Was ist eine virtuelle Maschine? Leitfaden zur Funktionsweise virtueller Maschinen

Was ist eine virtuelle Maschine?

Eine virtuelle Maschine (VM) ist ein softwarebasierter Computer, auf dem andere Betriebssysteme (OS) und Anwendungen als auf dem Hostcomputer ausgeführt werden. Beispielsweise können Sie eine Linux-VM auf einem Windows-Computer ausführen.

Die Leistungsfähigkeit von Computern hat die Welt im vergangenen Jahrhundert verändert. Heute bilden sie die Grundlage für unsere kritische Infrastruktur, Geschäftsabläufe und vieles mehr. Ebenso sind VMs im neuen Jahrtausend zu einem Eckpfeiler der Unternehmensinformatik geworden.

Obwohl die Virtualisierungstechnologie bereits in den 1960er-Jahren eingeführt wurde, wurden VMs erst mit der Einführung der Workstation von VMware im Jahr 1999 zu einer vermarktbaren Lösung. Jetzt prognostiziert Future Market Insight für den globalen VM-Markt bis 2033 einen Wert von 177,3 Milliarden US-Dollar. Die weltweite digitale Transformation, der Aufstieg des Cloud-Computing, Kosteneinsparungen und der bessere Zugang zu modernster Technologie treiben das Marktwachstum an.

Dieser Artikel befasst sich damit, was eine virtuelle Maschine ist, warum sie wertvoll ist, wie sie funktioniert und was beim Übergang zur Virtualisierung zu beachten ist.

Wie virtuelle Maschinen funktionieren

Eine virtuelle Maschine ist ein eigenständiger Server, der für den Betrieb nicht auf Hardware angewiesen ist, sondern Software verwendet. Ein Administrator kann mehrere virtuelle „Gastmaschinen“ mit jeweils eigenem Betriebssystem und Zweck auf einem einzigen physischen Hostserver ausführen.

Zur Einordnung: Betriebssysteme sind die grundlegende Software, die auf Hardware installiert wird, um die Abläufe eines Computers zu steuern. Da Anwendungen – also für Endbenutzer entwickelte Softwareprogramme – jedoch betriebssystemspezifisch sind, kann das native Betriebssystem die Möglichkeit der Benutzer einschränken, andere Systeme und Anwendungen zu erkunden.

Wie ihr Hostserver verfügt die VM über Arbeitsspeicher, eine Netzwerkschnittstelle, Speicher und eine zugewiesene CPU-Kapazität. Ein Hypervisor trennt die VM-Gäste voneinander, während die Ressourcen des physischen Hosts je nach Bedarf zwischen den VMs geteilt werden.

Vorteile und Nachteile virtueller Maschinen

Zu den Vorteilen von VMs gehören Kosteneinsparungen, Flexibilität und Portabilität. Mit VMs können Administratoren Hunderte virtuelle Computer über ein einziges physisches Gerät verwalten. Eine VM kann außerdem schnell von einem physischen Gerät auf ein anderes verschoben werden.

Virtuelle Maschinen funktionieren wie jeder Computer, benötigen jedoch nur einen Bruchteil der physischen Hardware. So könnte ein Administrator beispielsweise ein Dutzend VMs auf seinem Hostcomputer ausführen, wobei jede davon als unabhängiges Betriebssystem agiert.

Als beliebte Wahl für die Servervirtualisierung eignen sich VMs gut für die heutigen hybriden Infrastrukturen.

Diese Vorteile haben dazu geführt, dass virtuelle Maschinen in jeder Branche eingesetzt werden und in deren Cloud-Umgebungen zum Einsatz kommen.

Viele dieser Vorteile machen jedoch auch die Nachteile virtueller Maschinen sichtbar. VMs können zwar viel leisten, sind aber naturgemäß weniger leistungsfähig als ihre eigenständigen physischen Hosts, da sie ihre gesamte Leistung von ihnen beziehen und so viele Ressourcen mit anderen Gast-VMs teilen müssen.

Schnellübersicht zu den Vor- und Nachteilen virtueller Maschinen

Benötigen Sie eine virtuelle Maschine?

Haben Sie sich schon einmal mehr als einen Computer gewünscht? Wird ein alter Computer schnell abgeschrieben, und möchten Sie seine Inhalte bewahren? Entwickeln Sie gleichzeitig eine Anwendung für Windows, Mac und Linux?

