Was ist eine virtuelle Maschine?

Eine virtuelle Maschine (VM) ist eine digitale Version einer physischen Maschine, die als isoliertes System mit eigenen virtualisierten Hardware-Ressourcen und einem eigenen Betriebssystem funktioniert. Eine physische Maschine, wie beispielsweise ein Laptop oder ein physischer Server, verfügt in der Regel über ein einziges Betriebssystem, das die Hardware für die Ausführung Ihrer Anwendungen koordiniert. Die zugrunde liegenden physikalischen Ressourcen können jedoch deutlich mehr Leistung bereitstellen, als ein einzelnes System nutzen kann.

Mit einer virtuellen Maschine können Sie mehrere isolierte Umgebungen auf einer einzigen physischen Maschine erstellen, um verschiedene Betriebssysteme parallel auszuführen. Sie können mehrere Anwendungen auf derselben Hardware ausführen und Ressourcen effizienter nutzen. Mit modernen Cloud-Instances können Sie als vollständig verwalteter Service in der Cloud auf virtuelle Maschinen zugreifen.

Virtualisierung bezieht sich auf eine Software, die die Aufgabe physischer Hardware übernimmt. Die Software greift auf die reale, zugrunde liegende physische Hardware zu und nutzt diese, sodass sie wie die physische Hardware funktionieren kann. Genauso wie virtuelle Maschinen auf realen physischen Computern laufen, kann ein großer virtueller Speicher mehrere physische Speichergeräte ersetzen. Die Virtualisierungstechnologie erleichtert die Konfiguration, Vorlagenerstellung und Wiederholung von Hardware-Rollouts mit minimalem physischem Verwaltungsaufwand.

Eine virtuelle Maschine (VM) ist ein softwaredefiniertes, voll funktionsfähiges System, auf dem ein Betriebssystem, Anwendungen, Prozesse und benutzerdefinierte Konfigurationen ausgeführt werden. Die virtuelle Maschine wird auch als Gastbetriebssystem bezeichnet, und der physische Computer, auf dem sie ausgeführt wird, wird als Host-Maschine bezeichnet. Mehrere virtuelle Maschinen können mehrere Betriebssysteme auf einem einzigen physischen Computer ausführen und dabei die Hardware-Ressourcen des Servers nach Bedarf nutzen.

Hypervisor

Eine als Hypervisor bezeichnete Softwareebene koordiniert die Steuerung und Verwendung der Hardware zwischen den virtuellen Maschinen (VMs) und den zugrunde liegenden Ressourcen der physischen Maschine. 

Ein Typ-1-Hypervisor wird direkt auf der physischen Host-Hardware installiert, sodass kein zugrunde liegendes Host-Betriebssystem erforderlich ist. Host-Computer mit Hypervisoren vom Typ 1 sind ausschließlich für den Betrieb von VMs vorgesehen.

Ein Hypervisor vom Typ 2 wird auf dem Betriebssystem (OS) eines physischen Host-Rechners installiert und funktioniert eher wie eine Anwendung. Hypervisoren vom Typ 2 kommen häufig zum Einsatz, wenn die Virtualisierung nicht die Hauptaufgabe des Rechners ist. Innerhalb der Hypervisor-Anwendung wird eine virtuelle Maschine erstellt, während das zugrunde liegende Betriebssystem im Hintergrund läuft. Benutzer können zwischen der Ausführung von Aufgaben im Host-Betriebssystem und in der Umgebung der virtuellen Maschine wechseln. 

Image einer virtuellen Maschine

Ein VM-Image ist wie eine bootfähige Vorlage. Das Image enthält den statischen Zustand des ausgewählten Betriebssystems, der Anwendungen und der Systemkonfiguration in einem ladebereiten Format, sodass Ihre virtuelle Maschine sofort einsatzbereit ist.

Eine Cloud-Instance ist eine vom Cloud-Anbieter verwaltete virtuelle Maschine, die auf einem Remote-Server läuft und auf die Sie über das Internet zugreifen. Der Cloud-Anbieter verwaltet die gesamte zugrunde liegende Hardware und die Hypervisor-Ressourcen, wodurch die Komplexität der Verwaltung physischer Server und der Systemadministration entfällt. Eine Cloud-Instance ist lediglich eine Bezeichnung für eine virtuelle Maschine in dieser virtuellen Cloud-Umgebung.

