Nahezu jede Branche vertraut heutzutage auf die Vorzüge des Cloud Computing. Die Möglichkeit, IT-Ressourcen nicht selbst bereitstellen zu müssen, sondern auf virtueller Ebene abrufen zu können, vereinfacht zahlreiche Prozesse und senkt dabei Kosten. Die Grundlage dafür bildet die Virtualisierung.
Die Virtualisierung bezeichnet eine Abstraktion physischer IT-Ressourcen. Sie ermöglicht es, diese Ressourcen unabhängig von ihrer eigentlichen Hardware oder Software virtuell bereitzustellen. So können Anwendungen, Betriebssysteme, Speicher, Prozessoren oder Netzwerke als virtuelle Abbilder digital zur Verfügung gestellt werden. Diese Ressourcen lassen sich somit bedarfsgerecht, flexibel und vergleichsweise kostengünstig in Anspruch nehmen.
Mittels Virtualisierung können auf einer einzelnen physischen Maschine mehrere virtuelle Instanzen von Maschinen geschaffen werden, die eigenständig und unabhängig voneinander vollständig funktionsfähig sind. Nutzer haben beim Zugriff auf diese Ressourcen alle Möglichkeiten, die eine physische Maschine bieten würde. Auf diesem Wege können die zur Verfügung stehenden IT-Ressourcen deutlich effizienter genutzt und gesteuert werden, ohne zusätzliche Investitionen in neue Hardware tätigen zu müssen. So bildet die Virtualisierung von Hardware- und Software-Komponenten die Grundlage des heutigen Cloud Computing.
Um zu verstehen, wie Virtualisierung in der Praxis funktioniert, ist es erforderlich, zwei zentrale Säulen dieser Technologie zu erklären: die virtuelle Maschine (VM) und den Hypervisor.
Eine virtuelle Maschine (Abkürzung: VM) ist eine durch Software definierte virtuelle Umgebung auf einer physisch existierenden Maschine. Es handelt sich – vereinfacht gesagt – um einen Computer innerhalb eines Computers, der über separate Ressourcen und ein eigenes Betriebssystem verfügt. Eine einzelne physische Maschine kann gleichzeitig als Host für zahlreiche virtuelle Maschinen fungieren. Die Software, die alle VMs in einer Maschine überwacht und ihre Ressourcen verwaltet, wird als Hypervisor bezeichnet.
Der Hypervisor (Abkürzung: VMM / Virtual Machine Monitor) ist eine Software, welche die virtuellen Umgebungen aller VMs auf einer Maschine definiert. Gleichzeitig koordiniert der Hypervisor die Bereitstellung der benötigten Ressourcen zwischen allen virtuellen Maschinen und achtet darauf, dass die VMs sich im Betrieb nicht gegenseitig beeinträchtigen.
Es wird zwischen zwei Arten von Hypervisoren unterschieden:
Typ-1-Hypervisor / Bare Metal Hypervisor
Ein Typ-1-Hypervisor wird direkt auf der Hardware einer Maschine installiert. Die Notwendigkeit für ein Host-Betriebssystem entfällt, der Hypervisor koordiniert sämtliche Ressourcen direkt an der Quelle und kann sie unter den virtuellen Umgebungen aufteilen. Für Unternehmensanwendungen ist diese Art Hypervisor in der Regel die bevorzugte Variante.
Typ-2-Hypervisor / Hosted Hypervisor
Ein Typ-2-Hypervisor wird auf einer Maschine installiert, die bereits über ein Host-Betriebssystem verfügt. Diese Hypervisoren laufen dort als Anwendung und können nur auf die Ressourcen zugreifen, die das Host-Betriebssystem für sie bereitstellt. Für Unternehmensanwendungen ist diese Variante zu ineffizient und daher eher ungeeignet – praktisch ist sie aber für Privatanwender.
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Die Virtualisierung bringt eine Reihe an Vorteilen mit sich, die gerade für Unternehmen von Interesse sind:
Effiziente Nutzung von Ressourcen
Durch die Virtualisierung von IT-Ressourcen kann zum Beispiel jede Art von hauseigener Server-Infrastruktur deutlich effizienter eingesetzt werden. Statt einzelne dedizierte Server je Anwendung zu konfigurieren, können VMs diese Programme in separaten virtuellen Umgebungen auf einem einzelnen Server durchführen. So werden die Kapazitäten der bestehenden Infrastruktur besser ausgelastet.
