13.2 Virtualisierung und virtuelle Maschinen

Einordnung

Diese Seite gehört zum Kapitel:

Server, Virtualisierung und Hochverfügbarkeit

Nachdem die Server-Grundlagen bekannt sind, geht es nun um Virtualisierung.

Virtualisierung ist ein zentrales Thema moderner IT-Infrastrukturen, weil dadurch mehrere virtuelle Server auf einer physischen Hardware betrieben werden können.


Was bedeutet Virtualisierung?

Virtualisierung bedeutet, dass physische Hardware logisch aufgeteilt und mehreren virtuellen Systemen bereitgestellt wird.

Ein einzelner physischer Server kann dadurch mehrere virtuelle Maschinen betreiben.

Beispiel:

Physischer Server Virtuelle Maschinen
Host 1 DC01, FILE01, WEB01, DB01

Jede virtuelle Maschine verhält sich wie ein eigener Computer.


Merksatz

Virtualisierung bedeutet, dass mehrere virtuelle Systeme auf einer gemeinsamen physischen Hardware betrieben werden.


Warum nutzt man Virtualisierung?

Früher wurde für viele Serverrollen jeweils ein eigener physischer Server verwendet.

Beispiel:

Physischer Server Aufgabe
Server 1 Domain Controller
Server 2 Fileserver
Server 3 Webserver
Server 4 Datenbankserver

Problem:

Viele Server waren schlecht ausgelastet.

Ein Server hatte vielleicht nur 5 bis 20 Prozent CPU-Auslastung, benötigte aber trotzdem Strom, Platz, Kühlung und Wartung.

Mit Virtualisierung können mehrere Serverrollen als virtuelle Maschinen auf einem oder mehreren leistungsfähigen Hosts laufen.


Vorteile von Virtualisierung

Vorteil Erklärung
Bessere Ressourcennutzung CPU, RAM und Storage werden effizienter genutzt
Schnellere Bereitstellung Neue Server können schneller erstellt werden
Einfachere Sicherung Ganze VMs können gesichert werden
Einfachere Wiederherstellung VMs können aus Backups zurückgespielt werden
Flexibilität Ressourcen können oft angepasst werden
Migration VMs können auf andere Hosts verschoben werden
Testumgebungen Testsysteme lassen sich schnell erstellen
Konsolidierung Weniger physische Server notwendig
Hochverfügbarkeit möglich VMs können in Clusterumgebungen betrieben werden

Nachteile und Risiken von Virtualisierung

Nachteil / Risiko Erklärung
Abhängigkeit vom Host Fällt der Host aus, sind alle darauf laufenden VMs betroffen
Ressourcenengpässe Zu viele VMs können CPU, RAM oder Storage überlasten
Komplexität Netzwerk, Storage und Backup werden anspruchsvoller
Lizenzierung Lizenzen können komplizierter werden
Sicherheitsrisiko Hypervisor Der Hypervisor ist besonders kritisch
Fehlplanung Zu wenig Reserven führen zu Performanceproblemen
Storage-Abhängigkeit Viele VMs hängen oft an gemeinsamem Storage

Physischer Server als Host

Der physische Server, auf dem virtuelle Maschinen laufen, wird Host genannt.

Ein Host stellt Hardware-Ressourcen bereit:

Ressource Bedeutung
CPU Rechenleistung
RAM Arbeitsspeicher
Storage Speicherplatz für virtuelle Festplatten
Netzwerk Anbindung der VMs an das Netzwerk

Der Host betreibt eine Virtualisierungsschicht, den sogenannten Hypervisor.


Virtuelle Maschine

Eine virtuelle Maschine ist ein simulierter Computer innerhalb eines physischen Hosts.

Eine VM besitzt eigene virtuelle Hardware:

Virtuelle Komponente Bedeutung
vCPU Virtuelle CPU-Kerne
vRAM Virtueller Arbeitsspeicher
vDisk Virtuelle Festplatte
vNIC Virtuelle Netzwerkkarte
Virtuelles Laufwerk Zum Beispiel ISO-Datei für Installation
Virtuelle Konsole Bildschirm- und Tastaturzugriff über den Hypervisor

In der VM läuft ein eigenes Betriebssystem.

Dieses Betriebssystem nennt man Gastbetriebssystem.


Host und Guest

Bei Virtualisierung unterscheidet man zwischen Host und Guest.

Begriff Bedeutung
Host Physischer Server, auf dem die Virtualisierung läuft
Guest Virtuelle Maschine auf dem Host
Gastbetriebssystem Betriebssystem innerhalb der VM
Hostsystem System, das den Hypervisor bereitstellt

Beispiel:

Ebene Beispiel
Physische Hardware Dell-Server oder HP-Server
Host / Hypervisor Proxmox VE, VMware ESXi oder Hyper-V
Guest / VM Windows Server, Debian, Ubuntu Server

Hypervisor

Der Hypervisor ist die Virtualisierungsschicht.

