Was ist eine virtuelle Maschine und wie funktioniert sie?

Virtualisierung ist ein revolutionärer Ansatz für die Wiederverwendung von Hardware in der modernen Datenverarbeitung. Eine virtuelle Maschine, die es ermöglicht, ein ganzes Betriebssystem innerhalb der Software zu kapseln, ist von größter Bedeutung. Um virtuelle Maschinen zu verstehen und zu wissen, wie sie funktionieren, ist es wichtig, alles über sie zu wissen.

In diesem Artikel geben wir einen Einblick in die Funktionsweise virtueller Maschinen, indem wir die Arten, Mechanismen, Hypervisoren und die Vorteile, die sie bieten, besprechen.

Was ist eine virtuelle Maschine?

Eine virtuelle Maschine ist eine Computerressource, die zum Ausführen und Installieren von Anwendungen und Programmen auf Software angewiesen ist und nicht auf einen physischen Computer. Mehrere virtuelle Maschinen, die als „Gast“ bezeichnet werden, laufen auf einem „Host“-Rechner und arbeiten dort. Jeder Rechner läuft mit seinem eigenen Betriebssystem, so dass jedes virtuelle System isoliert von den anderen Rechnern funktioniert. Das bedeutet, dass zum Beispiel eine virtuelle Umgebung von MacOS auf einem PC laufen kann.

Es gibt viele Anwendungsfälle für virtuelle Maschinen, sowohl vor Ort als auch in der Cloud. Zum Beispiel haben virtuelle Maschinen in letzter Zeit Anwendungen in öffentlichen Cloud-Diensten gefunden. Derzeit stellen sie mehreren Nutzern gleichzeitig virtuelle Ressourcen für Anwendungen zur Verfügung, was Zeit und Kosten spart.

Arten von virtuellen Maschinen

Virtuelle Maschinen erfüllen je nach Art des VM-Hostings unterschiedliche Aufgaben. Sie können grob in zwei Gruppen eingeteilt werden:

1. Virtuelle Prozessmaschine: Diese VMs ermöglichen die Ausführung bestimmter Tools, als ob sie systemeigen wären oder von Haus aus integriert sind. So kann z. B. ein Windows-basierter Host-Computer eine virtuelle Java-Maschine nutzen, um Java-Anwendungen auszuführen. Virtuelle Prozessmaschinen schaffen eine plattformunabhängige Programmumgebung, indem sie Details über die Hardware und das Betriebssystem des Hosts verbergen.
2. Virtuelle Systemmaschine: Eine System-VM emuliert ein komplettes Betriebssystem und hat gleichzeitig Zugriff auf die physischen Eigenschaften des Hosts, wie z.B. RAM und Speicher. System-VMs ermöglichen es einem Windows-PC, einen Mac-Computer zu simulieren, indem er MacOS ausführt. Eine Systemplattform kann die physischen Ressourcen eines Hosts auf mehrere VMs aufteilen, von denen jede eine eigene Instanz des Betriebssystems besitzt.

Wie funktioniert eine virtuelle Maschine?

Eine virtuelle Maschine (VM) ist wie ein Computer, der in einen normalen Server eingebaut ist. Dieser Server hat alle üblichen Computerteile wie CPU-Kerne, ein Motherboard, Arbeitsspeicher (RAM), Speicherplatten und sogar einen Grafikprozessor (GPU). Auf dem Server kann bereits ein Betriebssystem (OS) installiert sein oder er arbeitet direkt mit einer speziellen Hypervisor-Software, die bei der Verwaltung der VMs hilft, ohne dass ein Betriebssystem benötigt wird.

Der Hypervisor ist die Software, die die Virtualisierung möglich macht. Sie hilft bei der Erstellung, Ausführung und Verwaltung von VMs und den Ressourcen, die sie auf dem physischen Server gemeinsam nutzen. Mit Hilfe des Hypervisors kann ein physischer Computer viele virtuelle Maschinen beherbergen.

