Virtualisierung (Informatik)

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Virtualisierung bezeichnet in der Informatik die Erzeugung virtueller (d. h. nicht-physikalischer) Dinge wie einer emulierten Hardware, eines Betriebssystems, Datenspeichers oder einer Netzwerkressource. Dies erlaubt es etwa, Computer-Ressourcen (insbesondere im Server-Bereich) transparent zusammenzufassen oder aufzuteilen, oder ein Betriebssystem innerhalb eines anderen auszuführen.

Zur sprachlichen Herkunft des Begriffs siehe Virtualität.

Primäres Ziel ist, eine Abstraktionsschicht zwischen Anwender (etwa einem Betriebssystem) und Ressource (etwa der Hardware des Computers, über die ein Betriebssystem üblicherweise exklusive Kontrolle hat) bereitzustellen.

Diese erlaubt, andere physische Gegebenheiten vorzugeben, als tatsächlich vorhanden: Etwa kann einem Betriebssystem die Alleinnutzung eines Computers vorgegaukelt werden, wobei es tatsächlich innerhalb eines anderen Betriebssystems als reguläres Anwendungsprogramm läuft - auf durch die Abstraktionsschicht emulierter Hardware.

Dies ermöglicht auch die Zusammenfügung mehrerer (heterogener) Hardwareressourcen zu einer homogenen Umgebung; etwa die Bündelung mehrerer verschiedener Netzwerkadapter zu einem virtuellen, vereinigten Adapter.

Da Virtualisierung zu erheblicher Hardware-Einsparung führen kann, ist sie eine wichtige Green IT-Maßnahme. Virtualisierung hat, bei richtiger Umsetzung, einen deutlich-positiven Umwelteffekt.

Zwei verschiedene Arten der Virtualisierung: links durch eine Virtualisierungssoftware (z. B. VMware, DataSynapse Gridserver), rechts durch Virtualisierung auf Hardwareebene (z. B. AMD64 mit Pacifica)

Softwarevirtualisierung[Bearbeiten]

Diese Art der Virtualisierung kann für mehrere Zwecke eingesetzt werden, z. B. um ein Betriebssystem oder nur eine Anwendung zu simulieren.

Erzeugung virtueller Betriebsumgebungen[Bearbeiten]

Einordnung von Virtualisierungsansätzen zur Schaffung virtueller Betriebsumgebungen im Gesamtkontext der Virtualisierung.
Kategorisierung von Virtualisierungstechniken zur Schaffung virtueller Betriebsumgebungen.

Betriebssystemvirtualisierung mittels OS-Container[Bearbeiten]

Ansatz von 'OS-Containern' zur Schaffung virtueller Betriebsumgebungen.

Bei Virtualisierung auf Betriebssystemebene wird anderen Computerprogrammen eine komplette Laufzeitumgebung virtuell innerhalb eines geschlossenen Containers oder „Jails“ zur Verfügung gestellt. Es wird kein weiteres Betriebssystem gestartet; deshalb ist es unmöglich, verschiedene OS gleichzeitig im Hostsystem zu betreiben. OS-Container stellen eine Teilmenge des Wirtbetriebssystems dar. Der Vorteil dieses Konzepts liegt in der guten Integration der Container in das Gastbetriebssystem, sein Nachteil in den Containern selbst. Aus ihnen heraus können keine Treiber bzw. andere Kernel geladen werden. Bei der OS-Virtualisierung läuft immer nur ein Host-Kernel, wobei UML eine gewisse Sonderrolle zukommt, da dort ein spezieller User-Mode-Kernel unter der Kontrolle des Host-Kernels läuft.

Systemvirtualisierung mittels Hypervisor[Bearbeiten]

Hauptartikel: Virtuelle Maschine

Anwendungsvirtualisierung[Bearbeiten]

Hauptartikel: Anwendungsvirtualisierung

Hardwarevirtualisierung[Bearbeiten]

Hierfür können entweder das ganze System (Partitioning mit LPAR, Domaining) oder nur einzelne seiner Komponenten, wie z. B. CPU, virtualisiert werden.

Systemvirtualisierung auf Hardwareebene[Bearbeiten]

Die Trennung eines Computersystems in eigenständige Betriebssysteminstanzen bezeichnet man als Serverpartitionierung.

Partitionierung
Partitionierung bezeichnet die Aufteilung einer einmalig vorhandenen, gewöhnlich großen Ressource (wie z. B. eines Festplattenspeichers oder einer Netzwerkverbindung) in eine Anzahl kleinerer und handlicherer Exemplare des gleichen Typs. Dies wird häufig auch als Zoning bezeichnet, so z. B. bei Storage Networks.
Domaining
Domaining wird z. B. in Form von Virtual Hosts für einen HTTP-Server angewandt.
Prozessorvirtualisierung
Bei der System- oder Betriebssystemvirtualisierung werden vom Virtual Machine Monitor Befehle der Gastsysteme (virtueller Maschinen) entgegengenommen, die auf der nativen Hardware ausgeführt werden sollen. Vor Einführung der Prozessorvirtualisierung mussten bestimmte (evtl. sicherheitskritische) Befehle, die ein Gastsystem über den Virtual Machine Monitor an die Hardware schickte, modifiziert werden.
Durch die Prozessorvirtualisierung von AMD und Intel können nun Befehle ohne Modifikation vom Virtual Machine Monitor direkt an den Prozessor geschickt werden, der sich selbständig um die Abgrenzung zwischen Gastsystem-Prozessen und VMM-Prozessen kümmert. Durch den Wegfall der Modifikationen des VMMs kann eine höhere Rechenleistung des Gesamtsystems erzielt werden.

Bei virtuellen Maschinen auf Basis emulierter Hardware jedoch muss der Virtual Machine Monitor nach wie vor die Befehle vor Ausführung auf der nativen Hardware modifizieren.

Speichervirtualisierung[Bearbeiten]

Abstraktion der physischen Speicherform eines Datenspeichers wird als Speichervirtualisierung bezeichnet.

Virtuelle Netze[Bearbeiten]

Durch Virtual Local Area Networks werden Geräte in einem lokalen Netzwerk in Gruppen aufgeteilt, zwischen denen Verbindungen grundsätzlich unterbunden sind, aber gezielt ermöglicht werden können.

Ein Virtual Private Network bildet ein nach außen abgeschirmtes Netzwerk über fremde oder nicht vertrauenswürdige Netze.

Software für den gleichzeitigen Betrieb mehrerer virtueller Betriebssysteme auf einem Computer kann ein virtuelles Netzwerk bereitstellen, über das diese kommunizieren. Es können auch mehrere Netze simuliert werden, über die beispielsweise zur Erprobung wiederum ein Virtual Private Network aufgebaut wird.

Siehe Auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]