Virtualisierung
Was ist Virtualisierung?
Die Virtualisierung ist ein Prozess, der die Erstellung mehrerer simulierter Computing-Umgebungen aus einem einzigen Pool physischer Systemressourcen ermöglicht. Sie wird häufig zur gleichzeitigen Ausführung mehrerer Betriebssysteme auf demselben Hardwaresystem verwendet.
Die Hardware ist von der Software getrennt
Durch die Virtualisierung werden Ressourcen, die früher nur in physischer Form verfügbar waren, z. B. Server, Datenspeichergeräte oder Desktop-Systeme, in eine digitale Form abstrahiert. Die Technologie separiert die physische Hardware von der Software, die auf ihr ausgeführt wird. Dadurch ist eine effizientere Nutzung von Hardwareressourcen möglich, da die Ressourcen großer Systeme in kleinere, effizientere und einfacher gemeinsam nutzbare Segmente aufgeteilt werden. Diese Segmente können dann mittels virtueller Maschinen (VMs) an mehrere unterschiedliche Anwendungen und Benutzer mit einer Vielzahl verschiedener Anforderungen verteilt werden. Zu den häufigsten Einsatzbereichen dieser Technologie gehört die Ausführung von Anwendungen, die für andere Betriebssysteme bestimmt sind, ohne dass sie auf einem bestimmten Hardwaresystem ausgeführt werden müssen.
Keine Abhängigkeit und Einschränkungen durch die physische Hardware
Die Virtualisierung sorgt auch für mehr Flexibilität und Kontrolle, da sie die Abhängigkeit von einer einzelnen Hardware beseitigt. Die auf einer VM ausgeführten Anwendungen haben Zugriff auf die gleichen Hardware- und Softwareressourcen, auf die sie bei der Ausführung auf ihrer eigenen dedizierten Maschine zugreifen könnten. Obwohl jedoch die VMs auf demselben Host-System ausgeführt werden können, ist jede VM isoliert. Das sorgt für mehr Sicherheit für sowohl andere VMs als auch für den Host.
Geschichte der Virtualisierung
Die Anfänge der Virtualisierung reichen bis zu den großen Mainframe-Computern in den 1960er Jahren zurück, als jedes dieser enorm großen Hardwaresysteme nur jeweils einen einzigen Prozess verarbeiten konnte. Irgendwann verlangten die Kunden, dass diese Systeme, die enorme Investitionen erforderten, mehr als nur einen Benutzer oder Prozess gleichzeitig unterstützen sollten. Ende der 1960er Jahre entwickelte IBM das Betriebssystem CP-67, einen frühen Hypervisor, der erstmals virtuellen Arbeitsspeicher für die System 360-Serverfamilie des Unternehmens bereitstellte. Es wurden jedoch noch weitere Lösungen entwickelt, die mehreren Benutzern die Arbeit auf einem einzigen Server ermöglichten, und die Virtualisierungstechnologie führte jahrzehntelang ein Nischendasein.
In den 1990er Jahren, als viele Unternehmen vor Herausforderungen mit IT-Stacks und Legacy-Anwendungen von einem einzelnen Anbieter standen, erkannten sie, dass sie ihre oft unausgelasteten Serverressourcen besser nutzen mussten. Durch die Einführung der Virtualisierung konnten sie nicht nur ihre Serverinfrastruktur effizienter partitionieren, sondern auch ihre Legacy-Anwendungen auf unterschiedlichen Betriebssystemtypen und -versionen ausführen. Die Verbreitung des Internets mit seinem umfangreichen Netzwerk unterschiedlicher Arten von Computern mit unterschiedlichen Betriebssystemen trug dazu bei, die Einführung der Virtualisierung voranzutreiben. Als die Virtualisierung häufiger eingesetzt wurde, reduzierte sie die Abhängigkeit von einzelnen Serveranbietern und bildete die Grundlage für die Entwicklung des Cloud-Computings.
Wie funktioniert die Virtualisierung?