Wenn diese Fragen auf Sie zutreffen, kann eine VM eine wertvolle Ergänzung Ihres Technologie-Werkzeugs sein. Ob Sie eine ganze Armee von Computern erstellen, ältere Daten bewahren oder Anwendungen entwickeln möchten, die systemübergreifend funktionieren – VMs können all dies und noch mehr.

Ein weiteres attraktives Merkmal der Virtualisierung ist ihre Auswirkung auf Bestand und Kosten. Unternehmen können mit nur einem Bruchteil der Hardware – einschließlich Festplatten, Laufwerken und Serverausrüstung – Kosten senken, die Auslastung erhöhen und den Aufwand rund um Hardware reduzieren.

Virtuelle Maschinen sind besonders relevant für Rechenzentren, Softwareentwickler und IT-Organisationen. Sie können jedoch auch auf PCs und Laptops von Endbenutzern eingesetzt werden, um Workloads oder Anwendungen zu isolieren.

Arten virtueller Maschinen

Es gibt zwei Hauptarten virtueller Maschinen: Prozess-VMs und System-VMs. System-VMs erstellen eine vollständige virtuelle Betriebssystemumgebung, die im Wesentlichen mit einem gewöhnlichen physischen Computer identisch ist, während Prozess-VMs ein Betriebssystem nur vorübergehend nachbilden, um eine bestimmte Anwendung oder einen bestimmten Prozess auszuführen.

Hier ist ein detaillierterer Vergleich dieser beiden VM-Arten:

Virtuelle Maschinen im Vergleich zu Containern

Container und virtuelle Maschinen werden oft verwechselt, weil beide isolierte Anwendungen auf einer einzigen Plattform ausführen. Sie unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Größe, Geschwindigkeit, Workload-Produktivität und ihrer Integration in den Hostcomputer.

Während VMs die Hardware eines Computers emulieren können und in Gigabyte an Daten gemessen werden, enthalten Container in der Regel nur eine einzelne Anwendung oder einen Prozess im Megabyte-Bereich. Leichtgewichtige Container haben bei Geschwindigkeit und der Bereitstellung von Microservices einen natürlichen Vorteil gegenüber VMs. Virtuelle Maschinen eignen sich dagegen besser für die Verwaltung größerer Workloads und Anwendungen.

Wenn Sie mehr über virtuelle Maschinen und Container erfahren möchten, lesen Sie unseren Leitfaden zu Virtualisierung im Vergleich zur Containerisierung.

So stellen Sie eine virtuelle Maschine bereit

Die Technologie hinter der Bereitstellung virtueller Maschinen ist der als Hypervisor bezeichnete Softwaremechanismus. Ein Hypervisor befindet sich zwischen der Hardware und den virtuellen Gastmaschinen, läuft auf dem physischen Hostcomputer und überwacht vorhandene VMs. Hypervisoren sind nicht nur für die Servervirtualisierung geeignet, sondern können auch Anwendungen, Speicher und Desktops virtualisieren.

Die Bereitstellung eines Hypervisors bietet Administratoren die erforderlichen Verwaltungsmöglichkeiten sowie die Möglichkeit, Mikrosegmentierung zu implementieren. Eine weitere Entwicklung, die an Fahrt gewinnt, ist der Verkauf von Geräten mit integriertem Hypervisor wie der kernelbasierten virtuellen Maschine (KVM) für Linux. Zu den führenden Hypervisor-Anbietern gehören VMware, Microsoft und Red Hat.

8 Anwendungsfälle für virtuelle Maschinen

Da Flexibilität zu den wichtigsten Vorteilen von VMs gehört, gibt es eine große Zahl möglicher Anwendungsfälle. Zu den gängigen Optionen zählen die Optimierung der Kapazitätsauslastung, die Ausführung älterer Software und verschiedener Betriebssysteme, Snapshots auf Systemebene sowie Sandbox-Umgebungen zum Erkunden und Experimentieren.

Optimierung der Kapazitätsauslastung

Der wohl wichtigste Vorteil der Einführung virtueller Maschinen ist die größere Kapazität für Speicher, Anwendungen und Verarbeitung. Virtualisierung bietet die Möglichkeit, Workloads zu verdichten und dadurch den physischen Platzbedarf sowie die erforderliche Ausstattung und den damit verbundenen Aufwand zu reduzieren. Mit einer kleineren lokalen Infrastruktur können Unternehmen mehr denn je verwalten.

