Nicht nur auf Desktop-Rechnern ist Virtualisierung von großer Bedeutung, auch im Server-Bereich ergeben sich durch den Einsatz von Virtualisierungssystemen vielfältige Möglichkeiten. Beispielsweise lassen sich ältere physikalische Windows- oder Linux-Server mit geringem Aufwand auf neue Hardware migrieren und dort als virtueller Server weiterbereiten. Mit Tools wie dem Vmware Converter wird dazu der bisherige Server als virtuelles Image gesichert und auf dem Zielrechner nach Anpassung der Konfiguration innerhalb des Haupt-Betriebssystems gestartet. So kann man in die Jahre gekommene Systeme auf moderner Hardware einsetzen, auch wenn die alten Server-Betriebssysteme keine Treiber für neuere Hardware-Komponenten beinhalten.
Das sind die Vorteile der Virtualisierung von Servern
Virtualisierung vereinfacht nicht nur das Migrieren älterer Server auf neue Hardware-Plattformen, sondern hilft auch, vorhandene Server transparent zusammenzufassen und dadurch Kosten zu sparen. Neue Server-Hardware ist oft so leistungsfähig, dass die Hardware-Ressourcen ausreichen, um auf einem Gerät mehrere ältere Server zu vereinen und parallel auszuführen. So kann ein gut ausgestatteter Server-Rechner oft drei und mehr ältere Server ersetzen – entsprechend groß ist das Einsparpotenzial bei Energiebedarf, Wartung und Service im Vergleich zu echten Servern. Durch Server-Virtualisierung lassen sich ferner heterogene Netzwerk-Ressourcen bündeln, indem man beispielsweise unterschiedliche Netzstränge über virtuelle Netzwerkkarten auf einem Server miteinander verknüpft und so einen Datenaustausch ermöglicht. Anstelle echter Router und Switches genügt es, die virtuellen Netzadapter entsprechend zu konfigurieren. Im laufenden Betrieb lassen sich die Adaptereinstellungen dann leicht an geänderte Bedürfnisse anpassen. Die einfache Skalierbarkeit von virtualisierten Servern an die jeweiligen Bedürfnisse ist ein weiterer Vorteil der Server-Virtualisierung. So kann man einen als virtuelle Maschine vorliegenden Server bei Bedarf auf schnellere und besser ausgestattete Hardware verlagern. Auch zusätzlicher Speicherplatz lässt sich auf einfache Weise bereitstellen. Im Schadensfall reduziert ein virtueller Server den Aufwand für die Wiederherstellung im Vergleich zu einem echten Server deutlich. Es genügt, den im Rahmen eines Backups gesicherten virtuellen Server auf ein anderes System zurückzuschreiben und zu starten.
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Virtualisierungs-Plattformen für Server im Überblick
Microsoft, Vmware, Citrix und Oracle sind die maßgeblichen Anbieter von Virtualisierungslösungen für den Server-Bereich an. Microsoft Hyper-V, Citrix Xen Server, Vmware ESXi und Proxmox Virtual Environment sind allesamt kostenlose Virtualisierungsplattformen zur Server-Virtualisierung und sollen den Einstieg erleichtern. Die Gratisvarianten unterscheiden sich im Vergleich zu den Vollversionen beispielsweise durch limitierte Verwaltungsfunktionen, Begrenzung der unterstützten Prozessoren oder durch reduzierten Support für Speichersysteme und Hochverfügbarkeit. Das Geld wird über die Managementwerkzeuge verdient, die das Vollprodukt ausmachen und für die Verwaltung größerer Umgebungen zwingend benötigt werden. Kern der Systeme ist der Hypervisor. Er fungiert als Motor und übernimmt die Steuerung der Ressourcenzuteilung an die einzelnen virtuellen Maschinen. Er setzt entweder auf ein laufendes Betriebssystem wie den Windows Server oder direkt auf die Hardware auf.
Microsoft Hyper-V Server und Vmware ESXi
Microsoft mit Hyper-V Server und Vmware mit ESXi bilden das Lager der proprietären Lösungen. Sie stellen kostenlos ihren Hypervisor zur Verfügung, während die eigentlichen Werte – die Management-Suites Microsoft System Center und Vmware Vsphere , welche die Tools für die Administration größerer Umgebungen von Hochverfügbarkeit- über Storage- und Netzwerk-Virtualisierung bis hin zu Disaster Recovery enthalten – den zahlenden Kunden vorbehalten bleiben. So positionieren die beiden Virtualisierungs-Riesen ihre kostenfreien Pakete konsequenterweise als Lösungen für Stand-alone-Server mit den Anwendungsschwerpunkten Testen, Betrieb von Entwicklungs- und Testumgebungen sowie für den Betrieb weniger kritischer Systeme.
