Was ist eine virtuelle Maschine?
Während Unternehmen versuchen, die Effizienz ihrer Ressourcen zu maximieren und sich gleichzeitig an die sich ständig ändernden Technologien und Kundenerwartungen anzupassen, steigt die Nutzung virtueller Maschinen (VMs) exponentiell an. Daher ist es für IT-Experten wichtig, die Funktionsweise virtueller Rechner zu verstehen, da diese zu einem zentralen Bestandteil von Wachstums- und IT-Strategien werden.
Die VMs im Detail
Eine virtuelle Maschine (VM) ist eine Rechenressource, die Software anstelle eines physischen Computers verwendet, um Programme auszuführen und Anwendungen bereitzustellen. Auf einem physischen Host-Computer wird mindestens ein virtueller Gast-Computer ausgeführt.
Jede virtuelle Maschine führt ihr eigenes Betriebssystem aus und arbeitet unabhängig von anderen VMs, auch wenn diese alle auf demselben Host ausgeführt werden. Dies bedeutet beispielsweise, dass eine virtuelle Linux-Maschine in einer Windows-Umgebung ausgeführt werden kann.
Die Technologie der virtuellen Maschinen wird in vielen Umgebungen eingesetzt, in denen Cloud-Dienste genutzt werden. In jüngster Zeit verwenden Public Cloud-Dienste virtuelle Maschinen, um mehreren Benutzern gleichzeitig virtuelle Anwendungsressourcen zur Verfügung zu stellen und so noch kostengünstigere und flexiblere Berechnungen zu ermöglichen.
Wie funktioniert eine virtuelle Maschine?
Eine VM stellt eine isolierte Umgebung für die Ausführung ihres eigenen Betriebssystems und ihrer eigenen Anwendungen bereit, unabhängig vom zugrunde liegenden Hostsystem.
Das Betriebssystem einer VM, gemeinhin als Gastbetriebssystem bezeichnet, kann mit dem Host-Betriebssystem identisch oder verschieden von den Betriebssystemen anderer VMs auf dem Host sein. Ein einzelner Computer kann also mehrere virtuelle Maschinen hosten, auf denen unterschiedliche Betriebssysteme und Anwendungen ausgeführt werden, ohne dass sich diese gegenseitig beeinflussen.
Obwohl die VM immer noch von der Hardware des Hosts abhängig ist, werden diese Ressourcen virtualisiert und auf die VMs verteilt. Dadurch können mehrere Umgebungen gleichzeitig betrieben werden, um sich an wechselnde Arbeitslasten anzupassen.
Aus Sicht des Benutzers funktioniert die VM auf die gleiche Weise wie eine physische Maschine. In den meisten Fällen wissen Benutzer, die sich mit einer VM verbinden, nicht, dass sie eine virtuelle Umgebung verwenden.
Benutzer können das Gast-Betriebssystem und dessen Anwendungen bei Bedarf konfigurieren und aktualisieren sowie neue Software installieren oder entfernen, ohne den Host oder andere VMs zu beeinträchtigen. Ressourcen wie Prozessoren, Arbeitsspeicher und Speicher werden auf die gleiche Weise angezeigt wie auf einem normalen PC.
Warum virtuelle Maschinen verwenden?
Virtuelle Maschinen (VMs) ermöglichen Unternehmen das Ausführen eines Betriebssystems, das sich wie ein vollständig getrennter Computer in einem Anwendungsfenster auf einem Desktop verhält. Virtuelle Maschinen können bereitgestellt werden, um auf unterschiedliche Verarbeitungsleistungsstufen zu reagieren, um Software auszuführen, die ein anderes Betriebssystem erfordert, oder um Anwendungen in einer sicheren Sandbox-Umgebung (Sandbox) zu testen.
Virtuelle Maschinen werden seit jeher für die Servervirtualisierung verwendet, was es IT-Teams ermöglicht, ihre IT-Ressourcen zu konsolidieren oder zu bündeln und ihre Effizienz zu steigern.
Darüber hinaus können virtuelle Rechner bestimmte Aufgaben ausführen, die als zu riskant gelten, um direkt in einer Host-Umgebung ausgeführt zu werden, wie z. B. den Zugriff auf vireninfizierte Daten oder den Betriebssystemtest. Da die virtuelle Maschine vom Rest des Systems getrennt ist, kann die darin enthaltene Software den Host nicht verändern.