Er verwaltet die virtuellen Maschinen und verteilt die physischen Ressourcen des Hosts.

Aufgaben des Hypervisors:

Aufgabe Erklärung
VMs erstellen Neue virtuelle Maschinen anlegen
VMs starten und stoppen Betrieb der VMs steuern
CPU verteilen Rechenzeit an VMs vergeben
RAM zuweisen Arbeitsspeicher bereitstellen
Virtuelle Festplatten verwalten vDisks bereitstellen
Virtuelle Netzwerkkarten bereitstellen Netzwerkzugriff ermöglichen
Snapshots verwalten Zustände speichern
Migration ermöglichen VMs auf andere Hosts verschieben
Ressourcen überwachen Auslastung anzeigen

Typ-1-Hypervisor

Ein Typ-1-Hypervisor läuft direkt auf der physischen Hardware.

Er wird auch Bare-Metal-Hypervisor genannt.

Beispiele:

Hypervisor Beschreibung
VMware ESXi Häufig in Unternehmen
Microsoft Hyper-V Microsoft-Virtualisierung
Proxmox VE Open-Source-Plattform auf KVM-Basis
KVM Linux-Kernel-basierte Virtualisierung
Xen Virtualisierungstechnologie
Nutanix AHV Hypervisor von Nutanix

Vorteile:

Vorteil Erklärung
Hohe Performance Läuft direkt auf der Hardware
Stabilität Für Serverbetrieb geeignet
Zentrale Verwaltung möglich Gut für Rechenzentren
Clusterfähig Hochverfügbarkeit möglich
Professioneller Betrieb Für produktive Umgebungen geeignet

Typ-2-Hypervisor

Ein Typ-2-Hypervisor läuft auf einem vorhandenen Betriebssystem.

Beispiele:

Hypervisor Einsatz
VirtualBox Test- und Lernumgebung
VMware Workstation Desktop-Virtualisierung
VMware Fusion macOS-Virtualisierung
Parallels Desktop macOS-Virtualisierung
UTM macOS / Apple Silicon

Beispiel:

Auf einem Windows-Notebook läuft VirtualBox.
In VirtualBox läuft eine Linux-VM.

Vorteile:

Vorteil Erklärung
Einfach zu nutzen Gut für Tests
Keine eigene Serverhardware nötig Läuft auf normalem PC
Gut zum Lernen Schnell eingerichtet

Nachteile:

Nachteil Erklärung
Geringere Performance Läuft zusätzlich über ein Hostbetriebssystem
Weniger geeignet für Produktion Eher für Desktop und Test
Abhängig vom Hostbetriebssystem Wenn Windows/macOS Probleme hat, betrifft das die VMs

Typ-1 vs. Typ-2-Hypervisor

Merkmal Typ-1-Hypervisor Typ-2-Hypervisor
Läuft auf Direkt auf Hardware Auf vorhandenem Betriebssystem
Einsatzgebiet Server, Rechenzentrum, Produktivbetrieb Desktop, Test, Schulung
Performance Hoch Meist geringer
Stabilität Hoch Abhängig vom Hostsystem
Beispiele ESXi, Hyper-V, Proxmox, KVM VirtualBox, VMware Workstation, Parallels
IHK-Relevanz Sehr wichtig Grundlegend wichtig

Bare Metal

Bare Metal bedeutet, dass Software direkt auf der physischen Hardware läuft.

Ein Typ-1-Hypervisor ist ein Bare-Metal-Hypervisor.

Beispiel:

Aufbau Beschreibung
Hardware → Hypervisor → VMs Typ-1 / Bare Metal
Hardware → Windows 11 → VirtualBox → VM Typ-2

Virtuelle CPU

Eine vCPU ist eine virtuelle CPU, die einer VM zugewiesen wird.

Beispiel:

Eine VM bekommt 2 vCPUs.

Das bedeutet nicht automatisch, dass sie dauerhaft zwei physische CPU-Kerne exklusiv besitzt.

Der Hypervisor verteilt CPU-Zeit zwischen den VMs.

Beispiel:

VM vCPU
DC01 2
FILE01 2
WEB01 2
DB01 4

Wichtig:

Zu viele vCPUs können die Leistung verschlechtern, wenn der Host dadurch überlastet wird.


CPU-Overcommitment

CPU-Overcommitment bedeutet, dass mehr vCPUs vergeben werden, als physische CPU-Kerne vorhanden sind.

Beispiel:

Physische CPU-Kerne Vergebene vCPUs
16 40

Das kann funktionieren, weil nicht alle VMs gleichzeitig ihre volle CPU-Leistung benötigen.

Risiko:

Wenn viele VMs gleichzeitig hohe CPU-Last erzeugen, kommt es zu Performanceproblemen.


Virtueller Arbeitsspeicher

vRAM ist der Arbeitsspeicher, der einer VM zugewiesen wird.

