Virtualisierung

Was ist Virtualisierung?

Bei der Virtualisierung wird ein Hypervisor oder Virtual Machine Monitor (VMM) verwendet, um Hardware und Software zu trennen. So funktioniert diese Unterscheidung:

Hypervisor:

• Typ 1 (Bare Metal): Dieser Hypervisor läuft auf Hardware ohne Betriebssystem. VMs erhalten Hardwareressourcen direkt davon.
• Typ 2 (gehostet): Dieser Hypervisor verwaltet Hardwareschnittstellen und abstrahiert VMs auf einem Betriebssystem.

Virtuelle Maschinen:

• VMs führen ihr eigenes Gastbetriebssystem und ihre eigenen Anwendungen aus. Jede VM scheint über dedizierte Hardware zu verfügen, da der Hypervisor CPU, Arbeitsspeicher, Datenspeicher und Netzwerkverbindungen zuweist.

Abstrahieren und emulieren:

• Der Hypervisor isoliert physische Hardware, indem er den VMs virtualisierte Netzwerkschnittstellen und Datenspeichercontroller bereitstellt. Dank dieser Abstraktion können VMs Betriebssysteme und Anwendungen ohne Hardwarezugriff ausführen.

Ressourcen verwalten:

• Der Hypervisor verteilt Hardwareressourcen an VMs, um die Systemleistung zu maximieren. Er trennt Ressourcen, sodass die Aktivität einer VM keine Auswirkungen auf andere hat.

Hardwaregestützte Virtualisierung:

• Moderne CPUs bieten Virtualisierungserweiterungen wie Intel VT-x und AMD-V, welche die Hypervisor-Leistung steigern und die VM-Hardware-Isolierung verbessern, wodurch die Effizienz gesteigert wird.

Gerätetreiber:

• Der Hypervisor stellt dem Gastbetriebssystem in virtualisierten Einstellungen virtuelle Gerätetreiber bereit und verbindet virtuelle Treiber mit der tatsächlichen Hardware.

Durch die Virtualisierung wird die Softwareumgebung von der eigentlichen Hardware getrennt, wodurch flexible, effiziente und isolierte Computerressourcen ermöglicht werden.

Bei der Virtualisierung ist es relativ, was „keine Abhängigkeit und Einschränkungen von physischer Hardware“ bedeutet. Durch die Virtualisierung werden die Anforderungen an die Hardwareeinrichtung minimiert und viele Hardwarebeschränkungen werden überwunden, die Notwendigkeit tatsächlicher Hardware besteht jedoch weiter. So reduziert Virtualisierung Abhängigkeiten und Einschränkungen:

Abstraktion der Hardware:

• Virtuelle Maschinen (VMs) verwenden über den Hypervisor virtuelle Hardware, die unabhängig von der tatsächlichen Hardware ist. Beispielsweise können VMs zwischen Servern mit unterschiedlichen Hardwarespezifikationen verschoben werden, ohne das Gastbetriebssystem oder die Anwendungen zu ändern.

Standardmäßige virtuelle Hardware:

• Virtuelle Netzwerkadapter, Datenspeichercontroller und CPUs sind in VMs alltäglich. Durch die Standardisierung können VMs auf jeder geeigneten physischen Hardware ausgeführt werden, unabhängig von Hardwareabweichungen.
• Da Gastbetriebssysteme und Anwendungen nur mit virtueller Hardware kommunizieren, gibt es weniger Kompatibilitätsprobleme.

Kompatibilität mit Hardware:

• Hypervisoren können gemischte Hardwareumgebungen verwalten, da sie eine Vielzahl physischer Geräte und Treiber unterstützen.
• Diese Interoperabilität ermöglicht es Unternehmen, in virtualisierten Umgebungen verschiedene Hardwaremarken und -modelle einzusetzen.

Live-Migration:

• Durch Virtualisierung ist eine Live-VM-Übertragung zwischen physischen Hosts ohne Ausfallzeiten möglich. Diese Funktion ist besonders wichtig für den Lastausgleich, die Wartung und die Notfallwiederherstellung.
• Die Live-Übertragung verbessert die Verfügbarkeit und die Workload-Flexibilität, indem sie die Serverabhängigkeit verringert.

Flexibilität und Ressourcenpooling:

• Virtualisierte VMs können CPU, Arbeitsspeicher, Datenspeicher und Netzwerkressourcen gemeinsam nutzen. Die dynamische Ressourcenzuweisung wird wechselnden Anforderungen gerecht.
• Workloads sind nicht an die Hardware gebunden und Ressourcen können auf den Bedarf reagieren.