Reduzierung der IT-Kosten
Durch die Optimierung der Auslastung einzelner Maschinen können freiwerdende Server entweder anderweitig genutzt oder eingespart werden. Im besten Fall müssen auch mittelfristig keine weiteren IT-Komponenten angeschafft werden. So senkt die Virtualisierung die potenziellen Kosten für Hardware-Neuanschaffungen sowie die laufenden Ausgaben für Instandhaltung, Stromversorgung und Kühlung.
Einfache Verwaltung
Der Umstieg auf virtuelle Maschinen ermöglicht die softwarebasierte Administration ganzer Rechenzentren. Mit einer IT-Infrastruktur, die in großen Teilen virtuell ist, können zahlreiche Prozesse komplett automatisiert und in digitaler Form stattfinden. Über passende Programme zur Bereitstellung und Konfiguration lassen sich ohne großen Aufwand exakte Vorlagen anhand bestehender VMs anlegen. Diese „Blaupausen“ ermöglichen eine Duplizierung nach Bedarf und machen manuelle Einrichtungsprozesse vollständig überflüssig. So entfällt dank der Virtualisierung eine typische Fehlerquelle im System.
Sicherheit der Systeme
Sicherheitsrelevante Ereignisse wie Cyberangriffe, Stromausfälle oder ähnlich gravierende Vorkommnisse können physische Server schlimmstenfalls für längere Zeit außer Betrieb setzen. Solche Ausfallzeiten sind für Unternehmen meist in mehrfacher Hinsicht sehr kostspielig. Virtuelle Maschinen können hingegen leichter isoliert, anhand von Snapshots einfach wiederhergestellt oder direkt redundant betrieben werden, ohne dass dadurch größere Kosten entstehen. Dies erhöht die Ausfallsicherheit und senkt das Betriebsrisiko.
In der Praxis gibt es nicht nur eine einzelne Form der Virtualisierung – heutzutage ist es ohne Probleme möglich, weite Teile einer gesamten IT-Infrastruktur in eine virtuelle Umgebung zu überführen und sehr gezielt zur Verfügung zu stellen. Dies kann sowohl Hardware- als auch Software-Komponenten umfassen.
Dabei wird etwa zwischen folgenden Arten der Virtualisierung unterschieden:
Die Servervirtualisierung ist eine der gängigsten Formen der Hardware-Virtualisierung. Hierbei wird ein einzelner Server in eine Reihe kleinerer virtueller Server mit jeweils eigenen Betriebssystemen und Ressourcen aufgeteilt. Bei diesen virtuellen Servern im Server handelt es sich um die oben genannten virtuellen Maschinen (VMs).
Unternehmen verfügen über große Mengen an Daten, die aus unterschiedlichen Quellen aggregiert und in diversen Formaten wahlweise auf physischen Servern vor Ort oder in Cloud-Systemen gespeichert werden. Dies kann den bedarfsgerechten Zugriff auf einzelne Datensätze sowie die ggf. netzwerkübergreifende Auswertung unter Umständen erheblich erschweren.
Durch die Virtualisierung dieser Daten wird ein virtueller Gesamtbestand dieser Daten erstellt. Benötigen Anwendungen bestimmte Datensätze, können die Tools zur Datenvisualisierung diese Anfragen verarbeiten, auf die jeweiligen Quellen zugreifen und in einem für die Anwendungen geeigneten Format zur Verfügung stellen. So lassen sich selbst größte Datensätze ohne zusätzliche Hardware virtuell zusammenführen.
Die Anwendungsvirtualisierung erlaubt es, Anwendungen bzw. Software auf einem Betriebssystem zu nutzen, ohne diese Software dort installieren zu müssen. Dies kann sich etwa dann anbieten, wenn das aktuell genutzte Betriebssystem eine spezifische Anwendung nicht nativ unterstützt. Unternehmen nutzen diese Form der Virtualisierung bevorzugt, um Office-Anwendungen unkompliziert bereitstellen zu können.
