Ein Hypervisor ist eine Software, die virtuelle Maschinen (VMs) erstellt und ausführt. Er wird auch als Virtual Machine Monitor (VMM) bezeichnet. Auf einem physischen Computer können mehrere virtuelle Maschinen ausgeführt werden, jede mit ihrem eigenen Betriebssystem und einer Reihe von Anwendungen.
In diesem Leitfaden erfahren Sie, was ein Hypervisor ist, wie er funktioniert und warum er für moderne IT-Umgebungen unerlässlich ist.
Hypervisor-Definition
Ein Hypervisor ist eine Softwareschicht, die sich zwischen Hardware und Betriebssystemen befindet. Er verwaltet Systemressourcen und weist sie mehreren Betriebssystemen zu, die auf demselben physischen Rechner laufen.
Einfach ausgedrückt, können Sie damit viele Computer auf einem einzigen Computer betreiben. Das ist die Technologie, die Virtualisierung möglich macht.
Wie ein Hypervisor funktioniert
Wenn Sie einen herkömmlichen Computer starten, führt die Hardware ein Betriebssystem aus. Ein Hypervisor ändert dies. Er führt eine Schicht zwischen der Hardware und jedem Betriebssystem ein, das auf dem System laufen soll. Diese Schicht erstellt und verwaltet virtuelle Maschinen, von denen sich jede wie ein eigener Computer verhält.
Hypervisors verwenden verschiedene Komponenten, die üblicherweise in Betriebssystemen zu finden sind, wie z. B. Speicherverwaltung, Prozessplanung, Eingabe-/Ausgabeverarbeitung, Gerätetreiber, Sicherheitsfunktionen und Netzwerkfunktionen, um VMs auszuführen.
Sie weisen jeder VM die erforderlichen Ressourcen zu und koordinieren das Zusammenspiel dieser virtuellen Ressourcen mit der physischen Hardware. Der physische Rechner führt nach wie vor die eigentlichen Aufgaben aus. So führt die CPU beispielsweise die Anweisungen der VMs aus, während der Hypervisor die Planung verwaltet.
Die Virtualisierung ermöglicht die gleichzeitige Ausführung mehrerer Betriebssysteme auf einem einzigen Hardware-Satz. Ohne Virtualisierung könnte nur ein Betriebssystem auf der Hardware ausgeführt werden.
Was macht ein Hypervisor?
Ein Hypervisor weist jeder VM je nach Bedarf CPU, Arbeitsspeicher, Speicher und andere Ressourcen zu und sorgt so für einen effizienten Betrieb des Host-Servers. Ein Hypervisor sorgt auch dafür, dass die VMs voneinander getrennt bleiben, so dass die Aktivitäten in einer VM die anderen nicht beeinträchtigen.
Durch die Möglichkeit, mehrere virtuelle Maschinen auf einer einzigen physischen Maschine auszuführen, wird die Hardware besser genutzt und die Infrastrukturkosten werden gesenkt. Darüber hinaus dient der Hypervisor als Brücke zwischen den virtuellen Maschinen und der zugrunde liegenden Hardware, indem er VM-Anweisungen in Befehle übersetzt, die das physische System ausführen kann.
Arten von Hypervisoren
Es gibt zwei Haupttypen von Hypervisoren: Typ 1 und Typ 2.
Typ 1 Hypervisor
Ein Hypervisor vom Typ 1 wird direkt auf der physischen Hardware ausgeführt. Er wird auch als Bare-Metal-Hypervisor bezeichnet. Er ist nicht auf ein Host-Betriebssystem angewiesen. Dies macht ihn schneller und effizienter, da er direkt mit den Systemressourcen kommuniziert.
Beispiele für Hypervisoren des Typs 1:
- VMware vSphere (ESXi)
- Microsoft Hyper-V
- KVM (Kernel-basierte virtuelle Maschine)
Anwendungsfälle und Vorteile
Hypervisoren vom Typ 1 dominieren die Unternehmensvirtualisierung. Sie werden direkt auf der Hardware ausgeführt und ermöglichen leistungsstarke, skalierbare und sichere Umgebungen für kritische Workloads.
