Was ist eine virtuelle Maschine (VM)?

Eine virtuelle Maschine (VM) ist eine Computing-Umgebung, die als isoliertes System mit CPU, Speicher, Netzwerkschnittstelle und Storage fungiert und aus einem Pool von Hardwareressourcen erstellt wurde. Eine Software namens Hypervisor isoliert die notwendigen Computing-Ressourcen und ermöglicht das Erstellen und Verwalten von VMs.

Die physische Maschine, auf der die VMs ausgeführt werden, wird als Host-Maschine, Host-Computer, Host-Betriebssystem oder auch einfach als Host bezeichnet. Die vielen VMs, die ihre Ressourcen verwenden, werden als Guest-Maschinen, Guest-Computer, Guest-Betriebssysteme oder einfach als Guests bezeichnet. Der Hypervisor behandelt die Computing-Ressourcen (wie CPU, RAM und Storage) als einen Pool von Ressourcen, die problemlos auf Guests oder neue VMs verteilt werden können.

Mit VMs können Sie mehrere verschiedene Betriebssysteme gleichzeitig auf einem einzelnen Computer ausführen – wie etwa eine Linux®-Distribution auf einem MacOS- oder Windows-System. Die Betriebssysteme werden genauso ausgeführt wie Betriebssysteme oder Apps auf der Host-Hardware. Daher ist die in der VM emulierte Endbenutzererfahrung nahezu identisch mit einer Echtzeit-Betriebssystemerfahrung, die auf einer physischen Maschine ausgeführt wird. 

Mit dem Begriff Virtualisierung wird Technologie bezeichnet, die Ressourcen nutzt, die traditionell an Hardware gebunden sind. So sind Sie in der Lage, die vollständige Kapazität einer einzelnen physischen Maschine durch Verteilung ihrer Funktionen auf viele Nutzende oder Umgebungen auszuschöpfen.

Arten der Virtualisierung:

• Datenvirtualisierung, mit der Unternehmen Datenquellen in einer einzigen, dynamischen Bereitstellung konsolidieren können

• Desktop-Virtualisierung, die das Bereitstellen und Kontrollieren mehrerer simulierter Desktop-Umgebungen über einen zentralen Administrator ermöglicht

• Server-Virtualisierung, mit der Administrationsteams Server in Konfigurationen partitionieren können, die spezielle Funktionen erfüllen

• Betriebssystem-Virtualisierung, mit der Sie mehrere Betriebssysteme auf einem einzigen Rechner ausführen können

• Network Functions Virtualization, die die Funktionen eines Netzwerks (wie beispielsweise Directory Services, gemeinsame Dateinutzung und IP-Konfiguration) trennt, sodass sie über mehrere Umgebungen hinweg verteilt werden können

Eine VM kann in einer einzigen Datendatei definiert werden. Diese Datei kann von einem PC auf einen anderen verschoben werden, lässt sich an beiden Orten öffnen und funktioniert dort auf die gleiche Art und Weise. Ein Hypervisor verwaltet die Hardware und trennt die physischen Ressourcen von den virtuellen Umgebungen. Ressourcen werden je nach Bedarf von der physischen Umgebung an die VMs partitioniert. Die physische Hardware übernimmt nach wie vor die Ausführung. Das heißt, die CPU führt nach wie vor CPU-Befehle aus, wie sie beispielsweise von den VMs angefordert werden, während der Hypervisor die Planung übernimmt.

Wenn die entsprechende VM ausgeführt wird und eine nutzende Person oder ein Programm Anweisungen ausgibt, die zusätzliche Ressourcen von der physischen Umgebung anfordert, sendet der Hypervisor diese Anforderung an die Ressourcen des physischen Systems, damit Betriebssystem und Anwendungen der VM auf den gemeinsamen Pool an physischen Ressourcen zugreifen können.

In Linux®-Umgebungen wird der integrierte Hypervisor als Kernel-based Virtual Machine (KVM) bezeichnet. Weitere Optionen sind Xen, ein Open Source-System, und Microsoft Hyper-V.

Es gibt zwei Typen von Hypervisoren, die für die Virtualisierung eingesetzt werden können.

Typ 1

Ein Hypervisor vom Typ 1 ist ein Bare Metal-Hypervisor. VM-Ressourcen werden vom Hypervisor direkt der Hardware zugewiesen. KVM ist ein Beispiel für einen Hypervisor vom Typ 1.

Typ 2

Ein Hypervisor vom Typ 2 ist ein gehosteter Hypervisor. VM-Ressourcen werden beim Host-Betriebssystem angefordert, das dann auf der Hardware ausgeführt wird. VMware Workstation und Oracle VirtualBox sind Beispiele für einen Hypervisor vom Typ 2. 

Mit Virtualisierung können mehrere unterschiedliche Betriebssysteme nebeneinander ausgeführt werden, wobei sie sich dieselben virtualisierten Hardwareressourcen teilen. Ohne Virtualisierung können Sie nur 1 Betriebssystem auf der Hardware ausführen.

Einer der wichtigsten Gründe für die Nutzung von VMs ist die Serverkonsolidierung. Die meisten Betriebssysteme und Anwendungsbereitstellungen in Bare Metal-Umgebungen nutzen lediglich einen kleinen Teil der verfügbaren physischen Ressourcen. Durch die Virtualisierung Ihrer Server können Sie zahlreiche virtuelle Server auf jedem physischen Server platzieren und so die Hardwarenutzung optimieren.

Auf diese Weise müssen Sie keine zusätzlichen Ressourcen wie Speichermedien erwerben und können dazu den Bedarf an Strom, Platz und Kühlung Ihres Rechenzentrums verringern. VMs bieten zudem Disaster Recovery-Optionen durch Failover und Redundanz, die zuvor nur mit zusätzlicher Hardware möglich waren.

Eine VM liefert eine Umgebung, die vom Rest des Systems isoliert ist. Das heißt, all das, was in einer VM ausgeführt wird, kommt nicht mit anderen Daten auf der Hardware in Kontakt.

Durch diese Isolierung sind VMs für das Testen neuer Anwendungen oder das Einrichten einer Produktivumgebung ideal geeignet. Sie können außerdem eine VM ausführen, die nur einen einzigen speziellen Prozess unterstützt.

Die Virtualisierung ist eine der Technologien, die das Cloud Computing ermöglicht. 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, Automatisierungsskripts und Kunden aufrechterhält.

Red Hat hat bereits viele wichtige Beiträge zur Entwicklung von Open Source-Virtualisierungssoftware geleistet. Heute können IT-Teams mit Red Hat® OpenShift® Virtualization, einer Funktion von Red Hat OpenShift, virtuelle Maschinen (VMs) in containerisierte Workflows einbinden. Durch Ausführen einer VM innerhalb eines Containers können Teams VMs parallel zu Containern auf einer einzigen Plattform bereitstellen und verwalten. So können Unternehmen von ihren bereits getätigten Virtualisierungsinvestitionen profitieren und gleichzeitig die Vorteile der Einfachheit und Geschwindigkeit einer modernen Anwendungsplattform nutzen.

Vorhandene virtuelle Maschinen können mithilfe von kostenlosen, intuitiven Migrationstools von anderen Plattformen auf die OpenShift-Anwendungsplattform migriert werden. Die daraus resultierenden VMs werden neben Containern auf denselben Red Hat OpenShift Knoten ausgeführt.