Beispiel:

VM RAM
DC01 4 GB
FILE01 8 GB
DB01 16 GB
WEB01 4 GB

RAM ist bei Virtualisierung besonders wichtig.

Wenn der Host zu wenig RAM hat, kann das System stark langsam werden.


RAM-Overcommitment

RAM-Overcommitment bedeutet, dass mehr RAM an VMs vergeben wird, als physisch im Host vorhanden ist.

Das ist riskanter als CPU-Overcommitment.

Warum?

Wenn VMs wirklich ihren RAM benötigen und der Host nicht genug physischen Speicher hat, muss ausgelagert werden.

Das führt oft zu starker Verlangsamung.

Merksatz:

CPU kann man eher überbuchen als RAM.


Virtuelle Festplatte

Eine virtuelle Festplatte ist der Datenträger einer VM.

Die VM sieht diese virtuelle Festplatte wie eine normale Festplatte.

Auf dem Host liegt sie meistens als Datei oder Block-Volume.

Beispiele für Formate:

Format Plattform
VHD / VHDX Hyper-V
VMDK VMware
QCOW2 KVM / Proxmox
RAW KVM / Proxmox

Thin Provisioning

Thin Provisioning bedeutet, dass eine virtuelle Festplatte größer angezeigt wird, als sie auf dem echten Storage aktuell belegt.

Beispiel:

Eine VM bekommt eine virtuelle Festplatte mit 100 GB.

Tatsächlich belegt sie am Anfang vielleicht nur 20 GB.

Vorteil:

Speicher wird effizient genutzt.

Nachteil:

Wenn viele virtuelle Festplatten wachsen, kann der echte Storage voll laufen.


Thick Provisioning

Thick Provisioning bedeutet, dass der Speicherplatz direkt vollständig reserviert wird.

Beispiel:

Eine virtuelle Festplatte mit 100 GB belegt sofort 100 GB auf dem Storage.

Vorteil:

Der Speicherverbrauch ist besser planbar.

Nachteil:

Weniger flexibel und weniger platzsparend.


Thin vs. Thick Provisioning

Merkmal Thin Provisioning Thick Provisioning
Speicherbelegung am Anfang Nur tatsächlich genutzter Speicher Voller Speicher sofort reserviert
Flexibilität Hoch Geringer
Risiko Storage kann unerwartet voll laufen Weniger Risiko durch Überbuchung
Planung Erfordert Überwachung Besser planbar
Einsatz Häufig in Test- und produktiven Umgebungen Kritische Systeme oder klare Reservierung

Virtuelle Netzwerkkarte

Eine vNIC ist die virtuelle Netzwerkkarte einer VM.

Sie verbindet die VM mit einem virtuellen Switch.

Beispiel:

VM vNIC Netzwerk
WEB01 eth0 Servernetz
DB01 eth0 Datenbanknetz
FW01 eth0 / eth1 WAN / LAN

Eine VM kann auch mehrere virtuelle Netzwerkkarten besitzen.


Virtueller Switch

Ein virtueller Switch verbindet virtuelle Maschinen miteinander und mit dem physischen Netzwerk.

Aufgaben:

Aufgabe Erklärung
VM mit Netzwerk verbinden VM kann mit anderen Systemen kommunizieren
VM-zu-VM-Kommunikation VMs auf demselben Host können kommunizieren
VLAN-Zuordnung VMs können getrennten Netzen zugeordnet werden
Verbindung zur physischen Netzwerkkarte Zugriff ins echte Netzwerk

Netzwerkmodi bei virtuellen Maschinen

Je nach Plattform gibt es verschiedene Netzwerkarten.

Modus Bedeutung
Bridged VM ist direkt im gleichen Netzwerk wie der Host
NAT VM nutzt den Host als Vermittler ins Netzwerk
Host-only VM kommuniziert nur mit dem Host
Internal VMs kommunizieren nur untereinander
VLAN VM ist einem bestimmten virtuellen LAN zugeordnet

Bridged Networking

Bei Bridged Networking ist die VM wie ein eigenes Gerät im Netzwerk sichtbar.

Beispiel:

Gerät IP-Adresse
Host 192.168.10.10
VM 192.168.10.20
Client 192.168.10.30

Die VM kann direkt von anderen Geräten im Netzwerk erreicht werden.


NAT Networking

Bei NAT nutzt die VM den Host als Vermittler nach außen.

Die VM kann oft ins Internet, ist aber aus dem Netzwerk nicht direkt erreichbar.

Vorteil:

Einfach für Tests.

Nachteil:

Für Serverdienste weniger direkt nutzbar, wenn andere Clients auf die VM zugreifen sollen.


Host-only Networking

Bei Host-only kann die VM nur mit dem Host kommunizieren.

Das ist nützlich für isolierte Tests.

Beispiel:

Eine Test-VM soll nicht ins Firmennetz, aber vom eigenen Rechner aus erreichbar sein.


