Was ist Server-Virtualisierung?

Was ist Server-Virtualisierung?

Server-Virtualisierung ist ein Prozess, der es einem Unternehmen ermöglicht, die Serversoftware von der Hardware zu trennen und mehrere virtuelle Server mit ihren eigenen Betriebssystemen und Anwendungen auf einem einzigen physikalischen Server zu erstellen. Jeder virtuelle Server ist von den anderen getrennt und läuft völlig unabhängig ohne Kompatibilitätsprobleme. Server-Virtualisierung ist die Grundlage für Cloud Computing und ermöglicht eine Vielzahl von Hybrid-Cloud-Modellen.

Durch die Virtualisierung ihrer Server kann ein Unternehmen kostengünstig Webhosting-Services nutzen oder anbieten und seine Rechen-, Storage- und Netzwerk-Ressourcen in der gesamten Infrastruktur optimal nutzen. Da Server selten rund um die Uhr mit voller Rechenleistung laufen, werden viele Serverressourcen nicht genutzt. Nach Angaben einiger Experten ist es nicht ungewöhnlich, dass ein Server zu einem bestimmten Zeitpunkt nur zu 15 % bis 25 % ausgelastet ist. Server können stunden- oder tagelang ungenutzt bleiben, da sich die Workloads auf einen kleinen Prozentsatz der gesamten Serverflotte eines Unternehmens verteilt. Diese ungenutzten Server nehmen wertvollen Platz im Rechenzentrum ein, verbrauchen Strom und nehmen die Zeit des IT-Personals, das sie warten muss, in Anspruch.

Die Server-Virtualisierung ermöglicht es einem Unternehmen, einen einzigen physikalischen Server mit Dutzenden von virtuellen Servern (auch als virtuelle Maschinen oder VMs bezeichnet) zu besetzen und so eine effizientere Nutzung der Serverressourcen zu gewährleisten. Ein Rechenzentrum kann nun mit weniger physikalischen Maschinen effizienter arbeiten. Die Virtualisierung ermöglicht es Unternehmen, die Auslastung ihrer Ressourcen auf einfache Weise aufrechtzuerhalten und sich dynamisch an den Bedarf einzelner Workloads anzupassen, wenn diese sich ändern.

Was ist ein virtueller Server?

Ein virtueller Server ist eine virtualisierte „Instanz“ auf einem dedizierten physikalischen Server. Es handelt sich um einen isolierten Bereich mit eigenem Betriebssystem, Richtlinien, Anwendungen und Services. Obwohl die Instanz unabhängig arbeitet, befindet sie sich auf einem einzigen Server mit einer Reihe anderer virtueller Maschinen und teilt sich mit diesen Maschinen über einen Hypervisor Software- und Hardwareressourcen. Jeder virtuelle Server wird als Gast des physikalischen Hauptservers betrachtet, der den Host darstellt. 

Wie funktioniert Server-Virtualisierung?

Ein IT-Administrator kann mehrere virtuelle Maschinen auf einem einzigen physikalischen Server erstellen und diese unabhängig voneinander konfigurieren. Der Administrator tut dies mit Hilfe eines Hypervisors, der manchmal auch als Virtual Machine Monitor bezeichnet wird. Der Hypervisor ermöglicht nicht nur die Isolierung der Serversoftware von der Hardware, sondern fungiert auch als Controller, der die Ressourcen aller virtuellen Maschinen auf dem Host-Server organisiert, verwaltet und zuweist.

Durch Abstraktion organisiert der Hypervisor alle Ressourcen des Computers – wie Netzwerkschnittstellen, Storage, Arbeitsspeicher und Prozessoren – und weist jeder Ressource einen logischen Alias zu. Der Hypervisor verwendet diese Ressourcen, um virtuelle Server (VMs) zu erstellen. Jede VM besteht aus virtualisierten Prozessoren, Arbeitsspeicher, Storage und Netzwerktools, und obwohl sie sich neben mehreren anderen VMs befindet, „weiß“ sie nicht, dass sie nur eine von vielen ist. Sie arbeitet völlig unabhängig, als wäre sie ein einziger physikalischer Server.

