Einführung
Bei der Servervirtualisierung werden mehrere Serverinstanzen von einem physischen Server erstellt. Jede Serverinstanz stellt eine isolierte virtuelle Umgebung dar. Innerhalb jeder virtuellen Umgebung können Sie ein separates Betriebssystem ausführen.
In diesem Artikel erfahren Sie alles über Servervirtualisierung und warum Sie diese leistungsstarke Technologie nutzen sollten.
Was ist Servervirtualisierung?
Vor der Virtualisierung würden Sie ein Betriebssystem auf der Hardware installieren und diese direkt mit dem Server verbinden. Das bedeutete, dass jeder Server seine eigene separate Hardware haben musste.
Im Durchschnitt verbrauchen dedizierte Server im Normalbetrieb nur 15 % ihrer Ressourcen. Obwohl das Ausführen Ihrer Anwendung auf Bare-Metal-Servern einige Vorteile gegenüber der Virtualisierung hat, ist es in vielen Fällen eine Verschwendung von Ressourcen. Darüber hinaus erforderten Software- oder Hardwarefehler häufig eine manuelle Reparatur aller Server.
Daher war es erforderlich, die Ressourcennutzung zu steigern und die Betriebssysteme der Clients aus Sicherheitsgründen voneinander zu trennen.
Als Lösung für die oben genannten Probleme wurde die Servervirtualisierung eingeführt. Mit einer Virtualisierungssoftware konnten Sie Ihren physischen Server in mehrere virtuelle Server „aufteilen“. Auf diese Weise können Sie Ihre physischen Ressourcen optimal nutzen, ohne in weitere Hardware zu investieren.
Wie funktioniert Servervirtualisierung?
Um virtuelle Serverinstanzen zu erstellen, müssen Sie zunächst eine Virtualisierungssoftware einrichten. Diese grundlegende Software wird als Hypervizor bezeichnet . Seine Hauptaufgabe besteht darin, eine Virtualisierungsebene zu erstellen, die CPU/Prozessoren, RAM und andere physische Ressourcen von den virtuellen Instanzen trennt.
Sobald Sie den Hypervizor auf Ihrem Hostcomputer installiert haben, können Sie diese Virtualisierungssoftware verwenden, um die physischen Ressourcen zu emulieren und einen neuen virtuellen Server darauf zu erstellen.
Es gibt verschiedene Arten der Servervirtualisierung. Die Unterscheidung zwischen ihnen basiert hauptsächlich auf dem Grad der Isolation, den sie bieten, der auch damit zusammenhängt, wie viele Hardwareressourcen sie emulieren.
Arten der Servervirtualisierung
Es gibt drei (3) Ansätze zur Servervirtualisierung basierend auf der Isolation, die sie bieten:
- Vollständige Virtualisierung oder virtuelles Maschinenmodell
- Paravirtuelles Maschinenmodell
- Virtualisierung auf Betriebssystemebene
Virtuelles Maschinenmodell oder vollständige Virtualisierung
In einem vollständigen virtuellen Maschinenmodell isoliert der Hypervisor Gastmaschinen vollständig. Es teilt sich die Hardware des Host-Rechners, läuft aber wie auf einem völlig autonomen Computer, ohne sich des Hypervisors und seiner Rolle bewusst zu sein. Diese VMs verstehen sich als eigenständig und effizient. Daher müssen Sie ihre Betriebssysteminstanzen nicht anpassen oder speziell modifizieren.
Paravirtuelle Maschine
Wenn Sie mehrere virtuelle Maschinen benötigen und über eine flexible Ressourcenfreigabe verfügen, ist eine vollständig virtualisierte Umgebung möglicherweise nicht erforderlich. In diesem Fall ist eine paravirtualisierte Umgebung möglicherweise besser geeignet.
Das paravirtuelle Modell beseitigt die Notwendigkeit für die VM, privilegierte Anweisungen abzufangen, wodurch es zeiteffizienter und weniger aufdringlich für das System wird. Die Betriebssysteme bestätigen die Existenz eines Hypervisors und kommunizieren direkt mit ihm, indem sie Kommentare senden, die als Hypercalls bekannt sind .
Damit diese Kommunikation stattfinden kann, sind sowohl der Hypervisor als auch die Betriebssysteme darauf spezialisiert, Hypercalls auszutauschen. Folglich erfordert die Paravirtualisierung einen paravirtualisierten Hypervisor und Betriebssysteme. Diese werden durch die Implementierung einer API modifiziert (Application Programming Interface), damit sie über Hypercalls kommunizieren können.
