Virtualisierung — vom Hypervisor zur VM

Eine virtuelle Maschine (VM) ist ein vollständiger Computer — Prozessor, Arbeitsspeicher, Festplatte, Netzwerkkarte — der nur in Software existiert. Sie läuft als Prozess auf deinem echten Rechner und glaubt selbst, sie sei ein echter, physischer PC.

Eine VM hat ihr eigenes BIOS, bootet ihr eigenes Betriebssystem und ist von deinem Host-System so weit getrennt, dass du sie crashen, neu starten oder löschen kannst, ohne dass dein Hauptsystem davon etwas merkt.

Die drei Schlüsselbegriffe

Es gibt zwei grundsätzlich verschiedene Bauweisen von Hypervisoren — sie unterscheiden sich darin, was zwischen Hardware und VM liegt:

Type-1 (Bare-Metal) Hypervisor

Der Hypervisor IST quasi das Betriebssystem. Es gibt kein Windows oder Linux darunter — der Hypervisor spricht selbst direkt mit der Hardware. Das ist extrem schnell und sicher, aber unbequem als Arbeitsumgebung (du kannst auf so einem Server nicht Word starten).

Vertreter: VMware ESXi, Microsoft Hyper-V Server, Proxmox VE, KVM (Linux-Kernel-basiert), Citrix Hypervisor (XenServer).

Type-2 (Hosted) Hypervisor

Der Hypervisor läuft als normales Programm auf einem ganz gewöhnlichen Betriebssystem. Das ist langsamer (eine Schicht mehr Overhead), aber sehr bequem: du klickst die VM auf, sie öffnet sich in einem Fenster neben deinem Browser.

Vertreter: VMware Workstation Pro / Player, Oracle VirtualBox, Parallels Desktop (macOS), QEMU.

Vergleich auf einen Blick

1. Konsolidierung — viele Server auf einer Hardware

Früher: 1 physischer Server pro Dienst (1× Webserver, 1× Mailserver, 1× Fileserver, …). Jeder zu 5–15 % ausgelastet. Stromfressend, teuer.

Heute: 1 leistungsstarker Server hostet 20+ VMs. Auslastung 60–80 %. Faktor 10 bei Stromverbrauch und Hardwarekosten. Genau das ist der wirtschaftliche Grund, warum Virtualisierung sich durchgesetzt hat.

2. Snapshots — Zeitreise auf Knopfdruck

Ein Snapshot ist ein eingefrorenes Abbild des VM-Zustands zu einem Zeitpunkt. Du kannst beliebig oft zurückspringen.

3. Isolation — Sandkasten ohne Risiko

Was in der VM passiert, bleibt in der VM. Du kannst dort:

• Schadsoftware analysieren (Malware-Sandbox)
• Verdächtige Mailanhänge öffnen
• Neue Betriebssysteme testen
• Mit rm -rf / experimentieren — Snapshot zurück, weiter geht's

4. Portabilität — VMs sind Dateien

Eine VM besteht physisch aus einer Handvoll Dateien (Disk-Image .vmdk/.qcow2, Konfigurations-XML, Metadaten). Du kannst sie:

• per USB-Stick mitnehmen
• in die Cloud schieben
• auf einem anderen Hypervisor importieren (oft mit Konvertierung)
• kopieren wie jede andere Datei

Das Standardformat zwischen Herstellern heißt OVF / OVA (Open Virtualization Format / Appliance). Damit lassen sich VMs zwischen VMware, VirtualBox und Hyper-V relativ schmerzlos austauschen.

Die häufigste Quelle für Frust beim VM-Setup ist das Netzwerk. Wir gehen die drei wichtigsten Modi gemeinsam durch.

NAT — Network Address Translation

• Die VM hat eine eigene private IP, vergeben vom Hypervisor
• Kommunikation nach außen läuft über den Host wie durch einen Router
• Die VM kann ins Internet, andere Geräte im LAN sehen die VM aber nicht
• Vorteil: Funktioniert immer (auch in fremden WLANs), ohne Konfiguration
• Standard für unseren Kurs!

Bridged — direkter LAN-Zugang

• Die VM hängt direkt am physischen Netzwerk, als wäre sie ein eigener PC
• Bekommt eine IP vom DHCP-Server deines LANs (z.B. der Fritzbox)
• Andere Geräte im LAN können die VM sehen
• Vorteil: realistisches Setup, andere Rechner können auf VM-Services zugreifen
• Nachteil: braucht funktionierendes DHCP im LAN — in fremden Netzwerken oft Probleme

Host-Only — privates Mini-Netz nur zum Host

• Privates Netzwerk nur zwischen Host und VM
• Kein Internet-Zugang!
• Nützlich für isolierte Labore: mehrere VMs in einem virtuellen Netz, das niemand von außen sieht

Vergleichstabelle

Was ist ein Snapshot technisch?

Wenn du einen Snapshot erstellst, friert der Hypervisor die bisherige Disk ein und schreibt alle neuen Änderungen in eine Delta-Datei. Beim „Zurückspringen“ verwirft er einfach die Delta-Datei.

Wann setzt man Snapshots ein?

• Vor riskanten Änderungen (Kernel-Update, neue Software, Migrations-Skript)
• Als Test-Anker beim Experimentieren („zurück zum frischen System“)
• Vor Sicherheits-Patches, falls etwas auf Anhieb nicht startet

Wie setzt man Snapshots ein? (VMware Workstation)

1. VM → Snapshot → Take Snapshot (oder Strg+M)
2. Aussagekräftigen Namen geben, z.B. vor-dnf-update
3. Beschreibung mit Datum und Grund hinzufügen
4. Snapshot Manager öffnen (VM → Snapshot → Snapshot Manager) — du siehst einen Baum aller Snapshots
5. Zum Zurückspringen: gewünschten Snapshot auswählen → Go To

VT-x / AMD-V prüfen unter Windows

# Im PowerShell-Fenster:
systeminfo | findstr /C:"Hyper-V"

# Erwartet (Auszug):
# Hyper-V-Anforderungen:
#   VM-Überwachungsmodus-Erweiterungen: Ja
#   Virtualisierung in Firmware aktiviert: Ja      ← muss "Ja" sein!
#   Adressübersetzung der zweiten Ebene: Ja
#   Datenausführungsverhinderung verfügbar: Ja

Falls dort „Nein“ steht: Im BIOS/UEFI nach den Einträgen „Intel Virtualization Technology“, „VT-x“ oder „SVM Mode“ (AMD) suchen und aktivieren.

1. Definiere in eigenen Worten die Begriffe Host, Guest und Hypervisor.
2. Was ist der zentrale Unterschied zwischen einem Type-1 und einem Type-2 Hypervisor?
3. Nenne jeweils zwei Vertreter von Type-1 und Type-2 Hypervisoren.
4. Warum ist NAT der sicherere Standard für Lern-VMs in wechselnden WLANs gegenüber Bridged?
5. Was bedeutet die Aussage „Snapshot ≠ Backup“ konkret?
6. Was muss im BIOS/UEFI aktiviert sein, damit überhaupt VMs starten können?
7. Welche vier großen Vorteile bietet Virtualisierung?
8. Warum ist es eine schlechte Idee, einer VM auf einem 8-GB-Host 6 GB RAM zuzuweisen?