Was ist Virtualisierung?

Virtualisierung ist eine Technologie, mit der sich virtuelle, simulierte Umgebungen von einer einzelnen physischen Maschine erstellen lassen. Dadurch können IT-Fachleute ihre bestehenden Investitionen nutzen und die volle Kapazität einer physischen Maschine optimieren, indem sie bisher an Hardware gebundene Ressourcen über viele verschiedene Umgebungen verteilen.

Virtualisierung wird schon seit Jahrzehnten eingesetzt und ist eine leistungsstarke Technologie innerhalb der IT-Infrastruktur, mit der mehr Effizienz, Flexibilität und Skalierbarkeit erreicht werden kann. Da mehrere Betriebssysteme dieselbe physische Hardware gemeinsam nutzen können, können Sie mit Virtualisierung die Ressourcennutzung verbessern, die Kosten für die physische Wartung senken und die Sicherheit durch isolierte Systeme erhöhen.

Unabhängig davon, ob Sie als Mitglied des Virtualisierungsadministrationsteams Testumgebungen auf Ihrer Workstation oder in einem großen Unternehmen eine Vielzahl virtueller Maschinen (VMs) auf Ihrer Hybrid Cloud-Plattform ausführen – in modernen IT-Infrastrukturen und -Workloads nimmt die Virtualisierung eine zentrale Rolle ein.  

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Die Virtualisierung basiert auf 2 wichtigen Konzepten: virtuellen Maschinen und Hypervisoren.

Virtuelle Maschinen

Eine virtuelle Maschine (VM) ist eine Computing-Umgebung, die als isoliertes System mit CPU, Betriebssystem, Speicher, Netzwerkschnittstelle und Storage fungiert und aus einem Pool von Hardwareressourcen erstellt wurde. Eine VM kann durch eine einzelne Datendatei definiert werden. Als isolierte Umgebung lässt sie sich von einem Rechner zu einem anderen verschieben sowie in beiden öffnen und bietet die exakt gleiche Funktionsweise.

Durch Virtualisierung können virtuelle Maschinen mit mehreren unterschiedlichen Betriebssystemen gleichzeitig auf einem einzigen physischen Gerät ausgeführt werden – wie etwa das Ausführen einer MacOS- oder Windows-Umgebung auf einem Linux®-System. Die Betriebssysteme werden genauso ausgeführt wie Betriebssysteme oder Apps auf der Host-Hardware. Daher ist das Endbenutzererlebnis nahezu identisch mit einem Echtzeit-Betriebssystemerlebnis, das auf einer physischen Maschine ausgeführt wird.

Hypervisoren

Ein Hypervisor, der manchmal auch als Virtual Machine Monitor (VMM) bezeichnet wird, ist eine Software, die die physischen Ressourcen eines Systems trennt und sie so aufteilt, dass virtuelle Umgebungen sie nach Bedarf nutzen können. Ein Hypervisor weist physische Ressourcen (wie CPU, Speicher und Storage) aus der Hardware mehreren VMs gleichzeitig zu, wodurch sich neue VMs erstellen und vorhandene verwalten lassen. Hypervisoren können auf einem Betriebssystem (wie auf einem Laptop) oder direkt auf der Hardware (wie einem Server) installiert werden. Bei Verwendung als Hypervisor wird die physische Hardware als Host bezeichnet. Die vielen VMs, die seine Ressourcen nutzen, sind Guests.

Wenn die virtuelle Umgebung ausgeführt wird und Nutzende oder ein Programm eine Anweisung erteilen, die zusätzliche Ressourcen von der physischen Umgebung erfordert, leitet der Hypervisor die Anforderung an das physische System weiter und speichert die Änderungen in einem Cache – und das nahezu mit nativer Geschwindigkeit.

Es gibt 2 verschiedene Typen von Hypervisoren, die eine bedarfsgerechte Virtualisierung ermöglichen.