Das Unternehmen verfügt nun über einen physikalischen Server mit mehreren separaten, voll funktionsfähigen Computern, die darin arbeiten. Auf dem Host-Server können VMs mit unterschiedlichen Betriebssystemen und eine Vielzahl von Anwendungen und Systemen installiert sein, die normalerweise nicht zusammenarbeiten.   

Da der Hypervisor alle VMs des Host-Servers überwacht und steuert, kann er auch Ressourcen nach Bedarf neu zuweisen. Wenn z. B. eine VM über Nacht inaktiv ist, können ihre Rechen- und Storagekapazitäten einer anderen VM zugewiesen werden, die in dieser Zeit zusätzliche Ressourcen benötigt. Auf diese Weise werden die Ressourcen des Servers insgesamt wesentlich besser ausgelastet.

VMs können bei Bedarf durch einfaches Duplizieren oder Klonen auf andere Host-Server verschoben werden. Die einzige Begrenzung für die Anzahl der VMs, die ein Host-Server aufnehmen kann, sind die ihm zur Verfügung stehenden Computerressourcen, so dass neuere Computer mit mehr Ressourcen natürlich auch mehr VMs unterstützen können.

Server-Virtualisierung ist eine Schlüsselkomponente des Cloud Computing. Tatsächlich sehen viele Experten die Server-Virtualisierung als eine der wichtigsten Säulen des Cloud Computing (neben anderen Komponenten wie Automatisierung, Self-Service und End-to-End-Monitoring). Virtualisierung ermöglicht Cloud Computing, da die Ressourcen eines Servers auf mehrere VMs aufgeteilt werden können und Unternehmen die erforderliche ultraschnelle Skalierbarkeit ermöglicht, ohne auf die Isolierung von Workloads verzichten zu müssen. 

Arten der Server-Virtualisierung

Es gibt drei Arten der Server-Virtualisierung, die sich im Wesentlichen durch den Grad der Isolierung der einzelnen VMs unterscheiden.

• Vollständige Virtualisierung – Diese Art der Server-Virtualisierung ist der oben beschriebenen am ähnlichsten. Die Ressourcen eines physikalischen Host-Servers werden aufgeteilt, um mehrere virtuelle Maschinen zu erstellen, die vollständig voneinander getrennt sind und unabhängig voneinander arbeiten, ohne die anderen VMs auf dem Host zu kennen. Der Hypervisor dieser Art wird oft als Bare-Metal-Hypervisor bezeichnet, da er direkt auf der physikalischen Hardware installiert wird und als Schicht zwischen der Hardware und den VMs und ihren individuellen Betriebssystemen fungiert. Der einzige mögliche Nachteil dieses Prinzips ist, dass der sehr wichtige Hypervisor seine eigenen Ressourcen benötigt und manchmal zu einer Verlangsamung der Performance führen kann. Bei der vollständigen Virtualisierung braucht der Host-Server kein Betriebssystem.
• Para-Virtualisierung – Bei diesem Typ sind sich die VMs auf dem Host-Server nicht völlig unbekannt. Die VMs sind bis zu einem gewissen Grad isoliert, arbeiten aber dennoch über das Netzwerk zusammen. Da die VMs einen Teil der Arbeit der Ressourcenzuweisung selbst übernehmen, benötigt der Hypervisor weniger Rechenleistung für die Verwaltung des gesamten Systems. Para-Virtualisierung setzt voraus, dass der Host-Server über ein Betriebssystem verfügt und mit dem Hypervisor über Hypercall-Befehle kommuniziert, die es dem Hypervisor ermöglichen, VMs zu erstellen und zu verwalten. Dieser Typ wurde als Reaktion auf die Performanceprobleme der ersten Bare-Metal-Hypervisoren entwickelt. Der Hypervisor wird nicht direkt auf der physikalischen Hardware des Host-Servers installiert, sondern bildet eine Schicht zwischen dem Betriebssystem des Host-Servers und den VMs. Heutzutage wird Para-Virtualisierung seltener eingesetzt, da moderne Server inzwischen so konzipiert sind, dass sie Bare-Metal-Hypervisoren besser unterstützen und mit ihnen zusammenarbeiten können.
• Virtualisierung auf Betriebssystemebene oder gehostete Virtualisierung – Diese Art der Virtualisierung macht einen Hypervisor völlig überflüssig. Alle Virtualisierungsfunktionen werden durch das Betriebssystem des Host-Servers aktiviert, das den Part des Hypervisors übernimmt. Eine Einschränkung dieses Typs besteht darin, dass jede VM zwar unabhängig arbeiten kann, aber alle das gleiche Betriebssystem wie der Host-Server verwenden müssen. Das bedeutet, dass sie auch die gemeinsamen Binärdateien und Bibliotheken des Host-Betriebssystems verwenden. Dies gilt zwar als einfachste Methode der Server-Virtualisierung, erfordert aber auch weniger Ressourcen für Verwaltung und Wartung als die anderen Typen. Da das Betriebssystem nicht für jede VM dupliziert werden muss, ermöglicht diese Virtualisierung auf Betriebssystemebene die Unterstützung von Tausenden von VMs auf einem einzigen Server. Ein Nachteil ist jedoch, dass dieser Typ zu einem Single Point of Failure führt. Wenn das Host-Betriebssystem angegriffen wird oder aus irgendeinem Grund ausfällt, sind auch alle VMs betroffen. 

