1. Hyper-V und Virtualisierung

1.1 Was Virtualisierung macht und wofür sie eingesetzt wird

Virtualisierung bedeutet, dass mehrere virtuelle Computer auf einer einzigen physischen Hardware betrieben werden können. Der physische Server wird dabei als Host bezeichnet. Auf diesem Host läuft eine Virtualisierungsplattform (Hypervisor), die mehrere virtuelle Maschinen (VMs) verwaltet.

Eine virtuelle Maschine verhält sich aus Sicht des Betriebssystems wie ein echter Computer. Sie besitzt eigene:

• virtuelle CPU
• virtuellen Arbeitsspeicher
• virtuelle Netzwerkkarten
• virtuelle Festplatten

Das Betriebssystem innerhalb der VM merkt normalerweise nicht, dass es auf virtueller Hardware läuft.

Virtualisierung wird aus mehreren Gründen eingesetzt:

Früher lief auf einem Server oft nur eine einzige Anwendung. Dadurch war ein großer Teil der Hardware ungenutzt. Durch Virtualisierung können mehrere Systeme auf einem Host laufen.

Virtuelle Maschinen lassen sich schnell erstellen, kopieren oder verschieben.

Neue Systeme können risikolos getestet werden, ohne die Produktivumgebung zu beeinflussen.

Fehler innerhalb einer VM wirken sich normalerweise nicht auf andere virtuelle Maschinen aus.

Virtuelle Systeme lassen sich einfacher sichern und wiederherstellen als physische Server.

1.2 Andere Virtualisierungsprodukte neben Hyper-V

Neben Hyper-V existieren mehrere weitere Virtualisierungslösungen.

Ein sehr verbreitetes Produkt ist VMware vSphere / ESXi. Diese Plattform wird besonders häufig in großen Rechenzentren eingesetzt und bietet umfangreiche Funktionen für Hochverfügbarkeit und Verwaltung.

Eine weitere Lösung ist KVM (Kernel-based Virtual Machine). Diese Virtualisierungstechnologie ist in vielen Linux-Systemen integriert und wird häufig in Cloud-Umgebungen verwendet.

Auch Oracle VirtualBox gehört zu den bekannten Virtualisierungslösungen. Dieses Produkt wird allerdings eher im Test- oder Schulungsbereich verwendet.

Für Desktop-Virtualisierung existiert außerdem VMware Workstation.

Alle diese Lösungen verfolgen das gleiche Ziel: mehrere virtuelle Systeme auf einer physischen Plattform zu betreiben.

1.3. Welche Ressourcen auf dem Host überwacht werden müssen

Damit Virtualisierung stabil funktioniert, müssen bestimmte Ressourcen des Hostsystems überwacht werden.

Die wichtigste Ressource ist der Arbeitsspeicher (RAM). Jede virtuelle Maschine benötigt einen Teil des verfügbaren RAM. Wenn zu viele VMs gestartet werden, kann der Host nicht mehr genügend Speicher bereitstellen.

Auch die CPU-Auslastung spielt eine wichtige Rolle. Viele virtuelle Maschinen teilen sich die gleiche physische CPU.

Ein weiterer kritischer Punkt ist der Massenspeicher. Virtuelle Maschinen greifen häufig gleichzeitig auf das gleiche Storage-System zu. Dadurch kann es zu Engpässen bei der Festplattenleistung kommen.

Schließlich muss auch die Netzwerkbandbreite beobachtet werden, besonders wenn viele VMs gleichzeitig Daten übertragen.

2. Praktischer Umgang mit Hyper-V

2.1 Anlegen einer virtuellen Maschine

Eine virtuelle Maschine wird in Hyper-V über den Assistenten für neue virtuelle Maschinen erstellt.

Dabei werden mehrere grundlegende Einstellungen festgelegt:

• Name der VM
• Speicherort der virtuellen Maschine
• Arbeitsspeicher
• Netzwerkverbindung
• virtuelle Festplatte
• Installationsmedium für das Betriebssystem

Tipp: Das Laufwerk mit dem Betriebssystem sollte bei "Firmware" in der Reihenfolge an erster Stelle stehen.
Nach Abschluss des Assistenten kann die VM gestartet werden und das Betriebssystem installiert werden.

2.2 Unterschied zwischen "Herunterfahren" und "Ausschalten"

Bei virtuellen Maschinen gibt es zwei Möglichkeiten, ein System zu beenden.

Herunterfahren

Beim Herunterfahren wird das Betriebssystem innerhalb der VM normal beendet. Alle Prozesse werden sauber beendet und Daten werden gespeichert.

Das entspricht dem normalen Herunterfahren eines echten Computers.

Ausschalten

Beim Ausschalten wird die VM sofort beendet. Das entspricht dem Ziehen des Netzsteckers eines physischen Computers.

Dabei können Daten verloren gehen oder das Dateisystem beschädigt werden.

Deshalb sollte im Normalfall immer Herunterfahren verwendet werden.

2.3 Hardware-Einstellungen einer virtuellen Maschine

Hyper-V erlaubt die Anpassung vieler Hardwareparameter einer VM.

Wichtige Einstellungen sind zum Beispiel:

Der RAM kann fest zugewiesen oder dynamisch verwaltet werden.

Die Anzahl der virtuellen CPUs bestimmt, wie viel Rechenleistung eine VM nutzen darf.

Die VM kann mit virtuellen Switches verbunden werden.

Die Festplatten der VM werden als VHDX-Dateien gespeichert.

