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11.02.2011 Bertram Wöhrmann*

FAQ: Alles über Virtualisierung

Virtualisierung in unterschiedlichsten Ausprägungen gehört zu den heißesten Themen in der Unternehmens-IT. Hier finden Sie Antworten auf die wichtigsten Fragen.

Kaum ein IT-Manager kommt heute noch an Techniken zur Virtualisierung vorbei. Zu überzeugend sind die potenziellen Vorteile für eine effizientere und flexiblere IT-Infrastruktur. Doch die Begriffsvielfalt rund um die diversen Ausprägungen und Software-Tools wächst stetig. Wurden anfangs vor allem Server im Data Center virtualisiert, geht es inzwischen längst auch um virtuelle Netze, Storage- und Desktop-Systeme. Lesen Sie, was wirklich hinter den Buzzwords steckt und welche Vor- und Nachteile die diversen Varianten mit sich bringen.

Wann lohnt sich Server-Virtualisierung? Virtualisierung trennt Software (Anwendungen etc.) von der darunter liegenden Hardware (Server, Speicher) durch eine logische Schicht. Besteht die IT-Infrastruktur nur aus ein oder zwei Systemen, dann ist die Virtualisierung und Konsolidierung von Servern und deren Peripherie nicht besonders interessant. Betreibt ein Unternehmen hingegen Dutzende oder Hunderte Server, lassen sich je nach Virtualisierungslösung realistische Konsolidierungsraten von 1:5 bis 1:100 erzielen. Dadurch sinken die Betriebskosten (Energie, Platz, Klimatisierung) sowie der Wartungs- und Administrationsaufwand für die Hardware erheblich. Darüber hinaus wird der Lifecycle von Applikationen von der Hardware entkoppelt und erhöht somit die Laufzeit von Systemen. Die hohen Konsolidierungsraten sind auf die geringe durchschnittliche Auslastung physikalischer Server zurückzuführen, die mit nur einem Betriebssystem und meist sehr wenigen Applikationen betrieben werden.

Wie kann Virtualisierungssoftware die Hardware optimal nutzen? Mit Hilfe so genannter Resource-Manager können sowohl virtuelle Maschinen (VM) gegenüber anderen VMs priorisiert als auch die physikalische Hardware nach vielen verschiedenen Kriterien partitioniert werden. Manche Produkte erlauben es sogar, VMs - abhängig von der Last des physikalischen Basissystems (Host) - im aktiven Zustand auf andere, weniger belastete Systeme zu verschieben. Durch intelligente Ressourcenverwaltung lässt sich demnach eine Symbiose zwischen Ressourcenkonsolidierung und gleichzeitiger Leistungsoptimierung der Anwendungen erreichen.

Welche zusätzlichen Vorteile bietet die Server-Virtualisierung? Ein weiteres Plus ist die durch Einführung einer Virtualisierungsschicht zwischen physikalischer Hardware und den logischen Teilen (Gast-Betriebssystem und Applikation) erzielte Hardwareunabhängigkeit. Sie eröffnet neue Backup-Möglichkeiten und vereinfacht die Wiederherstellung (Recovery) der Gast-Betriebssysteme erheblich. Letztere ist räumlich nicht beschränkt, so dass virtuelle Systeme auch über das Internet verteilt (Virtual Appliances) werden können.

Die Nutzung von Templates beziehungsweise das schnelle Klonen oder Erstellen von VMs ist ein weiterer wichtiger Vorteil virtueller Umgebungen. Wichtig ist dabei aber ein Regelwerk beziehungsweise ein Lifecycle-Management für VMs, damit ein Wildwuchs verhindert wird und Unternehmen jederzeit Herr ihrer Infrastruktur sind.