Die Virtualisierung wird durch eine Softwareebene ermöglicht, die als Hypervisor bezeichnet wird. Diese Software abstrahiert die Ressourcen ihres Host-Systems – ob CPUs, GPUs, Arbeitsspeicher, Datenspeicher oder Netzwerkbandbreite – und verteilt sie dynamisch an eine Reihe virtueller Maschinen (VMs), die auf dem System ausgeführt werden, basierend auf den eingehenden Ressourcenanforderungen. Jede VM funktioniert wie eine einzelne Datendatei auf dem Host-System und kann einfach von einem System auf ein anderes oder sogar in die Cloud übertragen werden. Wenn sie wieder geöffnet wird, funktioniert sie genauso wie zuvor.
Arten der Virtualisierung
Während sich die Virtualisierungstechnologie weiterentwickelt, wird sie in immer mehr Bereichen eingesetzt.
- Die Servervirtualisierung ist heute die häufigste Form der Virtualisierungstechnologie auf dem Markt. Server sind dafür ausgelegt, eine große Zahl von Aufgaben zu verarbeiten. Daher können viele Unternehmen enorm davon profitieren, wenn Server partitioniert werden, damit ihre Komponenten effizienter für mehrere Funktionen auf dem gesamten System genutzt werden können.
- Bei der Speichervirtualisierung wird eine Gruppe von Servern von einem virtuellen Speichersystem verwaltet. Dieses System verwaltet den Datenspeicher aus mehreren Quellen und behandelt ihn wie einen einzigen Speicherpool, unabhängig von Hardwareunterschieden zwischen den Host-Systemen. Diese Virtualisierung vereinfacht die Durchführung von Sicherungs-, Archivierungs- und Wiederherstellungsaufgaben.
- Die Anwendungsvirtualisierung entkoppelt die Anwendung vom Betriebssystem und von der Hardware, auf dem bzw. der sie ausgeführt wird. Die Endbenutzer greifen gewöhnlich auf virtualisierte Anwendungen auf einem Thin Client zu, während die Anwendung selbst auf einem mit dem Internet verbundenen Server im Rechenzentrum ausgeführt wird. Dies kann die Ausführung von Anwendungen vereinfachen, die ältere Betriebssystemversionen erfordern oder ein Risiko für andere Systemressourcen darstellen könnten.
- Die Desktop-Virtualisierung, auch als virtuelle Desktop-Infrastruktur (VDI) bezeichnet, spiegelt die Desktop-Umgebung eines Benutzers in einem softwarebasierten System, auf das der Benutzer über das Internet zugreifen kann. Alle Elemente des physischen Arbeitsbereichs werden auf dem Server gespeichert und die Endbenutzer profitieren von einem ähnlichen Benutzererlebnis, unabhängig vom verwendeten Gerät. Alle Benutzerdaten und Programme befinden sich auf dem Host-Server, nicht auf dem Gerät der Endbenutzer.
- Die Netzwerkvirtualisierung trennt virtuelle Netzwerke von der zugrunde liegenden Hardware. Virtuelle Switches werden für das gesamte Management der Netzwerke verwendet. Die Netzwerkvirtualisierung erleichtert Administratoren die Zuordnung und Verteilung von Ressourcen und sorgt damit für eine höhere und stabilere Netzwerkleistung.
Gängige Einsatzmöglichkeiten der Virtualisierung
Die Virtualisierung bietet Unternehmen jeder Größe Vorteile. Der Einstieg in die Virtualisierung mag zwar kompliziert erscheinen, aber die langfristigen Vorteile machen dies wieder wett.
Die Virtualisierung ermöglicht Unternehmen eine effizientere Nutzung ihrer IT-Infrastruktur. Mehrere VMs oder VDIs können auf einem einzigen Server gehostet werden, wodurch zusätzlich zu den Kosten für eine unzureichende Hardwareauslastung auch die Kosten für Stromversorgung und Kühlung gesenkt werden können. Weniger Hardware bedeutet wiederum, dass die Wartung und das Asset-Lifecycle-Management deutlich vereinfacht werden.
Die Servervirtualisierung ist entscheidend für viele Unternehmen, die zunehmend Remote- oder Hybrid-Arbeitsplätze einführen. VDIs, Remote Desktop Services (RDS), virtuelle Desktops und vergleichbare Technologien ermöglichen es den Mitarbeitern, produktiv zu bleiben – dank zuverlässiger Leistung und einfachem Zugriff auf die Dateien und Daten, die sie für ihre Arbeit benötigen.