Typ 1:  Ein Hypervisor vom Typ 1 wird auch als nativer oder Bare Metal-Hypervisor bezeichnet und wird direkt auf der Hardware des Hosts ausgeführt, um Guest-Betriebssysteme zu verwalten. Er tritt an die Stelle eines Host-Betriebssystems, und die VM-Ressourcen werden vom Hypervisor direkt der Hardware zugewiesen. Diese Art von Hypervisor ist am häufigsten in einem Unternehmensrechenzentrum oder anderen serverbasierten Umgebungen anzutreffen.

Typ 2: Ein Hypervisor vom Typ 2 wird auch als gehosteter Hypervisor bezeichnet und wird auf einem konventionellen Betriebssystem als Softwareschicht oder Anwendung ausgeführt. Dabei wird das Guest-Betriebssystem vom Host-Betriebssystem abstrahiert. VM-Ressourcen werden beim Host-Betriebssystem angefordert, das dann auf der Hardware ausgeführt wird. Dieser Typ eignet sich besser für einzelne Nutzende, die mehrere Betriebssysteme auf einem PC ausführen möchten.

Was ist KVM?

KVM (Kernel-based Virtual Machine) ist ein Open Source-Hypervisor vom Typ 1, eine Komponente moderner Linux-Distributionen. VMs, die mit KVM ausgeführt werden, profitieren von den Performance-Features von Linux. Nutzende können die Vorteile der detaillierten Steuerung nutzen, die das Betriebssystem bereitstellt.

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Virtualisierung ermöglicht es Hardwaresystemen, ihre Kapazitäten voll auszunutzen. Mit Virtualisierung können mehrere unterschiedliche Betriebssysteme nebeneinander ausgeführt werden, wobei sie sich dieselben virtualisierten Hardwareressourcen für optimierte Effizienz teilen. Teams können so ihre Computing-Ressourcen zum Support wichtiger Anwendungen und Workloads besser nutzen. Virtualisierung bietet unter anderem folgende Vorteile:

• Serverkonsolidierung: Durch die Virtualisierung von Servern können zahlreiche virtuelle Server auf den einzelnen physischen Servern platziert und so die Hardwarenutzung optimiert werden. Serverkonsolidierung führt zu einer optimierten Ressourcennutzung, da Ressourcen dem Bedarf entsprechend zugewiesen werden können, weil eine Host-Maschine in mehrere VMs unterteilt werden kann. Bei diesem Ansatz wird die Kapazität der Hardware voll ausgenutzt. So können Sie den vorhandenen Speicherplatz bestmöglich nutzen und den Energieverbrauch und die Wartung optimieren, indem Sie mehrere VMs auf nur einer physischen Hardwarekomponente hosten.
• Kosteneinsparungen: Eine verbesserte Hardwarenutzung kann Einsparungen bei zusätzlichen physischen Ressourcen wie Festplattenlaufwerken oder Disks bedeuten und den Bedarf an Strom, Platz und Kühlung im Rechenzentrum verringern.
• Isolierte Umgebungen: Da VMs vom restlichen System getrennt sind, stören sie auch nicht die Ausführung von Software auf der Host-Hardware. Sie sind eine gute Option, um neue Anwendungen zu testen oder eine Produktivumgebung einzurichten. Um diese Isolierung auf die Netzwerkschicht zwischen Workloads auszuweiten, nutzen Unternehmen Mikrosegmentierung.
• Schnellere Anwendungsmigration: Administrationsteams müssen nicht mehr warten, bis die einzelnen Anwendung auf neuer Hardware zertifiziert sind. Da VM-Konfigurationen von Software definiert werden, lassen sich VMs schnell erstellen, entfernen, klonen und migrieren. Sie können eine VM außerdem remote steuern und das VM-Management automatisieren.
• Effiziente Umgebungen: Bei Regressionstests können Teams eine Testumgebung erstellen oder kopieren, sodass keine spezielle Testhardware oder redundante Entwicklungsserver erforderlich sind. Mit dem richtigen Training und Wissen können Teams Umgebungen optimieren, um eine größere Leistungsfähigkeit und Dichte zu erreichen.
• Disaster Recovery: Durch das Aktivieren von Failover bieten VMs zudem Disaster Recovery-Optionen, die zuvor nur mit zusätzlicher Hardware möglich waren. Disaster Recovery-Optionen verkürzen die Zeit, die für die Reparatur und Einrichtung des betroffenen Servers benötigt wird und sorgen so für eine größere Anpassungsfähigkeit.