VLAN bei VMs

Mit VLANs kann man virtuelle Maschinen logisch in verschiedene Netzwerke trennen.

Beispiel:

VLAN Zweck
VLAN 10 Management
VLAN 20 Server
VLAN 30 Storage
VLAN 40 Clients
VLAN 50 DMZ

VLANs helfen bei Sicherheit, Ordnung und Netzwerksegmentierung.


VM-Konfiguration

Eine VM besteht aus mehreren Konfigurationswerten.

Typische Angaben:

Einstellung Beispiel
Name WEB01
Betriebssystem Debian 12
vCPU 2
RAM 4 GB
Festplatte 80 GB
Netzwerk VLAN 20
ISO Debian-Installationsmedium
Boot-Reihenfolge Disk vor ISO
Autostart Ja oder Nein

Gastbetriebssystem

Das Gastbetriebssystem ist das Betriebssystem innerhalb der VM.

Beispiele:

Gastbetriebssystem Einsatz
Windows Server Active Directory, Fileserver, Anwendungen
Debian Serverdienste, Webserver, Container
Ubuntu Server Cloud, Web, Anwendungen
Rocky Linux Unternehmensnahe Linux-Umgebungen
pfSense Firewall oder Router
FreeBSD Netzwerkdienste oder Spezialanwendungen

VMware Tools / Guest Tools

Viele Virtualisierungsplattformen verwenden Zusatztools im Gastbetriebssystem.

Beispiele:

Plattform Tool
VMware VMware Tools
Hyper-V Integration Services
Proxmox / KVM QEMU Guest Agent
VirtualBox Guest Additions

Nutzen:

Vorteil Erklärung
Bessere Treiber Netzwerk, Grafik, Storage
Sauberes Herunterfahren Hypervisor kann VM korrekt stoppen
IP-Adresse anzeigen Host sieht Informationen der VM
Zeitsynchronisation Uhrzeit bleibt korrekt
Bessere Performance Optimierte Kommunikation

Snapshot

Ein Snapshot speichert den Zustand einer VM zu einem bestimmten Zeitpunkt.

Er wird häufig vor Änderungen erstellt.

Beispiele:

Situation Warum Snapshot?
Vor Updates Rückkehr möglich, wenn Update fehlschlägt
Vor Softwareinstallation Test kann rückgängig gemacht werden
Vor Konfigurationsänderung Sicherheit bei Fehlern
In Laborumgebungen Schnell zu einem Ausgangszustand zurück

Was speichert ein Snapshot?

Je nach Plattform kann ein Snapshot Folgendes enthalten:

Bestandteil Bedeutung
Zustand der virtuellen Festplatte Änderungen ab Snapshot werden getrennt gespeichert
VM-Konfiguration Einstellungen der VM
Arbeitsspeicherzustand Optional laufender Zustand der VM

Snapshots sind kein Backup

Ein Snapshot ist kein vollständiges Backup.

Warum?

Grund Erklärung
Abhängigkeit vom Storage Snapshot liegt meist auf demselben Storage
Nicht für Langzeit gedacht Snapshots können Performance verschlechtern
Kein Schutz vor Storage-Ausfall Wenn Storage defekt ist, ist auch der Snapshot betroffen
Kein Ersatz für Sicherung Backup muss separat vorhanden sein

Merksatz:

Snapshots sind gut für kurzfristige Änderungen, aber kein Ersatz für Backups.


Backup von virtuellen Maschinen

Ein VM-Backup sichert eine virtuelle Maschine oder ihre Daten.

Arten:

Backupart Erklärung
Image-basiertes Backup Ganze VM wird gesichert
Datei-basiertes Backup Einzelne Dateien werden gesichert
Applikationskonsistentes Backup Anwendungen wie Datenbanken werden sauber berücksichtigt
Agent-basiertes Backup Backup-Software läuft in der VM
Agentless Backup Backup erfolgt über den Hypervisor

Applikationskonsistentes Backup

Ein applikationskonsistentes Backup berücksichtigt laufende Anwendungen.

Wichtig bei:

Anwendung Warum wichtig?
Datenbanken Schreibvorgänge müssen konsistent sein
Active Directory Verzeichnisdienst muss sauber gesichert werden
Mailserver Viele Transaktionen
ERP-Systeme Geschäftsdaten dürfen nicht beschädigt werden

Ein einfaches Kopieren einer laufenden virtuellen Festplatte reicht nicht immer aus.


Template

Ein Template ist eine Vorlage für neue virtuelle Maschinen.

Beispiel:

Eine Windows-Server-VM wird installiert, aktualisiert und vorbereitet.

Danach wird sie als Template gespeichert.

Aus diesem Template können neue Server schneller erstellt werden.

