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Das Schlagwort Virtualisierung ist heutzutage gang und gebe, doch für viele können mit diesem Wort nichts anfangen. Aus diesem Grunde möchten wir in diesem Artikel beschreiben, was genau mit Virtualisierung gemeint ist und welche Anwendungsgebiete hiermit abgedeckt werden können.

Mit Virtualisierung meint man das Betreiben von mehreren Instanzen (virtuellen) auf einer Physischen Hardware. War man früher gezwungen, auf einem physischem Computer ein Betriebssystem zu installieren, kann man heutzutage mehrere Betriebssysteme auf einem Computer parallel betreiben. Dabei ist es völlig uninteressant, ob dies die selben Systeme sind, oder unterschiedliche. Durch die Virtualisierung ist sichergestellt, dass auch unterschiedliche Betriebssysteme wie beispielsweise Microsoft (R) Windows2000Server oder Suse Linux Enterprise Server 9 oder gar Novell Netware 6.5 parallel nebeneinander auf einem physischem Computer laufen, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Die Virtualisierung ist keineswegs neu. Im Großrechnerumfeld ist das schon in den 70er Jahren erfolgreich praktiziert worden. Lediglich im x86er Umfeld ist dieses Verfahren neu, da bisher die Prozessoren nicht leistungsfähig genug waren.

Die Virtualisierung im x86er Umfled wird nun durch immer leistungsfähigere Prozessoren und günstigen Speicherpreisen möglich. Heutige Prozessoren (DualCore oder Quadcorde o.ä.) können durch ihre Architektur mittlerweile problemlos mehrere Rechenoperationen durchführen ohne dabei einen extremen Leistungsverlust zu haben. Bei der Virtualisierung wird dies zunutze gemacht. Eine Virtualisierungsschicht koppelt die Hardware für virtuelle Instanzen von der eigentlichen Hardware ab. Diese “Entkopplung” ermöglicht es, dass mehrere Instanzen auf ein und die selbe Hardware zugreifen können, ohne sich gegenseitig zu beeinträchtigen. Die Entkopplung geschieht mittels einem Stück Software, welches später die verschiedenen Anfragen der virtuellen Instanzen managed. Durch dieses Managen können alle virtuellen Maschinen die selbe Hardware nutzen. Die Virtualisierungsschicht steuert dabei die Anfragen so, dass die Hardware optimal ausgelastet wird und die virtuellen Instanzen ohne lange Wartezeiten auf die Hardware zugreifen können. Jede Virtuelle Maschine bekommt die Standartkomponenten eines PCs wie Hauptplatine, Prozessor, Festplatte + DVD, Grafikkarte und die Netzwerkkarte als “echte” Hardware vorgegauckelt. Mit dieser Hardware kann das virtuelle System auch optimal arbeiten. Probleme machen spezielle Hardwarekomponenten wie beispielsweise eingebaute Faxkarten oder Videoschnittkarten o.ä. Diese können von virtuellen Maschinen nicht angesprochen werden! Im Serverumfeld sind sogar an USB angeschlossene Geräte wie bsp. Dongels oder Festplatten nicht oder nur über Umwege ansprechbar. Einige wenige Firmen versuchen dieses Problem zu lösen, indem einzelnen virtuellen Maschinen der exklusive Zugriff auf eben diese besonderen Hardwarekomponenten erlaubt.

Es versteht sich fasdt von selbst, dass durch die Virtualisierung ein gewisser Leistungsverlust zu verzeichnen ist. Jedoch ist dieser Leistungsverlust je nach Anwendungsgebiet nicht wirklich extrem. Die meisten Server (bei denen Virtualisierung zum Einsatz kommt) sind selten mit mehr als 10% Auslastung beschäftigt. Besitzt man mehrere physische Server, welche alle mit maximal 10% Auslastung laufen, ist die Virtualisierung ideal. Diverse Firmen haben gute Erfolge mit 5-8 Servern auf einem Physischem System gemacht. Die physische Hardware wird dann zwar wesentlich mehr Beansprucht, da eben 5 oder gar 8 Server auf diesem System parallel laufen, fügt den physischen System aber keinen Schaden zu.

Ein weiterer Vorteil der Virtualisierung ist der, dass allen virtuellen Computern ein und die selbe Hardware vorgegauckelt wird. Somit ist der “echte” physische Unterbau völlig egal. Ändert sich im realen Umfeld die physische Hardware kann dies zu enormen Problemen führen. Im schlimmsten Fall sogar mit einer Neuinstallation des Computers. Bei einer virtuellen Umgebung kann sich der physische Unterbau ändern, ohne dass der virtuelle Computer dies überhaupt bemerkt. Durch die Entkopplung der Hardware sind Hardwareänderungen für virtuelle Maschinen sozusagen Unsichtbar.

