Definition Was ist Hyper-V?

Hyper-V ist eine Virtualisierungslösung von Microsoft. Sie arbeitet Hypervisor-basiert und ermöglicht es, Rechnerressourcen wie Arbeitsspeicher, CPU-Leistung oder Speicherplatz auf verschiedene virtuelle Maschinen aufzuteilen. Die Software ist sowohl für Windows-Server- als auch Windows-Client-Betriebssysteme verfügbar.

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Bei Hyper-V handelt es sich um eine Technologie von Microsoft, die sich zur Virtualisierung von einzelnen Rechnersystemen oder kompletten Rechenzentrumsumgebungen verwenden lässt. Es lassen sich sowohl Server- als auch Client-Systeme mithilfe der Software virtualisieren. Rechnerressourcen wie CPU-Leistung, Arbeitsspeicher, Speicherplatz und Netzwerkanbindungen werden hierfür den voneinander logisch getrennten virtuellen Maschinen (VMs) zugeteilt.

Die Virtualisierungslösung arbeitet mit einem Hypervisor vom Typ 1 und gestattet die vollständige Isolation der VMs untereinander und Entkopplung vom Host-Betriebssystem. Es sind diverse Gast-Betriebssysteme auf dem virtuellen Rechner installierbar. Innerhalb einer virtuellen Maschine unterstützt die Software verschiedene Windows-Versionen, Linux-Distributionen wie SUSE Linux, Debian, Ubuntu, CentOS oder Red Hat und das Betriebssystem FreeBSD.

Hyper-V ist fester Bestandteil von Server-Betriebssystemen wie Windows Server 2019 und von Client-Betriebssystemen wie Windows 10 Pro. Darüber hinaus ist die Lösung in Standalone-Ausführung unter dem Produktnamen Microsoft Hyper-V Server 2016 bzw. 2019 verfügbar. Microsofts Hyper-V steht in Konkurrenz zu Virtualisierungslösungen anderer Hersteller wie vSphere von VMware mit seinen Hypervisoren ESX/ESXi oder wie Xen von Citrix.

Allgemeine Grundlagen der Virtualisierung und virtueller Maschinen

Mithilfe von Virtualisierungslösungen wie vSphere von VMware (mit den Hypervisoren ESX/ESXi), Xen von Citrix oder Hyper-V von Microsoft lassen sich virtuelle Maschinen erzeugen, die voneinander abgeschottet und vom Hostsystem logisch unabhängig sind. Es können viele verschiedene Gastsysteme auf einem einzigen virtuellen Hostsystem installiert und betrieben werden, die sich die Ressourcen des Hosts teilen. Die virtuellen Maschinen beeinflussen sich gegenseitig nicht und erlauben keine direkten Zugriffe untereinander.

Zur Verwaltung der Hardwareressourcen des Hosts kommt in der Regel ein so genannter Hypervisor zum Einsatz. Für die einzelnen virtuellen Maschinen erscheinen die per Hypervisor zugeteilten virtuellen Ressourcen wie exklusive Ressourcen. Innerhalb einer VM installierte Betriebssysteme oder Applikationen verhalten sich aus Anwendungssicht wie direkt auf einem physischen System installiert. Für die Applikationen oder das Gast-Betriebssystem ist es nicht erkennbar, dass die Umgebung virtualisiert ist.

Im Vergleich zu nicht-virtualisierten Systemen ist in virtualisierten Umgebungen teilweise mit Leistungseinbußen zu rechnen, da die Virtualisierungslösung mit ihrer zwischengeschalteten Abstraktionsschicht selbst Rechnerressourcen belegt.

