Was ist eine virtuelle Maschine?

Was ist eine virtuelle Maschine?

Eine virtuelle Maschine (VM) ist eine digitale Umgebung, die als virtuelle Compute-Ressource auf einem physikalischen Server arbeitet. Sie verwendet Software zur Ausführung und Bereitstellung von Anwendungen anstelle eines physikalischen Computersystems. Auf einem Server, dem Host, können viele VMs, oder Gäste, gleichzeitig laufen. Jede VM verfügt über ein eigenes Betriebssystem sowie über Arbeitsspeicher, Storage, CPU und Netzwerkschnittstellen, die unabhängig von anderen VMs auf dem Hardware-Host laufen. So kann auf einem physikalischen PC z. B. problemlos eine macOS- oder Linux-VM laufen.

VMs ermöglichen es, eine Vielzahl von Betriebssystemen gleichzeitig auf einem einzigen Computer auszuführen. Jede VM funktioniert unabhängig von den anderen und bietet ein Anwendererlebnis, das der eines nicht-virtuellen Rechners oder eines einzelnen Betriebssystems entspricht, wenn dieses auf einem einzigen physikalischen Rechner läuft. Endbenutzer können Anwendungen auf einer VM genauso nutzen wie auf ihrem dedizierten Hardware-Computersystem. Die meisten Endbenutzer, die remote auf Computersysteme zugreifen, würden nicht einmal wissen, ob sie mit einer VM oder einem dedizierten Computersystem arbeiten.

Wie funktionieren virtuelle Maschinen?

VMs basieren auf Virtualisierung, einer Technologie, die es ermöglicht, dass ein einziger physikalischer Server oder eine Computer-Workstation zahlreiche virtuelle Umgebungen hostet. Der Host-Computer verwendet eine Software, Hypervisor genannt, um die Rechen-, Netzwerk- und Storage-Ressourcen des Host-Computers zu managen und in einen einzigen Pool aufzuteilen, der je nach Bedarf an jede VM verteilt wird.

Wenn beispielsweise eine VM ausgeführt wird und der Anwender (oder die Anwendung) die VM anweist, etwas zu tun, wofür mehr Ressourcen benötigt werden, als ihr derzeit zur Verfügung stehen, würde der Hypervisor den Bedarf schnell erkennen und einen Teil des Pools oder der gemeinsam genutzten Ressourcen des Hosts neu zuweisen, um den Bedarf zu decken.

Da VMs praktisch als „Computer im Computer“ fungieren, können Unternehmen mit virtuellen Maschinen Dutzende von separaten Computersystemen auf einem einzigen Rechner betreiben. Jede VM kann in einem Anwendungsfenster oben im vorhandenen Betriebssystem des Host-Rechners ausgeführt werden. Anwender können Konfigurationen ändern und Aktualisierungen für ein VM-Betriebssystem vornehmen, wie sie es bei einem dedizierten Computer tun würden. Sie können auch Anwendungen auf der VM installieren oder löschen. Virtuelle Maschinen enthalten eine Reihe gemeinsamer Dateien, z. B. Protokolle, Konfigurationen, NVRAM-Einstellungen und eine virtuelle Festplattendatei.

Wofür werden virtuelle Maschinen verwendet?

Die Virtualisierungstechnologie gibt es schon seit Langem, aber mit der zunehmenden Beliebtheit von Remote-Arbeit und End-User-Computing werden VMs immer häufiger verwendet. Heute werden VMs aus vielen Gründen sowohl in On-Premises- als auch in Cloud-Umgebungen eingesetzt. Zu den Use Cases gehören:

• Serverkonsolidierung und Hardwareoptimierung – Dies ist einer der häufigsten Gründe, warum Unternehmen VMs einsetzen. Sie können damit ihren physikalischen Hardware-Fußabdruck reduzieren, ohne an Rechenleistung und Zugriff einzubüßen. Mit VMs müssen keine zusätzlichen physikalischen Server und Workstations gekauft werden. Dadurch können Unternehmen sowohl bei den Betriebskosten des Rechenzentrums als auch bei den Investitionskosten für die Ausrüstung sparen. Außerdem wird die Hardwareauslastung optimiert, da dedizierte Hardware in der Regel immer nur einen Bruchteil ihrer Gesamtressourcen nutzt.
• Zusätzliche Disaster Recovery-Optionen – VMs können Failover- und Redundanzfunktionen bieten, die früher nur durch den Kauf zusätzlicher Hardware möglich waren.
• Temporäre oder Ad-hoc-Test- und Entwicklungs-/Produktionsumgebungen – Da VMs voneinander getrennt sind, können sie eine gute Option für DevOps sein, um eine neue Anwendung zu testen oder bei Bedarf schnell eine Produktionsumgebung in einer sicheren Sandbox einzurichten. Sollte etwas nicht funktionieren, hat dies keinerlei Auswirkungen auf das Hostsystem.
• Beschleunigung der Workload-Migration – VMs sind hochgradig flexibel und portabel, was sie zu guten Kandidaten für eine schnellere und effizientere Migration macht.
• Schaffung hybrider Computing-Umgebungen – VMs erleichtern es Unternehmen, Workloads sowohl in der Cloud als auch On-Premises zu platzieren. Dies bietet ein gewisses Maß an Flexibilität, während herkömmliche Systeme weiterhin genutzt werden können.

