Was ist ein Hypervisor?

Betriebssysteme sind an bestimmte Hardwareressourcen gebunden. Normalerweise kann nur ein Betriebssystem auf demselben Gerät ausgeführt werden. Durch die Virtualisierung der Rechnerarchitektur jedoch können mehrere Betriebssysteme gleichzeitig arbeiten. Um entsprechende virtuelle Umgebungen bereitzustellen, bedarf es eines Hypervisors. Im folgenden Beitrag zeigen wir auf, was ein Hypervisor ist, welche Typen und welche Anwendungsmöglichkeiten es gibt.

Was ist ein Hypervisor?

Ein Hypervisor wird auch Virtual-Machine-Monitor (VMM) genannt. Es handelt sich dabei um eine Software, die virtuelle Maschinen (VMs) erstellt, ausführt und verwaltet. Der VMM isoliert die Betriebssysteme der virtuellen Maschinen und weist ihnen Ressourcen wie CPU, RAM oder Festplattenspeicher zu. Dabei verfügt er über die Ressourcen des Systems und verwaltet diese je nach Bedarf.

Die vorhandene Hardware ist der Host bei der Servervirtualisierung. Über den Virtual-Machine-Monitor werden den verschiedenen Gastsystemen (Guests) die Ressourcen des Host-Systems zugewiesen. Kommen neue VMs hinzu, können diese problemlos in die Gesamtstruktur integriert werden.

Man unterscheidet grundsätzlich zwei Typen von Hypervisoren

• Hypervisor Typ1
• Hypervisor Typ2

Beide Typen haben Ihre Vor- und Nachteile, die wir nachfolgend beleuchten.

Hypervisor Typ1

Der VMM Typ1 wird auch als nativer oder Bare-Metal-Hypervisor bezeichnet. Er ist direkt auf der Hardware installiert und verfügt über sämtliche Ressourcen des Systems, ohne dabei eine Zwischenschicht zu benötigen. Er übernimmt die Rolle des Host-Betriebssystems und verteilt die VM-Ressourcen unmittelbar von der Hardware. Hierfür benötigt der VMM spezifische Treiber.

Ein großer Vorteil dieser Lösung ist die bessere Performance, da der Hypervisor uneingeschränkt auf die Hardwaresubstanz zugreifen kann. Somit findet der Hypervisor Typ1 bei großen Unternehmen oder Rechenzentren Anwendung. Insbesondere Webhosting-Anbieter greifen vorwiegend auf diese Lösung zurück, da die dort angebotenen Server aufgrund der besseren Performance Bare-Metal-Server sind.

Zu bedenken ist allerdings, dass diese Lösung einen höheren Wartungs- und Verwaltungsaufwand aufweist und auch Grundkenntnisse beispielsweise in der Bedienung der Konsole erfordert.

Folgende Software kommt als Hypervisor Typ1 infrage: KVM, Microsoft Hyper-V und VMware vSphere. Im Jahr 2007 wurde KVM in den Linux-Kernel integriert. Moderne Linux-Systeme werden also bereits mit einem Hypervisor Typ1 ausgeliefert.

Hypervisor Typ2

Der Hypervisor Typ2 ist auch unter der Bezeichnung gehosteter Hypervisor bekannt. Diese Software interagiert nicht direkt mit der Hardware. Vielmehr wird sie als zusätzliche Schicht auf einem konventionellen OS installiert.

Somit verfügt die Hardware über ein eigenes Host-Betriebssystem. Der Virtual-Machine-Monitor trennt die Guest-Systeme vom Host. Jede virtuelle Maschine kann wiederum mit einem eigenen Betriebssystem versehen werden.

Der Hypervisor Typ2 verwaltet die Ressourcen über die Interaktion mit dem Host-System. Er kann somit nicht auf die vollständige Hardware-Substanz zugreifen.

Ein großer Vorteil eines VMMs Typ 2 ist der geringere Wartungs- und Administrationsaufwand, denn es sind keine zusätzlichen Treiber nötig. Außerdem bietet ein Hypervisor Typ2 eine größere Flexibilität, da die Software unmittelbar auf dem Betriebssystem des Hosts installiert ist. Das Host-System selbst ist also in der Lage, weitere Anwendungen zur gleichen Zeit auszuführen.

Grundsätzlich eignet sich ein Virtual-Machine-Monitor Typ 2 besonders für einzelne Desktop-PCs, in denen verschiedene Betriebssysteme voneinander isoliert bzw. gleichzeitig ausgeführt werden sollen.