Wie funktioniert Server-Virtualisierung? Im Gegensatz zu klassischen Emulatoren arbeiten Systeme zur Server-Virtualisierung (Server-Virtualisierer) direkt mit dem physikalischen Prozessor und dem Hauptspeicher der Host-Hardware. Lediglich Einsteckkarten (Grafikkarte, Netzadapter, Festplatten-Controller) und Peripherie wird emuliert. Dabei gibt es bei einigen Herstellern auch die Möglichkeit, Hardwarekomponenten direkt mit der virtuellen Maschine zu verbinden. Dabei verlieren Nutzer aber die Beweglichkeit der VM. Das bedeutet, dass sie nicht mehr in der Lage sind, eine VM im laufenden Betrieb auf einen anderen Host zu verschieben. Es kann dem Gastsystem aber auch, statt des physikalischen Geräts, ein nicht vorhandenes logisches Gerät bereitgestellt werden. So lassen sich die physikalischen Ressourcen optimal ausnutzen. Durch die Nutzung von logischen Geräten wird eine Hardwareunabhängigkeit erreicht.

Ein Nachteil hat sich bei der Virtualisierung bis heute gehalten: Da das Gastsystem über den physikalischen Prozessor Bescheid weiß und das Betriebssystem entsprechend arbeitet, ist eine aktive Migration zwischen Host-Systemen mit Prozessoren unterschiedlicher Herstellern - etwa AMD und Intel - nicht möglich.

Welche Formen der Server-Virtualisierung gibt es? Bei der Server-Virtualisierung lassen sich grob drei Ansätze unterscheiden: Komplett-, Para- und Betriebssystem-Virtualisierung. Mit der Einführung von Prozessorvirtualisierungstechniken (AMD-V, Intel VT-x), die insbesondere als Erweiterung durch Paravirtualisierungs-Software genutzt werden, ist eine Unterart der Komplettvirtualisierung entstanden.

Was versteht man unter Komplett-Virtualisierung? Technisch gesehen wird bei der Komplett-Virtualisierung jedem Gastsystem, unabhängig von der realen Host-Hardware, eine angepasste standardisierte virtuelle Hardware präsentiert. Letztere wird für jede aktive VM in einem eigenen unabhängigen Prozess durch die Virtualisierungsschicht bereitgestellt, also: 10 VMs = 10 x Hardwareprozess. Prozessor- und Hauptspeicherzugriffe werden direkt (jedoch nicht zwingend unverändert) an die physikalische Hardware durchgereicht, andere Geräte werden "emuliert". Diese werden je nach Notwendigkeit durch die Virtualisierungsschicht angepasst.

Die Emulierung der Hardware (Massenspeicher, Netz und Grafik) kostet jedoch Systemleistung, die dem Gesamtsystem verloren geht ("Virtualisierungsschwund"). Der Leistungsverlust bewegt sich je nach Virtualisierungssoftware und Zugriffsart der Gastsysteme zwischen zwei und 25 Prozent. Die Hersteller von Virtualisierungssoftware arbeiten aber daran, die Treiber für die virtuellen Komponenten weiter zu optimieren, um den Virtualisierungschwund weiter zu reduzieren.

Die VMs und damit die im Gast installierten Betriebssysteme wissen nichts von der virtuellen Hardware, arbeiten also wie mit Physik und benötigen daher im einfachsten Fall nur die vom Hersteller mitgelieferten Treiber.

Welche Varianten der Komplett-Virtualisierung gibt es? Bei den Komplettvirtualisierern wird zwischen "Hosted" und "Hypervisor"-Produkten unterschieden: Ein Hosted Produkt (etwa VMware Server, Microsoft Virtual Server) benötigt ein auf der Hardware installiertes Betriebssystem, das heißt: Microsoft Virtual Server wird auf dem Windows 2003 Server installiert. Die Virtualisierungslösung nutzt den Hardwarezugriff des Host-Betriebssystems und greift selbst nicht direkt auf die Hardware zu.

Hypervisor-Produkte, die sich als Standard für die Virtualisierung im Data Center etabliert haben, wiederum setzen dagegen direkt auf der Hardware auf und benötigen keine vorherige Betriebssystem-Installation. Das setzt allerdings vom Hypervisor unterstützte Hardware voraus. Xen (Xen-basierende Produkte: Citrix XenServer, Virtual Iron), VMware ESX und Microsoft Hyper-V sind Hypervisor-Produkte.

Hinsichtlich der Geschwindigkeit ist die Hosted-Virtualisierungslösung dem Hypervisor-Produkt unterlegen, punktet jedoch bei der Treiberunterstützung.

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