Vorteile der Server-Virtualisierung

Zu den Vorteilen der Server-Virtualisierung gehören:

• Effizientere Nutzung von Server-Ressourcen mit geringerem Bedarf (und geringeren Kosten) an physikalischer Hardware
• Kosteneinsparungen durch Server-Konsolidierung, Reduzierung des Hardware-Fußabdrucks und Eliminierung ungenutzter oder nicht ausgelasteter Ressourcen
• Größere Vielseitigkeit bei der Nutzung des Servers mit der Flexibilität, VMs mit verschiedenen Betriebssystemen und Anwendungen zu erstellen
• Höhere Anwendungsperformance durch die Möglichkeit, VMs für dedizierte Workloads zu nutzen
• Schnellere Bereitstellung von Workloads durch schnelles und einfaches Duplizieren und Cloning von VMs und die Flexibilität, VMs bei Bedarf auf andere Host-Server zu verschieben
• Steigerung der IT-Produktivität und -Effizienz durch Reduzierung des Server-Wildwuchses und der komplexen Verwaltung und Wartung einer großen Anzahl physikalischer Server
• Zusätzliche Vorteile für Disaster Recovery und Backup durch einfache Replikation vorhandener VMs, Snapshots und die Möglichkeit, diese beliebig zu verschieben
• Reduzierung des Energieverbrauchs durch Verringerung der Anzahl physikalischer Maschinen, die Platz, Kühlung und Strom benötigen
• Geringere Sicherheitsbedrohungen, da jede VM auf einem Host-Server isoliert ist; wenn eine VM angegriffen wird, sind die anderen nicht unbedingt gefährdet

Herausforderungen der Server-Virtualisierung

Trotz der vielen Vorteile der Server-Virtualisierung gibt es auch einige Herausforderungen:

• Die Softwarelizenzierung kann komplex (und kostspielig) sein, da ein physikalischer Server Dutzende verschiedener VMs mit einer Vielzahl von Anwendungen und Services hosten kann. Beispielsweise bedeutet eine vollständige Server-Virtualisierung, dass jede VM über ein eigenes Betriebssystem verfügt und jedes Betriebssystem eine eigene Lizenz erfordert
• Ein Ausfall des Host-Servers kann sich auf alle VMs negativ auswirken, so dass z. B. 10 Anwendungen statt nur einer ausfallen
• VM-Wildwuchs kann zu einem Problem werden, wenn die IT-Abteilung nicht im Blick hat, wo sich VMs befinden und wie und wann sie genutzt werden. Es ist so einfach, neue Instanzen zu erstellen, dass viele VMs vorübergehend zu Testzwecken genutzt und dann aufgegeben werden, wenn sie nicht mehr benötigt werden. Wenn sie jedoch nicht tatsächlich aus dem System entfernt werden, können sie im Hintergrund verbleiben und weiterhin Energie und Ressourcen verbrauchen, die aktive VMs benötigen
• Wenn VMs nicht vorausschauend geplant und erstellt werden, kann sich die Serverperformance verlangsamen, wenn zu viele VMs auf dem Host vorhanden sind, die viele Ressourcen, insbesondere Netzwerk und Arbeitsspeicher, in Anspruch nehmen

Ist die Server-Virtualisierung sicher?