Ausführung älterer Software

Ältere Softwareanwendungen können mit neueren Betriebssystemversionen inkompatibel oder für die Mitarbeiter eines Unternehmens nicht verfügbar werden. Dies kann auf eine beabsichtigte Migration durch das IT-Team oder darauf zurückzuführen sein, dass die Softwareentwickler den Support einstellen. In beiden Fällen ist der Wunsch der Mitarbeiter, ältere Anwendungen zu nutzen, kein Ausschlusskriterium. Mit VMs können Benutzer die für den Betrieb des eingestellten Programms erforderliche Umgebung nachbilden.

Verwendung verschiedener Betriebssysteme

Der häufigste Anwendungsfall für VMs ist der Zugriff auf eine Reihe verschiedener Betriebssysteme über einen einzigen physischen Host. Unabhängig vom nativen Betriebssystem des Hosts erleichtert die Möglichkeit des IT-Personals, neue Computer zu erstellen oder zu replizieren, die betriebssystemübergreifende Entwicklung erheblich.

Snapshots auf Systemebene

Beim Experimentieren mit VMs erweist sich die Snapshot-Funktion als hilfreich, um eine Version der Gastmaschine zu speichern. Mit dieser Funktion können Kunden den Zustand und die Daten ihres aktuellen Systems einschließlich Festplatten, Arbeitsspeicher und Karten für virtuelle Netzwerkschnittstellen (VNI) bewahren. Benutzer können mehrere Snapshots zum Testen auf ihrer VM erstellen und verwalten. Beachten Sie jedoch, dass der längere Betrieb einer VM auf Grundlage eines Snapshots zu Instabilität und Datenverlust führen kann.

Entwicklung von Software für nicht native Betriebssysteme

Ein wiederkehrendes Thema bei VMs ist ihr Nutzen für Entwickler und Fachkräfte, die umfangreichen Zugriff auf verschiedene Computersysteme benötigen. Während Programmierer noch vor nicht allzu langer Zeit ihre Zeit zwischen verschiedenen Gerätetypen aufteilen mussten, etwa zwischen Desktop- und Mobilplattformen, ebnen VMs den Weg für eine schnellere und reibungslosere betriebssystemübergreifende Anwendungsentwicklung.

Bereitstellung einer sicheren Sandbox

Eine Serversicherheitsfunktion von VMs ist, dass es sich bei ihnen um isolierte Umgebungen innerhalb der physischen Hosts handelt. Da sie weder unabhängige Computer mit eigener Hardware sind noch ihr Betriebssystem und ihre Anwendungen mit dem Host oder anderen Gastmaschinen verbunden sind, eignen sich VMs hervorragend zum Testen verdächtiger Dateien, neuer Projekte und mehr in einer isolierten Umgebung, ohne befürchten zu müssen, dass das System selbst Schaden nimmt.

Erkunden und Experimentieren mit Systemen

Während Entwickler bei der Nutzung eines Computers möglicherweise einen detaillierten Plan mit Zielen verfolgen, beginnen Technikbegeisterte oft ganz ohne Plan. Mit oder ohne Bedienungsanleitung oder Webleitfaden möchten viele Benutzer die Möglichkeiten ihres Geräts erkunden. Für Neugierige bieten VMs einen Spielplatz zum Experimentieren ohne Konsequenzen. Ob beim Erlernen eines neuen Betriebssystems oder beim Zerlegen eines Computers – VMs bieten interessierten Benutzern Raum zum Erkunden.

VM auf andere Maschinen replizieren

Da ein einzelner Host mehrere VMs bereitstellen kann, ist leicht nachvollziehbar, warum sie sich so einfach replizieren lassen. Der einzige Vorbehalt bei dieser Funktion besteht darin, dass VMs auf Ziele beschränkt sind, die von ihrem Hypervisor bereitgestellt werden. Ansonsten besteht eine VM aus wenigen Dateien und kann auf andere Hosts übertragen werden.

Führende Lösungen für virtuelle Maschinen

Der VM-Markt ist vielfältig, und zahlreiche Optionen sowie neue Unternehmen bieten VMs an. Microsoft, Red Hat, Canonical, Oracle, Linux Mint und IBM gehören zu den führenden VM-Anbietern. Sehen wir uns drei beliebte VM-Angebote an.

