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Cloud & Hosting
Virtualisierung einfach erklärt
17.01.2025
12 Min.
Die Virtualisierung von Arbeitsplatz- und Serverumgebungen reduziert Hardwarekosten und spart Ressourcen. Besonders effektiv und einfach ist Virtualisierung in der Cloud, wo Rechenleistung und Speicherplatz dafür quasi unbegrenzt zur Verfügung stehen.
Die Cloud dient schon lange nicht mehr nur als Datenspeicher. Per Software-as-a-Service können Sie Business-Anwendungen über die Cloud nutzen. Mit Plattform-as-a-Service verlagern Sie komplette Infrastrukturen in die Datenwolke. Dank Virtualisierungslösungen verlieren Systemkapazitäten und –grenzen im Betrieb vor Ort an Bedeutung. Was das für Ihr Unternehmen bedeutet, erfahren Sie in diesem Beitrag.
Inhaltsverzeichnis
Was ist Virtualisierung?
Per Virtualisierung lassen sich IT-Ressourcen wie Server, Desktop-Rechner oder Festplattenspeicher durch Softwarelösungen ersetzen. Die Nachbildung eines kompletten Computers wird als „Virtual Machine“ (übersetzt: virtuelle Maschine), oder abgekürzt VM bezeichnet. Doch nicht nur Computer lassen sich durch Virtualisierung ersetzen. Es ist ebenso möglich, Betriebssysteme, Desktop-Oberflächen oder einzelne Systemkomponenten wie beispielsweise Speicher zu virtualisieren.
Eine Virtualisierung von IT-Systemen ist im einfachsten Fall auf einzelnen Servern möglich. Eine Linux-Umgebung parallel zum Windows-Desktop und ein Testbereich mit abgetrennter virtueller Umgebung beispielsweise ist auf jedem Standard-PC realisierbar. Für den professionellen Bereich und insbesondere für Unternehmen bietet sich der größere Schritt an: die Virtualisierung in der Cloud.
So ist es möglich, nahezu beliebig viele virtuelle Computer auf derselben Hardware-Basis einzurichten und diese virtuellen Maschinen unabhängig voneinander zu betreiben. Auf jeder einzelnen virtuellen Maschine läuft dann in der Regel ein eigenes Betriebssystem, auf dem wiederum verschiedene Anwendungen laufen.
Lediglich Speichergröße und Rechenkapazität der Hardware der Cloudumgebung begrenzen die maximale Anzahl der virtuellen Maschinen. Je nach verwendeter Virtualisierungssoftware lassen sich virtuelle Maschinen auch auf mehrere Clouds verteilen. Das Thema Virtualisierung umfasst dabei unterschiedliche Teilbereiche.
Bare-Metal-Virtualisierung
Ursprünglich stammt der Begriff „bare metal“ aus dem Umfeld der IT-Communities. Ein Bare-Metal-Computer ist nicht vorab mit Software bestückt und erlaubt daher eine individuelle Ausstattung mit Betriebssystem(en) und weiteren Programmen.
Die Bare-Metal-Virtualisierung, auch als Bare-Metal-Cloud bekannt, ermöglicht es Unternehmen, physische Server direkt zu mieten und darauf virtuelle Maschinen zu betreiben. Bei der herkömmlichen Virtualisierung ist eine Hypervisor-Schicht zwischen Hardware und Betriebssystem geschaltet. Im Gegensatz dazu läuft bei der Bare-Metal-Virtualisierung das Betriebssystem direkt auf der Hardware. Dieser Ansatz bietet viele Vorteile in Bezug auf Leistung, Sicherheit und Flexibilität.
Bare-Metal- oder auch Bare-Machine-Lösungen bezeichnen das Ausführen von Operationen direkt auf der Rechnerhardware. Derartige Rechner sind von der Ausstattung her ohne Betriebssystem-, ohne Hypervisor- und ohne Middleware-Ausstattung. Im Cloud-Computing dienen Bare-Metal-Angebote unter anderem dazu, Lizenzgebühren für Virtualisierungslösungen zu sparen.
In Rechenzentren und im Web-Hosting bezeichnet Bare-Metal auch eine Plattformart. Mit der Klassifizierung „Bare-Metal“ geben Dienstleister den Unternehmen die Möglichkeit, mandantenspezifische Rechner zu ordern, bei denen auch hardwaretechnisch eine Trennung zu anderen Cloud-Nutzer:innen existiert.