Vorteile der virtuellen Maschinen
Virtuelle Rechner sind einfach zu verwalten und zu warten und bieten gegenüber physischen Rechnern mehrere Vorteile:
- VMs können mehrere Betriebssysteme gleichzeitig auf einem einzigen physischen Computer ausführen, wodurch physischer Speicherplatz gesichert, Zeit gespart und Verwaltungskosten gesenkt werden.
- Virtuelle Rechner unterstützen vorhandene Software, wodurch die Kosten für die Migration auf ein neues Betriebssystem gesenkt werden. Beispielsweise kann eine virtuelle Linux-Maschine, auf der eine Linux-Distribution als Gastbetriebssystem ausgeführt wird, auf einem Hostserver vorhanden sein, auf dem ein nicht auf Linux basierendes Betriebssystem ausgeführt wird, z. B. Windows oder Mac.
- Virtuelle Rechner können auch integrierte Optionen für die Notfall-Wiederherstellung und Anwendungsbereitstellung bieten.
Die verschiedenen Arten der Virtualisierung
Alle Komponenten eines herkömmlichen Rechenzentrums oder einer IT-Infrastruktur können heute virtualisiert werden, wobei mehrere Arten von Virtualisierung möglich sind:
Hardwarevirtualisierung:
Bei der Hardwarevirtualisierung werden virtuelle Versionen von Computern und Betriebssystemen (VMs) erstellt und auf einem einzigen primären physischen Server konsolidiert. Ein Hypervisor kommuniziert direkt mit dem Speicherplatz und Prozessor eines physischen Servers, um die virtuellen Maschinen zu verwalten. Die Hardwarevirtualisierung, auch als Servervirtualisierung bekannt, ermöglicht eine effizientere Nutzung der Ressourcen eines Unternehmens und den gleichzeitigen Betrieb verschiedener Betriebssysteme auf einer einzigen Maschine.
Software-Virtualisierung:
Bei der Software-Virtualisierung wird ein Computersystem mit Hardware erstellt, mit dem ein oder mehrere Gast-Betriebssysteme auf einem physischen Host-Rechner ausgeführt werden können. Anwendungen können virtualisiert und von einem Server auf das Endbenutzergerät, z. B. ein Laptop oder Smartphone, übertragen werden. Auf diese Weise können Entwickler auf zentral gehostete Anwendungen zugreifen, wenn sie remote arbeiten.
Speichervirtualisierung:
Massenspeicher kann virtualisiert werden, indem mehrere physische Speichergeräte so konsolidiert werden, dass sie als ein einziges Speichergerät erscheinen. Zu den Vorteilen zählen eine höhere Leistung und Geschwindigkeit, Lastausgleich und Kostenreduzierung. Die Massenspeichervirtualisierung hilft auch bei der Planung der Notfall-Wiederherstellung, da virtuelle Speicherdaten schnell dupliziert und an einen anderen Speicherort verschoben werden können.
Netzwerk-Virtualisierung
Mehrere Subnetze können in demselben physischen Netzwerk erstellt werden, indem Geräte in einer einzigen softwarebasierten virtuellen Netzwerkressource zusammengefasst werden. Die Netzwerkvirtualisierung teilt die verfügbare Bandbreite in mehrere unabhängige Kanäle auf, die jeweils in Echtzeit Servern und Geräten zugewiesen werden können. Zu den Vorteilen der Virtualisierung zählen die Verbesserung der Zuverlässigkeit, der Netzwerkgeschwindigkeit, der Sicherheit und der Kontrolle der Datennutzung. Netzwerkvirtualisierung kann eine gute Wahl für Unternehmen mit einer großen Anzahl von Benutzern sein, die jederzeit Zugriff benötigen.
Desktop-Virtualisierung:
Diese Art der Virtualisierung trennt die Workstation-Umgebung vom physischen Gerät und speichert eine Workstation auf einem Remote-Server. Mit diesem Ansatz können Benutzer von überall und von jedem Gerät aus auf ihren Arbeitsplatz zugreifen. Die Vorteile virtueller Desktops umfassen nicht nur einen einfachen Zugriff, sondern auch eine verbesserte Datensicherheit, Einsparungen bei Lizenzen und Softwareupdates sowie eine einfachere Verwaltung.