Wenn ein IT-Experte eine neue virtuelle Maschine erstellen möchte, verwendet er dafür den Hypervisor. Er kann entscheiden, wie viel der physischen Ressourcen wie CPU-Leistung und Arbeitsspeicher jede VM erhält. Der Hypervisor überwacht auch, wie diese Ressourcen genutzt werden und stellt sicher, dass jede VM von den anderen getrennt bleibt. Jede VM hat ihr eigenes Betriebssystem, und der Hypervisor macht das möglich.

In einer virtuellen Welt ist es einfach, den Anteil der Serverleistung, den jede VM erhält, anzupassen. Auf diese Weise kann der Hypervisor viele virtuelle Maschinen auf nur einem physischen Server erstellen. Jede VM ist wie ein eigener kleiner Computer mit einem eigenen Betriebssystem und einem Anteil an den Ressourcen des Servers.

Arten von Hypervisoren

Hypervisoren benötigen keine Hardwarekomponenten, um zu funktionieren. Das System, auf dem sie laufen, muss jedoch über die richtigen Ressourcen verfügen, um die VMs und den Betrieb des Hosts zu unterstützen. Hypervisoren können in die folgenden zwei Typen eingeteilt werden:

• Hypervisoren des Typs 1, auch bekannt als Bare-Metal-Hypervisoren, laufen direkt auf dem physischen Host-Rechner und haben uneingeschränkten Zugriff auf die Hardwareressourcen. Diese Hypervisoren werden normalerweise auf Bare-Metal-Servern installiert und unterscheiden sich von Typ 2 durch ihre Effizienz und Leistung. Da nichts zwischen dem Hypervisor vom Typ 1 und der Hardware des Host-Servers liegt, ist er effizienter im Betrieb. Einige der Virtualisierungsaufgaben, die sich für diesen Hypervisor-Typ eignen, sind Server-, Desktop- und Anwendungsvirtualisierung. Einige Beispiele sind Microsoft Hyper-V und VMware ESXi.
• Hypervisoren vom Typ 2, die auch als Hosted Hypervisors bezeichnet werden, setzen auf dem Host-Betriebssystem auf, das mit den Hardwareressourcen interagiert. Sie funktionieren auf der Endbenutzerebene des Systems und basieren auf dem Typ des Hypervisors, der von den Endbenutzern verwendet wird. Hypervisoren vom Typ 2 werden jedoch auch für verschiedene spezifische Zwecke eingesetzt, z. B. zum Testen von Anwendungen in einer isolierten Umgebung oder zur Anwendungsentwicklung. Einige Beispiele sind VMware Workstation und Oracle VirtualBox.

Vorteile von virtuellen Maschinen

Die Vorteile, die dem Einsatz von virtuellen Maschinen zugeschrieben werden, entsprechen den wachsenden Anforderungen von Unternehmen, unabhängig von der Branche. Der offensichtlichste Vorteil ist, dass virtuelle Maschinen keine weiteren Hardwarekomponenten benötigen, sondern nur vorhandene Ressourcen nutzen. Das bedeutet, dass Unternehmen mehrere Maschinen betreiben können, ohne viel physischen Platz mit Servern zu benötigen oder zusätzliche physische Komponenten zu kaufen, die viele Vorteile bieten würden. Im Folgenden werden einige weitere Vorteile hervorgehoben:

Effiziente Ressourcennutzung

Durch die Erstellung zahlreicher VMs auf einem einzigen physischen Server kann die Ressourcenauslastung durch Virtualisierung maximiert werden. Manchmal nutzen die meisten Anwendungen nur einen Teil der vorhandenen physischen Ressourcen. Mit der VM-Bereitstellung können Unternehmen die Ressourcen aufteilen und sicherstellen, dass viele Anwendungen, die auf verschiedene VMs angewiesen sind, diese voll ausnutzen. Dadurch wird nicht nur sichergestellt, dass keine Ressourcen für eine bestimmte Anwendung verschwendet werden, sondern auch, dass das System die Gesamtleistung steigern kann.