Die Server-Virtualisierung bietet einige inhärente Vorteile in Bezug auf die Sicherheit. So werden die Daten beispielsweise an einem zentralen Ort gespeichert, der relativ einfach zu verwalten ist, anstatt auf nicht autorisierten oder weniger sicheren Peripherie- oder Endbenutzergeräten zu verbleiben. Die Isolierung zwischen VMs hilft auch, Angriffe, Malware, Viren und andere Schwachstellen zu isolieren.

Dank der granularen Zugriffskontrolle der Virtualisierung hat die IT-Abteilung eine bessere Kontrolle darüber, wer auf die im System gespeicherten Daten zugreifen kann. Die Mikrosegmentierung wird häufig verwendet, um den Zugriff auf bestimmte Anwendungen oder Ressourcen bis hinunter zur Ebene einzelner Workloads zu beschränken. Darüber hinaus trägt die Virtualisierung von Desktops dazu bei, dass das IT-Personal die Verantwortung für die Aktualisierung und das Patchen von Betriebssystemen und Anwendungen behält – etwas, das die Endbenutzer möglicherweise nicht im Blick haben.

Hypervisoren reduzieren Sicherheitsrisiken durch eine geringere Angriffsfläche im Vergleich zu Hardwarelösungen, da sie mit weniger Ressourcen auskommen. Außerdem werden sie automatisch aktualisiert, um sie vor neuen Bedrohungen zu schützen.

Auf der anderen Seite kann die Server-Virtualisierung auch eine Reihe von Sicherheitsrisiken mit sich bringen. Einer der häufigsten Gründe ist schlicht die erhöhte Komplexität einer virtualisierten Umgebung. Da VMs relativ einfach dupliziert und Workloads an verschiedene Standorte verschoben werden können, wird es für IT-Abteilungen schwieriger, bewährte Sicherheitspraktiken oder gar konsistente Konfigurationen oder Richtlinien im gesamten Ökosystem aufrechtzuerhalten.

Auch ein Wildwuchs von VMs kann ein Sicherheitsrisiko darstellen. Diese ungenutzten und aufgegebenen VMs verbrauchen nicht nur weiterhin Ressourcen und Strom, sondern werden wahrscheinlich auch nicht gepatcht oder aktualisiert, was sie angreifbar macht und ein großes potenzielles Angriffsrisiko darstellt.

Die Isolierung zwischen VMs kann zwar die Sicherheitsrisiken verringern, aber nicht die Auswirkungen eines DDoS-Angriffs (Distributed Denial of Service). Wenn ein DDoS-Angriff die Performance einer VM durch eine Flut von bösartigem Traffic beeinträchtigt, sind auch die anderen VMs betroffen, die sich die Ressourcen des Host-Servers teilen.

Die IT-Abteilung kann die mit der Server-Virtualisierung einhergehenden Sicherheitsrisiken durch Best Practices verringern. Dazu gehören die Aktualisierung der Software und Firmware des gesamten Systems, die Installation und Aktualisierung von Antiviren- und anderer Software, die speziell für Virtualisierungslösungen entwickelt wurde, die Überwachung der Systemzugriffe, die Verschlüsselung des Netzwerk-Traffics, das Löschen nicht genutzter VMs, regelmäßige Backups der VMs und der physikalischen Server sowie die Definition und Umsetzung klarer und detaillierter Nutzungsrichtlinien für die VMs und die Host-Server.