- Hohe Leistung: Bare-Metal-Hypervisoren bieten höchste Effizienz durch direkte Interaktion mit CPUs, Speicher und Arbeitsspeicher. Moderne Prozessoren mit integrierten Virtualisierungsfunktionen steigern dies noch weiter.
- Zuverlässigkeit auf Unternehmensniveau: IT-Teams führen Produktions-Workloads auf Hypervisoren vom Typ 1 aus, um eine hohe Betriebszeit, Failover-Unterstützung und Stabilität zu gewährleisten.
- Skalierbarkeit: Diese Hypervisors sind skalierbar und können große Datenmengen verarbeiten, was sie ideal für große, komplexe Umgebungen macht.
- Erweiterte Funktionen: Die meisten Hypervisors vom Typ 1 unterstützen softwaredefinierte Netzwerke und Speicher.
- Entwickelt für die Cloud: Hypervisoren vom Typ 1 sind eine beliebte Wahl für die private und öffentliche Cloud-Infrastruktur.
Typ 2 Hypervisor
Ein Typ-2-Hypervisor läuft auf einem Host-Betriebssystem wie Windows, Linux oder macOS. Es handelt sich im Wesentlichen um eine Anwendung, die Virtualisierungsfunktionen bereitstellt.
Beispiele für Hypervisoren vom Typ 2:
- VMware Workstation Pro
- Oracle VirtualBox
- Parallels Schreibtisch
Anwendungsfälle und Vorteile
Entwickler oder IT-Manager können Hypervisoren vom Typ 2 wegen ihrer Geschwindigkeit und Flexibilität verwenden.
- Einfache und schnelle Einrichtung und Nutzung: Typ-2-Hypervisoren werden wie normale Anwendungen installiert und erfordern keine komplexe Konfiguration. Er ist ideal für leichtgewichtige Arbeitslasten.
- Test- und entwicklerfreundlich: Ingenieure nutzen sie, um mehrere Betriebssystemumgebungen für App-Tests auszuführen.
- Bildung: Professoren empfehlen Studenten Hypervisors des Typs 2 zum Studium verschiedener Betriebssysteme und Netzwerkeinstellungen, ohne dass dies negative Auswirkungen auf die Host-Rechner der Studenten hat.
Hypervisoren vom Typ 1 und Typ 2: Ein direkter Vergleich
| Merkmal | Typ-1-Hypervisoren | Typ-2-Hypervisoren |
| Läuft auf | Physische Hardware direkt | Host-Betriebssystem |
| Leistung | Effizient | Geringerer Overhead durch das Host-Betriebssystem |
| Sicherheit | Stärker (kleinere Angriffsfläche) | Schwächer (hängt vom Host-Betriebssystem ab) |
| Komplexität der Einrichtung | Höher | Einfach, benutzerfreundlich |
| HCI-Integration | Häufig verwendet | Selten verwendet |
| Beispiele | VMware ESXi, Microsoft Hyper-V, KVM | Oracle VirtualBox, VMware Workstation Pro, Parallels Desktop |
Der Hypervisor-Markt
Der Hypervisor-Markt wird von der Diskussion über Broadcoms Änderungen an der Lizenzierung von VMware vSphere-Produkten beherrscht. Dazu gehören Änderungen wie die Umstellung der Lizenzierung auf Abonnements und die Entwicklung einer 3-Jahres-Verpflichtung für Verlängerungen. Dadurch müssen sich die Nutzer von vSphere im Voraus für einen Zeitraum von drei Jahren verpflichten, wodurch die Kosten im Wesentlichen festgeschrieben werden und eine Vorauszahlung erforderlich ist. Zuvor verlängerten viele Kunden jährlich, was mehr Flexibilität bot.
Diese Änderungen haben dazu geführt, dass viele Hypervisor-Anwender die Vorteile und Herausforderungen einer VMware-Migration abwägen. Führende Forschungsinstitute wie Gartner weisen jedoch darauf hin, dass eine solche Migration langwierig, teuer und riskant sein könnte.
