Die vorliegende Studie untersucht die mannigfaltigen Konzepte der Virtualisierung. Nach einer Einführung in die Geschichte der Virtualisierungstechnologie werden allgemein gültige Grundlagen und formale Definitionen aufgeführt. Anschließend wird ein Überblick zu den Entwürfen und Funktionsweisen der Virtualisierung gegeben. Es folgen eine Beschreibung der Anwendungsgebiete und einige praktische Verwirklichungen, die im Detail beleuchtet werden. Danach werden in der Zusammenfassung die Erkenntnisse dieser Studie und des Versuches diskutiert. Zuletzt erfolgt der Bedarf und Ausblick zur Virtualisierung, wobei zukünftige Entwicklungen betrachtet werden. Einen Schwerpunkt dieser Studie bildet der Entwurf eines Versuchs. Dieser soll praktisch in das Konzept der Virtualisierung einführen und elementares Wissen über Funktionen und Vorgehensweisen des Themenkomplexes vermitteln. Als Grundlage dient die Virtualisierungslösung ‘VMware Workstation’. Die im Versuch gewonnenen Erkenntnisse über die Realisierung und Einrichtung einer virtuellen Maschine eignen sich perfekt, um das Prinzip der Virtualisierung zu veranschaulichen.

Textprobe: Kapitel 3, Anwendungsbereiche der Virtualisierung: 3.1, Einsatzmöglichkeiten und Einsatzgebiete: Es werden im folgenden Kapitel einige Anwendungen und Einsatzgebiete der Virtualisierung detailliert beschrieben. Dabei zeigen die aufgeführten Punkte nur einen kleinen Ausschnitt aus den mannigfaltigen Anwendungsgebieten der Virtualisierungstechnologie. Als erstes Einsatzgebiet ist die Entwicklung und Evaluierung von Software zu nennen. Gewöhnlicherweise ist dies ein sehr zeitintensiver und komplexer Prozess, welcher sich über Jahre erstrecken kann. Die Konzipierung der Software ist von Rückschlägen und Fehlern geprägt. Eine Lösung mittels Virtualisierung kann im Vergleich zu den konventionellen Verfahren als eine effektivere Variante angesehen werden. Im Gegensatz zur Emulation, welche eine komplette Hardware imitiert, können bei der Virtualisierung hardwarenahe Funktionen genutzt und somit Systemabstürze präzise verursacht werden. De Facto kann durch den Einsatz inhärenter Methoden der Virtualisierungssoftware, wie beispielsweise das Erstellen von Momentaufnahmen, die Vermeidung von kontraproduktiven Prozessen in der Entwicklung von Softwareprojekten sichergestellt werden. Die Systempunkte sollten in äquidistanten Zeitabständen oder an einem neuralgischen Punkt der Entwicklung konzipiert werden. Diesbezüglich können die Momentaufnahmen in einem linearen Prozess oder einem Prozessbaum festgehalten und bei Bedarf schnell wiederhergestellt werden. Durch diese effektivere Methode kann ein Fehler in der Entwicklung zum einen systematisch und zum anderen analytisch gelöst werden. Die Softwareverfügbarkeit kann als ein weiteres Einsatzgebiet der Virtualisierung angeführt werden. Das Fehlen von spezifischer Software in den verschiedensten Betriebssystemen ist ein Nachteil für deren konventionelle Nutzung. Durch Virtualisieren der Betriebssysteme lässt sich die Problematik vermeiden. Beabsichtigt ein Nutzer eine spezielle Software unter einem anderen Betriebssystem zu verwenden, kann diese in einer virtuellen Maschine bereitgestellt werden. Ein Neustart des Computers ist bei einer eingesetzten Virtualisierungslösung nicht mehr erforderlich. Die Virtualisierung findet bei der Systemüberwachung ein weiteres Anwendungsgebiet. Durch ein spezielles Verfahren können die verschiedenen virtuellen Maschinen auf einem Server zentral überwacht werden. Fällt ein virtuelles System aus, kann dieses dann schneller ersetzt werden. Die Fehleranalyse gestaltet sich entsprechend einfacher, da das eventuell vorhandene Host-System den Absturz protokolliert hat. Zudem kann man die entstandenen Fehler die zum Absturz führten, durch das Nachbilden des Systems leichter analysieren. In der IT-Branche aber auch in Laboratorien von Hochschulen und Universitäten findet sich ein nächster Einsatzbereich. Forscher und Entwickler können mannigfaltige Gruppierungen verschiedenster Hard- und Software konzipieren. Mit geringerem finanziellem Aufwand gegenüber konventioneller Aufbauten gestaltet sich die Erstellung derselben relativ einfach. Die Erhöhung der Verfügbarkeit von Servern durch Redundanzbildung ist eine weitere Einsatzmöglichkeit. Dies