Client-Virtualisierung: Windows übers Netzwerk
Neben der Virtualisierung auf Desktop-PCs und Servern hält auch die Client-Virtualisierung („Desktop as a Service“) Einzug in Unternehmen. Bei der Client-Virtualisierung ist der gesamte Desktop-PC einschließlich des Betriebssystems und aller Anwendungen sowie persönliche Benutzereinstellungen virtualisiert. Der komplette Büro-PC liegt also als virtuelles System auf einem Server im Netzwerk und wird zentral verwaltet. Nutzer können unabhängig vom jeweiligen Einsatzort ihren PC nutzen.
Virtualisierungs-Technik: Schaltet der Benutzer am PC-Arbeitsplatz seinen Rechner ein, gibt es zwei Verfahren, den Anwender-Desktop bereitzustellen: Bei dem vor allem von Citrix unterstützten Verfahren wird die komplette Arbeitsumgebung dynamisch über das Netzwerk geladen und gestartet – der Arbeitsplatz-Rechner führt das virtualisierte Betriebssystem also lokal aus und weist dadurch eine optimale Performance auf. Beim VDI-Ansatz (Virtual Desktop Infrastructure) von Microsoft dient der der Arbeitsplatz-Rechner lediglich als eine Art Terminal. Microsoft setzt dafür bei Windows Server auf die gleiche technische Basis wie bei Remotedesktopverbindungen unter Windows 7, 8/8.1 und 10.
Vorteile virtueller Desktops: Die Client-Virtualisierung bietet eine Reihe von Vorteilen, etwa zentral administrierbare, schlanke und kostengünstige Desktop-Rechner bei gleichzeitiger Entlastung der IT-Betreuer, reduzierte Software-Lizenzkosten, einfache Software-Bereitstellung sowie bessere Hardware- und Software-Auslastung.
Mobile Clients: Bei der Client-Virtualisierung ist normalweise eine permanente VPN-Netzwerkverbindung erforderlich, um eine sichere Funktion zu gewährleisten. Mittels speziellen Cache-Verfahren funktioniert die Client-Virtualisierung auch bei mobilen Arbeitsplätzen. Dadurch ergeben sich Datenschutzvorteile, denn auf dem Notebook selbst müssen weder Anwendungen noch Daten gespeichert werden. Unterwegs genügt also ein nacktes Notebook, um die persönliche virtualisierte Arbeitsumgebung über eine Onlineverbindung zu starten. Geht das Notebook verloren oder wird es gestohlen, beschränkt sich der Schaden auf das Gerät selbst.
Citrix Xen Server und Linux Kernel Based Virtual Machine
Bei Xen Server von Citrix steht die komplette Software als Open Source bereit, bei Linux mit KVM ( Kernel Based Virtual Machine ) ist das ohnehin der Fall. Hier steht Nutzern der vollständige Stack an vorhandenen Management-Tools frei zur Verfügung, sodass sich auf dieser Basis potenziell auch größere Virtualisierungsvorhaben komplett zum Nulltarif realisieren lassen. Mit Ausnahme von KVM ist den vorgestellten Umgebungen gemeinsam, dass es sich um Bare-Metal-Systeme handelt (Hypervisor des Typs 1). Das heißt, die Virtualisierungsschicht ist direkt oberhalb der Hardware angesiedelt und setzt nicht auf ein Betriebssystem auf. KVM ist ein Hosted Hypervisor vom Typ 2. Darüber hinaus verfolgen alle Hersteller unterschiedliche Ansätze: Während Microsoft Hyper-V, Citrix Xen Server sowie KVM untrennbar mit den jeweiligen Managementbetriebssystemen – Windows 2012 R2 respektive Linux – verbunden sind, kommt Vmware ESXi als eigenständige Mini-Appliance daher.
