Servervirtualisierung: Definition und Funktionsweise

Optimal ausgelastete Ressourcen und Serverkonsolidierung für reduzierte Kosten und Hardware – das bietet Servervirtualisierung. Hierzu stehen drei Arten der Virtualisierung zur Verfügung: vollständige Virtualisierung, Paravirtualisierung und Virtualisierung auf Betriebssystemebene.

Dedizierte physische Server, die bestimmte Aufgaben erfüllen, haben ein festes Betriebssystem und klar definierte Speicher- und Rechenpower. Der Nachteil an einzelnen physischen Servern im Rechenzentrum ist, dass sie je nach Aufgaben und Workloads sehr viel Platz, Wartungsaufwand und Energie fordern. Server, denen eine Aufgabe oder Applikation zugewiesen wird, können sich nicht Hardware und OS mit anderen Applikationen teilen. Meist sind sie auch nicht in der Lage, mehrere Aufgaben gleichzeitig zu erledigen. Die Lösung für dieses Problem lautet Servervirtualisierung.

Statt die IT-Infrastruktur durch weitere physische Server zu vergrößern, verteilt man durch Servervirtualisierung vorhandene physische Hardware-Ressourcen auf mehrere virtuelle Umgebungen, die sich unabhängig voneinander verwenden lassen. An der Infrastruktur ändert sich nichts, während sich die Kapazitäten effizienter nutzen lassen. Auf einem physischen Server lassen sich durch Virtualisierung mehrere unterschiedlich konfigurierte, unabhängige Betriebssysteme nutzen und Applikationen parallel betreiben. Die virtuellen Server arbeiten isoliert voneinander, beugen Leerlauf durch effizient verteilte Prozesse vor und lasten vorhandene Ressourcen optimal aus. Sie profitieren auf diese Weise von einer energie- und kostensparenden Serverkonsolidierung.

Um einen oder mehrere physische Server durch Virtualisierung in unabhängige Instanzen und Umgebungen zu teilen, nutzen Server-Administratorinnen und -Administratoren spezielle Virtualisierungs-Software. Durch diese laufen virtuelle Server isoliert voneinander. Die unabhängigen Server sind somit in der Lage, eigene Betriebssysteme und Applikationen zu nutzen sowie Aufgaben eigenständig und getrennt von anderen virtuellen Servern zu erledigen.

Die durch Servervirtualisierung entstandenen virtuellen Instanzen werden unter anderem als Virtual Private Server (VPS), Container, Gastsysteme oder Emulationen bezeichnet. Durch die Virtualisierung kommt es in der Regel zur Maskierung von physischen Serverressourcen wie Betriebssystemen und Prozessoren. Ob die physischen Ressourcen durch die steuernde Virtualisierungs-Software vor den virtuellen Servern verborgen bleiben oder für alle virtuellen Server sichtbar sind, hängt von der Art der Virtualisierung ab.

Die Funktionsweise von Servervirtualisierung ist im Grunde leicht zu verstehen. Konkret kommt die Virtualisierung wie folgt zum Einsatz:

Am Anfang gilt es, einen Server für die geplante Virtualisierung auszuwählen. Dabei handelt es sich in der Regel um einen einzelnen dedizierten Server, der Ressourcen effektiver nutzen und Workloads besser verarbeiten soll. Als nächstes erfolgt die Überprüfung ausgelasteter Speicher, Prozessoren und Festplatten, um verfügbare Kapazitäten für eine oder mehrere virtuelle Maschinen zu ermitteln. Hierdurch lässt sich einschätzen, wie viele virtuelle Instanzen zur Anwendung kommen und wie viel Rechenleistung sie bieten können.

Für die Virtualisierung kommt in der Regel eine spezielle Hypervisor-Software wie Hyper-V von Microsoft, vSphere von VMware oder PlateSpin Migrate zum EInsatz. Ein Hypervisor übernimmt die Aufgabe der Partitionierung der vorhandenen Hard- und Software. Hypervisoren lassen sich hierbei u. a. in folgende zwei Typen unterscheiden:

• Hypervisor-Typ 1: Die Ausführung erfolgt direkt auf dem Server als sogenannter Bare-Metal-Hypervisor (beispielsweise für virtuelle Maschinen).
• Hypervisor-Typ 2: Die Ausführung erfolgt auf der Software-Ebene des Host-Betriebssystems (eignet sich meist für Testumgebungen).

Durch die Virtualisierung und Partitionierung können unter anderem virtuelle Anwendungen, Speicher, Ressourcen, virtuelle Server oder virtuelle Netzwerke entstehen.

Professionelle Servervirtualisierung bringt viele Vorzüge mit sich, die sich vor allem im reduzierten Energie- und Kostenaufwand bemerkbar machen. Da weder die Anschaffung und Einrichtung noch die Wartung von zusätzlicher physischer Serverinfrastruktur anfällt, profitieren Nutzende von optimaler Flexibilität und Skalierbarkeit. Vorhandene Kapazitäten lassen sich durch eine optimale Ressourcenauslastung und Kapazitätssteigerung in vorhandenen Servern effektiv nutzen. Workloads werden auf virtuelle Server verteilt und parallel ohne Leerlauf bewältigt.

In Sachen Sicherheit im Rechenzentrum sowie Cloud-Sicherheit bieten virtualisierte Server durch leichtere Datenwiederherstellung und -sicherung einen klaren Disaster-Recovery-Vorteil. Durch Virtualisierung werden Server voneinander abgeschottet und bieten weniger Angriffsfläche.

