Virtuelle Maschine: Funktionsweise und Vorteile im Überblick

Eine virtuelle Maschine – kurz VM – ist im Grunde genommen ein digitaler Nachbau eines physischen Computers. Auf Virtuellen Maschinen können Betriebssysteme und Programme ausgeführt, Daten gespeichert, Netzwerkverbindungen hergestellt und viele weitere Aufgaben erledigt werden – ohne eigene Hardware zu benötigen. Stattdessen nutzt die VM virtuelle Ressourcen, die von einem sogenannten Host-System bereitgestellt werden. Die Verwaltung übernimmt eine spezielle Software, der sogenannte Hypervisor. Die virtuellen Maschinen sind vielseitig einsetzbar, etwa zum Testen neuer Anwendungen, in Produktions- und Entwicklungsumgebungen oder für den Betrieb einzelner spezialisierter Prozesse.

VMs sind ein zentraler Bestandteil des Cloud-Angebots des deutschen Anbieters STACKIT. Mit der STACKIT Compute Engine werden Nutzern leistungsstarke und sichere VMs bereitgestellt, die sich für verschiedene Anwendungsfälle verwenden lassen. STACKIT betreibt seine Rechenzentren ausschließlich in Deutschland und Österreich und erfüllt somit hohe Datenschutzansprüche und DSGVO-Konformität. Ursprünglich für den Eigenbedarf entwickelt, bietet STACKIT heute als Teil der Schwarz Gruppe praxiserprobte, flexible IT-Services – von Infrastruktur wie virtuellen Maschinen bis hin zu individuellen Cloud-Lösungen. Mit STACKIT profitieren Unternehmen nicht nur von europäischer Datensouveränität, sondern auch von Unabhängigkeit gegenüber globalen Anbietern und Innovation. Erfahren Sie im Folgenden alles Wichtige zum Thema VM.

Die wichtigsten Begriffserklärungen zum Thema virtuelle Maschine in diesem Artikel

Virtuelle Maschine (VM): Softwarebasierte Nachbildung eines physischen Computers, der auf einem Host-System läuft und dessen Ressourcen wie Arbeitsspeicher, CPU und Festplatte nutzt. Die VM ist komplett isoliert vom Host sowie anderen virtuellen Maschinen, kann aber ein eigenes Betriebssystem und Anwendungen ausführen.
Virtualisierung: Diese Technologie ermöglicht den Betrieb mehrerer virtueller Maschinen auf einem einzigen physischen Server. Durch die Virtualisierung können Hardware-Ressourcen wie Prozessor oder Speicher abstrahiert und als virtuelle Ressourcen mehreren VMs zur Verfügung gestellt werden. Auf diese Weise kann ein einzelner Computer mehrere unabhängige Systeme gleichzeitig betreiben.
Hypervisor: Eine spezielle Software, die VMs erstellt, verwaltet und voneinander isoliert. Der Hypervisor verteilt Hardwarekapazitäten auf die verschiedenen VMs. Es gibt Hypervisoren Typ-1, die direkt auf der Hardware laufen (z. B. VMware ESXi) und Hypervisoren Typ-2, die auf einem Betriebssystem installiert werden (z. B. VirtualBox).
Host: Physischer Computer oder Server, auf dem die VMs betrieben werden. Er stellt die erforderlichen Rechenkapazitäten zur Verfügung und wird vom Hypervisor verwaltet.
Guest: Mit dem Begriff Guest (Gast) werden die einzelnen virtuellen Maschinen bezeichnet, die auf dem Host ausgeführt werden. Jede Guest-VM kann ein eigenes Betriebssystem und Anwendungen besitzen, ist von anderen VMs sowie vom Host-System isoliert.
Isolation: Jede VM ist voneinander abgeschottet, sodass Sicherheitsprobleme, Abstürze oder Fehler in einer VM die anderen VMs nicht beeinflussen. Jede VM arbeitet also auf demselben Hostsystem unabhängig voneinander.
Skalierbarkeit: Dieser Begriff beschreibt die Fähigkeit, IT-Infrastrukturen flexibel und bedarfsgerecht zu erweitern oder zu reduzieren. So lassen sich flexibel neue VMs hinzufügen oder bestehende anpassen, um auf veränderte Geschäftsanforderungen zu reagieren.
Cloud Provider ist ein Dienstleister, der Rechenressourcen wie Speicherplatz, Netzwerke, VMs oder Cloud-Lösungen als Service über das Internet bereitstellt. Cloud Provider wie etwa STACKIT nutzen Virtualisierung, um Kunden skalierbare und flexible IT-Infrastruktur anzubieten.
Image ist eine Datei, die den Komplettzustand einer VM zu einem bestimmten Zeitpunkt enthält. Diese Vorlage ist für das schnelle Erstellen neuer VMs mit vordefinierten Einstellungen und Anwendungen von Bedeutung. Zudem können mit einem Image identische VMs schnell erstellt, gesichert oder wiederhergestellt werden.
Virtuelles privates Netzwerk (VPN): Verschlüsselte Verbindung über das Internet, die den sicheren Zugriff auf Cloud-VMs und entfernte Netzwerke ermöglicht. Mit einem VPN können Daten sicher zwischen unterschiedlichen Standorten ausgetauscht werden, so als würde es eine lokale Verbindung geben. Die Verschlüsselung sorgt dafür, dass Unbefugte keinen Zugriff auf die übertragenen Daten haben und die Verbindung vertraulich bleibt.