Servervirtualisierung

Die Servervirtualisierung ist eine der gängigsten Virtualisierungstypen, insbesondere in IT-Umgebungen von Unternehmen. Servervirtualisierung basiert auf Hypervisoren, die physische Ressourcen trennen und verteilen. Bei diesem Prozess wird ein Server partitioniert, sodass die Ressourcen für mehrere Funktionen genutzt werden können.

Desktop-Virtualisierung

Bei der Desktopvirtualisierung kann ein zentrales Administrationsteam (oder ein automatisiertes Administrationstool) Desktopumgebungen auf mehreren physischen Geräten gleichzeitig bereitstellen. So können Administrationsteams Massenkonfigurationen, Updates und Sicherheitsüberprüfungen auf sämtlichen virtuellen Desktops durchführen.

Datenvirtualisierung

Datenvirtualisierung, besser bekannt als Datenföderation oder globaler Namespace, ermöglicht die Konsolidierung verteilter Daten in einer einzigen Quelle.  Sie bündelt Daten aus mehreren Quellen, kann neue Datenquellen problemlos aufnehmen und transformiert Daten entsprechend den Anforderungen der Nutzenden. Ein globaler Namespace ist mehreren Datenquellen vorgelagert und lässt sie als eine einzige Quelle erscheinen, die die benötigten Daten – in der erforderlichen Form – zum richtigen Zeitpunkt an die einzelnen Anwendungen oder Nutzenden übermittelt.

Storagevirtualisierung

Durch die Storagevirtualisierung können Sie Storage in einem zentralen Storage-Gerät verwalten und darauf zugreifen. Sämtliche Storage-Geräte in einem Netzwerk können ihren Storage an einem Ort poolen. Die Storagevirtualisierung erhöht die Effizienz von Storage-Aktionen wie Archivieren und Wiederherstellen und maximiert die Storage-Nutzung in einer Infrastruktur.

Anwendungsvirtualisierung

Die Anwendungsvirtualisierung ermöglicht das Bereitstellen und Nutzen von Anwendungen, indem diese außerhalb des ursprünglichen Betriebssystems verfügbar gemacht werden. Durch das Trennen einer Anwendung von ihrem Betriebssystem kann sie remote verwendet werden – durch das Ausführen in einer virtuellen Umgebung. Dieser Ansatz bietet mehr Flexibilität bei Management und Deployment. Die Anwendungsvirtualisierung unterscheidet sich von der Desktopvirtualisierung dadurch, dass die Anwendung virtuell ausgeführt wird, während das Betriebssystem auf dem Gerät der einzelnen Nutzenden wie gewohnt ausgeführt wird. 

Network Functions Virtualization

Die Network Functions Virtualization (NFV) wird von Telekommunikationsanbietern verwendet und trennt die wichtigsten Netzwerkfunktionen (wie Directory Services, gemeinsame Dateinutzung und IP-Konfiguration), sodass sie in mehreren Umgebungen gemeinsam verwendet werden können. Sobald die Softwarefunktionen von den physischen Rechnern „losgelöst“ sind, auf denen sie installiert waren, können spezifische Funktionen in einem neuen Netzwerk paketiert und einer speziellen Umgebung zugewiesen werden. Durch die Virtualisierung von Netzwerken lässt sich die Zahl der physischen Komponenten (wie Switches, Router, Server und Kabel) reduzieren, die zur Erstellung mehrerer unabhängiger Netzwerke benötigt werden.

Virtualisierung und Containerisierung sind 2 Ansätze für Computing-Umgebungen, die IT-Komponenten vom übrigen physischen System isolieren.  Die beiden Ansätze unterscheiden sich jedoch in ihrer Funktionsweise.