liegt vor allen im Interessenbereich von Unternehmen, welche Dienstleistungen über ein Netzwerk oder das Internet bereitstellen. Aber auch in der Produktion kann die Verfügbarkeit von Server-Systemen signifikant erhöht werden. Eine analog zum verwendeten System konzipierte virtuelle Maschine kann als Absicherung gegen mögliche negative Einflussfaktoren, wie menschliches oder technisches Versagen, eingesetzt werden. Das virtuelle System agiert parallel zum bestehenden System. In der IT-Branche spricht man hierbei von der ‘Reliabilty’ der Virtualisierung. Der abschließende Punkt dieser Thematik ist die Konsolidierung bestehender Systeme. Die Zusammenführung von physischen Systemen auf wenige Server ist gegenwärtig das am meisten praktizierte Verfahren auf dem Gebiet der Virtualisierung. Dieser Vorgang ist unter dem Begriff ‘Workload Consolidation’ in der IT-Branche bekannt. Durch die Konsolidierung kann der Energieverbrauch erheblich reduziert werden. Hinzu kommen weitere essentielle Verbesserungen durch die Auslastung der Server sowie durch die Kostenreduzierung beim Erwerb neuer Hardware. Grundsätzlich kann man sagen, dass durch den Einsatz von Virtualisierungslösungen ein gewisses Spektrum von Problematiken in der IT-Branche bearbeitet werden kann. Die beschriebenen Probleme können mit den derzeit auf dem Markt befindlichen Virtualisierungsprogrammen gelöst werden. 3.2, Praktische Anwendungen in der Industrie: Als erstes Beispiel zur praktischen Anwendung in der Industrie wird das Modell der Firma SOKA-Bau (Wiesbaden, Deutschland) erläutert. Es gibt einen Einblick in die Verwendung der Virtualisierung. Das Unternehmen SOKA-Bau ist als größter deutscher Baudienstleister zuständig für die Urlaubs- und Lohnausgleichskasse der Bauwirtschaft. Der Ausbau der Hochverfügbarkeit der Server-Systeme sowie deren Konsolidierung wurden im Jahr 2003 durch die Einführung einer Virtualisierungslösung erreicht. Durch den Einsatz der Software ‘VMware GSX Server’ konnten die Anforderungen bei der Evaluierung weitestgehend realisiert werden. Die Virtualisierungslösung befindet sich zum derzeitigen Stand in Verwendung und konnte bis jetzt die Vorgaben bei weitem übertreffen. Ein beschleunigtes Backup- und Recoveryverfahren ist als Vorteil zu nennen. Dank des Einsatzes des ‘VMware GSX Server’ war es möglich, sechzehn physische Systeme auf nur zwei Vier-Prozessor-Maschinen der Firma Fujitsu-Siemens (Maarssen, Niederlanden) zu konsolidieren. Die Infrastruktur konnte somit ausfallsicherer und flexibler gestaltet werden. Durch die Konsolidierung der Systeme wurde die Auslastung der Server auf 80 % gesteigert. Eine Reduzierung des administrativen Aufwandes und die Verringerung der Installationszeiten um 90 % waren die Folge. Weiterhin konnten trotz Hochverfügbarkeit und Zusammenführung der Server die Kosten für den Betrieb der Systeme um 50 % reduziert werden. Nachfolgend gibt das Modell der Energie AG (Linz, Österreich) als zweites praktisches Anwendungsbeispiel Aufschluss über die Virtualisierungsstrategien in Unternehmen. Der europäisch agierende Konzern weist Kernkompetenzen in den Feldern Energie, Wasser und Entsorgung auf. Durch den Umzug der Rechnersysteme in den neuen Firmensitz konnte weniger Platz für die Server angeboten werden. Zudem wurden alternative Möglichkeiten für die Transportkostenreduzierung der physischen Rechner gesucht. Es erwies sich als die beste Lösung, einen größeren Anteil der bestehenden physischen Server in eine virtuelle Infrastruktur zu migrieren. Dieses Vorhaben konnte anhand der von ‘VMware’ angebotenen Software ‘VMware P2V Assistant’ realisiert werden. Das eingesetzte Migrationsprogramm ist in der Lage, eine Momentaufnahme der bestehenden physischen Systeme in eine virtuelle Maschine zu überführen. So kann gewährleistet werden, dass sich die komplexesten Konfigurationen einschließlich deren inhärenter Programme auf eine virtuelle Infrastruktur integrieren lassen. Als Betriebssysteme der Server wurden Windows NT, Windows 2000 Server, Windows 2003 Server, Novell Netware (Waltham, USA) und Suse Linux eingesetzt. Die Migration der bestehenden Systeme erfolgte ausschließlich über ‘Local Area Network’ (LAN) auf die Virtualisierungslösung ‘VMware ESX Server’. Die durch die Überführung der bestehenden physischen auf