Virtualisierungslösungen im Vergleich

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Server-Virtualisierung, Storage-Virtualisierung und Virtualisierung von Netzwerken helfen nicht nur, das Budget zu schonen

 

Virtualisierung zählt heute zu den Schlüsseltechniken in der Unternehmens-IT. Server-Virtualisierung und Storage-Virtualisierung ermöglichen eine bessere Auslastung der Hardware, Kosten können gespart und IT-Ressourcen flexibler geliefert werden. Ähnliches gilt für die Virtualisierung von Netzwerken, Desktops und Applikationen. Das Thema Virtualisierung beschäftigt die IT-Welt seit mehr als 45 Jahren. In AIX- bzw. UNIX-Systemen war es schon seit 1972 möglich, die Hartwareressourcen eines Systems für den Parallelbetrieb mehrerer Betriebssysteme zu partitionieren (LPAR Mode). Doch erst nachdem Microsoft das Thema Virtualisierung mit der Veröffentlichung des Hyper-V in der Version von Microsoft Server 2008 mit Energie verfolgte, erhielt das Thema auch die berechtigte Aufmerksamkeit in der Microsoft-Gemeinde.

IT COST REDUCTION TREIBT DIE VIRTUALISIERUNG VORAN

Durch Einflüsse wie die Finanzkrise und die Energiewende bekommt die Senkung der IT-Kosten immer mehr Bedeutung. Hersteller versuchen, den Energieverbrauch zu reduzieren und das Platzangebot in den Rechenzentren optimal zu nutzen. Die Erhöhung der Ausfallsicherheit sowie die Reduzierung von Administrationsaufwand sind heute weitere gute Gründe für die Virtualisierung. Im Folgenden werden die drei prominentesten Anbieter für Virtualisierungen, VMware ESXi, Microsoft Hyper-V und Citrix XenServer, untersucht und verglichen.

WAS VERSTECKT SICH HINTER DER VIRTUALISIERUNG IM DETAIL?

Das Herzstück einer Virtualisierungslösung ist der Hypervisor. Es wird zwischen zwei Typen unterschieden. Typ 1 läuft als eigenes Betriebssystem oder im Kernel des Betriebssystems direkt auf der Hardware. Microsofts Hyper-V, VMwares ESXi und Citrix XenServer fallen in diese Kategorie. Als Typ 2 werden Hypervisor bezeichnet, die als Applikation auf einem Betriebssystem aufsetzen und somit einen kleinen Performance-Nachteil mitbringen. Applikationen wie VirtualBox oder VMware Workstation fallen in diese Kategorie.

DREI SORTEN VIRTUALISIERUNG

Die drei häufigsten Virtualisierungsmethoden auf x86-Systemen sind die Vollvirtualisierung, die Hardwarevirtualisierung und die „Parallel“ kurz Paravirtualisierung. Die Unterscheidung der Virtualisierungsmethoden ist recht einfach, wenn man den Zugriff des Systems auf die Hardware betrachtet.

Bei einer Vollvirtualisierung läuft der Hypervisor direkt auf Ebene 0. Für jedes virtuelle Gastsystem wird eine eigene virtuelle Maschine mit virtuellen Hardware-Ressourcen und virtuellem BIOS bereitgestellt. Das Gastsystem wird auf der Ebene 1 ausgeführt und ist von der untersten Prozessorebene abgegrenzt. Jeder Ressourcenzugriff muss über den Hypervisor auf Ebene 0 weitergeleitet werden. Das Gastsystem erhält seine eigenen Ressourcen, die es nicht mit anderen Gästen auf dem Host teilt. Dies ist ein relevantes Sicherheitsmerkmal, da die Gastsysteme auf CPU-Ebene nicht aufeinander zugreifen können. Dadurch, dass die Hardware in diesem Fall vom Host für die Gäste virtualisiert bereitgestellt wird, können viele verschiedene Betriebssystemarten virtuell betrieben werden.

Bei der Paravirtualisierung läuft das Gastsystem direkt auf Ebene 0 neben einem sehr verschlankten Hypervisor. Damit diese Art der Virtualisierung funktioniert, muss das Gastsystem wissen, dass es virtualisiert betrieben wird, denn das Gastsystem muss Befehle, die es nicht sofort ausführen kann, bei dieser Konstellation über Hypercalls direkt an den Hypervisor weiterleiten. Diese Art der Virtualisierung ist meistens schneller als die Vollvirtualisierung, da sie näher an der Hardware läuft. Leider gibt es bei dieser Variante Einschränkungen im Betrieb bei der Anzahl verschiedener Betriebssysteme. XenServer, Hyper-V und VMware unterstützen diese Virtualisierungsform.

Das kompatibelste Gastsystem ist Linux, da hier schon Xen als DomU (Gast) integriert ist. Aber auch die Microsoft Hyper-V Integration Components sind seit dem Kernel 2.6.32 in Linux integriert. Die VMware-Lösung heißt Virtual Machine Interface (VMI) seit dem Linux  Kernel 2.6.22. Für alle anderen Gastsysteme gibt es von allen drei Herstellern Treiber für paravirtualisierte Gäste.