Welche Arten von virtuellen Maschinen gibt es?

Es gibt zwei grundlegende Arten von virtuellen Maschinen:

System-VMs

Diese virtuellen Maschinen emulieren ein ganzes Computersystem, ähnlich wie wir es in den vorherigen Abschnitten beschrieben haben. Sie befinden sich in isolierten Partitionen eines physikalischen Servers oder einer Computer-Workstation und verfügen über eigene Betriebssysteme, Konfigurationen, Anwendungen und Services, die unabhängig voneinander laufen. Für diese Art von VM ist ein Hypervisor erforderlich, der jeder VM Ressourcen aus einem einzigen gemeinsamen Pool zuweist. Einige Beispiele für System-VMs sind Nutanix AHV, VMware Fusion und das Open Source Xen.

Prozess-VMs

Manchmal auch als Anwendungs-VMs oder verwaltete Laufzeitumgebungen (managed runtime environments, MREs) bezeichnet, werden Prozess-VMs eingerichtet, um einen einzelnen Prozess vorübergehend als Anwendung auszuführen – zum Beispiel, um Java-Programme oder das Microsoft .NET Framework auszuführen. Diese virtuellen Maschinen sind im Wesentlichen Laufzeitumgebungen für diesen bestimmten Prozess und sie sind nicht von einer Plattform abhängig. Sie bieten einen hohen Grad an Abstraktion, der dazu dient, das Betriebssystem des Hosts und andere Hardware zu „verbergen“. Prozess-VMs sind temporär; sie werden erstellt, wenn ein Anwender einen bestimmten Prozess startet, und sie werden zerstört, sobald dieser Prozess abgeschlossen ist.

Virtuelle Maschinen und Cloud Computing

Public-Cloud-Provider setzen verstärkt auf Virtualisierung und VMs, da sie mehr Flexibilität und Skalierbarkeit bei Workloads anstreben und eine Vielzahl von Anwendungen auf verschiedenen Betriebssystemen besser unterstützen wollen.

Eine VM in der Cloud funktioniert genauso wie eine VM auf einem Server im Rechenzentrum eines Unternehmens – der einzige Unterschied besteht darin, dass die Cloud-VM im Rechenzentrum eines Cloud Service-Providers gehostet wird und nicht in Ihrem.

Cloud-VMs gibt es in der Regel in zwei verschiedenen Varianten:

Single-Tenant-VMs

Eine Single-Tenant-VM ist für die Nutzung durch einen einzelnen Kunden (in der Regel ein Unternehmen) vorgesehen. Eine solche VM kann entweder ein dedizierter Host oder eine dedizierte Instanz sein.

• Ein dedizierter Host bedeutet, dass der Kunde den gesamten physikalischen Rechner mietet und als einziger berechtigt ist, die Hardware, VMs, Anwendungen, Software und alles andere, was sich auf dem Host befindet, zu nutzen. Dieses VM-Modell wird von Kunden bevorzugt, die ultimative Flexibilität und Transparenz in Bezug auf die Hardware sowie absolute Kontrolle darüber wünschen, wo Workloads platziert werden.
• Dedizierte Instanzen bieten weiterhin Isolation von anderen Kunden und Kontrolle über die Platzierung von Workloads, sind aber nicht an einen bestimmten physikalischen Rechner gebunden. Der Cloud-Service-Provider stellt dem Kunden dedizierten Speicherplatz auf einem Host-Rechner zur Verfügung, aber wenn die Instanz z. B. neu gestartet wird, könnte er auf einem anderen Rechner an einem völlig anderen geografischen Standort laufen. Der Kunde würde dies jedoch wahrscheinlich nicht bemerken, da das Erlebnis und die Performance der VM identisch wären.

Multi-Tenant-VMs

Diese auch als Public VMs bezeichneten mandantenfähigen VMs werden von mehreren Kunden über eine physikalische Infrastruktur mit mehreren Anwendern gemeinsam genutzt. Die Daten jedes Kunden sind von denen aller anderen Kunden isoliert, aber die Kunden teilen sich einen einzigen Satz von Anwendungen, Datenbanken und Serverressourcen. Sie bieten zwar nicht den gleichen hohen Grad an Trennung und Anpassungsmöglichkeiten, den einige Kunden bevorzugen, sind aber hoch skalierbar und kostengünstig, da sie in der Regel zu einem niedrigeren Preis als Single-Tenant-VMs erhältlich sind. 