Vorteile:

Vorteil Erklärung
Schnellere Bereitstellung Neue VMs schneller erstellen
Einheitliche Basis Gleiche Grundkonfiguration
Weniger Fehler Standardisierte Installation
Automatisierung möglich Gut für größere Umgebungen

Clone

Ein Clone ist eine Kopie einer virtuellen Maschine.

Arten:

Clone-Art Bedeutung
Full Clone Vollständige unabhängige Kopie
Linked Clone Kopie, die von einer Basis-VM abhängig ist

Full Clone:

Vorteil Nachteil
Unabhängig Benötigt mehr Speicher

Linked Clone:

Vorteil Nachteil
Spart Speicher Abhängig von Basis-VM

ISO-Datei

Eine ISO-Datei ist ein Abbild eines Installationsmediums.

Beispiel:

Eine Debian-ISO wird in die VM eingebunden, um Debian zu installieren.

Ablauf:

Schritt Erklärung
VM erstellen Virtuelle Hardware anlegen
ISO einbinden Installationsmedium bereitstellen
VM starten Von ISO booten
Betriebssystem installieren Installation in der VM
ISO entfernen Nach Installation nicht mehr benötigt

Live Migration

Live Migration bedeutet, dass eine laufende VM von einem Host auf einen anderen Host verschoben wird.

Die VM soll dabei weiterlaufen.

Beispiele für Begriffe:

Plattform Begriff
VMware vMotion
Hyper-V Live Migration
Proxmox/KVM Live Migration

Nutzen:

Situation Vorteil
Host-Wartung VMs vorher auf andere Hosts verschieben
Lastverteilung VMs auf weniger ausgelastete Hosts verteilen
Hardwaretausch Dienste bleiben verfügbar
Clusterbetrieb Wichtig für Hochverfügbarkeit

Voraussetzungen für Live Migration

Voraussetzung Erklärung
Mehrere Hosts VM braucht Zielhost
Gemeinsamer oder replizierter Storage Zielhost muss VM-Daten erreichen
Netzwerkverbindung VM-Zustand wird übertragen
Kompatible CPUs Zielhost muss VM ausführen können
Clusterverwaltung Hosts müssen gemeinsam verwaltet werden

Cold Migration

Cold Migration bedeutet, dass eine ausgeschaltete VM verschoben wird.

Vorteil:

Einfacher als Live Migration.

Nachteil:

Die VM ist währenddessen nicht verfügbar.


Storage Migration

Storage Migration bedeutet, dass die virtuellen Festplatten einer VM auf einen anderen Speicher verschoben werden.

Beispiel:

Die VM läuft weiter auf Host 1.
Ihre virtuelle Festplatte wird von Storage A nach Storage B verschoben.

Nutzen:

Situation Vorteil
Storage wird voll Daten verschieben
Alter Storage wird ersetzt Migration vorbereiten
Performanceoptimierung VM auf schnelleren Speicher legen

Virtuelle Maschine vs. Container

Eine VM virtualisiert einen ganzen Computer.

Ein Container virtualisiert eher eine Anwendung mit ihren Abhängigkeiten.

Merkmal Virtuelle Maschine Container
Betriebssystem Eigenes Gastbetriebssystem Nutzt Host-Kernel
Isolation Stärker Leichter
Ressourcenverbrauch Höher Niedriger
Startzeit Langsamer Sehr schnell
Einsatz Ganze Server Anwendungen und Dienste
Beispiele Windows Server VM, Debian VM Docker, LXC

LXC vs. Docker

Merkmal LXC Docker
Art Systemcontainer Anwendungscontainer
Nutzung Fast wie kleiner Linux-Server Einzelne Anwendung
Verwaltung Häufig in Proxmox Häufig für Apps und Microservices
Beispiel Linux-Container mit SSH Nginx-Container

Wann nutzt man eine VM?

Eine VM ist sinnvoll, wenn ein vollständiges Betriebssystem benötigt wird.

Beispiele:

Einsatz Grund
Windows Server Eigenes Betriebssystem nötig
Domain Controller Klare Isolation und Betriebssystemrolle
Datenbankserver Stabiler eigener Serverkontext
Testsystem Sicher getrennt vom Host
Legacy-Anwendung Alte Anwendung braucht eigenes System
Firewall-VM Eigene Netzwerkschnittstellen und Regeln

Wann nutzt man Container?

Container sind sinnvoll, wenn Anwendungen leichtgewichtig und schnell bereitgestellt werden sollen.

Beispiele:

Einsatz Grund
Webanwendung Schnell bereitstellbar
Microservices Einzelne Dienste getrennt
Testumgebung Schnell starten und löschen
Automatisierung Gut mit CI/CD
Self-Hosting Viele Anwendungen auf wenig Ressourcen

Ressourcenplanung bei VMs

Vor dem Erstellen einer VM sollte man Ressourcen planen.

