Virtuelle Maschine (VM)

Was ist eine virtuelle Maschine (VM)?

Vollständige Virtualisierung: Eine vollständige Virtualisierung umfasst die Erstellung virtueller Maschinen, um die Funktion physischer Computer zu simulieren. Sie beinhaltet:

• Hypervisor-basierte Virtualisierung: Diese Methode ermöglicht, dass Hypervisoren direkt auf physischer Hardware ausgeführt werden, bietet direkten Zugriff und liefert eine hohe Leistung.
• Hardware-gestützte Virtualisierung: Sie ermöglicht eine bessere Isolierung von Gast-Betriebssystem und Hosts durch Unterstützung der Virtualisierung seitens der CPUs und Hardware-Erweiterungen.

Para-Virtualisierung: Para-Virtualisierung ermöglicht eine Zusammenarbeit zwischen Hypervisor und dem Gast-Betriebssytem, um so die Geschwindigkeit und die Leistung zu verbessern.

• Übersicht über Para-Virtualisierung: Para-Virtualisierung vereinfacht die Interaktion zwischen Gast-Betriebssystem und Hypervisor, um eine direkte Kommunikation sowie eine gemeinsame Ressourcen-Nutzung zu ermöglichen.
• Vorteile und Anwendungsfälle von Para-Virtualisierung: Para-Virtualisierung unterstützt die effektive Nutzung von Ressourcen und verbessert somit die Skalierbarkeit. Sie reduziert den Aufwand für die Hardware-Emulation und gewährleistet eine direkte Kommunikation mit dem Hypervisor. Para-Virtualisierung kann bei Serverkonsolidierungen und im High Performance Computing genutzt werden, wo eine hohe Leistung und Effizienz erforderlich sind.

Containerisierung: Containerisierung erzeugt und implementiert isolierte Anwendungsumgebungen, die als Container bezeichnet werden und eine konsistente sowie portierbare Ausführung in allen Computing-Umgebungen ermöglichen.

• Der Unterschied zwischen virtuellen Maschinen und Containern: Virtuelle Maschinen imitieren das Betriebssystem und ermöglichen so die Ausführung isolierter Instanzen auf einem einzelnen physischen Server. Im Gegensatz hierzu nutzen Container das Host-Betriebssystem gemeinsam und ermöglichen auf diese Weise isolierte Laufzeitumgebungen.
• Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Containerisierung: Containerisierung bietet vielfältige Vorteile wie Isolation, Effizienz und Portierbarkeit. Mikroservices vereinfachen Test und Entwicklung modularer und skalierbarer Anwendungen, wodurch eine schnelle Entwicklung unterstützt wird.

Hypervisor

Ein Hypervisor ist eine Software, die das Erstellen und Verwalten virtueller Maschinen (VMs) ermöglicht. Er ermöglicht das gleichzeitige Ausführen unterschiedlicher Frameworks auf einer einzelnen physischen Host-Maschine, wobei die zugrundeliegenden Geräte-Ressourcen gemeinsam genutzt werden.

• Definition und Funktion eines Hypervisors: Ein Hypervisor ist ein Medium zwischen dem tatsächlichen Gerät und der virtuellen Maschine, die auf ihm ausgeführt wird. Er bietet eine Deliberationsebene zur Virtualisierung des verborgenen Geräts, die eine autonome und sichere Ausführung zahlreicher VMs gestattet. Der Hypervisor ist zuständig für die Zuordnung und Nutzung der Host-Ressourcen wie Computerchips, Arbeitsspeicher, Datenspeicher, Netzwerk und Systemadministration. Er gewährleistet, dass jeder VM ein sinnvoller Anteil der Ressourcen zugeordnet wird, während er gleichzeitig die Isolation untereinander sicherstellt.
• Arten von Hypervisoren: Es gibt zwei Arten von Hypervisoren:

1. Typ 1: Bare Metal-Hypervisor: Der Bare Metal-Hypervisor wird ohne zugrundeliegendes Betriebssystem auf der Hardware der Host-Maschine ausgeführt. Er verbindet sich mit den Geräten und verwaltet die Virtualisierung für Gast-Arbeits-Frameworks. Dieser Hypervisor wird üblicherweise für Server-Virtualisierungen verwendet und bietet eine bessere Ausführung sowie Sicherheit, da kein zusätzlicher Arbeits-Framework-Layer existiert.
2. Typ 2: Gehosteter Hypervisor: Ein gehosteter Hypervisor wird zusätzlich zu einem Host-Arbeits-Framework ausgeführt. Er ist abhängig von dem Host-Betriebssystem für Gadget-Treiber- und andere Gerätekommunikationen. Hypervisoren vom Typ 2 werden häufig für Arbeitsbereichs-Virtualisierungen genutzt und sind einfacher einzurichten und zu verwenden. Sie ermöglichen den Clients das Ausführen unterschiedlicher Gast-Betriebssysteme auf ihren PCs.

Gast-Betriebssystem

• Die Wichtigkeit und Funktion eines Gast-BS: Das Gast-Betriebssystem ist ein zentraler Bestandteil einer virtuellen Maschine (VM), da es die Umgebung bietet, in der die Anwendungen ausgeführt werden. Die primäre Signifikanz und der Nutzen einer VM beinhaltet das Ausführen von Anwendungen, Ressourcen-Management, Gerätetreiber, Sicherheit und Isolation sowie das Dateisystem-Management.
  
• Kompatibilitätserwägungen im Zusammenhang mit virtuellen Maschinen: Einige wichtige Kompatibilitätsaspekte umfassen unterstützte Gast-Betriebssysteme, Treiber und Integration, Leistung und Optimierung, Lizenzierungs- und Virtualisierungsrechte.

