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[[Datei:Informatik virtualisierungsvergleich.PNG|mini|hochkant=1.2|Verschiedene Arten der Virtualisierung: ''links'': Virtualisierung auf Softwareebene (z. B. VMware, DataSynapse Gridserver), ''rechts'': Virtualisierung auf Hardwareebene (z. B. AMD64 mit [[AMD Virtualization|Pacifica]])]]

'''Virtualisierung''' bezeichnet in der [[Informatik]] die Nachbildung eines Hard- oder Software-Objekts durch ein ähnliches Objekt vom selben Typ mit Hilfe einer Abstraktionsschicht. Dadurch lassen sich virtuelle (d. h. nicht-physische) Geräte oder Dienste wie [[Emulation|emulierte]] [[Hardware]], [[Betriebssystem]]e, [[Datenspeicher]] oder [[Netzwerkressource]]n erzeugen. Dies erlaubt es etwa, Computer-Ressourcen (insbesondere im [[Server]]-Bereich) transparent zusammenzufassen oder aufzuteilen, oder ein Betriebssystem innerhalb eines anderen auszuführen. Dadurch können u. a. mehrere Betriebssysteme auf einem physischen Server oder „Host“ ausgeführt werden.

Zur sprachlichen Herkunft des Begriffs siehe ''[[Virtualität]]''.

== Anwendungsbereiche und weitere Einzelheiten ==

Das Hauptziel ist, eine Abstraktionsschicht (siehe auch [[Hardwareabstraktionsschicht]]) zwischen Anwender (etwa einem [[Betriebssystem]]) und [[Betriebsmittel (Informatik)|Ressource]] (etwa der [[Hardware]] des [[Computer]]s, über die ein Betriebssystem üblicherweise exklusive Kontrolle hat) bereitzustellen. Dadurch können andere physische Gegebenheiten vorgetäuscht werden, als tatsächlich vorhanden sind: So kann einem Betriebssystem die Alleinnutzung eines Computers vorgegaukelt werden, wobei es tatsächlich innerhalb eines anderen Betriebssystems als gewöhnliche [[Anwendungssoftware|Anwendung]] läuft durch die Abstraktionsschicht [[Emulation|emulierter]] Hardware. Dies ermöglicht auch die Zusammenfügung mehrerer unterschiedlicher Hardwareressourcen zu einer einheitlichen Umgebung – etwa die Bündelung mehrerer verschiedener [[Netzwerkkarte|Netzwerkadapter]] zu einem virtuellen, vereinigten Adapter.

Da Virtualisierung zu erheblicher Hardware-Einsparung führen kann, ist sie eine wichtige [[Green IT|Green-IT]]-Maßnahme. Virtualisierung hat, bei richtiger Nutzung, einen deutlich positiven Umwelteffekt.<ref>{{Internetquelle |autor=Mueen Uddin, Azizah Abdul Rahman |url=http://arxiv.org/abs/1010.5037 |titel=Server Consolidation: An Approach to make Data Centers Energy Efficient and Green |datum=2010-10-25 |abruf=2025-08-08}}</ref>

=== Wirt und Gast ===

Zur Unterscheidung echter und virtueller Umgebungen werden diese – ähnlich wie im sogenannten ''[[Client-Server-Modell]]'' – '''Gast''' und '''Gastgeber''' oder '''Wirt''' ({{lang|ens|[[Hostrechner|host]]}}) genannt. Dabei ist der Wirt (im Allgemeinen das ''Wirtssystem'' bzw. ''Wirtsystem''<ref>{{Literatur |Autor=Christoph Arnold, Michel Rode, Jan Sperling, Andreas Steil |Titel=KVM Best Practices – Virtualisierungslösungen für den Enterprise-Bereich |Auflage=1. |Verlag=dpunkt-Verlag |Datum=2012 |ISBN=978-3-89864-737-3 |Kapitel=1.1 Was ist Virtualisierung? |Seiten=3 |Online={{Google Buch |BuchID=LK32DwAAQBAJ |Seite=3}}}} {{" |Diese Hardwareressourcen werden von einem Wirtsystem, dem ''Host'', bereitgestellt und von der verwendeten Virtualisierungslösung transparent an die virtuellen (Gast-)Systeme verteilt.}}</ref><ref>{{Literatur |Hrsg=Hans-Jochen Schneider |Titel=Lexikon der Informatik und Datenverarbeitung |Auflage=4., aktualisierte und erweiterte |Verlag=R. Oldenbourg Verlag |Datum=1998 |ISBN=3-486-24538-4 |Seiten=962 |Fundstelle=Wirtsystem |Online={{Google Buch |BuchID=lRb0CQAAQBAJ |Seite=962}}}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Christoph Prevezanos |Titel=Computerlexikon 2012 |Verlag=Markt+Technik Verlag |Datum=2011 |ISBN=978-3-8272-4728-5 |Seiten=921 |Fundstelle=VM |Online={{Google Buch |BuchID=Y06H-cZAiwAC |Seite=921}}}} {{" |Eine Virtuelle Maschine stellt auf einem Wirtsystem eine virtuelle Laufzeitumgebung zur Verfügung, in der ein Gastsystem auf der Hardware des Wirtsystems ausgeführt werden kann.}}</ref> oder im Besonderen bspw. das ''Wirtsbetriebssystem'') immer die Ebene (oder Schicht), welche den echten Geräten (oder der sogenannten ''[[Hardware]]'') am nächsten ist, und die auf dem Wirt ausgeführte Umgebung der Gast (oder das ''Gastsystem'').