Wichtige Fragen:

Frage Bedeutung
Wie viele vCPUs braucht die VM? Rechenleistung
Wie viel RAM braucht die VM? Arbeitsspeicher
Wie viel Speicherplatz braucht sie? vDisk-Größe
Welche Netzwerkverbindung braucht sie? VLAN, IP, Firewall
Wird sie gesichert? Backupkonzept
Ist sie kritisch? Hochverfügbarkeit nötig?
Welche Lizenz wird benötigt? Betriebssystem und Anwendung

Beispiel für VM-Planung

Einstellung Beispiel
VM-Name WEB01
Aufgabe Interner Webserver
Betriebssystem Debian 12
vCPU 2
RAM 4 GB
vDisk 60 GB
Netzwerk VLAN 20 Servernetz
IP-Adresse 192.168.20.30
Backup Täglich
Hochverfügbarkeit Ja, wenn produktiv

Überprovisionierung

Überprovisionierung bedeutet, dass mehr Ressourcen geplant oder vergeben werden, als tatsächlich vorhanden oder sinnvoll sind.

Beispiele:

Art Beispiel
CPU-Überprovisionierung Mehr vCPUs als physische Kerne
RAM-Überprovisionierung Mehr RAM vergeben als vorhanden
Storage-Überprovisionierung Thin Disks größer als echter Speicher
Netzwerk-Überlastung Zu viele VMs auf zu wenig Bandbreite

Überprovisionierung kann funktionieren, muss aber überwacht werden.


Typische Performanceprobleme bei VMs

Problem Mögliche Ursache
VM ist langsam Zu wenig RAM
Hohe Wartezeiten Langsamer Storage
CPU hoch Zu wenig vCPU oder Host überlastet
Netzwerk langsam Falsches VLAN, Treiber, Bandbreite
VM startet nicht Kein Speicherplatz oder falsche Konfiguration
Backup dauert lange Große VM oder langsamer Storage
Snapshot wächst stark Snapshot wurde zu lange behalten

Storage-Performance

Storage ist bei Virtualisierung besonders wichtig.

Viele VMs greifen gleichzeitig auf denselben Speicher zu.

Wichtige Begriffe:

Begriff Bedeutung
IOPS Ein- und Ausgabeoperationen pro Sekunde
Latenz Verzögerung beim Speicherzugriff
Durchsatz Datenmenge pro Sekunde
Queue Warteschlange von Speicheroperationen

Merksatz:

Viele langsame VM-Probleme sind eigentlich Storage-Probleme.


Netzwerksegmentierung bei VMs

VMs sollten je nach Aufgabe in passende Netzwerke getrennt werden.

Beispiel:

Netzwerk Inhalt
Managementnetz Hypervisor-Verwaltung
Servernetz Interne Server
DMZ Öffentlich erreichbare Dienste
Storage-Netz Storage-Verkehr
Backup-Netz Backup-Datenverkehr

Vorteil:

Netzwerksegmentierung erhöht Sicherheit und Übersichtlichkeit.


DMZ bei virtuellen Maschinen

Eine DMZ ist ein separates Netzwerk für Dienste, die von außen erreichbar sind.

Beispiele:

VM Aufgabe
REVPROXY01 Reverse Proxy
WEB01 Öffentlicher Webserver
VPN01 VPN-Gateway

Diese Systeme sollten nicht direkt im internen Servernetz stehen.


VM-Sicherheit

Auch virtuelle Maschinen müssen abgesichert werden.

Maßnahmen:

Maßnahme Erklärung
Updates installieren Sicherheitslücken schließen
Firewall konfigurieren Zugriff begrenzen
Rechte beschränken Least Privilege
Dienste minimieren Nur notwendige Dienste betreiben
Backup einrichten Wiederherstellung ermöglichen
Monitoring nutzen Probleme erkennen
Logging aktivieren Ereignisse nachvollziehen
Netzwerk trennen VLANs und Firewalls nutzen

Hypervisor-Sicherheit

Der Hypervisor ist besonders kritisch.

Wenn ein Angreifer den Hypervisor kontrolliert, sind alle VMs gefährdet.

Maßnahmen:

Maßnahme Erklärung
Managementzugriff beschränken Nur Adminnetz oder VPN
Starke Passwörter verwenden Schutz vor unbefugtem Zugriff
MFA nutzen Zusätzliche Sicherheit
Updates installieren Sicherheitslücken schließen
Rollen und Rechte nutzen Nicht jeder Admin braucht Vollzugriff
Logging aktivieren Änderungen nachvollziehen
Managementnetz trennen Nicht direkt aus Clientnetz erreichbar
Backups der Konfiguration Wiederherstellung erleichtern

VM-Dokumentation

Virtuelle Maschinen sollten sauber dokumentiert werden.