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Das steckt in Microsoft Hyper-V Server 2012 R2
Hyper-V ist in zwei Varianten verfügbar: als kostenfreies Stand-alone-System Microsoft Hyper-V Server 2012 R2 sowie als installierbare Server-Version auf Basis von Windows Server 2012 R2 beziehungsweise dem kommenden Server 2016. Hyper-V Server 2012 R2 kann nach der Registrierung kostenlos bei Microsoft geladen werden. Da es sich bei Hyper-V Server um eine Variante von Server Core handelt, die auf Hyper-V beschränkt ist, läuft auch die Installation bei beiden Alternativen ähnlich ab. Die erste Einrichtung erfolgt über eine textbasierte grafische Oberfläche. Beim kostenfreien Hypervisor sind im Wesentlichen die Managementmöglichkeiten stark beschnitten. Für das Remote-Management von virtuellen Maschinen auf Hyper-V Server 2012 R2 steht als grafische Bedienerführung der Hyper-V Manager unter Windows 8/8.1 und 10 zur Verfügung. Zusätzlich kann die Powershell mit einer umfangreichen Sammlung von Cmdlets für Konfiguration und Steuerung verwendet werden. Die Hypervisor-Technik von Hyper-V Server ist nicht nur identisch mit der in Windows Server 2012 R2, sondern enthält dabei auch nahezu sämtliche Funktionen des Vollprodukts. Damit stehen so mächtige Funktionen wie Live-Migration, High Availability, VM-Replikation, der Hyper-V-Switch für Netzwerkvirtualisierung und Mandantenfähigkeit der virtualisierten Umgebung zur Verfügung – um nur die wichtigsten Funktionen zu nennen. Auch das neue VHDX-Dateiformat ist an Bord, das enorm große virtuelle Festplatten sowie Änderungen seiner Kapazitäten im Live-Betrieb ermöglicht. Mit der aktuellen Version hat sich zudem der Support für Linux-Gäste erheblich verbessert. So ist Hyper-V nun auch gut dazu geeignet, die gängigen Enterprise-Linux-Systeme sowie Ubuntu und Open Suse zu betreiben. Der Hyper-V-Server erbt auch die Leistungsdaten des großen Bruders, die mit Windows Server 2012 R2 stark gewachsen sind und in Teilen diejenigen von Vmware Vsphere in den Schatten stellen: Der Host unterstützt bis zu 320 CPUs und 4 TB RAM. Einzelnen virtuelle Maschinen können bis zu 1 TB Arbeitsspeicher und 64 CPUs zugewiesen werden; dabei können – theoretisch – bis zu 1024 virtuelle Maschinen auf einem Host laufen.
Virtuelle Server auf Basis von Citrix Xen Server
Citrix Xen Server hat eine kurze, dafür umso bewegtere Historie: Den Opensource Hypervisor Xen in sich tragend, vermarktete ursprünglich die Firma Xen Server ein kommerzielles Paket mit Management-Tools. Dieses wurde von Citrix einverleibt und in verschiedenen Editionen inklusive einer kostenfreien Basisvariante vermarktet. Citrix hat mit der Version 6.2 übrigens den kompletten Software-Stack inklusive der Management-Werkzeuge als Open-Source-Paket an die Community zurückgegeben. Damit ist Xen Server die kommerziell unterstützte Version des Opensource Hypervisors Xen . Somit steht das komplette Produkt mit allen Funktionen, die bis zuletzt nur käuflich erworben werden konnten, nun gratis zur Verfügung. Die Liste ist durchaus beeindruckend: Xen Center als zentrale Management-Oberfläche für Windows, Pooling von Xen-Server-Hosts für zentrales Management, Live Migration und High-Availability-Funktionen, Site Recovery für Datenrettungsszenarien und Backups auf Basis von VM-Snapshots. Dazu diverse Technologien, die Xen Server als Basis für die Citrix-VDI-Lösung Xen Desktop optimieren, etwa die Unterstützung für Host-Pools mit heterogenen CPUs.
SDDC: Virtualisierung im Data Center
Mit der Virtualisierung von Servern ist das Ende der Fahnenstange noch nicht erreicht. SDDC (Software-Defined Datacenter) geht noch einen Schritt weiter und bringt bedeutende Veränderung in die Rechenzentrums-Infrastruktur weg von der Starrheit konventioneller IT-Infrastrukturen hin zu dynamischen Server- und Speicherverbunden. Dabei werden das Netzwerk selbst, also alle physikalischen Netzwerkkomponenten zusammen mit der gesamten Netzwerkinfrastruktur virtuell auf Basis von Virtualisierungs-Software aufgesetzt. Server, Speicher, Netzwerk, Sicherheit und Rechenleistung werden jeweils in Form von Pools als eigenständige virtuelle Schicht bereitgestellt.
