein Ersatz von dem normalen Arbeitscomputer zu sehen. Als Endgeräte werden Thin-Clients verwendet.

 


Snapshots

Durch Snapshots können Systemstände eingefroren werden. Diese Snapshots können als Sicherung verwendet oder zum wiederherstellen von einem Systemzustand verwendet werden. Snapshots sollen aber nicht als Datensicherung gesehen werden. Alle Änderungen werden nach einen Snapshot in eine Datei gespeichert. Es kann vorkommen, dass diese Datei größer wird als die virtuelle Festplatte, da dort alle Änderungen vermerkt werden.

 


Skalierung

Droht beispielsweise ein Ausfall vom Gassystem können die virtuellen Maschinen relativ schnell auf ein anderes Gastsystem migriert werden. VMs können somit linear Skaliert werden.

 


Vor- und Nachteile von Virtualsierung

Vorteile

  • Nutzen von Templates, um schnell neue VMs zu erstellen
  • Physikalische und logische Ebene (Host) sind getrennt -> Virtualisierungsschicht

Nachteile

  • Migrieren von VMs auf unterschiedlichen Prozessoren (AMD und Intel) nicht möglich

 


Quellen

[1] https://www.redhat.com/de/topics/virtualization/what-is-virtualization

[2] https://www.computerwoche.de/a/alles-ueber-virtualisierung,2350017,2

[3] https://www.searchdatacenter.de/definition/Microsoft-Hyper-V

[4] https://www.datacenter-insider.de/in-10-schritten-den-kostenlosen-hyper-v-server-2016-produktiv-nutzen-a-620190/

[5] Logo von https://pixabay.com/de/cloud-computing-gastgeber-server-2023902

 

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