Virtualisierung

Was ist Virtualisierung?

Die Virtualisierung ist ein Prozess, der die Erstellung mehrerer simulierter Computing-Umgebungen aus einem einzigen Pool physischer Systemressourcen ermöglicht. Sie wird häufig zur gleichzeitigen Ausführung mehrerer Betriebssysteme auf demselben Hardwaresystem verwendet.

Die Hardware ist von der Software getrennt

Durch die Virtualisierung werden Ressourcen, die früher nur in physischer Form verfügbar waren, z. B. Server, Datenspeichergeräte oder Desktop-Systeme, in eine digitale Form abstrahiert. Die Technologie separiert die physische Hardware von der Software, die auf ihr ausgeführt wird. Dadurch ist eine effizientere Nutzung von Hardwareressourcen möglich, da die Ressourcen großer Systeme in kleinere, effizientere und einfacher gemeinsam nutzbare Segmente aufgeteilt werden. Diese Segmente können dann mittels virtueller Maschinen (VMs) an mehrere unterschiedliche Anwendungen und Benutzer mit einer Vielzahl verschiedener Anforderungen verteilt werden. Zu den häufigsten Einsatzbereichen dieser Technologie gehört die Ausführung von Anwendungen, die für andere Betriebssysteme bestimmt sind, ohne dass sie auf einem bestimmten Hardwaresystem ausgeführt werden müssen.

Keine Abhängigkeit und Einschränkungen durch die physische Hardware

Die Virtualisierung sorgt auch für mehr Flexibilität und Kontrolle, da sie die Abhängigkeit von einer einzelnen Hardware beseitigt. Die auf einer VM ausgeführten Anwendungen haben Zugriff auf die gleichen Hardware- und Softwareressourcen, auf die sie bei der Ausführung auf ihrer eigenen dedizierten Maschine zugreifen könnten. Obwohl jedoch die VMs auf demselben Host-System ausgeführt werden können, ist jede VM isoliert. Das sorgt für mehr Sicherheit für sowohl andere VMs als auch für den Host.

Geschichte der Virtualisierung

Die Anfänge der Virtualisierung reichen bis zu den großen Mainframe-Computern in den 1960er Jahren zurück, als jedes dieser enorm großen Hardwaresysteme nur jeweils einen einzigen Prozess verarbeiten konnte. Irgendwann verlangten die Kunden, dass diese Systeme, die enorme Investitionen erforderten, mehr als nur einen Benutzer oder Prozess gleichzeitig unterstützen sollten. Ende der 1960er Jahre entwickelte IBM das Betriebssystem CP-67, einen frühen Hypervisor, der erstmals virtuellen Arbeitsspeicher für die System 360-Serverfamilie des Unternehmens bereitstellte. Es wurden jedoch noch weitere Lösungen entwickelt, die mehreren Benutzern die Arbeit auf einem einzigen Server ermöglichten, und die Virtualisierungstechnologie führte jahrzehntelang ein Nischendasein.

In den 1990er Jahren, als viele Unternehmen vor Herausforderungen mit IT-Stacks und Legacy-Anwendungen von einem einzelnen Anbieter standen, erkannten sie, dass sie ihre oft unausgelasteten Serverressourcen besser nutzen mussten. Durch die Einführung der Virtualisierung konnten sie nicht nur ihre Serverinfrastruktur effizienter partitionieren, sondern auch ihre Legacy-Anwendungen auf unterschiedlichen Betriebssystemtypen und -versionen ausführen. Die Verbreitung des Internets mit seinem umfangreichen Netzwerk unterschiedlicher Arten von Computern mit unterschiedlichen Betriebssystemen trug dazu bei, die Einführung der Virtualisierung voranzutreiben. Als die Virtualisierung häufiger eingesetzt wurde, reduzierte sie die Abhängigkeit von einzelnen Serveranbietern und bildete die Grundlage für die Entwicklung des Cloud-Computings.

Wie funktioniert die Virtualisierung?

Die Virtualisierung wird durch eine Softwareebene ermöglicht, die als Hypervisor bezeichnet wird. Diese Software abstrahiert die Ressourcen ihres Host-Systems – ob CPUs, GPUs, Arbeitsspeicher, Datenspeicher oder Netzwerkbandbreite – und verteilt sie dynamisch an eine Reihe virtueller Maschinen (VMs), die auf dem System ausgeführt werden, basierend auf den eingehenden Ressourcenanforderungen. Jede VM funktioniert wie eine einzelne Datendatei auf dem Host-System und kann einfach von einem System auf ein anderes oder sogar in die Cloud übertragen werden. Wenn sie wieder geöffnet wird, funktioniert sie genauso wie zuvor.

Arten der Virtualisierung

Während sich die Virtualisierungstechnologie weiterentwickelt, wird sie in immer mehr Bereichen eingesetzt.