Wie bereits erläutert, ermöglicht die Virtualisierung, dass VMs unabhängig von ihrer physischen Hardware und mit unterschiedlichen Betriebssystemen mit voller Kapazität arbeiten können. Die Containerisierung dagegen ermöglicht es, Software oder Anwendungen in einem Container zu paketieren, der das Host-Betriebssystem teilt. Dieser kann dann in verschiedene Umgebungen verschoben und dort ausgeführt werden, was die Flexibilität erhöht.

Bei der Virtualisierung werden VMs erstellt, um ihr eigenes Betriebssystem und ihre eigenen Anwendungen auszuführen. Durch Virtualisierung können mehrere Betriebssysteme nebeneinander ausgeführt werden und dieselben virtualisierten Hardwareressourcen von einem einzelnen physischen Gerät gemeinsam nutzen.

Bei der Containerisierung wird Software-Code in einem eigenen Container paketiert. So lassen sich Apps innerhalb dieses Containers verschieben und können dann in beliebigen Umgebungen und auf beliebigen Infrastrukturen ausgeführt werden.

Red Hat® OpenShift® bietet ein Feature, mit dem Sie Ihre virtuellen Maschinen einfach zu OpenShift migrieren und VMs zusammen mit Containern verwalten können, um für maximale Transparenz zu sorgen.

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Sowohl die Virtualisierung als auch die Containerisierung sind Technologien, die Cloud Computing ermöglichen. Unter Cloud Computing versteht man das Ausführen von Workloads in der Cloud, das heißt, in einer IT-Umgebung, in der skalierbare Ressourcen in einem Netzwerk extrahiert, in Pools zusammengefasst und verteilt werden.

Public und Private Clouds virtualisieren Ressourcen in geteilten Pools, fügen eine administrative Kontrollschicht hinzu und stellen diese Ressourcen mit automatisierten Self Service-Funktionen bereit. Die Virtualisierungs-, Management- und Automatisierungssoftware zur Erstellung von Clouds setzt auf das Betriebssystem auf, das die Verbindungen zwischen physischen Ressourcen, virtuellen Datenpools, Managementsoftware, Automatisierungsskripten und Kunden aufrechterhält.

Durch Virtualisierung können Workloads, die in Cloud-Umgebungen ausgeführt werden, auf Ressourcen in einem Netzwerk zugreifen, sodass skalierbare und flexible IT-Ressourcen über das Internet für Nutzende bereitgestellt werden können.

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Unter VM-Migration versteht man die Übertragung einer VM von einem Host auf einen anderen oder von einer Plattform auf eine andere. Die VM-Migration dient dazu, die Ressourcennutzung zu verbessern, die Performance zu optimieren, die Flexibilität zu erhöhen und die Skalierbarkeit zu verbessern. Die Migration Ihrer VMs ist die Lösung für die richtige Kombination aus Konsistenz, Effizienz und Support für ihre zukünftigen Operationen und cloudbasierten Anwendungen.

VM-Migration kann aus verschiedenen Gründen erfolgen, und es gibt viele Migrationstypen. Die beiden wichtigsten Migrationsprozesse sind die Live Migration und die Cold Migration. Bei der Live Migration wird eine VM weiterhin auf dem Quell-Hostrechner ausgeführt, während ihre Speicherseiten auf den Ziel-Host übertragen werden. Anschließend wird ein geplanter Übergang zum neuen Host durchgeführt, sodass die VM ohne Unterbrechung ausgeführt wird. Unter Cold Migration versteht man das Abschalten einer VM während des Prozesses vor dem Übergang vom Quell- zum Ziel-Host. Diese Methode wird häufig bei einem vollständigen Wechsel zwischen Plattformen oder Regionen eingesetzt.

Eine Strategie für die Migration bevorzugt möglicherweise einen Migrationstyp gegenüber einem anderen, je nach Bedarf und den spezifischen Plattformen.

Warum Sie Ihre VMs migrieren sollten

YouTube-Video: Is OpenShift Virtualization right for your VMs? Dauer des Videos: 1:57

Migration Ihrer VMs und Aufrechterhaltung Ihrer Dynamik

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