Was ist eine virtuelle Maschine? Wie funktioniert sie?

Du liest diesen Artikel auf einem Computer. Das ist eine Tatsache.

Egal, ob auf einem Laptop, Desktop oder Mobilgerät, um diesen Inhalt anzusehen, musst du ein Betriebssystem verwenden, das mit einem elektronischen Gerät verbunden ist. Aber was wäre, wenn du mehrere Betriebssysteme auf einem einzigen Gerät ausführen könntest?

Genau das macht Server-Virtualisierungssoftware möglich.

Sie ermöglicht es dir, virtuelle Maschinen zu erstellen, die im Wesentlichen eigenständige Computer sind, die ihre eigenen Betriebssysteme und Anwendungen ausführen können. Diese „Inception-Style“-Computerfunktionalität bietet mehrere Vorteile, darunter erhöhte Effizienz und Ressourcennutzung.

VMs haben alle Fähigkeiten und Funktionen eines normalen Computers, wie zentrale Verarbeitungseinheiten, Netzwerkschnittstellen, Speicher und Anwendungen. Während VM-Images auf Endgeräten erreicht werden, stören die Software, Anwendungen und Konfigurationen der VM nicht die des Geräts, auf dem sie aufgerufen wird, sobald der Benutzer sich damit verbindet.

Im Wesentlichen, wenn du eine virtuelle Maschine installierst, erstellst du einen Computer innerhalb eines Computers.

Wie funktioniert eine virtuelle Maschine?

Virtuelle Maschinen sind dank der Virtualisierung möglich, dem Prozess, eine virtuelle Instanz eines Desktops in einer Schicht auszuführen, die von der Hardware getrennt ist. Im Fall von VMs wird die Virtualisierung der Ressourcen dieser Maschine durch Hypervisoren erreicht, die VMs erstellen, hosten und ausführen.

Dank der Virtualisierung schaffen VMs eine virtuelle Umgebung für ihre Benutzer. VMs laufen als Prozesse in einem Fenster auf dem Betriebssystem deines Computers. Innerhalb dieser Umgebungen können Benutzer Anwendungen ausführen, Daten speichern und jede Aktion durchführen, die man auf einem tatsächlichen Computer tun würde.

Im Grunde wird das Betriebssystem der VM getäuscht, zu glauben, es würde auf der nativen Hardware des Computers ausgeführt, anstatt durch Software, was den Benutzern das gleiche Erlebnis bietet.

Wenn man über VMs spricht, wird das Betriebssystem auf deinem tatsächlichen physischen Computer als Host bezeichnet, und die Betriebssysteme, die innerhalb deiner virtuellen Maschine laufen, werden als Gäste bezeichnet. Gastbetriebssysteme werden auf einer virtuellen Festplatte gespeichert, die eine Datei auf der Festplatte deines Geräts ist.

Wow. Das ist ziemlich verwirrend. Lass uns das mit einem Beispiel aufschlüsseln, um es ein wenig einfacher zu verstehen.

Angenommen, dein Unternehmen ist mit MacBook Pros ausgestattet. Deine MacBook Pros verwenden das Betriebssystem Catalina (macOS Catalina). Wenn du virtuelle Maschinen auf den MacBook Pros deines Unternehmens verwenden möchtest, würdest du einen Server-Hypervisor mit Server-Virtualisierungssoftware installieren. Mit dieser Einrichtung kannst du mehrere virtuelle Maschinen innerhalb dieses Hypervisors ausführen. Zum Beispiel könntest du eine VM mit Windows 10 auf diesem MacBook Pro ausführen.

Arten von virtuellen Maschinen

Es gibt zwei Arten von VMs: System-virtuelle Maschinen und Prozess-virtuelle Maschinen. Während beide als Emulationen eines Computersystems fungieren, dienen sie unterschiedlichen Zwecken.