Typischerweise wird zwischen drei Formen der Anwendungsvirtualisierung unterschieden:
Anwendungs-Streaming
Beim Anwendungs- oder Application-Streaming befindet sich die eigentliche Anwendung auf einem externen Server. Ausgeführt wird die Software mittels Streaming auf den eigenen Endgeräten.
Serverbasierte Anwendungsvirtualisierung
Die Anwendung wird extern gehostet und ausgeführt. Nutzer greifen über eine eigene Schnittstelle auf den Server zu und können so die Funktionen der Software nutzen.
Lokale Anwendungsvirtualisierung
Die Anwendung wird auf dem eigenen Endgerät ausgeführt. Dabei befindet sie sich in einer eigenen Umgebung, die vom jeweiligen Betriebssystem unabhängig und separiert ist.
Die Speichervirtualisierung bietet die Möglichkeit, die Ressourcen einzelner Speichermedien in einem virtuellen Speicherpool zu bündeln. Über geeignete Tools kann dieser Gesamtspeicher dann zentral verwaltet, partitioniert und ganz flexibel nach Bedarf zugeteilt werden. So hilft die Virtualisierung dabei, die bereits vorhandenen Speicherkapazitäten so effizient und vollumfänglich wie möglich zu nutzen.
Abhängig davon, in welchem Kontext und Umfang eine solche Virtualisierung stattfindet, ist von einer hostbasierten, gerätebasierten oder netzwerkbasierten Speichervirtualisierung die Rede. Für die Anforderungen von Unternehmen ist in der Regel vor allem die netzwerkbasierte Variante interessant, die häufig in Form eines Storage-Area-Networks (SAN) umgesetzt wird.
Bei der Netzwerkvirtualisierung werden die Ressourcen eines Netzwerks (Hardware und Software) in eine virtuelle Form überführt. Auf diesem Wege können auch geografisch getrennte Netzwerke zu einem einzelnen virtuellen Unternehmensnetzwerk gebündelt werden. So ist es möglich, das gesamte Netzwerk zentral zu verwalten, ohne dass eine physische Interaktion vor Ort erforderlich ist.
Durch diese Abstraktion der Hardware- und Software-Komponenten können die Ressourcen im gesamten Netzwerk flexibel dort bereitgestellt werden, wo sie gebraucht werden. Gleichzeitig sichert eine solche virtuelle IT-Infrastruktur die schnelle Skalierbarkeit und hohe Ausfallsicherheit des gesamten Netzwerks. Bestenfalls macht dies Teile der teuren physischen Infrastruktur (Router / Switches / Server) vor Ort überflüssig.
Im Bereich der Netzwerkvirtualisierung wird zwischen softwaredefinierten Netzwerken (SDN / Software-defined Networking) unterschieden.
Über die Virtualisierung von Desktop-Umgebungen haben Unternehmen die Möglichkeit, mehrere Desktop-Betriebssysteme über virtuelle Maschinen auf einem Server auszuführen und diese virtuellen Umgebungen Nutzern nach Bedarf zur Verfügung zu stellen. Je nach Umsetzung reicht es, Nutzer mit Thin-Client- oder Zero-Client-Geräten auszustatten, ohne dass dies Auswirkungen auf die Arbeitsfähigkeit hat. So lassen sich Hardware-Anschaffungskosten einsparen und sämtliche Desktop-Umgebungen zentral verwalten.
Folgende Formen der Virtualisierung können hier zum Einsatz kommen:
Hostbasierte Desktop-Virtualisierung
Das Betriebssystem wird auf einem externen Server ausgeführt, der die gesamte Rechenleistung für die Prozesse bereitstellt. Nutzer verbinden sich hier meist mit einer VM auf dem Server. Eine solche Virtuelle Desktop-Infrastruktur (VDI) stellt meist nur geringe Anforderungen an die Client-Hardware.
Clientbasierte Desktop-Virtualisierung
Das Betriebssystem wird entweder clientseitig über eine VM oder vom Server mittels OS-Streaming ausgeführt. Die Rechenleistung muss in diesen Fällen der Client bereitstellen. Für diese Form der Virtualisierung ist je Nutzer ein Thick Client erforderlich.
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