Virtualisierungssoftware
Bei der Frage nach passender Virtualisierungssoftware haben sich ganz unterschiedliche Lösungen für virtuelle Maschinen etabliert. Die bekanntesten VM-Programme sind Microsoft Hyper-V Manager, VMware Workstation Pro, Oracle VirtualBox, Parallels Desktop (Mac), KVM, QEMU, OpenVZ und VMware Fusion Pro.
Der Hypervisor beziehungsweise Virtual-Machine-Monitor (VMM) agiert dabei als Software-Schicht zwischen physischer Hardware und den verschiedenen virtuellen Instanzen. Er weist den einzelnen VMs die benötigten Ressourcen wie zum Beispiel CPU, RAM und Speicher zu.
Viele Virtualisierungslösungen enthalten zwar Emulations-Komponenten, um Inkompatibilitäten zu überbrücken. In der Praxis kommt es jedoch oft zu Überschneidungen der Konzepte. Grundsätzlich ist Virtualisierung so konzipiert, dass möglichst wenig simuliert oder emuliert werden muss.
Simulation bezeichnet dabei die vollständige Nachbildung eines Systems mittels Software, inklusive aller Systemkomponenten und der inneren Logik. Simulatoren dienen dazu, Programme für ein bestimmtes System auf einem anderen System auszuführen.
Emulation hingegen stellt nur die Funktionen von Hardware- oder Softwarekomponenten bereit, nicht jedoch deren innere Logik.
Simulatoren und Emulatoren kommen zum Einsatz, um Inkompatibilitäten zwischen unterschiedlichen Hardware- und Softwareumgebungen zu überbrücken. Von diesen Konzepten grenzt sich Virtualisierung ab, indem sie lediglich eine Abstraktionsschicht bereitstellt, statt ganze Systeme nachzubilden.
Wie funktioniert Virtualisierung?
Virtualisierung ähnelt den Konzepten von Simulation und Emulation, dient aber einem anderen Zweck. Während Simulatoren und Emulatoren ein Modell eines Computersystems implementieren, um Inkompatibilitäten zu überbrücken, strebt die Virtualisierung danach, so wenig wie möglich zu simulieren und zu emulieren. Sie etabliert lediglich eine Abstraktionsschicht, um IT-Ressourcen unabhängig von ihrer physischen Grundlage bereitzustellen.
Der sogenannte Hypervisor stellt dabei sicher, dass jedem System während des Betriebs ausreichend Ressourcen zur Verfügung stehen.
Virtualisierung aktivieren
Entscheiden Sie sich für eine Virtualisierung in der Cloud, muss sich die hauseigene IT-Abteilung um Feinheiten wie AMD-V oder KVM nicht kümmern. Zum besseren Verständnis der Gesamtthematik hilft jedoch die Begriffserklärung:
AMD-V
Die Prozessorhersteller haben auf den Trend zur Virtualisierung reagiert und bieten in CPUs direkt entsprechende Funktionen an. Diese Funktionen, die ursprünglich unter den Codenamen AMD-Pacifica und Intel-Vanderpool bekannt wurden, werden als AMD-V oder Intel-VT bezeichnet. Intel stattet seit 2005 seine CPU für alle Server- und Client-Prozessoren mit Intel-VT aus.
Früher gingen speziell Notebookhersteller dazu über, diese Funktionen als Stromsparmaßnahme zu deaktivieren. Daher legten die Motherboard-Hersteller diese Funktionen für AMD-V-fähige Prozessoren so an, dass ein Deaktivieren über das BIOS nicht mehr möglich ist.
Intel KVM
KVM steht für „Keyboard, Video, Mouse“ oder auch Kernel-based Virtual Machine. Dabei handelt es sich um eine Virtualisierungstechnik für Linux auf x86-Hardware aus dem Hause Intel. Mit einem KVM-Switch lassen sich mehrere Rechner von einem oder mehreren Arbeitsplätzen aus mit nur einem Keyboard, einem Monitor und einer Maus bedienen. Der Switch fungiert dabei als Schaltstelle zwischen der Bedienkonsole (Keyboard, Video, Mouse) und den Rechnern oder Servern.
Diese Arten der Visualisierung gibt es
Nahezu jede IT-Ressource innerhalb Ihres Unternehmens können Sie virtualisieren: vom Arbeitsplatz-Computer über den Server bis hin zu Teilsystemen wie Desktop und Speicher. Dabei gibt es unterschiedliche Virtualisierungsformen:
Hardwarevirtualisierung
Die Hardware-Virtualisierung ermöglicht es, ganze Computer inklusive Betriebssystem und Komponenten wie CPU, RAM und Speicher als virtuelle Maschine (VM) auf einem physischen Host-System auszuführen. Ein Hypervisor stellt dabei die Abstraktionsschicht zwischen Hard- und Software der virtualisierten Systeme und der physischen Ressourcen dar.