Wichtige Angaben:

Bereich Beispiel
VM-Name DB01
Aufgabe Datenbankserver
Betriebssystem Debian 12
Host / Cluster HV01 oder Cluster01
vCPU 4
RAM 16 GB
Festplatte 200 GB
Netzwerk VLAN 30
IP-Adresse 192.168.30.10
Backup Täglich
Verantwortlich IT-Abteilung
Abhängigkeiten APP01 benötigt DB01

Namenskonventionen für VMs

Saubere Namen helfen bei Verwaltung und Fehlersuche.

Beispiele:

Name Bedeutung
DC01 Domain Controller 1
DC02 Domain Controller 2
FILE01 Fileserver 1
WEB01 Webserver 1
DB01 Datenbankserver 1
APP01 Applikationsserver 1
BKP01 Backupserver 1
MON01 Monitoringserver 1

Typische kleine Virtualisierungsumgebung

Beispiel:

Ein Unternehmen hat einen Virtualisierungshost.

Darauf laufen mehrere VMs:

VM Aufgabe
DC01 Domain Controller und DNS
FILE01 Dateiserver
APP01 Fachanwendung
DB01 Datenbank
BKP01 Backupverwaltung

Vorteil:

Weniger physische Server.

Nachteil:

Der einzelne Host ist ein Single Point of Failure, wenn keine Hochverfügbarkeit vorhanden ist.


Typische größere Virtualisierungsumgebung

Beispiel:

Komponente Aufgabe
HV01 Virtualisierungshost 1
HV02 Virtualisierungshost 2
HV03 Virtualisierungshost 3
Shared Storage Gemeinsamer Speicher
Backupserver Sicherung der VMs
Managementnetz Verwaltung
Servernetz VM-Kommunikation

In dieser Umgebung können VMs bei Wartung oder Ausfall auf andere Hosts verschoben werden.

Das führt zum nächsten Thema: Cluster und Hochverfügbarkeit.


Prüfungsnahes Beispiel

Aufgabe:

Ein Unternehmen betreibt vier physische Server mit jeweils geringer Auslastung. Die Server sind alt und sollen ersetzt werden.

Frage:

Welche Lösung wäre sinnvoll?

Mögliche Antwort:

Eine sinnvolle Lösung wäre Virtualisierung. Die bisherigen Serverrollen können als virtuelle Maschinen auf einem oder mehreren leistungsfähigen Virtualisierungshosts betrieben werden. Dadurch werden Ressourcen besser genutzt, neue Server können schneller bereitgestellt werden und Backups sowie Wiederherstellung werden vereinfacht. Für höhere Ausfallsicherheit kann zusätzlich ein Virtualisierungscluster eingesetzt werden.


Typische Prüfungsfrage: Was ist Virtualisierung?

Mögliche Antwort:

Virtualisierung bedeutet, dass physische Hardware logisch aufgeteilt wird, sodass mehrere virtuelle Maschinen auf einem physischen Host betrieben werden können. Jede VM verhält sich wie ein eigener Computer mit eigenem Betriebssystem und eigenen virtuellen Ressourcen.


Typische Prüfungsfrage: Was ist ein Hypervisor?

Mögliche Antwort:

Ein Hypervisor ist die Virtualisierungsschicht, die virtuelle Maschinen erstellt, verwaltet und ihnen Ressourcen wie CPU, RAM, Storage und Netzwerk zuweist. Ein Typ-1-Hypervisor läuft direkt auf der Hardware, ein Typ-2-Hypervisor läuft auf einem vorhandenen Betriebssystem.


Typische Prüfungsfrage: Unterschied Typ-1- und Typ-2-Hypervisor

Typ Erklärung Beispiel
Typ-1 Läuft direkt auf der Hardware ESXi, Hyper-V, Proxmox
Typ-2 Läuft auf einem vorhandenen Betriebssystem VirtualBox, VMware Workstation

Typische Prüfungsfrage: Was ist eine virtuelle Maschine?

Mögliche Antwort:

Eine virtuelle Maschine ist ein simulierter Computer, der auf einem physischen Host läuft. Sie besitzt virtuelle Hardware wie vCPU, vRAM, vDisk und vNIC und verwendet ein eigenes Gastbetriebssystem.


Typische Prüfungsfrage: Warum sind Snapshots kein Backup?

Mögliche Antwort:

Snapshots speichern nur einen kurzfristigen Zustand einer VM und liegen meist auf demselben Storage. Sie sind für Tests oder Updates geeignet, aber kein Ersatz für ein separates Backup. Bei Storage-Ausfall oder Datenverlust helfen Snapshots allein oft nicht.


Typische Prüfungsfrage: Unterschied VM und Container

Merkmal VM Container
Betriebssystem Eigenes Gastbetriebssystem Nutzt Host-Kernel
Ressourcenbedarf Höher Niedriger
Isolation Stärker Leichter
Startzeit Länger Sehr kurz
Einsatz Ganze Server Einzelne Anwendungen

Typische Prüfungsfrage: Was ist Live Migration?