Redundanz und Fehlertoleranz:

• Virtualisierungsplattformen bieten häufig Fehlertoleranz und Redundanz. Fällt ein physischer Server aus, können VMs auf einem anderen Cluster-Host fortgesetzt werden.
• Diese Regelung erhöht die Ausfallsicherheit und verringert die Auswirkungen von Hardwarefehlern auf die Serviceverfügbarkeit.

Skalierbarkeit:

• Virtualisierte Setups können durch Hinzufügen physischer Server problemlos erweitert werden. Neue Ausrüstung lässt sich reibungslos und unterbrechungsfrei integrieren.
• Diese Skalierbarkeit ermöglicht steigende Workloads und sich ändernde Geschäftsanforderungen ohne Serverbeschränkungen.

Unterstützung mehrerer Plattformen:

• Durch Virtualisierung können viele Betriebssysteme und Anwendungen unabhängig von der Hardwarekompatibilität auf einem Server ausgeführt werden. Betriebssysteme wie Windows, Linux und andere können koexistieren.

Durch die Virtualisierung werden die hardwarespezifischen Anforderungen und Einschränkungen erheblich verringert. Dennoch bleibt die echte Hardware unverzichtbar. Die Qualität und Verwaltung der physischen Infrastruktur wirken sich auf die Leistung, Zuverlässigkeit und Kapazität virtualisierter Setups aus. Um die Vorteile der Virtualisierung maximal auszunutzen, sind Planung und Ressourcenverwaltung erforderlich.

Kosteneinsparungen und Effizienz:

• Virtualisierung spart Geld durch Konsolidieren der Infrastruktur und Reduzieren der Hardware-Kosten bei gleichzeitiger Platzeinsparung.
• Sie verbessert die Ressourcenauslastung sowie die Energieeffizienz und optimiert das Infrastrukturmanagement, um Kosten einzusparen.

Skalierbarkeit und Flexibilität:

• Virtualisierung ermöglicht eine schnelle Bereitstellung virtueller Ressourcen und eine schnelle Skalierbarkeit, um sich verändernde Anforderungen zu erfüllen.
• Sie bietet eine flexible und kosteneffiziente Ressourcen-Zuordnung durch effektive bedarfsgerechte Skalierung basierend auf den Workload-Anforderungen.

Disaster Recovery und Business Continuity:

• Virtualisierung gewährleistet Datenschutz und Hochverfügbarkeit durch Funktionen wie beispielsweise Replikation und Live-Migration zur Sicherstellung der Business Continuity.
• Sie ermöglicht Disaster Recovery-Strategien wie Standort-Failover, minimiert Ausfallzeiten und gewährleistet die Datensicherheit.

Test- und Entwicklungsumgebungen:

• Virtualisierung vereinfacht das Einrichten isolierter Testumgebungen, reduziert Konflikte und gewährleistet präzise Resultate.
• Sie beschleunigt Test- und Entwicklungszyklen durch schnelle Bereitstellung und Replikation virtueller Umgebungen und mehr Effizienz bei Software-Entwicklungen sowie Tests.

Kapazitätsplanung und Leistungsoptimierung:

• Bewerten der Ressourcen-Anforderungen und entsprechende Kapazitätsplanung, um eine effiziente Ressourcennutzung sicherzustellen.
• Verbessern der Systemleistung durch Optimieren der Workload-Platzierung und Anpassen der Ressourcen-Zuordnungen mithilfe von Techniken zur Leistungsabstimmung.

Sicherheits- und Compliance-Maßnahmen:

• Verstärken der Sicherheit virtualisierter Umgebungen durch Implementieren von Sicherheitskontrollen wie Netzwerk-Segmentierung und Zugriffssteuerung.
• Compliance-Abwägungen wie Datenschutzvorschriften zur Sicherstellung der Compliance innerhalb virtualisierter Umgebungen.

Disaster-Recovery-Strategien und Sicherung:

• Schutz vor Datenverlust und Ermöglichen einer Wiederherstellung durch Implementieren spezieller Sicherungs- und Wiederherstellungsverfahren für virtualisierte Systeme.
• Sicherstellen der Business Continuity durch umfassende Disaster Recovery-Planung, einschließlich regelmäßiger Tests, um einen effektiven Umgang mit Unterbrechungen zu ermöglichen.

Virtualisierung in Cloud-Umgebungen:

• Anwenden der Virtualisierung in Public Cloud-, Private Cloud- und Hybrid Cloud-Umgebungen für eine flexible Ressourcen-Zuordnung und Skalierbarkeit.
• Optimieren des Virtualisierungsmanagements in Cloud-Implementierungen mithilfe von Cloud-Management-Plattformen, Automatisierung und Ressourcen-Optimierung.