Seit dem Jahre 2006 bieten Intel als auch AMD eine hardwareunterstützte Virtualisierung in ihren CPUs an (Intel VT-x b und AMD-V). Hierbei wird der Hypervisor in einer neuen, privilegierten Schicht noch unterhalb von Ebene 0 ausgeführt und ist Vermittler zu dem Gastbetriebssystem, das nun unmodifiziert auf Ebene 0 laufen kann, und der Hardwareschicht. (Ebene 1) Somit können auch Gäste betrieben werden, die nicht für eine Virtualisierung optimiert werden können. Leider ist diese Art der Paravirtualisierung sehr langsam, da jeder Befehl vom Hypervisor abgefangen werden muss. Die Vollvirtualisierung ist hier die schnellere Variante, da hier ein optimierter Softwarecode direkt mit der Hardware arbeitet. Mittlerweile wird die Hardwarevirtualisierung nicht nur von den großen drei Herstellern unterstützt, sondern auch gefordert.

KONFIGURATION UND MANAGEMENT

Die drei großen hier behandelten Hersteller haben jeweils eine Management Software, um die Hosts und deren virtuelle Gäste zu administrieren.

Citrix bietet schon in der kostenfreien Version von XenServer das XenCenter an. Das Client-basierte XenCenter kann auf jeden beliebigen Windows Client installiert werden und ermöglicht einen Zugriff auf jeden Host und in der kostenpflichtigen Variante sogar eine Schnittstelle zum Active Directory zur Steuerung der Rechtevergabe. VMware liefert ab der Essentials Edition das vCenter. Dieses vCenter muss auf einem Serverbetriebssystem oder als virtuelle Appliance installiert werden. Für Clients bietet vSphere jedoch die gleichen Möglichkeiten wie das XenCenter. Microsoft hat den Hyper-V-Manager für grundlegende Administrationen mit in den Servermanager ab Server 2008 integriert. Für die erweiterte Administration von größeren Hyper-V-Farmen bietet sich der kostenpflichtige System Center Virtual Machine Manager kurz SCVMM an.

 

 

Abb. 1 Virtualisierung // Fig.1 virtualisation

HOCHVERFÜGBARKEIT

Betreibt man professionelle Virtualisierung, dann sollte man nie auf ein performantes und redundantes Storage verzichten. Jeder der drei Hersteller bietet die Möglichkeit, virtuelle Systeme im laufenden Betrieb von einem Host zum anderen zu verschieben. Die Systeme liegen auf einer Festplatte bzw. LUN (Logical Unit Number) im Speichernetzwerk bzw. Storage Area Network oder kurz SAN. Alle Hosts haben gleichzeitigen Zugriff auf diese Festplatte. Der Hostmaster steuert diesen Zugriff und erhält die alleinigen Schreibrechte auf die Partition mit den Konfigurationsdaten der Gastsysteme. Im besten Fall sind das Storage und die Hosts einer Farm über mehrere Serverräume verteilt, sodass bei einem Ausfall eines Bauteils die virtuellen Systeme auf einen anderen Host in dem noch funktionierenden Bauteil unterbrechungsfrei verschoben werden können.

 

Abb. 2 Virtuelle Serverfarm // Fig. 2 Virtual server farm

 

BACKUP-MÖGLICHKEITEN

Bis auf die Snapshot-Technologie unterscheiden sich die Anbieter bei der Sicherung der virtuellen Systeme ein wenig. Grundlegend ist die Sicherung per Snapshot auf Storageebene, die für ein Desaster Recovery die sicherste ist. Für die Wiederherstellung einer VM ist sie jedoch ziemlich aufwendig.

  • Microsoft-typisch lassen sich per Explorer die virtuellen Festplatten einfach von der LUN aus dem SAN sichern.
  • Bei VMware muss für die professionelle Sicherung ein kostenpflichtiges Tool zugekauft werden.
  • Der XenServer hat die Möglichkeit, per Cifs Shell die virtuellen Systeme auf ein Microsoft Fileshare zu exportieren und von dort auch wieder zu importieren. Dieses Verfahren kann per Script auch zeitgesteuert durchgeführt werden und ist kostenfrei.

LASTENAUSGLEICH UND GREEN IT

Alle drei Anbieter bieten die Möglichkeit, die Last einzelner Hosts zu verteilen oder diese aus Stromspargründen abzuschalten. Wird zum Beispiel nachts nicht die volle Leistung benötigt, können virtuelle Systeme auf einigen wenigen Hosts konsolidiert werden und die anderen leeren Hosts gehen in den Standby. Morgens werden die virtuellen Systeme dann mit steigender Auslastung wieder auf die anderen Hosts verteilt, um die beste Performance zu erreichen. Das spart Energie und Klimakosten.

KOMPATIBILITÄT

Alle drei Hersteller unterstützen fast alle gängigen Gast-Betriebssysteme. Bei älteren Gast-Betriebssystemen hat VMware als Pionier der Vollvirtualisierung etwas die Nase vorn.

FAZIT

Von Seiten der Performance und anderer Möglichkeiten gibt es nur marginale Unterschiede zwischen Microsoft, Citrix und VMware. Entscheidend ist der Einsatzbereich. Werden virtuelle Systeme zur Abbildung einer Terminalserverfarm benötigt, so ist der XenServer von Citrix die erste Wahl. Wird jedoch eine hohe Kompatibilität für sämtliche Betriebssysteme gefordert, so ist VMware die beste Lösung. Und wenn eine große Microsoft Infrastruktur virtualisiert werden soll, so ist der Hyper-V das Maß aller Dinge. Die Technik unterscheidet sich, doch die Funktionen gleichen sich.

noventum consulting

Benjamin von Glahn

Account Manager

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