System-virtuelle Maschine

Auch bekannt als vollständige Virtualisierungs-VMs, sind System-virtuelle Maschinen Ersatz für echte Maschinen und bieten alle Funktionen eines tatsächlichen Betriebssystems. Mit einer System-VM greift der Hypervisor auf die Ressourcen der zugrunde liegenden Maschine zu und bietet dem Benutzer die gleichen Fähigkeiten, die das Host-Gerät bietet.

Prozess-virtuelle Maschine

Eine Prozess-virtuelle Maschine, auch bekannt als Anwendungs-virtuelle Maschine, unterstützt jeweils einen einzigen Prozess. Die VM wird erstellt, wenn dieser Prozess beginnt, und zerstört, wenn er endet.

Der Zweck einer Prozess-VM besteht darin, ein Computerprogramm in einer plattformunabhängigen Umgebung auszuführen, was bedeutet, dass es auf einer Vielzahl von Hardware oder Software laufen kann.

Wofür wird eine virtuelle Maschine verwendet?

Im obigen Beispiel haben wir die allgemeinen Schritte aufgeschlüsselt, wie eine virtuelle Maschine funktioniert. Der ultimative Zweck einer virtuellen Maschine besteht darin, ein Betriebssystem auszuführen, das ursprünglich nicht für das verwendete Gerät vorgesehen war (z. B. Windows 10 auf einem MacBook Pro). Dies mag wie ein seltsames Ziel erscheinen, aber es ist einer der Hauptgründe, warum VMs verwendet werden.

Viele Infrastrukturen als Dienst (IaaS) Software Anbieter bieten virtuelle Maschinen an, einschließlich öffentlicher Cloud und Hochleistungsrechnen (HPC). Hier sind weitere Informationen dazu und andere Gründe, warum Menschen sich entscheiden, virtuelle Maschinen zu verwenden.

Neue Betriebssysteme ausprobieren

Das Ändern deines Betriebssystems ist ein großer Schritt. Wenn du an ein bestimmtes Betriebssystem gewöhnt bist und ein Dual-Boot-Setup vermeiden möchtest, bieten VMs eine großartige Alternative für diejenigen, die ohne großes Risiko wechseln möchten.

Innerhalb deines aktuellen Betriebssystems kannst du einen Hypervisor installieren, um eine VM zu hosten, ein Betriebssystem auf dieser VM einrichten und es dann wie jedes andere Programm ausführen. Du kannst es ausprobieren und ein Gefühl dafür bekommen, bevor du entscheidest, ob du es vollständig übernehmen möchtest.

Da die Anwendungen und Konfigurationen nicht mit denen auf dem Endgerät interferieren, kannst du das Betriebssystem testen, ohne befürchten zu müssen, dass es deinen Computer beeinträchtigt. Wenn etwas auf dem Betriebssystem innerhalb deiner VM schiefgeht, wird es dein Gerät nicht beeinträchtigen.

Inkompatible Software ausführen

Einige Computer und Betriebssysteme sind mit bestimmter Software kompatibler, und der Wechsel zu einem anderen Betriebssystem könnte dich denken lassen, dass du die Programme, die du gewohnt bist, nicht mehr verwenden kannst. Vielleicht hast du das Gerät gewechselt und vermisst Software, die spezifisch für dein altes Betriebssystem war, oder du hast ein veraltetes Programm geliebt, das auf deinem Computer nicht mehr gut läuft. Nun, du musst nicht komplett Abschied nehmen.

VMs bieten eine großartige Möglichkeit, inkompatible Software auf jedem Endgerät auszuführen. Da sie ihre eigene virtuelle Hardware haben, kannst du jedes Betriebssystem und damit kompatible Software installieren. Unabhängig vom Betriebssystem deines Geräts, solange du eine VM verwendest, wird inkompatible Software kein Problem mehr sein.

Umgang mit Malware

Ein wesentlicher Vorteil von VMs ist ihre Fähigkeit, völlig getrennt vom Hauptsystem zu laufen, auf dem sie aufgerufen werden. Wenn etwas auf deiner VM schiefgeht, werden die Systeme und die Funktionalität deines Geräts nicht beschädigt.