Die bekannteste Form ist die Hardwarevirtualisierung mit virtuellen Maschinen (VMs). Dabei wird ein physikalischer Server in mehrere virtuelle Maschinen aufgeteilt. Der Hypervisor verteilt die Anfragen der VMs auf die verfügbaren Hardware-Ressourcen wie CPU, RAM und Speicher.
Servervirtualisierung
Bei der Servervirtualisierung wird ein physischer Server in mehrere virtuelle Maschinen aufgeteilt, auf denen jeweils eigenständige Betriebssysteme und Anwendungen laufen können. Dies ermöglicht eine effizientere Auslastung der Server-Hardware. Der Hypervisor verwaltet die Zuteilung von Ressourcen wie CPU, RAM und Storage an die VMs.
Software-Virtualisierung
Die Software- oder Anwendungsvirtualisierung entkoppelt Anwendungen von der darunter liegenden Betriebssystemumgebung. So können verschiedene Applikationen isoliert und ohne Inkompatibilitäten nebeneinander auf einem System laufen. Die Anwendungen werden in einer virtualisierten Laufzeitumgebung ausgeführt.
Desktop-Virtualisierung
Bei der Desktopvirtualisierung wird die komplette Desktop-Umgebung eines Benutzers in einer virtualisierten Infrastruktur (VDI) im Rechenzentrum oder der Cloud gehostet. Die Anwender:innen greifen mittels Thin Clients, Browsern oder spezieller Software auf die virtuelle Desktop-Sitzung zu.
Speichervirtualisierung
Die Speichervirtualisierung bündelt verteilte physische Speicherressourcen wie Festplatten oder SSDs zu einem logischen Datenspeicherpool. Dieser kann dynamisch an Anwendungen, Server oder Clients verteilt werden, ohne an die physische Speicherstruktur gebunden zu sein.
Netzwerkvirtualisierung
Bei der Netzwerkvirtualisierung werden physische Netzwerkkomponenten wie Router, Switches und Firewalls durch Software-Lösungen abstrahiert. Dies ermöglicht es, virtuelle Netzwerke über die bestehende Hardware-Infrastruktur flexibel bereitzustellen und zu verwalten. Alle in einem klassischen Netzwerk zur Verfügung stehenden Dienste sind auch in der virtuellen Umgebung verfügbar. Dazu zählen auch Services wie die VoIP/IP-Telefonie.
Datenvirtualisierung
Durch Datenvirtualisierung werden Datenquellen unterschiedlicher Struktur und aus verschiedenen Systemen in einer virtualisierten Zwischenschicht integriert. Dies erlaubt Analysen, ohne dass die Daten physisch in ein Data Warehouse überführt werden müssen.
Vor- und Nachteile der Virtualisierung
Sowohl für Unternehmen als auch die beteiligten Mitarbeiter:innen bietet Virtualisierung viele Vorteile. Dies erklärt auch die große Akzeptanz und schnelle Verbreitung in den letzten Jahren. Wie jede technische Veränderung kann aber auch die Virtualisierung im Einzelfall Nachteile mit sich bringen. Das gilt besonders dann, wenn Sie den Einsatz vorab nicht ausreichend planen.
Vorteile der Virtualisierung
Kostenersparnis: Virtualisierung lastet die vorhandene Hardware besser aus. Dadurch sparen Sie Anschaffungs- und Betriebskosten. Indem Sie alle On-Premise-Anwendungen (On-Premise = vor Ort oder lokal) vom Unternehmensstandort in die Cloud verlagern, vergrößern Sie diesen Kostenvorteil noch weiter.
Geringerer Ressourcenverbrauch: Weniger Hardware bedeutet für Sie nicht nur weniger Kosten, sondern auch geringeren Ressourcenverbrauch: weniger Räumlichkeiten für Hardware, geringerer Energieverbrauch durch Betrieb und Kühlung von Servern und weniger Verlust durch Hardware-Ausfälle.
Mehr Übersicht und Flexibilität: Ihre virtuelle Hardware administrieren Sie webbasiert über Softwareschnittstellen. So haben Sie jederzeit im Blick, welche virtuellen Maschinen in Ihrem Unternehmen laufen. Bei kurzfristigem Bedarf reservieren Sie weitere Cloud-Kapazitäten und richten hierauf neue virtuelle Hardware ein oder deaktivieren diese ebenso schnell wieder.