Grundsätzlich ist bei den Hypervisor-basierten Lösungen eine Unterscheidung zwischen Typ-1- und Typ-2-Hypervisoren möglich. Der Hypervisor vom Typ 1, auch als native Hypervisor oder Bare-Metal-Hypervisor bezeichnet, ist in der Lage, über eigene Treiber direkt mit der Hardware des Hostsystems zu interagieren. Hypervisoren vom Typ 2 sind oberhalb des Betriebssystems des Hosts installiert und verwenden die Hardwaretreiber des Host-Betriebssystem für den Zugriff und die Verwaltung der Hardwareressourcen. Eine alternative Bezeichnung für Hypervisor ist Virtual Machine Monitor (VMM).

Die Architektur von Hyper-V

Hyper-V realisiert die Isolation der virtuellen Maschinen mithilfe von Partitionen. Partitionen sind logische Einheiten, in denen Gast-Betriebssysteme ausgeführt werden. Auf jedem System muss mindestens eine Stamm-Partition existieren, in der die eigentliche Virtualisierungssoftware läuft. Sie hat Zugriff auf die Hardware des Systems und verwaltet die anderen Partitionen mit den Gast-Betriebssystemen. Gast-Partitionen haben keinen direkten, sondern nur virtuellen Zugriff auf die Hardware per Hypervisor. Jeder Zugriff auf eine virtuelle Ressource wird auf die Stamm-Partition umgeleitet. Die Kommunikation zwischen der Gast-Partition und der Stamm-Partition findet über den VMBus statt.

Die Funktionen und technischen Merkmale der Microsoft Virtualisierungslösung Hyper-V

Im folgende ein kurzer, stichpunktartiger Überblick über wichtige Funktionen und technische Merkmale der Virtualisierungslösung Hyper-V:

• vollständige Isolation der Gast-Betriebssysteme untereinander und vom Host-Betriebssystem

• Zuweisung von Ressourcen wie RAM, CPU, Speicherplatz und Netzwerkverbindungen

• Unterstützung vieler Netzwerkfunktionen wie NAT (Network Address Translation)

• basierend auf einem Hypervisor vom Typ 1

• für Server- und Client-Betriebssysteme verfügbar

• Unterstützung zahlreicher Gast-Betriebssysteme

• kompatibel mit verschiedenen Sicherheitsfeatures der Hardware wie Data Execution Prevention (DEP)

• Unterstützung des Cluster-Betriebs

• Verwaltung mit der Microsoft Management Console (MMC)

• Verschieben von virtuellen Maschinen im laufenden Betrieb möglich

• kompatibel mit Rechnern mit x64-fähigem x86-Prozessor

• Unterstützung von Docker-Containern

Vorteile durch den Einsatz von Hyper-V

Durch den Einsatz von Hyper-V ergeben sich zahlreiche Vorteile. Der auf einem Rechner oder Server vorhandene Speicherplatz und Ressourcen wie RAM oder CPU lassen sich durch die Installation mehrerer VMs besser ausnutzen. Ein Server, auf dem verschiedene VMs aktiv sind, besitzt weniger Leerlaufzeiten und die Effizienz der eingesetzten Hardware steigt. Der Umzug virtueller Rechner auf andere Systeme ist im Vergleich zu einem physischen Umzug einfacher zu realisieren. Unter bestimmten Voraussetzungen ist sogar das Verschieben der virtuellen Maschinen im laufenden Betrieb möglich. Per Hyper-V virtualisierte Umgebungen können beispielsweise eingesetzt werden, um Testumgebungen zu betreiben, Anwendungen in sicheren, abgeschotteten Umgebungen auszuführen oder nicht mehr kompatible Anwendungen mit älteren Betriebssystemversionen weiter zu betreiben. Weitere Vorteile und Einsatzmöglichkeiten von Hyper-V sind:

• hohe Flexibilität

• Vereinfachung vieler administrativer Tätigkeiten

• schnelleres Aufsetzen neuer Server

• flexible Möglichkeiten virtuelle Maschinen zu sichern und wiederherzustellen

• Aufteilung von verschiedenen Funktionen auf unterschiedliche virtuelle Maschinen

• Isolation von sensiblen Anwendungen oder Daten

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