Vorteile virtueller Maschinen

• Vereinfachung von Management, Administration und Wartung durch die Reduzierung der Anzahl physikalischer Rechner, die aktualisiert, gesichert usw. werden müssen.
• Verbesserte Hardwareauslastung und Effizienz, da mehrere VMs die Ressourcen eines Hosts besser nutzen als eine einzelne Instanz.
• Geringere Migrationskosten, da herkömmliche Anwendungen auf VMs ausgeführt werden können, sodass diese nicht auf neuere Umgebungen und Betriebssysteme migriert werden müssen. J
• Reduzierte Hardwarekosten dank des geringeren Bedarfs an physikalischen Rechnern und peripherer Hardware. Dies führt auch zu niedrigeren Betriebskosten im Rechenzentrum.
• Stärkere Sicherheit durch die Isolierung der VMs voneinander: Wenn eine VM angegriffen wird, sind die anderen VMs auf demselben Rechner nicht gefährdet.
• Höhere Flexibilität und Skalierbarkeit, da VMs hochgradig portabel sind und je nach Bedarf auf andere Hosts verschoben, kopiert oder neuen Hosts zugewiesen werden können.

Herausforderungen virtueller Maschinen

VMs bieten eine Fülle von Vorteilen gegenüber physikalischen Host-Rechnern, aber sie bringen auch einige Herausforderungen mit sich:

• Möglicherweise schlechtere Performance als bei physikalischen Rechnern, abhängig von der Konfiguration und der Anzahl der VMs, die auf einem einzelnen Host verwendet werden.
• Viele VMs könnten negativ beeinträchtigt werden, wenn der physikalische Host ausfällt – ein Absturz kann große Auswirkungen haben, wenn Dutzende von VMs vom Betrieb eines einzigen Servers abhängig sind.
• Die Sicherung von VMs kann eine Herausforderung sein und erfordert ein hohes Maß an Fachkenntnis
• Die Konsolidierung virtueller Festplatten oder das Zusammenführen von VM-Festplattendateien, die erstellt wurden, nachdem das System VM-Snapshots erstellt hat, kann komplex und schwierig zu managen sein.

Warum sollten Unternehmen virtuelle Maschinen verwenden?

Unternehmen verwenden VMs aus einer Vielzahl von Gründen, von denen wir viele in früheren Abschnitten behandelt haben. Während VMs ursprünglich bereits in den 1960er-Jahren eingesetzt wurden, um Daten für alle Anwender zu isolieren, die sich einen großen Mainframe-Computer teilten, werden sie heute eher von Unternehmen genutzt, um die Hardwareauslastung zu erhöhen, den physikalischen Hardware-Fußabdruck zu reduzieren und Kosten für die Ausrüstung und physikalische Operations zu sparen.

Die Virtuelle Desktop-Infrastruktur (VDI) ist ebenfalls eine wichtige Triebfeder für den Einsatz von VMs in Unternehmen. VDI-Plattformen ermöglichen es Mitarbeitern, von Remote-Standorten und -Geräten aus auf ihre Desktops zuzugreifen – ein eindeutiges Plus, da Remote- und Hybrid-Arbeitsmodelle immer beliebter werden.

Da Unternehmen zunehmend Workloads in die Cloud verlagern, nutzen sie Cloud-basierte VMs, um hybride Umgebungen zu schaffen und eine Infrastruktur neben ihren herkömmlichen On-Premises-Umgebungen aufzubauen.

Die Sicherheitsvorteile, die der Einsatz von VMs mit sich bringt, sind ein weiterer Pluspunkt, denn die getrennten VMs bieten eine zusätzliche Schutzschicht, wenn Systeme angegriffen werden.

Wenn Sie zu all den anderen Vorteilen noch das große Potenzial für Kosteneinsparungen und extreme Skalierbarkeit hinzufügen, wird klar, warum VMs zu wichtigen Komponenten der modernen IT-Infrastruktur von Unternehmen geworden sind.

Wie kann ich eine virtuelle Maschine erstellen?

Unternehmen haben viele Möglichkeiten, wenn es um die Auswahl einer Virtualisierungsplattform geht. Die meisten Plattformen bieten vereinfachte Prozesse für die Erstellung und Implementierung neuer virtueller Maschinen. Viele Lösungen verfügen sogar über praktische Einrichtungsassistenten oder Vorlagen, die den Einstieg erleichtern.

Während viele Virtualisierungsplattformen für Unternehmen konzipiert sind und eine Menge fortschrittlicher Funktionen und Anpassungsmöglichkeiten bieten, gibt es auch einfache kostenlose Virtualisierungsplattformen. Ein Beispiel ist das Open-Source-Programm VirtualBox von Oracle.

Warum sollten Sie Nutanix wählen?

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