Vieles organisieren Sie mit wenigen Mausklicks: Mehrbedarf bei unvorhergesehenen Geschäftsprozessen, kurzfristige Einrichtung von virtuellen Maschinen und Remote Desktops für die Nutzung beispielsweise im Homeoffice. Ihr Unternehmen wird so flexibler und kann die IT kurzfristig an veränderte Bedürfnisse anpassen.
Auch der Aufwand für internes Load-Balancing entfällt: Sie müssen beispielsweise bei Bedarfsspitzen keine Hardware mehr zwischen Abteilungen umverteilen. Sie buchen einfach neue Ressourcen hinzu oder geben nicht mehr benötigte Ressourcen in anderen Abteilungen wieder frei. Überkapazitäten können Sie dabei jederzeit wieder zurückbuchen.
Einheitlichkeit und aktuelle Software: Sie nutzen im Unternehmen parallel alte und neue Betriebssysteme, weil Sie ältere Arbeitsplatzcomputer technisch nicht auf neue Betriebssystemversionen upgraden können? Virtuelle Computer sind skalierbar und kennen derartige Hardwarebeschränkungen nicht. Somit haben Sie immer die neuesten Anwendungen und Betriebssysteme zur Verfügung.
So können Sie unternehmensweit überall dasselbe aktuelle Betriebssystem zum Standard machen und so beispielsweise neue Anwendungen schneller ausrollen, ohne Rücksicht auf veraltete Hardware nehmen zu müssen. Zugleich reduzieren Sie den Schulungsaufwand für Mitarbeiter:innen und den administrativen Aufwand für Ihre IT-Abteilung.
Malwareschutz: PerVirtualisierung stellen Sie für jede Entwicklungsaufgabe und für jeden Arbeitsplatz eigene virtuelle Hardware mit neuestem Betriebssystem und neuester Antivirensoftware zur Verfügung. Alle virtuellen Maschinen sind dabei softwaretechnisch voneinander getrennt.
Einsatz künstlicher Intelligenz: Virtualisierungsformen wie die Datenvirtualisierung erleichtern Ihnen den Zugriff auf den wachsenden Bestand Ihrer Unternehmensdaten. Indem Sie Daten logisch zusammenführen und den Zugriff hierauf erleichtern, wird die Datenanalyse auch für Ihre Mitarbeiter:innen einfacher.
Mithilfe künstlicher Intelligenz clustern Sie Ihre Daten einfacher; oder Sie automatisieren diese Aufgaben mit Methoden des Data-Mining, was Ihnen höherwertige Informationen (Smart-Data) liefert. Das wiederum verschafft Ihnen Wissensvorteile gegenüber der Konkurrenz.
Anfangsinvestitionen reduzieren: Viele Unternehmen scheuen bei technologischen Neuerungen die Anfangsinvestitionen. Auch Virtualisierung kann im ersten Schritt neue Kosten für Ihr Unternehmen bedeuten. So führen einige Virtualisierungsformen wie die Desktopvirtualisierung oder die Speicher- und Datenvirtualisierung zu wachsendem Datenverkehr in Ihrem Unternehmensnetzwerk.
Ihre Netzwerkinfrastruktur müssen Sie daher entsprechend auslegen. Insbesondere für Remote-Desktops ist die ständige Verfügbarkeit schneller Datenverbindungen sehr wichtig. Entsprechende Kapazitäten und Redundanzen für mögliche Ausfälle sollten Sie daher zwingend einplanen. Je virtueller Ihre Unternehmens-IT wird, desto mehr sind Sie auf die funktionierende Vernetzung aller Komponenten angewiesen.
Standortfrage für Ihre Daten: Während bei physischer Hardware der Aufstellort der Hardware zugleich der Standort der darauf gespeicherten Daten ist, werfen Virtualisierung und Cloud-Nutzung die Frage nach dem Datenstandort auf. Dies ist nicht nur aus Gründen der Datensicherheit relevant, sondern auch aus rechtlichen Gründen.
So müssen Sie insbesondere für persönliche Informationen wie Kundenadressen oder biometrische Daten immer die Regelungen der Datenschutz-Grundverordnung (DSGVO) beachten. Diese schreibt vor, dass bestimmte Daten nur innerhalb der EU oder innerhalb eines von der EU anerkannten Drittlandes gehostet werden dürfen. Wenn Sie also Server oder Datenbanken mit persönlichen Daten virtualisieren, müssen Sie immer auch klären, wo der physische Standort des Servers ist, auf dem die Informationen zukünftig gespeichert sind.