Die beiden Arten von bestehenden virtuellen Maschinen
Benutzer können zwischen zwei Arten von virtuellen Rechnern wählen: virtuelle Prozessrechner und virtuelle Systemrechner:
Eine virtuelle Prozessmaschine ermöglicht es, dass ein einzelner Prozess als Anwendung auf einem Hostcomputer ausgeführt wird. Die VMs stellen daher eine plattformunabhängige Programmierumgebung bereit, indem sie die zugrunde liegenden Hardware- oder Betriebssysteminformationen verbergen. Ein Beispiel für eine virtuelle Prozessmaschine ist die Java Virtual Machine, die es jedem Betriebssystem erlaubt, Java-Anwendungen so auszuführen, als wären sie systemeigen.
Eine virtuelle System-Maschine wird vollständig virtualisiert, um eine physische Maschine zu ersetzen. Eine Systemplattform unterstützt die gemeinsame Nutzung der Hardware eines Computers durch mehrere virtuelle Rechner, wobei jeder Rechner eine eigene Kopie des Betriebssystems ausführt. Dieser Virtualisierungsprozess basiert auf einem Hypervisor, der auf unformatierter (nicht konfigurierter) Hardware wie VMware ESXi oder über einem Betriebssystem ausgeführt werden kann.
Virtuelle Maschine vs. Container: Was ist der Unterschied?
Ähnlich wie virtuelle Maschinen ermöglicht es auch die Containertechnologie wie Docker, isolierte Anwendungen auf einer einzigen Plattform auszuführen. Während virtuelle Maschinen die Hardwareschicht virtualisieren, um eine „virtuelle Maschine“ zu erstellen, fassen Container nur eine Anwendung mit ihren Abhängigkeiten zusammen. Kubernetes wird zur Orchestrierung und Automatisierung von Docker-Containern und der darunter liegenden Infrastruktur verwendet.
VMs werden häufig über einen Hypervisor verwaltet, während Containersysteme gemeinsam genutzte Betriebssystemdienste von der zugrunde liegenden Maschine aus bereitstellen. Sie ermöglichen die Isolierung von Software mithilfe virtueller Speicherhardware.
Einer der größten Vorteile von Containern ist, dass sie weniger Einschränkungen haben als VMs . Container enthalten nur die erforderlichen Binärdateien, Bibliotheken und andere Abhängigkeiten. Container, die sich auf demselben Host befinden, verwenden denselben Betriebssystemkern, wodurch Container wesentlich leichter als virtuelle Rechner sind.
Dadurch können Container schneller gestartet, die Serverressourcen optimiert und die Bereitstellung von Anwendungen vereinfacht werden.
Virtuelle Maschinen sind größer und langsamer zu starten als Container. Sie sind logisch voneinander isoliert, verfügen über einen eigenen Betriebssystemkern und bieten die Vorteile eines vollständig getrennten Betriebssystems.
Virtuelle Rechner sind ideal für die gleichzeitige Ausführung mehrerer Anwendungen, für monolithische Anwendungen, für die Isolation zwischen Anwendungen und für ältere Anwendungen, die auf älteren Betriebssystemen ausgeführt werden. Container und virtuelle Rechner können auch zusammen verwendet werden.
Container in der Cloud und Bare-Metal-Server
Cloud-Container sind mittlerweile zum Standard für die Bereitstellung und Verwaltung von Anwendungen geworden. Anwendungsisolation, automatische Skalierung und einfache Bereitstellung machen sie zu einer interessanten Wahl für viele Arbeitslasten.
Der Begriff „Bare-Metal“ hingegen bezieht sich auf physische Server, die nicht virtualisiert sind. Im Gegensatz zu virtuellen Maschinen, die auf einer Hypervisorschicht ausgeführt werden, laufen Anwendungen direkt auf der Hardware in einer Bare-Metal-Umgebung.
Durch die Integration von Cloud-Containern und Bare-Metal-Servern können Sie von den Vorteilen beider Systeme profitieren. Container ermöglichen eine vereinfachte Anwendungsverwaltung, während Bare-Metal eine optimale Leistung und Isolierung für kritische Workloads bietet.
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