virtuelle Systeme erzielten Zeiteinsparungen sind beträchtlich. Die Leistungsfähigkeit einer solchen Migration ist ebenfalls enorm, welches die Hochverfügbarkeit und Flexibilität der virtuellen Systeme belegen. Zudem konnte durch die Integration eines ‘Storage Area Network’ ein schnelles und sicheres Desaster-Recovery-Backup ermöglicht werden. Eine gleichmäßige Verteilung der Rechenkapazität erfolgt mit Hilfe des Load-Balancing. Gegenwärtig wird die virtuelle Infrastruktur, welche 73 virtuelle Maschinen umfasst, durch vier Hewlett Packard (HP) Server mit je acht 3,06 GHz Intel-Prozessoren sowie 32 GB RAM realisiert. Die Migration der virtuellen Maschinen während des Betriebes ist durch den Einsatz einer geeigneten Virtualisierungslösung umsetzbar. Bei dem Prozess der Überführung mittels des ‘VMware Virtual Center’ mit ‘VMotion’ entstehen für die Benutzer der physischen Server keine Unterbrechungen durch Ausfallzeiten. Innerhalb kürzester Zeit ist es so möglich, dass bei Hardwareausfällen oder anstehenden Wartungsarbeiten von der betroffenen Hardware auf andere physische Maschinen migriert wird. Ein weiterer Vorteil ist die Einsparung der Hardware-Kosten durch die Minimierung der eingesetzten Server sowie durch den Wegfall der physischen Vernetzung. Hier konnten durch den Einsatz der virtuellen Infrastruktur die Kosten für den Strom gegenüber der verwendeten LAN- und SAN-Switches um 76 % bis hin zu 92 % gesenkt werden. Aufgrund der Konsolidierung der Server mit den Virtualisierungslösungen ist auch die Anschaffung von immer größer werdenden Klimaanlagen nicht mehr notwendig. Diese werden gewöhnlich zur Kühlung der Systeme benötigt. Die Serverauslastung konnte durch die Konsolidierung der Systeme von 15 % auf 75 % gesteigert werden. Sämtliche virtuelle Maschinen lassen sich darüber hinaus zentral überwachen und verwalten, wodurch weitere Einsparungen in der Administration möglich sind. Es müssen außerdem nur wenige Minuten für die Einrichtung neuer virtueller Maschinen kalkuliert werden. Bislang dauerten Installationen sowie die Anschaffung neuer Hardware einige Tage bis hin zu einigen Wochen. Aufgrund der Erfahrungen, die durch den Einsatz der virtuellen Infrastruktur bei der Energie AG erlangt wurden, kann sich besonders kein Finanzvorstand den Argumenten der Virtualisierung entziehen. Am Beispiel der Deutschen Post erfolgt eine abschließende Darstellung für Virtualisierung in der Industrie. Der Einsatz der Virtualisierungstechnik von ‘VMware’ zusammen mit dem Metaframe-Aufsatz und den Intranet-Techniken führte zu einer deutlichen Senkung der Total Cost of Ownership (TCO) bei der Deutschen Post. Durch die Virtualisierung und Entkopplung des Speichers von den Servern konnten Speichergeräte separat mit neuer Hard- und Software ausgestattet werden. Das bei der Deutschen Post verwendete Programm zur Virtualisierung ist das von ‘VMware’ distributierte ‘VMware ESX Server’ mit dem ‘Virtuellen Symmetrischen Multiprozessorsystem’ (SMP). Die eingesetzte Infrastruktur besteht aus drei ‘HP ML570 G2’ Systemen mit vier Intel Xeon 2,8 GHz Prozessoren und jeweils 32 GB Arbeitsspeicher. Die Auslastung aller drei virtuellen Maschinen konnte dauerhaft zwischen 50 % respektive sogar auf 80 % gesteigert werden. Für eine optimale Bemessung der Auslastung von virtuellen Maschinen wird ein Wert von etwa 70 % angegeben. Durch die vorhandenen Reserven können auch bei Spitzenlasten Dienste noch angeboten werden. Für die Zukunft sind für die Beseitigung der aktuellen Engpässe sowie der Erfüllung kommender Anforderungen zwei weitere virtuelle Maschinen in Planung (Stand 2005).

• XEN

• VMWARE

• Emulation

• Pre-Virtualisierung

• Rekursive Virtualisierung

David Molch M.Sc. wurde 1980 in Rostock geboren. Sein Studium der Informationstechnologie an der Hochschule Mittweida schloss der Autor im Jahre 2007 mit dem akademischen Grad Bachelor of Sciences erfolgreich ab. Es folgte ein Studium des Industrial Managements, in dem er 2010 den Master of Sciences erwarb. Die Virtualisierungstechnologie faszinierte den Autor bereits während des Studiums sowie in der darüber hinausgehenden Berufstätigkeit. Als Leiter Koordination Projektentwicklung muss er sich ständig mit neuartigen Lösungen befassen. Die erarbeitete Studie bietet dafür eine geeignete Grundlage.