Die Weiterentwicklung:
Da die Virtualisierung nicht nur bei Servern geht, sondern auch bei Arbeitsstationen, werden heutzutage auch die “Workstations” der Mitarbeiter virtualisiert. Die heutigen Server sind so leistungsfähig, dass man solche Arbeitsstationen zusätzlich auf wenigen Servern betreiben kann. Der Endanwender merkt eigentlich kaum, dass er virtuell arbeitet. Der Computer unter dem Bürotisch verschwindet und wird gegen einen ThinClient ausgewechselt. Auch hier kann enorm an Stromkosten und Watungskosten gespart werden.
Zu guter letzt werden mittlerweile sogar Anwendungen, welche bei den einzelnen Mitarbeitern laufen virtualisiert. Dies erspart die Installation der Anwendung auf der Arbeitsstation des Anwenders.

Der Standart:
In vielen Firmen hat man vor einigen Jahren mehrere Server benötigt, da die auf den Servern laufenden Anwendungen nicht auf einem Server liefen. Das Problem ist einfach, dass sich Datenbanken, Email-Server und Anwendungsserver schlecht oder garnicht auf einem Gerät vereinen lassen. Der gleichzeitige Betrieb der Anwendungen auf einem Gerät führt leider häufig zu Abstürzen aufgrund der Unverträglichkeit. Aus diesem Grunde hat man für jede Anwendung einen eigenen Server aufgebaut. So war man schnell bei 6-8 Server je nach größe der Firma. Größere Firmen mussten sogar 15 und mehr Server betreiben, um den laufenen Betrieb sicherzustellen. Wenn man eine vielzahl von Servern betreibt, muss man leider auch mit enormen Stromkosten rechnen, da jeder Server egal ob er viel oder wenig tut nahezu den selben Strombedarf hat. Zudem produziert jeder Server Wärme, welche wiederum heruntergekühlt werden muss, da sonst die Geräte in den Räumlichkeiten den Hitzetot sterben würden. Rechnet man die Verkabelung für Strom, Netzwerk und die zusätzlichen USVs hinzu, mussten viele Firmen sehr viel Geld in die Hand nehmen, um den EDV-Betrieb und die Serverfarmen am laufen zu halten.

Die Lösung:
Im Großrechner-Umfeld ist es schon seit langem Standart, mehrere Betriebssysteme und die sich darauf befindlichen Anwendungen auf ein und der selben Hardware (einem Server) gleichzeitig / parallel zu betreiben. Dies war bis vor einigen Jahren nur auf solchen Großrechnern möglich, da diese die entsprechende Leistung hatten. Mittlerweile sind die Prozessoren der x86 iger Umgebung so leistungsfähig geworden, dass man den gleichzeitigen Betrieb mehrerer Betriebssysteme ebenfalls auf einem physichen Server abbilden kann.
Das bedeutet, dass beispielsweise aus den ehemals 8 physichen Servern, 1-2 physische Server werden, auf denen jedoch die 8 früheren Systeme parallel laufen. Die einzelnen Serverbetriebssysteme werden in einer zuvor installierten Virtualisierungsumgebung aufgesetzt. Jedem virtuellen System wird eine Hardware vorgegeben, auf der das System arbeitet. So läuft jedes einzelne Serversystem in einer Art Blase in der das System sich wie ein normaler Server verhält. Der Vorteil ist jedoch, dass man mehrere dieser “Blasen” auf einer physichen Hardware betreiben kann und diese Blasen sich gegenseitig nicht in die Quere kommen. Die einzelnen “Blasen” teilen sich lediglich die Hardware des darunterliegenden Physischen Systems. Stürtzt eine der Server in dieser Blase mit einem BlueScreen ab, so hat dies keinerlei Auswirkung auf die anderen Systeme nebenan.
Rechnet man nun um, wieviel Strom gespart wird, da nun anstatt 8 Server nur noch 2 Server betrieben werden, so sind das enorme Einsparungen. Ebenso muss man 2 Server deutlich weniger Kühlen als 8 Server. Es werden wesentlich weniger Kabel und USVs benötigt. Somit spart man nochmals gewaltig. Dem entgegengesetzt muss man jedoch einräumen, dass ein gewisser Leistungsverlust zu verzeichnen ist, welcher sich jedoch nicht so extrem auswirkt als man denken sollte.

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