Diese Einstellungen bestimmen, wie leistungsfähig die virtuelle Maschine ist.

3. Virtuelle Datenträger

3.1 Unterschied zwischen dynamischen und festen Datenträgern

Virtuelle Festplatten im Hyper-V-Format (VHDX) können auf zwei Arten angelegt werden:

Die gesamte Größe wird sofort auf dem Datenträger reserviert.

Beispiel:
Eine 100-GB-VHDX belegt sofort 100 GB auf dem Storage.

Vorteile:

• bessere Performance
• vorhersehbare Speicherbelegung

Die Datei wächst nur dann, wenn Daten geschrieben werden.

Beispiel:
Eine 100-GB-VHDX belegt anfangs vielleicht nur wenige MB und wächst später.

Vorteile:

• spart Speicherplatz
• flexible Nutzung

3.2 Besonderheiten bei dynamischen Datenträgern

Bei dynamischen Datenträgern muss man besonders auf den verfügbaren Speicherplatz des Hostsystems achten.

Wenn mehrere VMs dynamische Datenträger verwenden, kann der tatsächliche Speicherverbrauch schnell wachsen. Wenn der Host keinen freien Speicher mehr hat, können virtuelle Maschinen nicht mehr korrekt arbeiten.

Deshalb muss ausreichend Reservekapazität eingeplant werden.

3.3 Wann dynamische Datenträger ungeeignet sind

Für Systeme mit sehr hohen Leistungsanforderungen sind dynamische Datenträger oft ungeeignet.

Beispiele:

• Datenbankserver
• stark belastete Storage-Systeme
• sehr IO-intensive Anwendungen

In solchen Fällen werden meist feste Datenträger verwendet, da diese eine bessere Performance liefern.

4. Hyper-V Cluster

4.1 Warum Hyper-V Cluster eingesetzt werden

Ein Hyper-V Cluster ermöglicht den Betrieb virtueller Maschinen auf mehreren Hosts gleichzeitig.

Wenn ein Host ausfällt, können die virtuellen Maschinen automatisch auf einem anderen Server im Cluster gestartet werden.

Dadurch wird eine hohe Verfügbarkeit (High Availability) erreicht.

4.2 Besonderheiten beim Betrieb eines Failover-Clusters

Beim Betrieb eines Clusters muss darauf geachtet werden, dass Wartungsarbeiten korrekt durchgeführt werden.

Beispiel:
Wenn ein Host neu gestartet werden soll, müssen die virtuellen Maschinen vorher auf andere Clusterknoten verschoben werden.

Das geschieht über Live Migration.

Dadurch können VMs ohne Unterbrechung auf einen anderen Host verschoben werden.

5. Snapshots (Checkpoints)

5.1 Was Snapshots sind

Snapshots werden in Hyper-V Checkpoints genannt.

Dabei werden unter anderem gespeichert:

• Zustand des Arbeitsspeichers
• Zustand der virtuellen Festplatte
• Gerätezustände

Damit kann eine VM später genau auf diesen Zustand zurückgesetzt werden.

5.2 Arten der Snapshot-Zusammenführung

Wenn ein Snapshot gelöscht wird, müssen die Änderungen wieder mit der ursprünglichen Festplatte zusammengeführt werden.

Dabei entstehen temporär zusätzliche Dateien.

Hyper-V kennt zwei Arten der Zusammenführung:

Online Merge
Die Zusammenführung erfolgt während die VM läuft.

Offline Merge
Die Zusammenführung erfolgt, während die VM ausgeschaltet ist.

6. Arbeiten mit VHDX-Dateien

6.1 Konvertieren von dynamischen zu festen Datenträgern

Hyper-V ermöglicht die Umwandlung einer dynamischen VHDX in einen festen Datenträger.

Dabei wird eine neue Festplatte erzeugt, welche die vollständige Größe belegt.

Diese Konvertierung kann über den Hyper-V Manager oder über PowerShell erfolgen.

6.2 Erweitern von VHDX-Datenträgern

Virtuelle Festplatten können nachträglich vergrößert werden.

Dazu wird die maximale Größe der VHDX-Datei erhöht. Anschließend muss innerhalb der virtuellen Maschine die Partition erweitert werden, damit das Betriebssystem den zusätzlichen Speicher nutzen kann.

6.3 Snapshots und AVHDX-Dateien

Wenn ein Snapshot erstellt wird, wird die ursprüngliche VHDX-Datei schreibgeschützt.

Alle neuen Änderungen werden dann in einer zusätzlichen Datei gespeichert.
Diese Datei hat die Endung: .AVHDX

Die AVHDX-Datei enthält also alle Änderungen seit dem Snapshot.

Wenn der Snapshot gelöscht wird, werden diese Änderungen wieder in die ursprüngliche VHDX integriert.

Dieses Verfahren nennt man Merge.

Zusammenfassung

Hyper-V ist eine Virtualisierungslösung von Microsoft, mit der mehrere virtuelle Maschinen auf einem Host betrieben werden können. Virtualisierung verbessert die Hardwareauslastung und erleichtert die Verwaltung von Systemen. Wichtige Aspekte beim Betrieb sind die Überwachung von Ressourcen, der richtige Umgang mit virtuellen Datenträgern und die Nutzung von Hochverfügbarkeitsfunktionen wie Hyper-V Clustern. Snapshots und VHDX-Dateien ermöglichen außerdem flexible Verwaltung und Sicherung virtueller Maschinen.