Ein Nachteil dieser Lösung ist jedoch in der geringeren Performance im Vergleich zu Typ 1 zu sehen. Da der Hypervisor Typ2 als weitere Schicht auf dem Host-OS aufsitzt, kann er nur über die Ressourcen verfügen, die das System nicht selbst beansprucht.

Bekannte Anwendungen, die als Hypervisor Typ2 fungieren, sind beispielsweise Oracle Virtualbox oder VMware Workstation.

Grafik: schematische Darstellungen des Unterschieds zwischen Hypervisor Type 1 und Typ 2

Anwendungsmöglichkeiten von Hypervisoren

Es gibt viele Bereiche, in denen ein Hypervisor zum Einsatz kommt.

Zunächst kann durch die Virtualisierung die Sicherheit des Host-Systems erhöht werden. Der Hypervisor erlaubt es, mehrere Betriebssysteme gleichzeitig und isoliert voneinander auszuführen. Ist ein Guest-System beispielsweise durch ein Virus infiziert, bleiben alle anderen Systeme davon unberührt.

Außerdem können sensible Daten auf derselben Hardware hinterlegt und gleichzeitig vor Zugriff durch ein angebundenes Netzwerk wie das Internet geschützt werden.
Wird ein Server gleichzeitig mit einem Desktop-Betriebssystem auf derselben Hardware ausgeführt, können die Desktop-Daten durch Isolierung in einer separaten VM geschützt werden. Dennoch sollte auch der parallel laufende Linux- oder Windowsserver vor Hackerangriffen geschützt werden.

Sollte jedoch das Host-System gehackt werden, können auch alle dadurch verwalteten VMs betroffen sein.

Darüber hinaus lassen sich Anwendungen, die verschiedener Betriebssysteme bedürfen, auf derselben Hardware simultan ausführen. Auch können Nutzer Applikationen in einer virtuellen Umgebung zunächst testen, bevor sie sie auf ein Live-System übelnehmen. Im Übrigen ist die Einrichtung und Sicherung eines VServers mithilfe eines Hypervisors möglich.

Virtuelle Server werden mit verschiedenen Virtualisierungstechniken angeboten wie unter anderem:

OpenVZ VServer
Virtuozzo VServer
KVM VServer
Xen VServer
VMWare VServer

Eine zunehmende Rolle spielen Programme, die als Virtual-Machine-Monitor dienen, im gewerblichen Bereich. Insbesondere Webhosting-Anbieter arbeiten mit Virtualisierungslösungen, da sie sonst für jeden vermieteten Server eine eigene Hardware stellen müssten. Virtuelle Server hingegen sparen Ressourcen und Kosten. So können auch weniger geläufige Produkte wie Webpakete auf Grundlage des Litespeed Webservers kostengünstig angeboten werden.

Doch auch für Unternehmen, die Software oder Daten auf verschiedenen Servern hinterlegen wollen, ist ein Virtual-Machine-Monitor interessant. Neben dem oben aufgeführten Sicherheitsaspekt, lassen sich mittels Virtualisierung auch Zugriffsrechte steuern. Außerdem können sensible Daten durch einen Hypervisor auf separaten Guest-Systemen isolieren und vor unberechtigter Einsicht verbergen.

Unser Artikel stützt sich auf eigene Erfahrungen und Recherche sowie Informationen aus externen Quellen.

Quellenangaben & weiterführende Links zum Thema:
https://www.parallels.com/de/blogs/hypervisor/ (Informationen von Parallels zum Thema Hypervisor)
https://www.storage-insider.de/was-ist-ein-hypervisor-a-842084/ (Artikel zum Thema Hypervisor auf Storage-Insider)
https://www.linux-kvm.org/page/Main_Page (Offizielles Wiki der KVM-Community)
https://www.redhat.com/de/topics/virtualization/what-is-KVM (Informationen vom Eigentümer des KVM-Entwicklers)
https://xenproject.org/ (Offizielle Webseite des Xen-Projekts)
https://www.linux-magazin.de/ausgaben/2017/12/xen/ (Artikel zu Xen im Linux Magazin)
https://www.vmware.com/de.html (Unternehmenswebseite von VMware)
https://vmware-forum.de/ (Größtes deutsches VMware Forum)
https://www.virtuozzo.com/ (Offizielle Virtuozzo Webseite)
http://download.parallels.com/doc/pvc/PVC_DataSheet_Ltr_EN.pdf (Informationen zu Parallels Virtuozzo Containers)

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