So lassen sich Ressourcen im Rechenzentrum (Data Center) bedarfsgerecht verknüpfen, administrieren und dynamisch skalieren. Auch bei der Bereitstellung von Cloud-Anwendungen spielt das virtualisierte Rechenzentrum eine wichtige Rolle, um eine optimale Kapazitätsnutzung aller verfügbarer Ressourcen bei gleichbleibend gutem Datendurchsatz zu gewährleisten.
Xen Server als für die Cloud optimierte Virtualisierungsbasis
Citrix positioniert Xen Server zudem im Microsoft- und Vmware-Wettbewerb als Cloudoptimierte Virtualisierungstechnologie durch direkte Integrationsmöglichkeiten mit gängigen Orchestrierungsplattformen wie Cloudplatform, Apache Cloudstack sowie Openstack. Hierzu gehören zum einen auch wettbewerbsfähige Skalierungskapazitäten und zum anderen Netzwerktechniken für den Aufbau mandantenfähiger Virtualisierungsumgebungen, die durch VLANs und IP-Tables entsprechend isoliert und abgesichert werden können. Damit ist Xenserver das einzige System in diesem Vergleich, das ein komplettes Produkt aus Hypervisor und Management auch für größere Umgebungen zur Verfügung stellt, und zwar kostenfrei. Zahlungswilligen Enterprise-Anwendern stellt Citrix neben kostenpflichtigem Support ebenfalls eine kommerzielle Version zur Verfügung, die im Gegensatz zum kostenfreien Paket auch die automatische Installation von Sicherheits-Fixes, Updates und Maintenance-Releases beherrscht.
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Kostenfreier Hypervisor ESXi von Vmware für Server
Seit jeher stellt Vmware zusätzlich zu seinem Flaggschiffprodukt Vsphere den eigentlichen Hypervisor ESXi kostenfrei zur Verfügung. Im Gegensatz zu Vollprodukten, die an ein Betriebssystem für das Management gebunden sind, wie das bei Microsoft Hyper-V und Citrix Xen Server der Fall ist, weist der Vmware Vsphere Hypervisor, so sein offizieller Name, einen extrem kleinen Footprint auf. Er erbt dabei die gesteigerten technischen Fähigkeiten und erweiterten Skalierungskapazitäten seines großen Vsphere-Bruders, ist jedoch durch eine Vielzahl an künstlichen Limitierungen und lizenzmäßigen Einschränkungen charakterisiert. So entfällt zwar inzwischen die Obergrenze von 32 GB RAM je Host, die noch in ESXi 5.1 galt, jedoch gilt nach wie vor die Beschränkung des Servers auf zwei CPUs und maximal acht vCPUs in einer VM. Zudem sind die meisten APIs eingeschränkt, sodass der Einsatz vieler Management-Tools verhindert wird, etwa der meisten Host-basierten Backup-Lösungen. Auch hier erweist sich das fehlende Management als größte Beschränkung des kostenfreien Hypervisors. Setup und Basiskonfiguration gelingen noch sehr einfach über eine Textkonsole. Für alles Weitere wird der Vsphere-Client benötigt, der als Werkzeug für das Remote Management dient. Von einem Windows-Rechner aus lässt sich damit der ESXi Host mit virtuellen Maschinen bestücken und steuern.
KVM als Alternative zu Xen
Im Kielwasser von Xen ist KVM als weiterer Open-Source-Hypervisor erhältlich und erfreut sich wachsender Popularität. Die „Kernelbased Virtual Machine“ ist als Modul direkt in den Linux-Kernel integriert. Ein separater Hypervisor und eine gesonderte virtuelle „Partition“ für den Betrieb virtueller Maschinen sind nicht erforderlich. Der Linux-Kernel selbst stellt unter anderem Scheduling, Memory Management und Treiber zur Verfügung. Neben den Kernelmodulen benötigt die KVM-Umgebung die Emulationssoftware Qemu. KVM präsentiert sich bereits bei der Installation sehr schlank und einfach: Es sind im Wesentlichen die Kernel-Module zum bestehenden System dazu zu installieren sowie Qemu und Management-Tools einzurichten. Auch beim Handling finden sich Linux-Administratoren sofort zurecht: Jeder Gast beziehungsweise jede virtuelle CPU verhalten sich wie ganz gewöhnliche Linux-Prozesse und können so beispielsweise auch über normale Kommandos wie top oder kill kontrolliert und gesteuert werden. Dies gilt auch für die Gerätelandschaft, speziell für Speichergeräte – da hier die normalen Linux-Treiber genutzt werden, ist eine Umgewöhnung nicht nötig. Zugleich wird klar, dass für den Aufbau und den Einsatz von KVM-basierten Umgebungen tiefer gehendes Linux-Know-how unabdingbar ist.
