Was ist ein Hypervisor?

Hypervisor Typ 1 und Typ 2

Die übliche Einteilung unterscheidet zwei Bauarten danach, worauf der Hypervisor läuft. Ein Hypervisor vom Typ 1, auch Bare-Metal-Hypervisor, wird direkt auf der Hardware installiert und verwaltet sie selbst. Ein Hypervisor vom Typ 2, auch Hosted-Hypervisor, läuft als normales Programm auf einem vorhandenen Betriebssystem.

Weil keine weitere Schicht dazwischen liegt, läuft im Rechenzentrum fast immer ein Typ-1-Hypervisor. Typ 2 ist bequem für Tests auf dem Notebook, für den dauerhaften Betrieb produktiver Dienste ist diese Bauart nicht gedacht.

Ganz trennscharf ist die Einteilung nicht. KVM ist ein Modul des Linux-Kernels, der Kernel selbst wird damit zum Hypervisor, deshalb zählt KVM meist zu Typ 1, obwohl ein vollständiges Linux darunter läuft. Ähnlich ist es bei Hyper-V, siehe die Frage unten.

Wie ein Hypervisor arbeitet

Die Gastsysteme führen ihre Befehle direkt auf der echten CPU aus. Der Hypervisor greift nur ein, wenn ein Gast etwas tun will, das die anderen betreffen würde, etwa auf Hardware zugreifen oder Speicherverwaltung ändern. Moderne Prozessoren unterstützen das mit eigenen Erweiterungen, Intel VT-x und AMD-V, die im BIOS oder UEFI aktiviert sein müssen. Fehlt diese Einstellung, startet ein Hypervisor oft gar nicht oder meldet, dass Virtualisierung nicht verfügbar sei.

Für Netzwerk und Festplatten bekommen die Gäste meist keine nachgebildete echte Hardware, sondern paravirtualisierte Treiber, die wissen, dass sie virtuell laufen, und deshalb deutlich schneller sind. Bei KVM heißen sie virtio, bei VMware gehören sie zu den VMware Tools, bei Hyper-V zu den Integrationsdiensten.

Überbuchung ist Absicht, aber kein Freibrief

Die Summe der zugewiesenen virtuellen CPUs darf die physischen Kerne übersteigen, weil selten alle Maschinen gleichzeitig rechnen. Der Hypervisor teilt Rechenzeit in Scheiben zu. Problematisch wird es, wenn einzelne Maschinen viele virtuelle CPUs bekommen, ohne sie zu nutzen: Der Scheduler des Hypervisors muss dann auf ausreichend freie Kerne warten, bevor er die Maschine rechnen lässt.

Genau daher kommt der häufigste Beschwerdefall: Eine virtuelle Maschine ist spürbar langsam, obwohl der Host kaum ausgelastet aussieht. Die Wartezeit steht in einer eigenen Kennzahl, bei VMware heißt sie CPU Ready, in Linux-Gästen Steal Time. Die Lösung besteht meist darin, virtuelle CPUs wegzunehmen statt hinzuzufügen. Beim Arbeitsspeicher ist mehr Vorsicht angebracht, denn wenn der Hypervisor auslagern muss, bricht die Leistung schlagartig ein.

Wo Container aufhören und virtuelle Maschinen anfangen

Jede virtuelle Maschine bringt ein vollständiges Betriebssystem mit, das gepflegt, aktualisiert und gesichert werden will. Container teilen sich den Kernel des Wirtsystems und starten in Sekunden, sind dafür aber schwächer voneinander getrennt und an dessen Kernel gebunden.

In der Praxis läuft beides übereinander: Container-Knoten sind fast immer virtuelle Maschinen. Für unterschiedliche Betriebssysteme, für ältere Anwendungen und überall dort, wo eine harte Trennung gefordert ist, führt an virtuellen Maschinen kein Weg vorbei.