Cloud-Instances können mit unterschiedlichen CPUs, GPUs, Speichergrößen, Speicherkapazitäten, Netzwerkbandbreiten und weiteren Parametern konfiguriert werden. Die Wahl der Cloud-Instance hängt von Ihrer Workload ab, beispielsweise von Deep-Learning-Inferenz oder einem Anwendungsserver.

Ihre Administratoren haben die vollständige Kontrolle über das Betriebssystem der Cloud-Instance, sodass sie Ihre Umgebungen, Anwendungen und Workloads so konfigurieren können, dass Ihr Computersystem vollständig ist.

Die Art der virtuellen Maschine, die Sie erstellen und verwenden, hängt von Ihrem Ziel und den Hardware-Ressourcen des zugrunde liegenden Systems ab. 

Einige Beispiele:

• Um eine virtuelle Maschine mit einem leistungsstarken nativen LLM zu betreiben, ist eine Host-Maschine mit einer leistungsstarken GPU erforderlich.
• Wenn Sie gelegentlich eine Windows-Anwendung auf Ihrem Desktop-Mac ausführen, bedeutet dies, dass Sie eine Windows-Betriebssystem-VM auf einer Typ-2-Hypervisor-Anwendung auf Ihrem Host-Computer ausführen.
• Der Betrieb eines Test- und eines Entwicklungsservers für die Softwareproduktion bedeutet, dass zwei parallele Gastbetriebssysteme ausgeführt werden, die mehrere Benutzer auf einer Host-Maschine mit ausreichenden Ressourcen aufnehmen.

System-VMs

System-VMs (SVM) ist lediglich eine andere Bezeichnung für den geläufigeren Begriff „virtuelle Maschine”. Diese Art von VM umfasst eine gesamte Systemumgebung, einschließlich des eigenen Betriebssystems.

Prozess-VMs

Eine Prozess-VM (PVM) hingegen führt einen einzelnen Prozess oder eine einzelne Anwendung aus, indem sie eine vollständige Programmiersprachenumgebung bereitstellt. Häufige Beispiele für Prozess-VMs sind die Java Virtual Machine, auf der Java-Programme ausgeführt werden, oder der Python-Interpreter, der Python-Anwendungen ausführt. Mit einem PVM können Sie Anwendungen in bestimmten Sprachen auf fast jedem Host-Computer ausführen.

Fast jedes Unternehmen kann von der Verwendung virtueller Maschinen profitieren. Für neue Unternehmen ist es am besten, direkt mit Cloud-Instances zu beginnen, um die Einrichtung zu beschleunigen und kostengünstig zu skalieren.

Virtuelle Maschinen bieten Unternehmen mit vorhandener On-Premises-Infrastruktur folgende Vorteile:

Rechenressourceneffizienz

Der größte Vorteil der Verwendung mehrerer virtueller Maschinen besteht darin, dass sich ein höherer ROI aus der zugrunde liegenden Hardware erzielen lässt. Wenn eine CPU ständig nur zu 25 % ausgelastet ist, wird sie nicht ausreichend genutzt. Wenn mehrere Betriebssysteme wichtige Aufgaben gleichzeitig ausführen, spart die Kombination dieser Workloads auf einer Maschine Ressourcen. 

Automatisierte Administration

Durch die Konfiguration von Images virtueller Maschinen in der Software statt explizit in der Hardware wird die Verwaltung automatisiert, wiederholbar und leicht veränderbar. 

Sehr portabel

Im Gegensatz zu physischer Hardware können virtuelle Maschinen fast überall problemlos instanziiert werden. Eine VM kann auf einer Maschine in Nordamerika ausgeführt werden und gleichzeitig auf einer Maschine in Australien, ohne dass eine andere Konfiguration erforderlich ist.