Virtuelle Hardware: Virtuelle Geräte bezeichnen das Imitieren oder Virtualisieren tatsächlicher Geräte innerhalb einer VM-Umgebung. Dies ermöglicht mehreren virtuellen Maschinen die effiziente gemeinsame Nutzung von Geräten. Die grundlegenden Bestandteile einer virtuellen Umgebung umfassen:

• CPU-Virtualisierung: Abstrahiert und unterteilt die physische CPU in virtuelle CPUs, um mehrere VMs gleichzeitig auf einem physischen Server ausführen zu können.
• Arbeitsspeicher-Virtualisierung: Teilt den physischen Arbeitsspeicher in virtuelle Arbeitsspeicher auf, um eine effiziente Speicherzuordnung und -verwaltung zu ermöglichen.
• Laufwerks- und Datenspeicher-Virtualisierung: Ermöglicht das Pooling von Datenspeicher-Ressourcen und die Bereitstellung virtueller Laufwerke.
• Netzwerk-Virtualisierung: Legt virtuelle Netzwerke über physische Netzwerke, um die Netzwerk-Agilität und die Auslastung der Netzwerk-Ressourcen zu verbessern.

Server-Virtualisierung

• Konsolidierung mehrerer Server auf einem einzelnen Host: Server-Virtualisierung ermöglicht die Kombination zahlreicher Server auf einer einzelnen Host-Maschine. Statt einen Server für jede Anwendung oder jeden Verantwortungsbereich einzusetzen, erstellt die Virtualisierung verschiedene virtuelle Maschinen (VMs) auf einem einzelnen Server. Sie bietet Vorteile wie Kosteneinsparungen, Optimierung, einfache Verwaltung, Skalierbarkeit und Flexibilität. 
• Lastausgleich und Hochverfügbarkeit: Servervirtualisierung bietet einen Mechanismus für Lastausgleich und Hochverfügbarkeit, um eine kontinuierliche Zugänglichkeit und produktive Asset-Nutzung zu gewährleisten. Lastausgleich beinhaltet die Nutzung von VMs in Bezug auf Asset-Nutzung, Netzwerk-Datenverkehr oder vordefinierte Regeln. Er gewährleistet, dass kein Host überlastet wird, während andere nur unzureichend genutzt werden. Hochverfügbarkeit bezeichnet die Kapazität, Anwendungen und Verwaltungsaufgaben auszuführen.

Entwicklungs- und Testumgebungen

• Erstellung isolierter Entwicklungsumgebungen: Die Entwickler können spezielle virtuelle Maschinen für Programmentwicklungen einrichten, die es ihnen ermöglichen, in einer begrenzten und kontrollierten Umgebung zu arbeiten. Die Vorteile, virtuelle Maschinen für isolierte Umgebungen zu nutzen, umfassen Umgebungskonsistenz, Sandbox-Tests, Isolation, Sicherheit, Anpassungsfähigkeit und Portierbarkeit.
• Testen der Software-Kompatibilität und der Skalierbarkeit: Virtuelle Maschinen sind unverzichtbar für Tests der Software-Kompatibilität und der Skalierbarkeit.. Software-Entwickler und -Tester können VMs schnell mit spezifischen Konfigurationen erstellen, um die Programmähnlichkeit für unterschiedliche Plattformen, Programme und Adaptionen zu testen. Virtuelle Maschinen berücksichtigen einfache Skalierungen der Testbedingungen. Tester können unterschiedliche VM-Ereignisse erstellen und hohe Client-Lasten oder Organisationbedingungen wiederherstellen, um die Programmausführung und Anpassungsfähigkeit zu bewerten.

Cloud Computing und virtuelle Rechenzentren

• Infrastructure-as-a-Service (IaaS) und virtuelle Maschinen: IaaS ist ein dezentrales Computing-Modell, das virtualisierte Assets über das Internet bereitstellt. Virtuelle Maschinen spielen eine wichtige Rolle bei IaaS und können für VM-Instanzen, Ressourcen-Zuweisung on demand und Mandantenfähigkeit genutzt werden.
• Verwaltung und Skalierung virtueller Maschinen-Bereitstellungen: Produktive Administration und Skalierung sind entscheidend für die virtuelle Maschinen-Organisation unter Cloud-Bedingungen. Einige primäre Erwägungen umfassen den Einschluss von Automatisierung, Orchestrierung, Ressourcen-Überwachung, automatische Skalierung, Lastausgleich, Sicherung und Disaster Recovery.

Desktop-Virtualisierung

• Virtuelle Desktop-Infrastruktur (VDI): VDI ist eine Virtualisierungs-Innovation für den Arbeitsbereich, die Kunden den Remote-Zugriff auf ihre Desktop-Umgebungen aus der Entfernung oder mit unterschiedlichen Zubehörkomponenten ermöglicht. Eine VDI beinhaltet die Einrichtung virtueller Maschinen auf einer einheitlichen Server-Grundlage und die Bereitstellung eines Arbeitsbereichs-Erlebnisses für Clients innerhalb des gesamten Unternehmens. Zu den wichtigsten Komponenten gehören virtuelle Desktops, zentrales Management, Remote-Zugriff und die Verwaltung von Benutzerprofilen.
• Remote-Zugriff und Thin Client-Computing: Desktop-Virtualisierung ermöglicht Remote-Zugriff und Thin Client-Verarbeitung für ein unkompliziertes Computing-Erlebnis. Er bietet einen zentralen Daten- und Anwendungsspeicher sowie erweiterte Sicherheit und Datenschutz.