Mögliche Antwort:

Live Migration bedeutet, dass eine laufende virtuelle Maschine von einem Host auf einen anderen Host verschoben wird, ohne sie vorher auszuschalten. Das wird genutzt, um Hosts zu warten, Last zu verteilen oder Hochverfügbarkeit zu ermöglichen.


Typische Prüfungsfrage: Was ist Thin Provisioning?

Mögliche Antwort:

Thin Provisioning bedeutet, dass einer virtuellen Festplatte eine bestimmte Maximalgröße zugewiesen wird, aber auf dem echten Storage zunächst nur der tatsächlich genutzte Speicherplatz belegt wird. Dadurch wird Speicher effizienter genutzt, es besteht aber das Risiko, dass der Storage voll läuft, wenn viele virtuelle Festplatten wachsen.


Typische Prüfungsfrage: Warum ist Ressourcenplanung bei VMs wichtig?

Mögliche Antwort:

Mehrere VMs teilen sich die Ressourcen eines Hosts. Werden zu viele vCPUs, zu viel RAM oder zu viel Storage vergeben, kann der Host überlastet werden. Deshalb müssen CPU, RAM, Storage, Netzwerk und Backup sorgfältig geplant und überwacht werden.


Wichtige Begriffe

Begriff Kurz erklärt
Virtualisierung Mehrere virtuelle Systeme auf gemeinsamer Hardware
Host Physischer Server für VMs
Guest Virtuelle Maschine
Hypervisor Virtualisierungsschicht
Typ-1-Hypervisor Läuft direkt auf Hardware
Typ-2-Hypervisor Läuft auf einem Betriebssystem
VM Virtuelle Maschine
vCPU Virtuelle CPU
vRAM Virtueller Arbeitsspeicher
vDisk Virtuelle Festplatte
vNIC Virtuelle Netzwerkkarte
Virtueller Switch Verbindet VMs mit Netzwerken
Snapshot Kurzfristig gespeicherter VM-Zustand
Backup Echte Datensicherung
Template Vorlage für neue VMs
Clone Kopie einer VM
Live Migration Laufende VM auf anderen Host verschieben
Cold Migration Ausgeschaltete VM verschieben
Thin Provisioning Speicher wird dynamisch belegt
Thick Provisioning Speicher wird sofort reserviert
Overcommitment Mehr virtuelle Ressourcen vergeben als physisch vorhanden
Gastbetriebssystem Betriebssystem innerhalb einer VM

Wichtige Merksätze

Virtualisierung ermöglicht den Betrieb mehrerer virtueller Maschinen auf einem physischen Host.

Eine virtuelle Maschine verhält sich wie ein eigener Computer mit eigener virtueller Hardware.

Der Hypervisor verwaltet die virtuellen Maschinen und verteilt CPU, RAM, Storage und Netzwerk.

Ein Typ-1-Hypervisor läuft direkt auf der Hardware.

Ein Typ-2-Hypervisor läuft auf einem vorhandenen Betriebssystem.

Snapshots sind kein Ersatz für Backups.

Thin Provisioning spart Speicher, muss aber überwacht werden.

Zu viele VMs auf einem Host können zu Performanceproblemen führen.

RAM ist bei Virtualisierung oft kritischer als CPU.

Storage-Probleme sind eine häufige Ursache für langsame VMs.

Live Migration ermöglicht Wartung und Lastverteilung ohne Abschalten der VM.


Kurzzusammenfassung

Virtualisierung ist eine Technik, bei der mehrere virtuelle Maschinen auf einem physischen Server betrieben werden.

Der physische Server wird Host genannt.
Die virtuelle Maschine wird Guest genannt.
Der Hypervisor ist die Schicht, die die VMs verwaltet.

Eine VM besitzt virtuelle Hardware wie vCPU, vRAM, vDisk und vNIC und führt ein eigenes Betriebssystem aus.

Wichtige Vorteile sind:

Vorteil Bedeutung
Flexibilität VMs können schnell erstellt und angepasst werden
Ressourcennutzung Hardware wird besser ausgelastet
Backup Ganze VMs können gesichert werden
Migration VMs können verschoben werden
Testumgebungen Systeme können schnell aufgebaut werden
Grundlage für HA Virtualisierung kann mit Clustern kombiniert werden

Wichtige Risiken sind:

Risiko Bedeutung
Host-Ausfall Mehrere VMs können gleichzeitig betroffen sein
Ressourcenengpass CPU, RAM oder Storage können überlastet werden
Storage-Abhängigkeit Viele VMs hängen an zentralem Speicher
Sicherheitsrisiko Hypervisor muss besonders geschützt werden
Kein Backup durch Snapshot Snapshots ersetzen keine Datensicherung

Virtualisierung ist die Grundlage für viele moderne Serverumgebungen und führt direkt zum nächsten Thema:

Cluster und Hochverfügbarkeit


Revision #1
Created 7 July 2026 14:45:08 by Admin
Updated 7 July 2026 15:12:47 by Admin