  • Die Servervirtualisierung ist heute die häufigste Form der Virtualisierungstechnologie auf dem Markt. Server sind dafür ausgelegt, eine große Zahl von Aufgaben zu verarbeiten. Daher können viele Unternehmen enorm davon profitieren, wenn Server partitioniert werden, damit ihre Komponenten effizienter für mehrere Funktionen auf dem gesamten System genutzt werden können.
  • Bei der Speichervirtualisierung wird eine Gruppe von Servern von einem virtuellen Speichersystem verwaltet. Dieses System verwaltet den Datenspeicher aus mehreren Quellen und behandelt ihn wie einen einzigen Speicherpool, unabhängig von Hardwareunterschieden zwischen den Host-Systemen. Diese Virtualisierung vereinfacht die Durchführung von Sicherungs-, Archivierungs- und Wiederherstellungsaufgaben.
  • Die Anwendungsvirtualisierung entkoppelt die Anwendung vom Betriebssystem und von der Hardware, auf dem bzw. der sie ausgeführt wird. Die Endbenutzer greifen gewöhnlich auf virtualisierte Anwendungen auf einem Thin Client zu, während die Anwendung selbst auf einem mit dem Internet verbundenen Server im Rechenzentrum ausgeführt wird. Dies kann die Ausführung von Anwendungen vereinfachen, die ältere Betriebssystemversionen erfordern oder ein Risiko für andere Systemressourcen darstellen könnten.
  • Die Desktop-Virtualisierung, auch als virtuelle Desktop-Infrastruktur (VDI) bezeichnet, spiegelt die Desktop-Umgebung eines Benutzers in einem softwarebasierten System, auf das der Benutzer über das Internet zugreifen kann. Alle Elemente des physischen Arbeitsbereichs werden auf dem Server gespeichert und die Endbenutzer profitieren von einem ähnlichen Benutzererlebnis, unabhängig vom verwendeten Gerät. Alle Benutzerdaten und Programme befinden sich auf dem Host-Server, nicht auf dem Gerät der Endbenutzer.
  • Die Netzwerkvirtualisierung trennt virtuelle Netzwerke von der zugrunde liegenden Hardware. Virtuelle Switches werden für das gesamte Management der Netzwerke verwendet. Die Netzwerkvirtualisierung erleichtert Administratoren die Zuordnung und Verteilung von Ressourcen und sorgt damit für eine höhere und stabilere Netzwerkleistung.

Gängige Einsatzmöglichkeiten der Virtualisierung

Die Virtualisierung bietet Unternehmen jeder Größe Vorteile. Der Einstieg in die Virtualisierung mag zwar kompliziert erscheinen, aber die langfristigen Vorteile machen dies wieder wett.

Die Virtualisierung ermöglicht Unternehmen eine effizientere Nutzung ihrer IT-Infrastruktur. Mehrere VMs oder VDIs können auf einem einzigen Server gehostet werden, wodurch zusätzlich zu den Kosten für eine unzureichende Hardwareauslastung auch die Kosten für Stromversorgung und Kühlung gesenkt werden können. Weniger Hardware bedeutet wiederum, dass die Wartung und das Asset-Lifecycle-Management deutlich vereinfacht werden.

Die Servervirtualisierung ist entscheidend für viele Unternehmen, die zunehmend Remote- oder Hybrid-Arbeitsplätze einführen. VDIs, Remote Desktop Services (RDS), virtuelle Desktops und vergleichbare Technologien ermöglichen es den Mitarbeitern, produktiv zu bleiben – dank zuverlässiger Leistung und einfachem Zugriff auf die Dateien und Daten, die sie für ihre Arbeit benötigen.

Disaster Recovery (DR) ist ein weiterer Bereich, in dem die Virtualisierung häufig zum Einsatz kommt. VM-Dateien auf einer begrenzten Anzahl an Servern zu sichern, beansprucht viel weniger Zeit als die Sicherung von Daten auf einer Reihe dedizierter Maschinen. Durch die Virtualisierung ist es außerdem viel einfacher, Daten im Fall eines Hardwareausfalls oder eines anderen Notfalls auf andere physische Maschinen zu übertragen.

In der Software- oder Anwendungsentwicklung senkt die Virtualisierung die Kosten und vereinfacht die Bereitstellung neuer Ressourcen für Entwicklerteams. Neue VMs können nicht nur schnell eingerichtet werden, sondern sind auch von der zugrunde liegenden Infrastruktur und anderen VM-Instanzen auf demselben Host getrennt. Dadurch können etwaige Probleme in der Entwicklungsumgebung nicht zu Problemen auf dem übrigen System führen.

Die Sicherheitsvorteile von VMs kommen jedoch nicht nur bei Entwicklung und Tests zur Geltung. Wenn Sie auf verdächtige Dateien oder Daten zugreifen müssen, kann die betreffende Anwendung in einer Quarantäneumgebung oder „Sandbox“ ausgeführt werden, die nur minimale Systemressourcen und Datenspeicherkapazität nutzt. Werden Software und Anwendungen auf diese Weise voneinander getrennt, ist es schwieriger für Malware oder andere Sicherheitsbedrohungen, sich auf Ihrem System auszubreiten.

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