Verbesserte Sicherheit

Die Isolierung der virtuellen Maschinen von den Host-Servern und anderen VMs ist ein entscheidendes Element der Virtualisierung. Sobald dies erreicht ist, arbeitet jede virtuelle Maschine isoliert und bildet eine sichere Sandbox, die ein VM-System vor Sicherheitsbedrohungen schützt, sei es von anderen VMs oder dem Host-Computer. Die Plattform ist so konzipiert, dass eine Sicherheitsbedrohung auf eine einzelne VM beschränkt bleibt. Dies schützt die anderen VMs und sorgt dafür, dass die potenziellen Risiken und Schäden für Anwendungen und sensible Daten minimal sind.

Portabilität

Das Wichtigste ist, dass virtuelle Maschinen sehr portabel sind. Sie können schnell zwischen physischen Servern und sogar verschiedenen Computerplattformen umziehen. Bei der kalten Migration werden die virtuellen Maschinen vorübergehend abgeschaltet, während sie bei der heißen Migration im laufenden Betrieb verschoben werden. Folglich können Unternehmen schnell zwischen ihren Räumlichkeiten und der Cloud wechseln oder von und zu einem anderen Cloud-Anbieter migrieren. Die Konsolidierung von Rechenzentren, die Implementierung von Technologien und der Geschäftsbetrieb werden sich dadurch weiter beschleunigen.

IaaS-Wolke

Virtuelle Maschinen sind ein wichtiger Bestandteil des Infrastructure-as-a-Service-Modells im Bereich des Cloud Computing. Betreiber von IaaS-Diensten ermöglichen es Unternehmen, Rechenressourcen nach Bedarf zu beziehen, um ihre Infrastruktur entsprechend den sich ändernden Anforderungen ihres Betriebs zu skalieren. Der Einsatz von VMs in IaaS-Umgebungen kann Unternehmen helfen, virtualisierte Arbeitslasten schnell bereitzustellen und zu kontrollieren. Außerdem wird die Ressourcennutzung maximiert und die Zeit, die für die Einführung neuer Programme benötigt wird, erheblich verkürzt.

Kosteneffizient

Virtualisierung spart Geld, indem sie sowohl interne als auch externe Ressourcen effizienter nutzt. Indem viele Server auf einem Gerät betrieben werden, sparen Unternehmen Geld für Serverraum, Kühlung, Stromverbrauch und Hardware, die sonst verschwendet würde. Außerdem können VMs zur Optimierung der Speicher- und Arbeitsspeichernutzung eingesetzt werden, so dass keine Investitionen in kostspielige Hardware-Upgrades und -Erweiterungen erforderlich sind.

Skalierbarkeit

Virtuelle Maschinen bieten eine unübertroffene Skalierbarkeit, die es Unternehmen ermöglicht, ihre Infrastruktur schnell und kostengünstig an veränderte Anforderungen anzupassen. Nutzer/innen können im Handumdrehen neue VMs erstellen und bestehende VMs klonen oder vergrößern/verkleinern, wenn sich die Arbeitslasten ändern. Die Skalierbarkeit macht es einfach, sich an die sich verändernden Marktbedingungen anzupassen, Wachstumsbestrebungen zu unterstützen und im heutigen Geschäftsumfeld wettbewerbsfähig zu bleiben.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass virtuelle Maschinen oder VMs ein integraler Bestandteil des modernen Computings sind, da sie eine effiziente Ressourcennutzung gewährleisten, die Cybersicherheit erhöhen und Anpassungsfähigkeit bieten. Um einen Wettbewerbsvorteil zu haben und die Welt da draußen zu verstehen, sollte man wissen, was VMs sind und wie sie eingesetzt werden. VM basieren auf Kostenoptimierung, ermöglichen ein schnelles Wachstum bei Bedarf und fördern die Innovation. Selbst jetzt, mit der Entwicklung und Verbesserung von KVM, bleibt VM die Zukunft des modernen Computings.

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