Weitere Vorteile der Servervirtualisierung sind:

• Update-Installationen erfolgen deutlich schneller, da alle Server in einem physischen System liegen.
• Webhosting steht nicht nur einfacher, sondern auch günstiger zur Verfügung.
• Daten und Prozesse lassen sich je nach Unternehmen und Art der Virtualisierung in eine Private Cloud oder Public Cloud auslagern.
• Die Einrichtung von virtuellen Testumgebungen kann zur Prüfung neuer Applikationen und Software-Tools dienen.
• Die Live-Migration von Systemen gelingt durch die Verlagerung von Arbeitsprozessen einfacher und ohne Ausfälle.
• Netzwerke und Rechenkapazitäten bieten eine hohe Fehlertoleranz, Hochverfügbarkeit und keine ungeplanten Ausfallzeiten oder Leerläufe.
• Die virtuellen Instanzen und Umgebungen arbeiten unabhängig und isoliert voneinander, was zu effizienteren Geschäftsprozessen führt.

Trotz aller Vorteile gilt es auch die möglichen Nachteile und Risiken der Servervirtualisierung in Augenschein zu nehmen. Dazu zählen vor allem mögliche hohe Anfangskosten durch die Virtualisierungssoftware oder IT-Experten. Verglichen mit den Anschaffungs- und Wartungskosten physischer Server lässt sich dieser Nachteil jedoch durchaus vernachlässigen.

Hinsichtlich Sicherheit stimmt es zwar, dass voneinander unabhängige virtuelle Server mehr Ausfallsicherheit und weniger Angriffsfläche bieten. Auf der anderen Seite stellt jedoch ein Angriff auf die Virtualisierungsplattform als Ganzes ein nicht zu unterschätzendes Risiko dar. Das gilt vor allem, wenn die Daten von mehreren Kunden auf virtuellen Servern in einer physischen Umgebung liegen.

Zu den weiteren Nachteilen zählen:

• Je nach Virtualisierungssoftware sind Unternehmen möglicherweise an Lizenzen gebunden (Vendor-Lock-in).
• Bei sehr großen Workloads kommt es möglicherweise zu hoher Auslastung und Speicherbelegung.

Bei der Anwendung von Servervirtualisierung kommen drei verschiedenen Ansätze in Frage.

Hierbei kommuniziert eine Hypervisor-Software, auch Virtual Machine Monitor (VMM) genannt, direkt mit dem Speicher und der CPU des Servers. Die Software verwaltet, koordiniert und überwacht die virtuellen Server und Instanzen im physischen System, um sie nach dem Host/Gast-Prinzip isoliert und unabhängig voneinander zu halten. Gast-Instanzen wissen somit nicht, dass sie keine physischen Ressourcen nutzen. Auf diese Weise werden sämtliche physischen Ressourcen maskiert, sodass die virtuellen Server und Gäste „nichts voneinander wissen“. Über den Hypervisor erfolgt auch die Aufteilung der virtuellen Ressourcen. Bei diesem Ansatz ist zu bedenken, dass der Hypervisor selbst ausreichend physische Ressourcen benötigt.

Bei der Paravirtualisierung kommt ebenfalls ein Virtual Machine Monitor zum Einsatz. Virtuelle Instanzen werden jedoch nicht voreinander verborgen. Das physische Netzwerk arbeitet somit als Einheit. Da physische Ressourcen nicht maskiert werden, bleiben Gast-Instanzen und virtuelle Maschinen über die Anforderungen an die Rechnerleistung informiert.

Bei diesem Ansatz kommt kein Hypervisor zur Anwendung. Die Koordination und Umsetzung der Virtualisierung übernimmt die integrierte Virtualisierungsfunktion des jeweiligen Betriebssystems. Der Nachteil daran: Alle virtuellen Server müssen dasselbe Betriebssystem nutzen.

Wer eine Alternative zur Virtualisierung eigener physischer Server sucht, findet im Cloud Computing und im Distributed Computing die Lösung. Damit können Unternehmen im Grunde gänzlich auf physische Rechenzentren und Server verzichten und IT-Ressourcen kostensparend in die Cloud von Webhosts und in verteilte, leistungsstarke Systemarchitekturen auslagern. Software, Hardware, Rechen- und Speicherkapazitäten erhalten Sie somit als virtuelle Dienstleistung nach dem Prinzip XaaS.

Weitere Alternativen zur Virtualisierung eigener Ressourcen sind:

• SaaS (Software as a Service)
• PaaS (Platform as a Service)
• IaaS (Infrastructure as a Service)

Die Servervirtualisierung erinnert ein wenig an magische Häuser, die von innen viel mehr Räume bieten als es von außen scheint. In ähnlicher Weise lassen sich durch virtualisierte Server physische Infrastrukturen nach innen vergrößern, statt nach außen kosten- und zeitintensive IT-Anlagen zu bauen und zu betreiben. Hinzu kommt, dass sich Webhosting-Dienste sparsam und effizient zur Verfügung stellen lassen. Statt nur geringe Anteile der Serverkapazität zu nutzen und Workloads ungleichmäßig auf Servern im Netzwerk zu verteilen, steigert Servervirtualisierung die Effektivität und Produktivität. Durch eine zentralisierte Serververwaltung lassen sich zudem die Sicherheit und der Datenschutz erhöhen.