=== Softwarevirtualisierung ===

Softwarevirtualisierung bezeichnet die Technik, mit der mehrere virtuelle Umgebungen auf einer physischen Hardware geschaffen werden. Dabei wird die Abstraktionsschicht zwischen der Hardware und den Betriebssystemen oder Anwendungen eingerichtet, sodass mehrere Betriebssysteme oder Programme unabhängig voneinander ausgeführt werden können.

Diese Art der Virtualisierung kann für mehrere Zwecke eingesetzt werden, z. B. um ein Betriebssystem oder nur eine Anwendung zu simulieren. Dadurch lassen sich unterschiedliche Softwareumgebungen parallel betreiben, ohne dass sie sich gegenseitig beeinflussen. Softwarevirtualisierung trägt zur Reduzierung von Energieverbrauch und Hardwarekosten bei.

==== Erzeugung virtueller Betriebsumgebungen ====

===== Betriebssystemvirtualisierung mittels OS-Container =====

{{Hauptartikel|Containervirtualisierung}}
[[Datei:VirtualBox2.png|mini|hochkant=1.2|Betriebssystemvirtualisierung: hier [[Fedora-Linux|Fedora]] (im Fenster) auf [[Ubuntu (Betriebssystem)|Ubuntu]], mit Hilfe einer Verwaltung für virtuelle Rechner namens ''[[VirtualBox]]'']]

Bei Virtualisierung auf Betriebssystemebene wird anderen [[Computerprogramm]]en eine komplette [[Laufzeitumgebung]] virtuell innerhalb eines geschlossenen Containers (unter BSD: [[FreeBSD#Virtualisierung|Jail]], unter Solaris: [[Container (Solaris)|Zone]]) zur Verfügung gestellt. Es wird kein weiteres Betriebssystem gestartet; deshalb ist es unmöglich, verschiedene Betriebssysteme (oder auch nur verschiedene Versionen desselben Betriebssystems) gleichzeitig als Gastbetriebssysteme zu betreiben – der Hauptnachteil dieses Konzepts. In Containern können auch keine Treiber geladen werden. Der Vorteil dieses Konzepts besteht wegen des Verzichts auf einen Hypervisor darin, besonders effizient mit den Ressourcen umzugehen (insbesondere der Prozessor-Last und des Haupt- und Massenspeicherbedarfs), weshalb man auch von leichtgewichtiger Virtualisierung spricht.
Bei der Betriebssystemvirtualisierung läuft eben immer nur ein Host-Kernel, wobei [[User Mode Linux|UML]] eine gewisse Sonderrolle zukommt, da dort ein spezieller User-Mode-Kernel unter der Kontrolle des Host-Kernels läuft.

===== Systemvirtualisierung mittels Hypervisor =====

{{Hauptartikel|Virtuelle Maschine}}

==== Anwendungsvirtualisierung ====

{{Hauptartikel|Anwendungsvirtualisierung}}
Durch das Windows-10-Update 1903 bietet Microsoft den Nutzern von Windows Professional eine Sandbox zum Testen von Programmen ohne Auswirkungen auf das Haupt-Betriebssystem. Dazu muss jedoch die Virtualisierung eingeschaltet werden, die standardmäßig deaktiviert ist.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.mannoni.ch/windows-10-1903-sandbox/ |titel=Windows 10 – 1903 Sandbox – www.mannoni.ch |abruf=2025-08-08}}</ref>

=== Hardwarevirtualisierung ===

Hierfür können entweder das ganze System (Partitioning mit [[LPAR]], Domaining) oder nur einzelne seiner Komponenten, wie z. B. CPU, virtualisiert werden.