Betriebssystemschicht
Virtualisierung auf OS-Ebene ist ein Merkmal eines Betriebssystems, das einen Kernel hat, der die Existenz mehrerer User-Space-Instanzen ermöglicht. Wir nennen diese Art der Virtualisierung Containerisierung und diese User-Space-Instanzen-Container (Partitionen, virtuelle Umgebungen oder Jails).
Programme können innerhalb des Containers ausgeführt werden, sind jedoch nur auf den Inhalt des Containers und die diesem Container zugewiesenen Geräte beschränkt. Im Gegensatz zum primären Betriebssystem gehen diese User-Space-Instanzen davon aus, dass sie über alle verfügbaren Ressourcen verfügen, jedoch auf die dem Container zugewiesenen Ressourcen beschränkt sind.
Da diese Virtualisierungsebene dasselbe Betriebssystem und denselben Kernel wie der Host verwendet, kann sie sich nur durch die Version des Betriebssystems von ihrem Host unterscheiden. Daher ist es eingeschränkt, da es kein anderes Betriebssystem als sein Host haben kann.
Arten von Hypervisoren
Zwei Arten von Hypervisoren werden verwendet, um virtuelle Umgebungen zu erstellen:
- Typ-1-Hypervisoren (native/Bare-Metal-Hypervisoren)
- Typ-2-Hypervisoren (gehostete Hypervisoren)
Typ-1-Hypervisor
Typ-1- oder Bare-Metal-Hypervisoren werden direkt auf der physischen Hardware des Hostcomputers installiert und bilden eine Schicht zwischen der Hardware und einem Betriebssystem. Auf dieser Ebene können Sie viele virtuelle Maschinen installieren. Die Maschinen sind in keiner Weise verbunden und können unterschiedliche Instanzen von Betriebssystemen haben und als unterschiedliche Anwendungsserver fungieren.
Verwaltungskonsole
Systemadministratoren und fortgeschrittene Benutzer steuern den Hypervisor aus der Ferne über eine Schnittstelle, die als Verwaltungskonsole bezeichnet wird .
Damit können Sie sich mit Instanzen von Betriebssystemen verbinden und diese verwalten. Sie können auch Server ein- und ausschalten, Betriebssysteme von einem Server auf einen anderen übertragen (bei Ausfall oder Fehlfunktion) und viele andere Vorgänge ausführen.
Ein Typ-1-Hypervisor ist sehr sicher, da er keine Angriffsfläche eines zugrunde liegenden Betriebssystems (Host) hat. Außerdem steuert und weist es die jeder virtuellen Maschine zugewiesenen Ressourcen basierend auf ihrer Nutzung zu, um Ressourcenverschwendung zu vermeiden.
Beispiele für Typ-1-Hypervisoren sind VMware ESXi, KVM, Oracle VM, Citrix XenServer, Microsoft Hyper-V und andere.
Typ-2-Hypervisor
Im Gegensatz zu Typ 1 wird ein Typ 2-Hypervisor auf einem vorhandenen Betriebssystem installiert. Dadurch können Benutzer ihren PC oder Server als Host für virtuelle Maschinen verwenden. Daher haben Sie die zugrunde liegende Hardware, ein Betriebssystem, das als Host dient, einen Hypervisor und ein Gastbetriebssystem.
Obwohl eine VM isoliert ist, ist das primäre Betriebssystem immer noch direkt mit der Hardware verbunden. Dadurch ist er weniger sicher als Typ-1-Hypervisoren.
In Umgebungen, in denen Sicherheit an erster Stelle steht, ist diese Art von Hypervisor möglicherweise nicht für Ihre Anforderungen geeignet. Endbenutzer und Kunden mit kleinen Unternehmen finden diese Art von Umgebung jedoch möglicherweise passender.
Ein gehosteter Hypervisor ermöglicht die Installation von mehr als einer Instanz eines Betriebssystems. Sie sollten jedoch bei der Ressourcenzuweisung vorsichtig sein. Bei Typ-2-Hypervisoren kann eine Überzuweisung zum Absturz Ihres Hostcomputers führen.
Beispiele für Typ-2-Hypervisoren sind VMware Workstation, KVM, Oracle VM VirtualBox, Microsoft Virtual PC, Red Hat Enterprise Virtualization und andere.