Seit der Ankündigung dieser Änderungen durch Broadcom im Jahr 2023 hatten jedoch viele Anbieter Zeit, neue Lösungen zu entwickeln und zu bewerben, die eine wettbewerbsfähige Alternative zu VMware-Produkten darstellen.
Auf dem heutigen Markt haben sich diese Anbieter schnell weiterentwickelt und bewiesen, dass sie zweckmäßige, zuverlässige und kostengünstige Lösungen anbieten können. Sie bieten Alternativen mit geringem Risiko und niedrigeren Gesamtbetriebskosten, die den Wandel auf dem Markt vorantreiben.
6 Hauptvorteile von Hypervisors
1. Server-Konsolidierung
Anstatt eine Anwendung pro physischem Server auszuführen, ermöglichen Hypervisoren die gemeinsame Nutzung derselben Hardware durch mehrere Arbeitslasten. Diese Konsolidierung reduziert den Bedarf an zusätzlicher Hardware erheblich und senkt die Investitions- und Betriebskosten für Strom, Kühlung und Platz. Außerdem wird die IT-Umgebung vereinfacht, was die Verwaltung, Aktualisierung und Skalierung der Infrastruktur erleichtert.
2. Verbesserte Ressourcenauslastung
Ein Hypervisor weist den virtuellen Maschinen CPU, Arbeitsspeicher und Speicherplatz dynamisch zu, je nach deren Bedarf. Dadurch wird sichergestellt, dass keine Hardware ungenutzt bleibt, während andere Teile des Systems überlastet sind. Dadurch erreichen Unternehmen eine höhere Effizienz und Leistung, ohne dass sie in zusätzliche Hardware investieren müssen.
3. Einfache Sicherung und Wiederherstellung
Virtuelle Maschinen können geklont, gesichert und schnell wiederhergestellt werden. Im Falle eines Ausfalls können sie eine VM mit minimaler Ausfallzeit in einem früheren Zustand wiederherstellen. Dies verbessert Disaster-Recovery-Strategien und gewährleistet die Geschäftskontinuität, indem es die Zeit verkürzt, die für die Wiederherstellung nach Hardwareausfällen oder Softwareproblemen benötigt wird.
4. Bessere Prüfung und Entwicklung
Entwickler nutzen Hypervisoren, um Software auf mehreren Plattformen zu testen, ohne dass sie dazu separate Hardware benötigen. Entwickler können mehrere Betriebssysteme auf einem einzigen Rechner ausführen, die Kompatibilität zwischen verschiedenen Plattformen testen und VM-Snapshots verwenden, um den aktuellen Zustand einer VM zu speichern. Wenn während der Tests etwas schief geht, können sie schnell zum gespeicherten Zustand zurückkehren, was den Entwicklungszyklus beschleunigt und das Fehlerrisiko verringert.
5. Größere Sicherheit und Isolation
Jede virtuelle Maschine arbeitet in ihrer eigenen isolierten Umgebung. Wenn eine VM gefährdet ist, hat dies keine Auswirkungen auf andere. Dieser Grad der Isolierung ist in Umgebungen, in denen mehrere Benutzer oder Abteilungen dieselbe Hardware nutzen, von entscheidender Bedeutung. In einigen Fällen kann es Unternehmen auch dabei helfen, Sicherheitsrichtlinien durchzusetzen und die Verbreitung von Malware oder Schwachstellen über Systeme hinweg zu minimieren. Hypervisors sollten jedoch immer in Umgebungen eingesetzt werden, in denen weitergehende und umfassende Sicherheits- und Backup-Richtlinien gelten.
6. Übertragbarkeit
Im Zusammenhang mit Daten bezieht sich „portabel“ auf die Fähigkeit, Daten einfach zu verschieben und wiederzuverwenden. Die VMs, die der Hypervisor ausführt, sind unabhängig von der physischen Maschine und somit portabel. IT-Teams können Arbeitslasten, Netzwerke, Speicher, Storage und Verarbeitungsressourcen je nach Bedarf über mehrere Server hinweg verwalten. Und wenn mehr Anwendungen benötigt werden, lassen sich problemlos zusätzliche VMs hinzufügen.