Use Cases für Server-Virtualisierung

• Konsolidierung von Rechenzentren – Durch die Virtualisierung von Servern kann ein Unternehmen seinen Bedarf an physikalischer Hardware reduzieren und somit auch die Kosten für Strom und Kühlung senken.
• Testumgebungen – Es ist so einfach, neue VM-Instanzen zu erstellen und bereitzustellen, dass viele Unternehmen sie für Entwicklungs- und Testinitiativen verwenden.
• Desktop-Virtualisierung – Virtualisierte Desktop-Infrastruktur bietet die Vorteile von Flexibilität, zentraler Verwaltung, erhöhter Sicherheit und Einfachheit.
• Backup und Disaster Recovery – Virtualisierung ist eine hervorragende Methode für Backup und Disaster Recovery, da sie die Erstellung von Backups und Snapshots von VMs vereinfacht, die im Notfall schnell wiederhergestellt werden können.
• Cloud Computing – Cloud Computing basiert in hohem Maße auf Virtualisierung und Automatisierung.
• Erhöhte Verfügbarkeit – Die Live-Migration von VMs ermöglicht es Unternehmen, eine VM von einem physikalischen Server auf einen anderen zu verschieben, ohne die Services zu unterbrechen. Durch Virtualisierung können geschäftskritische Systeme und Anwendungen auch während Wartungszyklen oder beim Testen neuer Entwicklungen in Betrieb bleiben.
• Unterstützung mehrerer Plattformen – Mit Virtualisierung können Unternehmen eine Vielzahl von Workloads mit unterschiedlichen Betriebssystemen ausführen, ohne dass betriebssystemspezifische Hardware erforderlich ist. 

Implementierung der Server-Virtualisierung

Bei der Planung einer unternehmensweiten Server-Virtualisierung sind einige wichtige Schritte zu beachten. Im Folgenden finden Sie einige Best Practices, die Ihnen dabei helfen können:

• Erstellen Sie einen Plan – Stellen Sie sicher, dass alle Stakeholder genau wissen, wie und warum das Unternehmen eine Virtualisierungsplattform benötigt, bevor Sie eine umfassende Initiative starten. Berücksichtigen Sie die Kosten und die mögliche Komplexität. Wie passt das in Ihren Businessplan?
• Sehen Sie sich an, was es gibt – Es ist wichtig, sich die Hardware und verschiedenen Lösungen anzusehen, um ein Gefühl für die eigenen Bedürfnisse zu bekommen. Welche Lösungen stehen zur Verfügung? Was verwenden Ihre Mitbewerber? Die sorgfältige Durchführung dieses Schrittes ist ein wichtiger Beitrag auf dem Weg zu einer erfolgreichen Umsetzung.
• Testen und experimentieren Sie – Sie sollten jede potenziell in Frage kommende Lösung ausprobieren, um zu sehen, wie sie in der Praxis funktioniert und wie sie sich auf Ihre täglichen Abläufe auswirkt. Kann die IT-Abteilung die anfallende Arbeit leicht bewältigen? Die IT sollte mit jeder Lösung vertraut sein, bevor eine Kaufentscheidung getroffen wird. Die IT-Mitarbeiter sind diejenigen, die das System verwalten und am Laufen halten, und sie sollten sich der potenziellen Fallstricke und Herausforderungen bewusst sein, die jede Lösung mit sich bringt.
• Berücksichtigen Sie Ihre Geschäftsanforderungen – Entspricht die vorgeschlagene Lösung den spezifischen Virtualisierungsanforderungen Ihres Unternehmens? Wie wirkt sich das auf die Sicherheit Ihrer IT-Infrastruktur, Compliance, Disaster-Recovery-Pläne usw. aus? Die IT sollte ein tiefes Verständnis dafür haben, wie die Lösung Ihr gesamtes Ökosystem beeinflusst.
• Fangen Sie klein an und skalieren Sie dann. Wenn Ihr Unternehmen neu auf dem Gebiet der Virtualisierung ist, sollten Sie mit einer kleinen Implementierung auf nicht kritischen Systemen experimentieren, damit die IT-Abteilung lernen kann, was im Alltag für den Betrieb und die Verwaltung erforderlich ist.
• Entwickeln Sie eine Reihe von Leitlinien – Sie müssen über die Provisionierung von VMs, ihren Lebenszyklus und ihre Überwachung nachdenken. Richtlinien helfen Ihnen, Budgets einzuhalten, Ressourcenverschwendung und VM-Wildwuchs zu vermeiden und vereinbarte Verhaltensweisen und Verantwortlichkeiten für die Systemwartung einzuhalten.
• Wählen Sie die richtigen Tools – Auch wenn Sie sich für eine Virtualisierungsplattform entschieden haben, müssen Sie zusätzliche Tools erwerben, um die erweiterten Funktionen der Lösung nutzen und das System besser verwalten zu können.
• Vergessen Sie die Automatisierung nicht – Stellen Sie sicher, dass Ihr IT-Personal mit Automatisierungsprozessen und -werkzeugen vertraut ist, da Automatisierung und Virtualisierung Hand in Hand gehen. 

