Virtualisierung von Servern

Was ist ein Hypervisor?

Virtual Machine Monitor

Ein Hypervisor ist die Softwareschicht, die die Hardware eines Rechners in mehrere virtuelle Maschinen aufteilt: Er weist jeder Maschine CPU-Zeit, Arbeitsspeicher und Geräte zu und hält sie so voneinander getrennt, dass sie sich gegenseitig nicht stören.

Fast jeder Server, den du heute anfasst, ist keine eigene Maschine mehr, sondern ein Gast auf einem Wirt, der seine Hardware mit anderen teilt.

KI-generiertDieses Bild wurde mit KI erzeugt · Yves Hoppe / KI / cmt

Typ 1: Läuft direkt auf der Hardware
Typ 2: Läuft als Programm im Betriebssystem
Teilt zu: CPU-Zeit, Arbeitsspeicher und Geräte
Verwechselt mit: Container

Typ 1 läuft direkt auf der Hardware, Typ 2 im Betriebssystem

Ein Hypervisor vom Typ 1 wird anstelle eines Betriebssystems auf den Server installiert und verwaltet die Hardware selbst. Weil keine weitere Schicht dazwischen liegt, ist der Verlust an Leistung gering, und deshalb läuft im Rechenzentrum fast immer diese Bauart. Beispiele sind VMware ESXi, Microsoft Hyper-V im Serverbetrieb und KVM als Teil des Linux-Kernels.

Ein Hypervisor vom Typ 2 läuft als normales Programm auf einem vorhandenen Betriebssystem, etwa auf einem Notebook. Das ist bequem für Tests und Schulungen, kostet aber Leistung und ist vom Wirtsystem abhängig. Für dauerhaften Betrieb produktiver Dienste ist diese Bauart nicht gedacht.

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 Planer des Hypervisors, im Englischen Scheduler, muss dann auf ausreichend freie Kerne warten, bevor er die Maschine überhaupt rechnen lässt.

Genau daher kommt der häufigste Beschwerdefall: Eine virtuelle Maschine ist spürbar langsam, obwohl der Host kaum ausgelastet aussieht. Die Wartezeit auf Rechenzeit steht in einer eigenen Kennzahl, und die Lösung besteht meist darin, virtuelle CPUs wegzunehmen statt hinzuzufügen. Beim Arbeitsspeicher ist 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.

KI-generiertDieses Bild wurde mit KI erzeugt · Yves Hoppe / KI / cmt

Nicht verwechseln

Hypervisor und was oft damit gleichgesetzt wird

Hypervisor gegen Emulation

Ein Emulator bildet fremde Prozessorbefehle nach und ist deshalb um ein Vielfaches langsamer. Ein Hypervisor führt die Befehle auf der echten CPU aus und greift nur an wenigen Stellen ein.

Hypervisor gegen Container

Container virtualisieren das Betriebssystem, nicht die Hardware. Das macht sie leichter und schneller, kostet aber die eigene Kernelinstanz und damit einen Teil der Trennung.

Hypervisor gegen Cloud

Cloud-Angebote nutzen Hypervisoren, sind aber vor allem ein Abrechnungs- und Selbstbedienungsmodell. Der Hypervisor ist nur ein Baustein darunter.

KI-generiertDieses Bild wurde mit KI erzeugt · Yves Hoppe / KI / cmt

In der Praxis

Überbuchung trägt, bis alle gleichzeitig arbeiten wollen

Mehr virtuelle Kerne zu vergeben, als der Wirt physisch hat, ist üblich und funktioniert, weil die wenigsten Maschinen dauerhaft rechnen. Wie weit du damit gehen kannst, verrät nicht die Auslastung, sondern die Wartezeit der Gäste auf freie Kerne. Breit ausgestattete Maschinen mit vielen virtuellen Kernen warten dabei am längsten, weil alle ihre Kerne gleichzeitig frei sein müssen. Beim Arbeitsspeicher verhält es sich anders: Wird er knapp, holt sich der Wirt Speicher aus den Gästen zurück oder lagert aus, und das merkst du an Antwortzeiten, nicht an einer Fehlermeldung.

Ein Snapshot ist keine Sicherung. Er hält den Ausgangsstand fest und schreibt jede weitere Änderung in eine wachsende Zusatzdatei. Bleibt er über Wochen liegen, füllt er unbemerkt den Speicher, und das Zusammenführen dauert am Ende länger als die Wartung, für die er gedacht war. Vor jedem Eingriff mit Snapshot lohnt sich der Blick, ob nicht schon einer aus dem letzten Quartal darunterliegt.

Der unangenehmste Fall ist der Kaltstart nach einem Stromausfall. Wenn Verzeichnisdienst, Namensauflösung, Zeitquelle und die Verwaltung des Speichersystems selbst virtuell auf demselben Verbund liegen, warten diese Dienste im Kreis aufeinander. Es hilft, die Startreihenfolge schriftlich festzuhalten und mindestens einen Weg offen zu halten, der ohne den Verbund funktioniert.

Hypervisor lernen

Wie Zuteilung, Migration und Fehlersuche im Rechenzentrumsbetrieb wirklich ablaufen, zeigen die Kurse rund um vSphere und vSAN an vollständigen Umgebungen.

Wenn du von virtuellen Maschinen zu Containern weitergehen willst, führen die Kurse zum Betrieb von Containerplattformen den nächsten Schritt aus.

Kurse, die Hypervisor behandeln

Häufige Fragen

Warum ist meine virtuelle Maschine langsam, obwohl der Host wenig Last zeigt?

Meist sind zu viele virtuelle CPUs zugewiesen. Der Planer muss dann warten, bis genügend Kerne gleichzeitig frei sind, und diese Wartezeit taucht in der Auslastung des Hosts nicht auf. Weniger virtuelle CPUs machen die Maschine in solchen Fällen schneller.

Kann ich Container und virtuelle Maschinen auf derselben Hardware betreiben?

Ja, und das ist der Normalfall. Die Container-Knoten laufen als virtuelle Maschinen auf demselben Hypervisor wie die übrigen Systeme. Wichtig ist nur, dass diese Knoten verlässliche Ressourcen bekommen und nicht mit anderen Lasten um Rechenzeit konkurrieren.

Was bedeutet Live-Migration?

Eine laufende virtuelle Maschine wird im Betrieb auf einen anderen Host verschoben, indem der Arbeitsspeicher übertragen und erst am Ende kurz umgeschaltet wird. Für Nutzer ist das kaum spürbar und macht Wartung an einzelnen Hosts ohne Ausfallzeit möglich.

Persönlich für dich da