Unterschiedliche Betriebssysteme

Auch wenn ein Unternehmen möglicherweise ein bestimmtes Betriebssystem für seine gesamte Umgebung bevorzugt, kann es Situationen geben, in denen Sie andere Betriebssysteme benötigen oder davon profitieren. Mit der Software für virtuelle Maschinen können Sie mehrere VMs mit unterschiedlichen Betriebssystemen gleichzeitig ausführen.

VMs werden mit Containern verglichen, wenn es um die Bereitstellung von Anwendungen geht. Vor der Einführung von Containern mussten Softwareentwickler Bibliotheken und Services mit der Anwendung bündeln, damit der Benutzer sie auf einer bestimmten VM installieren konnte, sodass die Anwendung ausgeführt werden konnte. Mit Containern laden Sie ein Image, und die Software läuft einfach: keine Installation erforderlich.

Sowohl VMs als auch Container verwenden Virtualisierung. Eine VM virtualisiert die zugrunde liegende physische Maschine, während der Container die Serverumgebung virtualisiert, in der die Anwendung ausgeführt wird.

Eine virtuelle Maschine bietet eine isolierte Betriebssystemumgebung, die auf jeder physischen Maschine mit dem richtigen Hypervisor ausgeführt werden kann. Ein Container bietet eine vollständige, isolierte Anwendungsumgebung, die überall ausgeführt werden kann. Ein Container enthält alle Bibliotheken und Services, die für die Ausführung der Anwendung auf einem beliebigen System erforderlich sind, sofern der richtige Container-Manager installiert und konfiguriert ist.

Die Containerisierung kann ressourcenschonender sein als der Betrieb einer VM, auf der die Anwendungen ausgeführt werden. Allerdings können nicht alle Anwendungen einfach containerisiert werden. Anwendungen müssen für Container gepackt werden, und einige Anwendungen, darunter solche mit grafischen Benutzeroberflächen oder persistentem Speicher, müssen für zustandslose, containerbasierte Vorgänge überarbeitet werden. Drittanbieter-Anwendungen verfügen oft nicht über eine Containerisierungsoption.

AWS bietet über 800 Instance-Typen für praktisch jede Geschäftsanforderung. Instances können auf Prozessoren, Speicher, Netzwerk, Betriebssystem und Kaufmodell zugeschnitten werden, damit Sie die Anforderungen Ihres Workloads optimal erfüllen können. AWS bietet 108 Availability Zones für Instances, die mehrfach, physisch getrennt und isoliert sind, um die Compliance-Anforderungen zu erfüllen.

Die Auswahl des AWS-Instance-Typs ist für den Betrieb mehrerer virtueller Maschinen in mehreren Betriebssystemumgebungen ausgelegt.

Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) bietet die umfangreichste und leistungsstärkste Datenverarbeitungsplattform mit einer Auswahl an On-Demand-Instances, Dedicated Instances und Spot Instances. EC2 bietet Instances für allgemeine Zwecke, für Datenverarbeitung optimierte Instances, speicheroptimierte Instances, arbeitsspeicheroptimierte Instances und beschleunigtes Computing. EC2 unterstützt Intel-, AMD- und Arm-Prozessoren mit mehreren Betriebssystemen und ist die einzige Cloud mit On-Demand-EC2-Mac-Betriebssystem-Instances und 400-Gbit/s-Ethernet-Netzwerken.

Das AWS Nitro System bildet die Grundlage für unsere modernen EC2-Instances. Mit Nitro System haben wir unsere Virtualisierungsinfrastruktur komplett neu konzipiert. Üblicherweise schützen Hypervisors die physische Hardware und BIOS, virtualisieren die CPU, den Speicher und Netzwerke und stellen umfangreiche Verwaltungsfunktionen bereit. Mit dem Nitro System können wir diese Funktionen trennen, sie auf dedizierte Hardware und Software auslagern und die Kosten senken, indem wir praktisch alle Ressourcen eines Servers für Ihre Instances bereitstellen.

Amazon Lightsail bietet benutzerfreundliche Virtual Private Server (VPS)-Instances, -Container, -Speicher, -Datenbanken und vieles mehr zu einem günstigen monatlichen Preis. Lightsail wurde für einfache Webanwendungen, benutzerdefinierte Websites und Anwendungen für kleine Unternehmen entwickelt.

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