Welche Best Practices gibt es für die Verwaltung von VMs?

Einer der Vorteile der Server-Virtualisierung ist die Zentralisierung und Vereinfachung der Serververwaltung, sie kann jedoch auch einige Herausforderungen mit sich bringen, insbesondere wenn Ihr IT-Personal nicht mit den Techniken und Praktiken der Virtualisierung vertraut ist. Im Folgenden finden Sie einige Best Practices für die effiziente Verwaltung von VMs.

Reduzieren Sie VM-Wildwuchs durch Self-Service-Management – Wie bereits in diesem Artikel erwähnt, ist es sehr einfach, VMs zu erstellen, und noch einfacher, sie zu vergessen, sobald sie nicht mehr aktiv sind. Wenn Sie sich auf das Self-Service-Management Ihrer VMs verlassen, legen Sie die Verantwortung für das Löschen dieser ungenutzten VMs in die Hände der Endbenutzer. Self-Service bedeutet, dass sie ihre eigenen VMs anfordern müssen, was ihnen auch die Verwaltung (und Entfernung) erleichtert.

Verwenden Sie Templates für die richtige Dimensionierung von VMs – Es kann verlockend sein, VMs mit mehr Ressourcen zu erstellen, als sie tatsächlich benötigen. Das einfache Hinzufügen von z. B. CPUs führt nicht notwendigerweise zu einer besseren Performance, sondern oft zu einer Verschwendung von Ressourcen. Die Erstellung von VM-Templates für bestimmte Funktionen kann dazu beitragen, die Tendenz zur Überprovisionierung zu verringern.

Finden Sie die richtigen Tools für die Überwachung der Performance – Die Tools, die mit Ihrem Hypervisor und Ihrer Virtualisierungsplattform geliefert werden, können Ihnen einen guten Einblick in die VM-Performance geben. Mit der Skalierung und Vergrößerung der Umgebungen werden jedoch robustere Werkzeuge benötigt, die einen tieferen Einblick in nicht genutzte VMs sowie Informationen über die Effizienz der Bereitstellung und die Performance insgesamt bieten.

Erteilen Sie die entsprechenden Berechtigungen zur Aufrechterhaltung der VM-Sicherheit – In einer virtualisierten Umgebung kann die IT-Abteilung Verwaltungsaufgaben an andere Benutzer delegieren – es ist jedoch wichtig, dass es die richtigen Benutzer sind. Stellen Sie sicher, dass Sie eine Hierarchie erstellen können, aus der hervorgeht, welche Teile Ihrer Infrastruktur welche Berechtigungen benötigen. Sie sollten eine einfache Vergabe von Berechtigungen und einen ebenso einfachen Entzug von Berechtigungen bei Bedarf ermöglichen.

Ermöglichen Sie den Remote-Zugriff über VPN und mehrstufige Authentifizierung – Da hybride Arbeitsmodelle dazu geführt haben, dass immer mehr Menschen von zu Hause aus arbeiten, ist es wichtig, einen guten Remote-Zugriff auf die virtualisierte Umgebung zu haben. Eine VPN-Verbindung mit mehrstufiger Authentifizierung wird empfohlen.

Verwenden Sie eine für VMs konzipierte Sicherungs- und Wiederherstellungsplattform – Achten Sie bei der Sicherung eines Host-Servers mit VMs darauf, dass Sie eine Backup-Plattform wählen, die es Ihnen ermöglicht, einzelne VM-Dateien wiederherzustellen. 

Nutanix und Server-Virtualisierung

Nutanix versteht die Server-Virtualisierung und wie sie die Produktivität eines Unternehmens ermöglicht und verbessert. Wir verfügen über eine Reihe von Virtualisierungs-Tools und -Lösungen, die den gesamten Prozess von der Bereitstellung bis zum täglichen Management vereinfachen.

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