==== Systemvirtualisierung auf Hardwareebene ====

Die Trennung eines Computersystems in eigenständige Betriebssysteminstanzen bezeichnet man als [[Serverpartitionierung]].

; Partitionierung
: Partitionierung bezeichnet die Aufteilung einer einmalig vorhandenen, gewöhnlich großen Ressource (wie z. B. eines Festplattenspeichers oder einer Netzwerkverbindung) in eine Anzahl kleinerer und handlicherer Exemplare des gleichen Typs. Dies wird häufig auch als [[Zoning (Informatik)|Zoning]] bezeichnet, so z. B. bei Storage Networks.
; Domaining
: [[Domaining]] wird z. B. in Form von ''Virtual Hosts'' für einen [[FTP-Server]] angewandt.
; Prozessorvirtualisierung
: Bei der System- oder Betriebssystemvirtualisierung werden vom ''[[Virtual-Machine-Monitor]]'' (kurz ''VMM'') Befehle der Gastsysteme ([[Virtuelle Maschine|virtueller Maschinen]]) entgegengenommen, die auf der nativen Hardware ausgeführt werden sollen. Vor Einführung der [[Prozessor]]-Virtualisierung mussten bestimmte (eventuell sicherheitskritische) Befehle, die ein Gastsystem über den VMM an die Hardware schickte, modifiziert werden.
: Durch die Prozessorvirtualisierung von AMD und Intel können nun Befehle ohne Änderung des VMM unmittelbar an den Prozessor geschickt werden, der sich selbständig um die Abgrenzung zwischen Gastsystem- und VMM-Prozessen kümmert. Durch den Wegfall der Änderungen des VMMs kann eine höhere Rechenleistung des Gesamtsystems erzielt werden.

Bei virtuellen Maschinen auf Basis emulierter Hardware jedoch muss der Virtual Machine Monitor nach wie vor die Befehle vor Ausführung auf der nativen Hardware modifizieren.

==== Speichervirtualisierung ====

Abstraktion der physischen Speicherform eines Datenspeichers wird als [[Speichervirtualisierung]] bezeichnet.

=== Netzwerkvirtualisierung ===

Durch [[Virtual Local Area Network]]s werden Geräte in einem entfernten Netzwerk in Gruppen aufgeteilt, zwischen denen Verbindungen grundsätzlich unterbunden sind, aber gezielt ermöglicht werden können.

Ein [[Virtual Private Network]] bildet ein nach außen abgeschirmtes Netzwerk über fremde oder nicht vertrauenswürdige Netze.

Software für den gleichzeitigen Betrieb mehrerer virtueller Betriebssysteme auf einem Computer kann ein virtuelles Netzwerk bereitstellen, über das diese kommunizieren. Es können auch mehrere Netze simuliert werden, über die beispielsweise zur Erprobung wiederum ein ''Virtual Private Network'' aufgebaut wird.

Sehr große Unternehmen virtualisieren ihre VLANs auch Standort-übergreifend über [[Virtual Extensible LAN]]s. Dabei werden VLAN-[[Rahmen (Nachrichtentechnik)|Frames]] über UDP verkapselt über das Internet übertragen (siehe <nowiki>RFC 7348</nowiki>).<ref>{{RFC-Internet |RFC=7348 |Titel=Virtual eXtensible Local Area Network (VXLAN): A Framework for Overlaying Virtualized Layer 2 Networks over Layer 3 Networks |Datum=2014-08 |Autor=M. Mahalingam, D. Dutt, K. Duda et al.}}</ref>

== Siehe auch ==
* [[Cloud Computing]]
* [[Rechenzentrum]]

== Weblinks ==
* [https://www.funkschau.de/office-kommunikation/server-konsolidiert-managen.66184.html Fachartikel zur konsolidierten Verwaltung von virtuellen und physischen Serversystemen.] funkschau.de

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Rechnerarchitektur]]
[[Kategorie:Virtualisierung]]

Virtualisierung (Informatik) - Versionsgeschichte

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