Open-Source-Virtualisierung mit Proxmox Virtual Environment
Die quelloffene Virtualisierungsmanagement-Plattform Proxmox Virtual Environment (PVE) ist eine ausschließlich auf Open-Source-Komponenten beruhende, cluster-fähige Virtualisierungsumgebung mit einigen Besonderheiten. Nutzer verwalten mit PVE virtuelle Maschinen (KVM), OpenVZRessource-Container, Storage, virtuelle Netzwerke und HA-Cluster in einem ansprechenden Web-Interface. PVE erlaubt gleichermaßen das Bereitstellen echter virtueller Maschinen auf Basis von Qemu/KVM und virtueller Container mithilfe von OpenVZ. Das als Appliance bereitgestellte System basiert auf einer minimalen Debian/GNU-Linux-Umgebung mit einem Red-Hat-Enterprise-Kernel 2.6.32 auf einem aktuellen Patch-Level. Die Kombination der wahlweisen Bereitstellung voll-/paravirtualisierter Fullsize-VMs auf Basis von KVM und reiner Linux-Betriebssystemvirtualisierung ergibt Sinn, denn bei den weitaus meisten virtuellen Linux-Maschinen handelt es sich um GUI-freie Server (etwa als Webserver, LAMP-Umgebung, Mailserver oder DNS). In Form einer quasi-virtuellen Linux-Systemumgebung mithilfe von OpenVZ-Containern benötigen diese weitaus weniger Ressourcen als vollständige virtuelle Maschinen. Das über die Jahre ausgereifte OpenVZ sorgt für eine sichere Abgrenzung der einzelnen Linux-Container. Wer virtuelle Windows-Server benötigt, muss allerdings auf vollständige virtuelle Maschinen auf KVM-Basis zurückgreifen, wobei mit den paravirtualisierten Windows-Treibern von Fedora für virtuelle Disks, NICs und Memory Ballooning eine nahezu native Performance erreicht wird. Eingerichtet wird das Ganze über ein modernes Ajax-Web-Interface, das an vielen Stellen kontextsensitiv ist. Das Aufsetzen des Systems ist, sofern der Host die Installationsvoraussetzungen erfüllt, in wenigen Minuten erledigt, denn das System ist als Appliance konzipiert. PVE ist eine professionelle Virtualisierungsplattform fürs Rechenzentrum und muss daher von der Papierform her keinen Vergleich mit vSphere, Hyper-V oder Citrix XenSerer scheuen. So unterstützt Proxmox Virtual Environment von Haus aus Hochverfügbarkeit, Live-VM-Snapshots oder Live-Migration von virtuellen Maschinen. Installiert der Nutzer PVE nicht gerade auf Basis einer existierenden Debian-Umgebung, unterstützt der KVM-basierte Bare-Metal-Hypervisor bis zu 160 CPUs sowie 2 TB RAM pro Host.
Sicherheit: Virtuelle Server absichern
Jede einzelne virtuelle Server muss so administriert und geschützt werden, als liefe er auf einer eigenen physischen Hardware-Plattform. Von allein sicher sind virtuelle Server-Umgebungen nämlich nicht. Zudem muss der Hypervisor selbst geschützt werden, ferner bedarf es klarer Regeln, wer auf welche virtuellen Server zugreifen darf. Der Host-Server mit dem Hypervisor benötigt einen eigenständigen Virenschutz und eine Firewall zum Abblocken unerwünschter Datenpakete. Auf den virtuellen Servern müssen die Benutzer- und Zugriffsrechte so geregelt und administriert werden, als liefe das Server-Betriebssystem auf einem echten Server. Erforderlich ist ferner das regelmäßige Einspielen von Betriebssystem-Updates sowie das Aktualisieren der verwendeten Anwendungen.
Virenscanner und Firewall innerhalb des virtuellen Servers schützen die Daten und sind Pflicht. Allerdings kann die Verwendung nicht geeigneter Virenscannern zu Leistungseinbußen durch eine hohe Systemlast führen. Es empfiehlt sich daher der Einsatz spezieller Virenscannern für virtualisierte Umgebungen mit zentraler Administration, die ein mehrfaches Überprüfen gleicher Dateien innerhalb von virtuellen Server und durch den Hypervisor vermeiden.