Disaster Recovery (DR) ist ein weiterer Bereich, in dem die Virtualisierung häufig zum Einsatz kommt. VM-Dateien auf einer begrenzten Anzahl an Servern zu sichern, beansprucht viel weniger Zeit als die Sicherung von Daten auf einer Reihe dedizierter Maschinen. Durch die Virtualisierung ist es außerdem viel einfacher, Daten im Fall eines Hardwareausfalls oder eines anderen Notfalls auf andere physische Maschinen zu übertragen.
In der Software- oder Anwendungsentwicklung senkt die Virtualisierung die Kosten und vereinfacht die Bereitstellung neuer Ressourcen für Entwicklerteams. Neue VMs können nicht nur schnell eingerichtet werden, sondern sind auch von der zugrunde liegenden Infrastruktur und anderen VM-Instanzen auf demselben Host getrennt. Dadurch können etwaige Probleme in der Entwicklungsumgebung nicht zu Problemen auf dem übrigen System führen.
Die Sicherheitsvorteile von VMs kommen jedoch nicht nur bei Entwicklung und Tests zur Geltung. Wenn Sie auf verdächtige Dateien oder Daten zugreifen müssen, kann die betreffende Anwendung in einer Quarantäneumgebung oder „Sandbox“ ausgeführt werden, die nur minimale Systemressourcen und Datenspeicherkapazität nutzt. Werden Software und Anwendungen auf diese Weise voneinander getrennt, ist es schwieriger für Malware oder andere Sicherheitsbedrohungen, sich auf Ihrem System auszubreiten.
Arten der Virtualisierung
A. Servervirtualisierung
- Die Server-Virtualisierungstechnologie ermöglicht den Betrieb zahlreicher virtueller Server auf einem einzelnen physischen Server und hierdurch eine Optimierung der Ressourceneffizienz.
- Hypervisoren, beispielsweise vom Typ 1 (Bare Metal) und Typ 2 (gehosted), verwalten virtuelle Maschinen und ermöglichen eine Servervirtualisierung.
B. Netzwerkvirtualisierung:
- Netzwerkvirtualisierung umfasst die Virtualisierung von Netzwerkfunktionen und -ressourcen zur Verbesserung von Flexibilität und Effizienz.
- Software-definierte Netzwerke (SDN) und Netzwerk-Virtualisierungs-Overlays ermöglichen den Aufbau virtueller Netzwerke und ein zentrales Netzwerk-Management.
C. Speichervirtualisierung:
- Speichervirtualisierung umfasst die Virtualisierung von Datenspeicherressourcen und die Verwaltung von Daten.
- Architekturen und Technologien zur Speichervirtualisierung ermöglichen eine effiziente Datenspeicher-Bereitstellung, Datenmigration und zentrale Verwaltung.
D. Desktop-Virtualisierung:
- Bei der Desktop-Virtualisierung werden Desktop-Umgebungen und Benutzer-Arbeitsbereiche virtualisiert. Dies ermöglicht mehr Flexibilität und den Zugriff über eine Vielzahl von Geräten.
- Virtuelle Desktop-Infrastruktur (VDI) und Anwendungsvirtualisierung ermöglichen die Bereitstellung und Verwaltung virtueller Desktops und Anwendungen.
Vorteile und Anwendungsfälle für eine Virtualisierung
A. Kosteneinsparungen und Effizienz:
- Virtualisierung spart Geld durch Konsolidieren der Infrastruktur und Reduzieren der Hardware-Kosten bei gleichzeitiger Platzeinsparung.
- Sie verbessert die Ressourcenauslastung sowie die Energieeffizienz und optimiert das Infrastrukturmanagement, um Kosten einzusparen.
Skalierbarkeit und Flexibilität:
- Virtualisierung ermöglicht eine schnelle Bereitstellung virtueller Ressourcen und eine schnelle Skalierbarkeit, um sich verändernde Anforderungen zu erfüllen.
- Sie bietet eine flexible und kosteneffiziente Ressourcen-Zuordnung durch effektive bedarfsgerechte Skalierung basierend auf den Workload-Anforderungen.
C. Disaster Recovery und Business Continuity:
- Virtualisierung gewährleistet Datenschutz und Hochverfügbarkeit durch Funktionen wie beispielsweise Replikation und Live-Migration zur Sicherstellung der Business Continuity.
- Sie ermöglicht Disaster Recovery-Strategien wie Standort-Failover, minimiert Ausfallzeiten und gewährleistet die Datensicherheit.