Dieser Vorteil ist nützlich, wenn man versucht, Malware sicher zu handhaben. Angenommen, du möchtest ein bestimmtes Programm herunterladen, bist dir aber nicht zu 100 Prozent sicher, ob du der Seite vertrauen kannst. Oder vielleicht testest du die Software, die du implementiert hast, um dein Unternehmen vor Viren zu schützen. Du kannst die Legitimität dieser Website und die Effektivität deiner Antivirensoftware auf einer VM testen, ohne dass das Gerät kompromittiert wird.

Entwicklung von Software für andere Plattformen

Ein weiterer Grund, warum Menschen VMs verwenden, ist das Testen von Anwendungen, Websites und Software auf verschiedenen Plattformen. Bei der Entwicklung von Software für Desktop und Mobilgeräte kannst du einen Emulator verwenden, ein Stück Hardware oder Software, das es einem Computersystem ermöglicht, wie ein anderes zu agieren, um beide Fähigkeiten gleichzeitig zu testen.

Verwendung von Snapshots zur Wiederherstellung

Während dein Unternehmen wächst und sich verändert, wird sich auch dein Technologie-Stack ändern. Das Hinzufügen, Entfernen und Testen von Software oder Anwendungen kann dazu führen, dass du den Überblick über alle deine Änderungen verlierst. Du könntest sogar an einen Punkt gelangen, an dem du eine Funktion zu viel hinzugefügt oder entfernt hast und dir wünschst, du könntest in der Zeit zu deinem alten Setup zurückkehren.

Mit VMs kannst du genau das tun.

VMs ermöglichen es Benutzern, einen Snapshot ihrer aktuellen Konfiguration zu machen, falls sie später darauf zurückgreifen möchten. Auf diese Weise können sie, wenn bei Änderungen an ihrer Konfiguration etwas schiefgeht, den Snapshot wiederherstellen und weiterarbeiten, als wäre nichts geändert worden.

Ein System auf eine andere Maschine klonen

Da die Inhalte von VMs virtuell in ein paar Dateien gespeichert werden, können sie leicht auf ein anderes Computersystem hochgeladen werden, was es ermöglicht, sie zu klonen. Im Wesentlichen werden die Dateien kopiert und dann auf einen anderen Computer deiner Wahl geladen. Solange du denselben Hypervisor verwendest, kannst du eine VM und alle ihre Inhalte ohne Probleme auf einen anderen Computer laden.

Multi-Tenant vs. Single-Tenant VMs

Multi-Tenant VMs, ähnlich wie ein gemeinsames Wohnkomplex, ermöglichen es mehreren Benutzern, Ressourcen auf einem einzigen physischen Server zu nutzen. Dieser Ansatz bietet Kosteneffizienz, da die Benutzer die zugrunde liegende Infrastruktur teilen. Allerdings, wie beim gemeinsamen Wohnen, können Bedenken hinsichtlich der Datensicherheit und potenzieller Leistungseinbußen durch andere Benutzer auftreten. Organisationen mit strengen Sicherheitsanforderungen könnten dieses Modell als weniger geeignet empfinden.

Andererseits, Single-Tenant VMs ähneln dem Mieten eines Hauses. Hier haben wir zwei Hauptoptionen: dedizierte Hosts und dedizierte Instanzen. Dedizierte Hosts bieten das höchste Maß an Kontrolle, wie das Besitzen eines eigenen Grundstücks und das Bauen eines maßgeschneiderten Hauses. Benutzer haben die vollständige Kontrolle über die Hardware- und Softwareumgebung, was extreme Flexibilität ermöglicht und spezifische Softwarelizenzierungsbedürfnisse erfüllt. Dieser Ansatz bietet maximale Transparenz und Aufsicht für kritische Arbeitslasten.