Nachteile der Virtualisierung
Wie jede technische Veränderung kann die Virtualisierung im Einzelfall Nachteile mit sich bringen. Das gilt besonders dann, wenn Sie den Einsatz vorab nicht ausreichend planen. Die nachfolgenden Punkte können im praktischen Einsatz negativ auffallen:
Leistungseinbußen: Virtualisierte Systeme teilen sich die Hardware-Ressourcen des physischen Host-Systems. Dies kann zu Leistungseinbußen führen, insbesondere bei rechenintensiven Workloads oder wenn viele virtuelle Maschinen gleichzeitig betrieben werden.
Erhöhter Verwaltungsaufwand: Es erfordert zusätzliche Ressourcen und Know-how, um eine Virtualisierungsumgebung einzurichten und zu verwalten. Dies kann zu höheren Betriebskosten führen und zudem die IT-Infrastruktur komplexer machen.
Lizenzierungskosten: Viele Anbieter von Virtualisierungssoftware verlangen Lizenzgebühren, die je nach Anzahl der virtualisierten Systeme und Funktionen variieren können. Diese Kosten müssen Sie bei der Investitionsentscheidung berücksichtigen.
Abhängigkeit vom Anbieter: Unternehmen, die in eine bestimmte Virtualisierungslösung investieren, sind oft an den jeweiligen Anbieter gebunden. Ein Wechsel zu einer anderen Lösung kann aufwändig und kostspielig sein.
Größere Angriffsfläche: Virtuelle Maschinen sind Datenobjekte, die leichter infiltriert und gestohlen werden können als physische Hardware. Die große Anzahl an virtuellen Maschinen führt häufig zu Konfigurationsfehlern, die Server ungewollt über das Internet zugänglich machen.
Risiko von Lizenzverstößen: Viele Betriebssysteme und Anwendungen sind nur für bestimmte Hardware lizenziert. Unternehmen, die virtualisieren, sollten daher unbedingt ein effektives Software Asset Management einsetzen, das potenzielle Lizenzrisiken zuverlässig abdeckt.
Trotz dieser Nachteile überwiegen für viele Unternehmen die Vorteile der Virtualisierung. Bevor Sie investieren, sollten Sie jedoch die potenziellen Risiken sorgfältig abwägen und in Ihre Entscheidungen einbeziehen.
Virtualisierung: Unterschiede zu Cloud-Computing
Beide Lösungen stehen nicht in Konkurrenz zueinander, sondern ergänzen sich. Im Gegensatz zur Virtualisierung bietet Cloud-Computing ein Modell, bei dem IT-Ressourcen wie Rechenleistung, Speicherplatz und Anwendungen über das Internet bezogen werden. Unternehmen müssen keine eigene IT-Infrastruktur vorhalten, sondern mieten die benötigten Ressourcen bei Cloud-Anbietern an.
Viele Vorteile der Virtualisierung finden sich sowohl beim Cloud-Computing als auch in reinen Virtualisierungslösungen, zum Beispiel das Einsparen von Investitionskosten und die flexible Skalierbarkeit.
Das Wichtigste zu Virtualisierung in Kürze
- Virtualisierung ist die Nachbildung von IT-Ressourcen mittels Software.
- Virtualisierung unterscheidet sich von der Simulation (Nachbildung der Realität) und Emulation (Nachbildung anderer Systeme) durch die Abbildung von Teilbereichen.
- Es gibt unterschiedliche Virtualisierungsformen – von der Virtualisierung grundlegender Hardware über die ihrer einzelnen Komponenten bis hin zur Virtualisierung höherer, abstrakter Datenschichten.
- Der Einsatz von Virtualisierung ermöglicht eine bessere Ausnutzung vorhandener Hardware.
- Virtuelle Maschinen oder Software-Container schaffen schnell und unkompliziert Test- und Programmierumgebungen für die Anwendungsentwicklung.
- Virtualisierung ermöglicht in Unternehmen zahlreiche Vorteile, benötigt aber auch sehr leistungsfähige stabile Netze und im Einzelfall redundante Infrastrukturen zur Vermeidung von Ausfällen.
- Virtualisierung und Cloud-Computing ergänzen einander und bieten neue Möglichkeiten für die Nutzung und Auswertung der eigenen Daten.
17.01.2025
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