D. Test- und Entwicklungsumgebungen:
- Virtualisierung vereinfacht das Einrichten isolierter Testumgebungen, reduziert Konflikte und gewährleistet präzise Resultate.
- Sie beschleunigt Test- und Entwicklungszyklen durch schnelle Bereitstellung und Replikation virtueller Umgebungen und mehr Effizienz bei Software-Entwicklungen sowie Tests.
Virtualsierungs-Technologien und -Komponenten:
A. Hypervisoren:
- Hypervisoren vom Typ 1 (Bare Metal) werden direkt auf der Host-Hardware ausgeführt, während Hypervisoren vom Typ 2 (gehostet) zusätzlich zum Betriebssystem ausgeführt werden.
- Hypervisoren bieten zahlreiche Funktionen, Management-Möglichkeiten und Anbieteroptionen für umfassende Flexibilität und Kontrolle virtueller Umgebungen.
Virtuelle Maschinen (VMs):
- Virtuelle Maschinen sind Software-Emulationen physischer Computer, auf denen Betriebssysteme und Anwendungen ausgeführt werden können.
- VMs werden mithilfe von Virtualisierungssoftware erstellt, verwaltet und migriert. Dies ermöglicht Flexibilität, Portierbarkeit und effiziente Ressourcen-Zuordnung.
C. Virtuelle Netzwerke:
- Virtuelle Switches, virtuelle LANs (VLANs) und virtuelle Router ermöglichen Netzwerkkonnektivität und Segmentierung innerhalb virtueller Umgebungen.
- Netzwerkkonfiguration und -konnektivität in virtualisierten Umgebungen werden über virtuelle Netzwerkkomponenten verwaltet, die Flexibilität und Kontrolle bieten.
D. Technologien zur Speichervirtualisierung:
- Storage Area Networks (SANs) und Network-Attached Storage (NAS) bieten Datenspeicherressourcen für virtualisierte Umgebungen.
- Speichervirtualisierungsplattformen und softwaredefinierte Speicherlösungen abstrahieren und verwalten Datenspeicherressourcen und ermöglichen eine effiziente Datenspeicherung und -verwaltung.
Herausforderungen und entscheidende Faktoren bei der Virtualisierung:
A. Leistung und Ressourcen-Zuordnung:
- Die Leistungsoptimierung beinhaltet den Umgang mit Ressourcenkonflikten zwischen virtuellen Maschinen und das Sicherstellen einer effizienten Ressourcen-Zuordnung.
- Überwachungstools unterstützen das Erkennen und Beheben von Leistungsproblemen in virtualisierten Systemen, um eine maximale Leistung zu erzielen.
B. Sicherheit und Isolation:
- Der Schutz virtueller Umgebungen beinhaltet das Verhindern von VM Escape und das Implementieren von Zugriffssteuerungen sowie Maßnahmen zur Netzwerk-Segmentierung.
- Die Isolation virtueller Maschinen und der Schutz vor nicht autorisiertem Zugriff sind entscheidende Faktoren für die Aufrechterhaltung der Sicherheit.
C. Kompatibilität und Integration:
- Bei der Virtualisierung können Kompatibilitätsprobleme mit älteren Systemen und Anwendungen auftreten, die während der Migration sorgfältig bedacht werden müssen.
- Effektive Planung und Ausführung sind erforderlich, um virtualisierte Umgebungen und bestehende Systeme wie Netzwerk und Datenspeicher aufeinander abzustimmen.
D. Management und Administration:
- Zentrale Management- und Überwachungs-Tools ermöglichen eine effiziente Administration virtualisierter Infrastrukturen und stellen Leistung sowie Stabilität sicher.
- Automatisierungs- und Orchestrierungs-Tools optimieren Verwaltungsaufgaben, steigern die Produktivität und ermöglichen eine konsistente Konfiguration und Bereitstellung.
Best Practices zur Virtualisierung
A. Kapazitätsplanung und Leistungsoptimierung:
- Bewerten der Ressourcen-Anforderungen und entsprechende Kapazitätsplanung, um eine effiziente Ressourcennutzung sicherzustellen.
- Verbessern der Systemleistung durch Optimieren der Workload-Platzierung und Anpassen der Ressourcen-Zuordnungen mithilfe von Techniken zur Leistungsabstimmung.
