Virtuelle Maschine (VM)
Eine virtuelle Maschine (VM) ist ein Software-Container, der einem darin installierten Betriebssystem eine Scheinwelt vorgaukelt, in der wichtige Hardware-Komponenten wie Hauptprozessor, Arbeitsspeicher und Datenspeicher emuliert werden. Die virtuelle Maschine ist quasi ein virtueller Computer. Mit virtuell ist die Hardware gemeint, die dem Betriebssystem in der virtuellen Maschine zur Verfügung steht. Dazu wird dem Betriebssystem Standard-Hardware präsentiert, die es mit Standard-Treibern ansprechen kann, die jedes Betriebssystem mitbringt. Die tatsächlich vorhandene Hardware in Form von CPU, Arbeitsspeicher, Grafikkarte, Laufwerken und Schnittstellen stehen der virtuellen Maschine nicht direkt zur Verfügung. Eine im Hintergrund laufende Virtualisierungssoftware organisiert und verwaltet die virtuellen Maschinen und koordiniert die Zugriffe auf die echte Hardware.
Deshalb verfügen virtuelle Maschinen auch nur über eine eingeschränkte Hardware-Leistung. Was nicht wirklich vorhanden ist, kann man nur in begrenztem Rahmen virtualisieren.
Virtualisierung
Virtualisierung bezeichnet die Nachbildung einer physischen Ressource, wie zum Beispiel eines Prozessors, von Speicher, einem Bildschirm oder Software. Eine virtuelle Maschine ist daher ein Programm, das einen physischen Computer simuliert. Innerhalb einer virtuellen Maschine kann ein Betriebssystem betrieben werden, ohne dass es Unterschiede zur tatsächlichen Hardware erkennt.
Vorteile einer virtuellen Maschine
- Eine virtuelle Maschine ist leicht auf andere Hardware zu übertragen, lässt sich einfach und vollständig sichern, ihr aktueller Zustand lässt sich einfrieren und zu späteren Zeitpunkten wiederherstellen und der Zugriff darauf ist üblicherweise auch aus der Ferne möglich.
- Software-Entwickler nutzen virtuelle Maschinen, um ihre Software in unterschiedlichen Umgebungen zu testen. Wo man vorher noch echte Hardware vorrätig haben musste, reichen mehrere unterschiedlich konfiguriere virtuelle Maschinen, um Software zu testen.
- Virtualisierung ermöglicht den parallelen Betrieb mehrerer Betriebssysteme, für die man ursprünglich mehrere Computer brauchte, auf nur einer physischen Hardware. Das ist dann sinnvoll, wenn eine virtuelle Maschine nur einen Teil der physikalisch vorhandenen Ressource braucht und mit anderen virtuellen Maschinen teilen kann.
- Das Ausführen unbekannter Software und auch das Öffnen unbekannter Dateien kann folgenschwere Konsequenzen haben. In einer abgeschotteten, virtuellen Maschine kann man potentiell verseuchte Dateien öffnen oder Schadcode ausprobieren. Danach kann man die virtuelle Maschine einfach löschen.
Nachteile einer virtuellen Maschine
- Durch den Betrieb virtueller Maschinen bekommt man nicht mehr Hardware-Leistung. Das heißt, die Rechenleistung und der Arbeitsspeicher wird nicht mehr. Der gleichzeitige Betrieb mehrerer virtueller Maschinen auf einer Hardware ist also Grenzen gesetzt.
- Wenn spezielle Anforderungen an die Hardware gestellt werden, zum Beispiel schnelle Datenträgerzugriffe oder 3D-Leistungsmerkmale von Grafikkarten, muss Software nach wie vor auf echter Hardware laufen.
Anwendungen
- Software-Entwickler nutzen virtuelle Maschinen, um ihre Produkte in verschiedenen Betriebssystemen und unter unterschiedlichen Bedingungen zu testen.
- Auf Arbeitsplatz-Computern können für verschiedene Aufgaben verschiedene Arbeitsumgebungen geschaffen werden.
- Bestimmte Anwendungen für ältere Betriebssysteme können parallel in virtuellen Maschinen ausgeführt werden.
- Wenn zwei spezielle Anwendungen nur bedingt zueinander kompatibel sind, kann man sie unter eigenen virtuellen Maschinen ausführen.
Hardware- und Software-Unterstützung
Heute läuft Software in einer virtuellen Maschine kaum langsamer als auf echter Hardware. In modernen Prozessoren existieren Funktionen um die Virtualisierung zu erleichtern und um das Ausführen von privilegierten Instruktionen zu beschleunigen. Beispielsweise, um aus virtuellen Maschinen heraus direkt auf Festplatten, USB-Geräte, Grafik- und Netzwerkkarten zuzugreifen.
Parallel hat auch Software zum Ausführen von virtuellen Maschinen in viele Betriebssystemen Einzug gehalten. Selbst wenn das Betriebssystem virtuelle Maschinen nicht direkt unterstützt, gibt es kostenlose Virtualisierungslösungen für jedes Desktop-Betriebssystem.
Virtualisierungslösungen
Virtualisierungssoftware organisiert und verwaltet die virtuellen Maschinen und koordiniert die Zugriffe auf die echte Hardware. Diese Aufgabe kann zum Beispiel ein Hypervisor übernehmen. Er benötigt einen kleinen Teil der Hardware-Leistung, insbesondere von Prozessor und Arbeitsspeicher, um seine Arbeit erledigen zu können.
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