Microsoft Azure

Microsoft Azure Virtual Machines ist einer der beliebtesten Cloud-Computing-Dienste, mit denen Benutzer VMs nach Bedarf erstellen und ausführen können. Azure bietet verschiedene Optionen für unterschiedliche Workloads, darunter Windows- und Linux-Betriebssysteme, mehrere Größen und Konfigurationen sowie Funktionen für hohe Verfügbarkeit und Skalierbarkeit.

Benutzer profitieren außerdem von der Integration mit anderen Azure-Diensten, etwa für Speicher, Netzwerke, Sicherheit und Verwaltung. Azure-VMs geben Benutzern mehr Kontrolle und Flexibilität über ihre Cloud-Infrastruktur und reduzieren gleichzeitig Kosten und Komplexität.

Preise

Microsoft Azure bietet nach der Erstellung eines neuen Kontos zwölf Monate lang kostenlose VMs für Windows oder Linux an. Danach steht ein praktischer, wenn auch sehr komplexer Kostenrechner zur Schätzung Ihrer Ausgaben zur Verfügung.

Canonical Ubuntu

Canonical Ubuntu Virtual Machines sind cloudbasierte Instanzen, die auf beliebten Plattformen wie Amazon Web Services (AWS) und Microsoft Azure ausgeführt werden. Sie bieten erweiterte Sicherheits-, Compliance- und Supportfunktionen für Unternehmen und Entwickler, die zuverlässige und skalierbare Lösungen benötigen. Außerdem sind sie mit Linux-, Windows- und Mac-Betriebssystemen kompatibel.

Ubuntu Pro Virtual Machines sind beliebt, weil sie Open-Source-Ressourcen bereitstellen und Entwicklern vollständige Freiheit geben. Gleichzeitig mindern sie die mit Open Source verbundenen Risiken durch Updates, Patches und Fehlerbehebungen sowie zertifizierte Softwarepakete und Tools von Canonical und seinen Partnern.

Preise

Die Preise für Ubuntu-Pro-VMs beginnen bei 25 US-Dollar pro Jahr für einen einzelnen Desktop ohne Support beziehungsweise bei 300 US-Dollar pro Jahr für vollständigen Support rund um die Uhr. Für einen Server mit unbegrenzten VMs beginnt der Preis bei 500 US-Dollar pro Jahr ohne Support beziehungsweise bei 3.400 US-Dollar pro Jahr mit vollständigem Support.

Red Hat Virtualization

Red Hat Virtualization (RHV) ist eine umfassende Virtualisierungsplattform auf Enterprise-Niveau, mit der Sie Ihre VMs auf einer einzelnen Infrastruktur oder in einem Cluster ausführen und verwalten können. RHV basiert auf Linux und bietet hohe Leistung, Skalierbarkeit, Sicherheit und Flexibilität für Ihre Workloads.

RHV ist beliebt, weil es auf offenen Standards und Technologien wie Linux, KVM und oVirt basiert. Außerdem lässt sich RHV in andere Produkte und Dienste von Red Hat integrieren, etwa Ansible, Satellite und OpenShift, um eine Komplettlösung für Ihre hybride Cloud-Umgebung bereitzustellen.

Preise

Die Preise für RHV beginnen beim Standardangebot bei 999 US-Dollar pro Jahr und Hypervisor beziehungsweise beim Premium-Angebot bei 1.499 US-Dollar pro Jahr und Hypervisor.

Fazit: VMs ermöglichen operative Flexibilität

Obwohl die Virtualisierung von Computern bis in die 1960er-Jahre zurückreicht, ist die Verbreitung virtueller Maschinen ein Phänomen des 21. Jahrhunderts. Der Zugriff auf mehrere Betriebssysteme und isolierte interne Umgebungen ist von entscheidender Bedeutung, da die Softwareentwicklung und Anwendungen immer wichtiger werden.

Virtuelle Maschinen bieten:

• Operative Flexibilität
• Zentralisierte Verwaltung
• Schutz bei der Notfallwiederherstellung
• Weniger Aufwand und Ausfallzeiten
• Skalierbarkeit

Um die Organisationen, Anwendungen und Workloads von morgen zu unterstützen, bleiben VMs auch künftig eine wertvolle Komponente zur Steigerung der Produktivität von Unternehmen.

Wenn Sie Ihr Unternehmen auf virtuellen Maschinen betreiben, ist es entscheidend, dass Sie Backup-Software einsetzen. Hier finden Sie die beste VM-Backup-Software für einen reibungslosen Geschäftsbetrieb.