Vorteile einer virtuellen Maschine

Wenn die oben aufgeführten Anwendungsfälle nicht genug Gründe bieten, um in deinem Unternehmen eine virtuelle Maschine zu verwenden, hier sind einige zusätzliche Vorteile.

Ressourcennutzung und Serverkonsolidierung

Der Hauptgrund, warum Menschen VMs verwenden, ist die Serverkonsolidierung, eine Methode zur effizienten Nutzung der Ressourcen eines Computerservers, um die Gesamtzahl der Server oder Serverstandorte zu reduzieren. Viele Betriebssysteme nutzen nur einen Bruchteil ihrer verfügbaren physischen Ressourcen, aber mit der Virtualisierung kannst du viele verschiedene virtuelle Server auf jedem physischen Server haben.

Die Verwendung von VMs verbessert deine Hardwareauslastung und eliminiert die Notwendigkeit, mehr Festplatten, Server-Racks oder andere Hardware zu kaufen.

Katastrophenwiederherstellung

VMs sind mit Katastrophenwiederherstellungsoptionen ausgestattet, die einige Betriebssysteme nicht haben. Sollte es zu einer natürlichen oder menschlichen Katastrophe kommen und eine Organisation muss wieder Zugang zu ihrer IT-Infrastruktur erlangen, bietet die Virtualisierung eine Methode zur Wiederherstellung.

Da VMs von Katastrophen unberührt bleiben, können Organisationen sie verwenden, um ihre Daten zu sichern oder ihre Computerumgebung zu klonen, was eine schnelle Wiederherstellung ermöglicht.

Isolation

Benutzer sind auch von VMs angezogen, die völlig getrennt von der Maschine laufen, auf der sie aufgerufen werden. Aufgrund ihrer Isolation vom Rest des Systems wird alles, was eine VM ausführt, das Betriebssystem des Hosts nicht beeinträchtigen. Die Isolation von virtuellen Maschinen verhindert Malware, Abstürze und andere Cyberangriffe auf einer VM, die anderen zu schaden, was die allgemeine Sicherheit verbessert.

Nachteile einer virtuellen Maschine

Während virtuelle Maschinen viele Benutzer Vorteile bieten, einschließlich Testmöglichkeiten und Katastrophenwiederherstellung, gibt es auch einige Nachteile, die neue Benutzer berücksichtigen müssen, bevor sie die Investition tätigen.

Instabile Leistung

Es zu übertreiben und zu viel von deiner virtuellen Maschine zu erwarten, kann zu instabiler Leistung führen, insbesondere wenn du mehr als eine VM auf demselben physischen Computer ausführst.

Da virtuelle Maschinen im Wesentlichen nur virtuelle Versionen von Computern sind, kämpfen sie auch mit denselben Einschränkungen. Dinge wie Bandbreite und Netzwerkkapazitäten sind nicht endlos, und Benutzer werden den Kampf spüren, die maximale Kapazität zu erreichen, die ihre VM bewältigen kann, genau wie bei einem normalen Computer.

Weniger effizient

Während virtuelle Maschinen alle Fähigkeiten eines normalen Computers bieten, sind sie immer noch nur eine Funktion dieses Computers und erfordern eine beträchtliche Menge an Leistung. Da die physische Maschine, auf der die VM ausgeführt wird, sich selbst unterstützen muss, neigen VMs dazu, langsamer und weniger effizient zu laufen als normale Computer.

Verpasse nicht die Magie

Während das Betriebssystem deines Computers viele Software-Tools und Anwendungen hat, um dir zu helfen, produktiv zu bleiben, gibt es möglicherweise noch einige Fähigkeiten, die außer Reichweite sind. Mit einer virtuellen Maschine kannst du die Funktionalität von zwei Computern gleichzeitig ausführen. Sprich über Produktivität!

Lies mehr über einige der besten virtuellen Maschinen-Software und wähle die am besten geeignete für dein Unternehmen.

Dieser Artikel wurde ursprünglich im Jahr 2020 veröffentlicht. Er wurde mit neuen Informationen aktualisiert.