B. Sicherheits- und Compliance-Maßnahmen:
- Verstärken der Sicherheit virtualisierter Umgebungen durch Implementieren von Sicherheitskontrollen wie Netzwerk-Segmentierung und Zugriffssteuerung.
- Compliance-Abwägungen wie Datenschutzvorschriften zur Sicherstellung der Compliance innerhalb virtualisierter Umgebungen.
C. Disaster Recovery-Strategien und Sicherung:
- Schutz vor Datenverlust und Ermöglichen einer Wiederherstellung durch Implementieren spezieller Sicherungs- und Wiederherstellungsverfahren für virtualisierte Systeme.
- Sicherstellen der Business Continuity durch umfassende Disaster Recovery-Planung, einschließlich regelmäßiger Tests, um einen effektiven Umgang mit Unterbrechungen zu ermöglichen.
D. Virtualisierung in Cloud-Umgebungen:
- Anwenden der Virtualisierung in Public Cloud-, Private Cloud- und Hybrid Cloud-Umgebungen für eine flexible Ressourcen-Zuordnung und Skalierbarkeit.
- Optimieren des Virtualisierungsmanagements in Cloud-Implementierungen mithilfe von Cloud-Management-Plattformen, Automatisierung und Ressourcen-Optimierung.
HPE Virtualisierungslösungen
Für Unternehmen mit einer virtualisierten Infrastruktur besteht eine große Herausforderung darin, Unterbrechungen und Ausfallzeiten bei Anwendungen zu vermeiden. HPE bietet verschiedene Optionen zur Unterstützung virtueller Maschinen mit HPE InfoSight. HPE InfoSight nutzt Cloud-basiertes maschinelles Lernen, um die VM-Leistung durch die Ermittlung der Ursache von Fehlern zu optimieren, und empfiehlt die richtige Lösung mittels anwendungs- und ressourcenorientierter Modelle. KI-gestützte autonome Prozesse sorgen für umfassende Transparenz und beenden Mutmaßungen dank VM- und datenorientierter Analysen.
Verbessern Sie die Agilität, Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit Ihrer Tier-1- und geschäftskritischen Anwendungen. Die Datenspeicher-Infrastruktur von HPE liefert die für die Bereitstellung von Server-Virtualisierungen erforderliche differenzierte Leistung, Integration, Verwaltung und Verfügbarkeit. HPE Storage optimiert die VM-Dichte sowie die Storage-Effizienz und ermöglicht eine effizientere Verwaltung mithilfe moderner Architekturen, die speziell für Virtualisierungen und Lösungen für virtuelle Umgebungen beliebiger Größe entwickelt wurden.
HPE SimpliVity Systeme bieten eine hyperkonvergente Plattform der Enterprise-Klasse, mit der die Anwendungsleistung beschleunigt, die Effizienz verbessert sowie die Sicherung/Wiederherstellung von VMs innerhalb von Minuten ermöglicht wird. HPE Nimble Storage dHCIbietet eine intelligente Plattform für geschäftskritische Anwendungen, welche die Einfachheit von HCI mit der Flexibilität einer konvergenten Infrastruktur kombiniert. Mit HPE Primera erhalten Sie einen der weltweit intelligentesten Datenspeicher für geschäftskritische Anwendungen, der extreme Ausfallsicherheit und Leistung mit der Agilität der Cloud vereint.
HPE bietet darüber hinaus intelligente Cloud- und Storage Lösungen as-a-Service. HPE GreenLake ermöglicht Ihnen eine Cloud-Erfahrung für Ihre lokale Infrastruktur und vereinheitlicht Ihre Edges, Clouds und Rechenzentren. Für Ihre Infrastruktur virtueller Maschinen bietet HPE GreenLake Lösungen auf der Basis modularer Bausteine, die branchenführende HPE Hardware sowie unterstützende Software und Services umfassen. Es sind verschiedene Konfigurationen verfügbar, passend zu Ihren Workload-Anforderungen. Enterprise-Nutzern mit hochvolumigen und hochkomplexen Anforderungen bietet HPE GreenLake für Private Cloud das Beste der Private Cloud On-Premises und von HPE verwaltet – für eine außergewöhnliche DevOps-Leistung mit einfacher Point-and-Click-Erfahrung.