Hypervisor vs. Container
Hypervisoren und Container unterstützen zwar beide die Virtualisierung, aber sie funktionieren unterschiedlich. Obwohl sie auf den ersten Blick ähnlich erscheinen, da sie beide Computerumgebungen zusammenfassen, unterscheiden sie sich in ihrer Skalierbarkeit und Portabilität.
- Hypervisoren virtualisieren die Hardware. Auf jeder VM läuft ein vollständiges Betriebssystem.
- In Containern wird das Betriebssystem virtualisiert. Sie nutzen denselben Betriebssystemkern, isolieren aber Anwendungen in separaten Umgebungen.
Hypervisoren bieten eine starke Isolierung und sind ideal für die Ausführung mehrerer Betriebssysteme. Container sind leichtgewichtig und eignen sich gut für Microservices und DevOps-Pipelines.
Während ein Hypervisor es ermöglicht, mehrere Betriebssysteme auf verschiedenen VMs auszuführen, sind Container an einen einzigen Betriebssystemtyp gebunden. So kann ein Container, der auf einem Linux-System gehostet wird, nur Linux-basierte Workloads ausführen.
Auch wenn manche Container als Ersatz für Hypervisoren betrachten, ist das nicht ganz richtig. Beide dienen unterschiedlichen Zwecken und erfüllen unterschiedliche technologische Anforderungen.
Hypervisor-FAQs
Was ist der beste Hypervisor für ein Heimlabor?
Ein Homelab ist eine in sich geschlossene IT-Umgebung, die Sie selbst gestalten und kontrollieren. Da sich die IT-Landschaft immer mehr in Richtung Dezentralisierung und hybride Infrastrukturen verschiebt, ist der Bedarf an praktischem Lernen so groß wie nie zuvor. Homelabs bieten eine flexible, risikoarme Möglichkeit, Technologien zu erkunden.
Software für hyperkonvergente Infrastrukturen (HCI) wie SvHCI wurde für Umgebungen mit begrenztem Platz- und Energiebedarf entwickelt, was sie zu einer natürlichen Wahl für Heimlabore macht. Sie ermöglicht es Ihnen, Funktionen zu testen und sich auf das Erlernen von Funktionen zu konzentrieren, was sie zu einem idealen Hypervisor für ein Heimlabor macht.
Was ist die Funktion eines Hypervisors?
Hypervisors helfen, die Ressourcen eines Systems effizienter zu nutzen und erhöhen die Flexibilität, da Gast-VMs nicht auf bestimmte Hardware angewiesen sind. Sie können problemlos von einem Server auf einen anderen verschoben werden. Da ein Hypervisor die Ausführung mehrerer VMs auf einem einzigen physischen Server ermöglicht, trägt er auch zur Verringerung des benötigten Platzes, des Energieverbrauchs und des Wartungsaufwands bei.
Was sind die wichtigsten Hypervisor-Sicherheitsaspekte?
Eine VM läuft in ihrer eigenen isolierten Umgebung, d. h. alles innerhalb der VM bleibt vom Rest des Systems getrennt. Diese Isolierung bedeutet, dass alles, was in einer VM läuft, keine Auswirkungen auf andere Programme oder Prozesse auf dem physischen Rechner hat.
Wenn sich jemand in eine VM einhackt, bleibt der Angriff in der Regel auf diese VM beschränkt und greift nicht auf den Rest des Systems über. Gelingt es einem Angreifer jedoch, in den Hypervisor einzudringen, könnte er auf jede von ihm verwaltete VM zugreifen. Das würde alle Daten in diesen VMs gefährden.
Unterschiedliche Hypervisors können unterschiedlichen Sicherheitsregeln folgen oder benötigen unterschiedliche Schutzmaßnahmen, je nachdem, wie sie aufgebaut sind und verwendet werden.
