Was ist Virtualisierung? – Virtualisierungstechnologien im Vergleich

Definition Virtualisierung

Virtualisierung verspricht effizienten Ressourceneinsatz, einen schnellen Wechsel zwischen verschiedenen Betriebssystemen und eindrucksvolle Möglichkeiten für die Beherrschung von Problemen mit Schadprogrammen. Nach theoretischen Aufbauarbeiten ist die Technologie hinreichend ausgereift, um für Administratoren und für Endnutzer von Interesse zu sein. Was aber ist Virtualisierung eigentlich?

Virtualisierungstechologien Übersicht:

Was bedeutet Virtualisierung?

Ganz allgemein bezeichnet der Begriff die von Programmen simulierte Bereitstellung von Ressourcen in der Informationsverarbeitung.

Dabei kann es sich um Netzwerkverbindungen handeln oder, als einen der häufigsten Anwendungsbereiche, die Umgebung eines Betriebssystems. So entsteht eine virtuelle Maschine, die weitgehend wie eine reale genutzt werden kann.

Dieses Betriebssystem läuft dann nicht wie üblich direkt auf der Hardware. Stattdessen teilt ein Wirt oder Host genanntes Steuerprogramm die Verfügbarkeit von CPU und Speicher den einzelnen Betriebssystemen zu.
Als Benutzer einer Umgebung mit mehreren virtuellen Systemen kannst Du einfach zwischen ihnen wechseln.

Warum wird Virtualisierung verwendet?

Sicherheit

Der Befall mit Schadprogrammen ist ein Problem, das im Bereich der Informationssicherheit noch nicht befriedigend gelöst ist. Das bedeutet, dass Du solchen Problemen nicht ganz aus dem Weg gehen kannst, sondern Strategien für das Auftreten von Malware brauchst.

Ist eine reale Maschine befallen, ist eine Reinigung oft mit großem Aufwand verbunden. Verwendest du dagegen virtuelle Maschinen, kannst Du eine verseuchte Maschine einfach stoppen und löschen.

Kosten und Flexibilität

Aus den verschiedensten Gründen möchtest Du vielleicht mehrere Betriebssysteme verwenden. Statt Deinen Computer für jeden Wechsel neu booten zu müssen, kannst Du dafür einfach eine neue virtuelle Maschine starten.

Effizienzte Nutzung von Hardwareressourcen

Virtualisierung ermöglicht eine wesentlich effizientere Nutzung von Hardwareressourcen. Wenn Du verschiedene Betriebssysteme auf eigener Hardware betreibst, werden diese realen Maschinen oft nur wenig ausgelastet sein. Mit virtuellen Maschinen betreibst Du genau die geforderten Funktionen und kannst die vorhandene Hardware viel besser ausnützen. Das spart Kosten für die Geräte und den Verbrauch an Platz und Strom.

Wie funktioniert Virtualisierung?

Beispiel Containervirtualisierung

Zu den gebräuchlichsten Typen gehört die Containervirtualisierung. Mehrere Gastsysteme sind nebeneinander installiert, benutzen aber alle denselben Betriebssystemkern, was besonders hohe Effizienz mit sich bringt.

Jeder Container besitzt sein eigenes Filesystem, im Fall von Linux kann er eine eigene Distribution verwenden, die auf dem Kernel aufgesetzt wird. Die Isolation der verschiedenen Container voneinander ist aber schwieriger aufgrund des gemeinsam genutzten Kernels.

Eine virtuelle Maschine verfügt dagegen über ein komplettes eigenes Betriebssystem. Die Befehle werden direkt auf der CPU ausgeführt, wofür viele CPUs heute eigene Virtualisierungsinstruktionen bereitstellen.

Das Steuerprogramm wird als Hypervisor bezeichnet und verwaltet die CPU, den Speicher und die Netzwerkfunktionen.

Ein Hypervisor des Typs 1 läuft direkt auf der Hardware, was höhere Leistung und bessere Isolation ermöglicht.

Ein Hypervisor des Typs 2 läuft selbst auf einem Hostbetriebssystem, das mehr Ressourcen verbraucht als ein Hypervisor des Typs 1. Diese Art Virtualisierung kannst Du aber verwenden, ohne Deinen Computer mit einem Hypervisor des Typs 1 ganz neu aufzusetzen. Obwohl Leistung und Isolation geringer sind, kannst Du so einfach mit Virtualisierung experimentieren und ihre Möglichkeiten kennenlernen.

Auswahlkriterien für Virtualisierungstechnologien

Performance

Mit einem Hypervisor der Typs 1 ist sie am höchsten, dann kommen Container. Hypervisoren des Typs 2 auf einem Gastbetriebssystem bringen die größten Einbußen an Performance mit sich.

Skalierbarkeit

Das ist allgemein ein Hauptvorteil der Virtualisierung. Auf einer physischen Maschine kannst Du so viele Gastsysteme wie gerade nötig starten und jederzeit wieder löschen.

Images

Das sind Kapseln für Code, Daten und eine Umgebung für die Ausführung von Programmen. Images sollten möglichst schnell und einfach erzeugt und transferiert werden können.

Sicherheit und Privatsphäre

Die verschiedenen virtuellem Maschinen funktionieren unabhängig voneinander. Bei einem Problem mit Schadprogrammen kannst Du die befallene virtuelle Maschine einfach löschen und damit auch die Malware loswerden.

Hohe Verfügbarkeit

Fällt ein Server aus, kann eine virtuelle Maschine mit wenig Aufwand komplett mit ihren Daten auf einen anderen Server übertragen werden und dort weiterlaufen.

Verschiedene Virtualisierungstechnologien

Hardware Emulation
- Bei dieser Art der Emulation werden alle Operationen, auch diejenigen der CPU, emuliert. Der Emulator nimmt Instruktionen in einem bestimmten Befehlssatz und stellt diese Instruktionen auf einer anderen Maschine dar. Das ist mit Rechenaufwand verbunden und mindert somit die verfügbare Rechenleistung für die eigentliche Anwendung.
Hardware Virtualisierung
- Bei Hardwarevirtualisierung werden mehrere virtuelle Prozessoren für jedes der Gastbetriebssysteme emuliert. Mit diesen Prozessortechnologien kannst Du mehrere virtuelle Prozessoren in einem Gastbetriebssystem oder bei mehreren Prozessorkernen in einem physischen Prozessor nachbilden.
Paravirtualisierung
- In Unternehmen wird Paravirtualisierung unter anderem zum Ausführen mehrerer Betriebssysteme auf einem Computer gleichzeitig oder zur Segmentierung großer Systeme in kleinere Teile für einen effizienteren Einsatz physischer Hardware verwendet.
Betriebssystemvirtualisierung bzw. Containerisierung
- Bei Containervirtualisierung (Containerisierung) wird derselbe Kernel des Host-Systems für alle Gastsysteme (Container) verwendet. Aus diesem Grund läuft ein Container auf demselben Betriebssystemtyp wie der Host, zum Beispiel “Linux auf Linux” oder “Windows auf Windows”.

Fazit

Das Zauberwort im Zusammenhang mit Virtualisierung lautet wohl Flexibilität. Ganz nach Bedarf sind verschiedene Betriebssysteme, Umgebungen und ganze virtuelle Maschinen verfügbar.

Bereits heute wird Virtualisierung von Rechenzentren routinemäßig eingesetzt. Mit immer mehr verfügbarer Rechenleistung werden Anwendungen dieser Technologie immer zahlreicher und wichtiger werden.