Welche Vorteile bietet eine virtuelle Maschine mit STACKIT?

Schnelle Bereitstellung und Skalierbarkeit

Mit der STACKIT Compute Engine lassen sich virtuelle Maschinen (VMs) innerhalb weniger Sekunden bereitstellen – von einzelnen Instanzen bis hin zu ganzen virtuellen Rechenzentren. Die Ressourcen können jederzeit flexibel angepasst werden, um neue Anforderungen und Lastspitzen abzudecken. Auf diese Weise ist eine Skalierung nach oben oder unten möglich – ohne eigene physische Hardware anschaffen zu müssen.

Flexible Auswahl und Verwaltung

STACKIT bietet eine breit gefächerte Auswahl an VM-Typen mit unterschiedlichen RAM-/CPU-Verhältnissen und unterstützt diverse Betriebssysteme – sowohl durch den Kunden verwaltet als auch von STACKIT professionell betreut. Eigene Images können ebenfalls genutzt werden. Die Verwaltung erfolgt bequem über das STACKIT-Portal oder per API.

Kosteneffizienz und Transparenz

STACKIT bietet eine stundengenaue Abrechnung nach dem Pay-as-you-go-Prinzip. Das bedeutet, dass nur für die tatsächlich genutzten Leistungen bezahlt wird. Somit entfallen für Unternehmen hohe Investitionskosten – etwa in Hardware – und die Geschäftskosten bleiben planbar und transparent.

Automatisierung und Self-Service

Die Bereitstellung, Verwaltung und Löschung von VMs kann automatisiert über die STACKIT-IaaS-API erfolgen. Das erleichtert die Integration in bestehende Prozesse und ermöglicht eine schnelle Reaktionsanpassung auf sich ändernde Anforderungen.

Hohe Sicherheit und Verfügbarkeit

STACKIT bietet diverse Betriebsmodi für VMs, so etwa Single- oder Metro-Setups. Die VMs können also entweder als einzelne Instanzen (Single) oder verteilt über mehrere Standorte (Metro) betrieben werden. Auf diese Weise werden unterschiedliche Anforderungen an Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit abgedeckt.

Was ist eine virtuelle Maschine?

Eine virtuelle Maschine (VM) ist ein von Software gesteuerter, isolierter Computer, der auf einem physischen Server läuft und über eigene Komponenten wie Prozessor, Betriebssystem und Arbeitsspeicher verfügt. In einer Cloud-Umgebung werden VMs eingesetzt, um Rechenleistung effizient und flexibel bereitzustellen: Unternehmen können beliebig viele virtuelle Server erstellen, konfigurieren oder wieder entfernen – ohne dabei eigene Hardware betreiben zu müssen. Jede VM arbeitet unabhängig von den anderen und kann mit verschiedenen Betriebssystemen und Anwendungen ausgestattet werden. Somit können VMs maximale Sicherheit und Flexibilität bieten.

Zahlreiche Technologien der heutigen Zeit – so etwa Cloud Computing oder Künstliche Intelligenz – basieren auf dem Konzept der virtuellen Maschine. Durch Virtualisierung werden Software und Betriebssysteme von der zugrunde liegenden physischen Maschine entkoppelt. Im Bereich Cloud Computing kommen VMs beispielsweise zum Einsatz, um die Ressourcen der Server von Cloud-Anbietern mehreren Kunden als unabhängige, isolierte Umgebungen zur Verfügung zu stellen. Auf diese Weise entsteht eine mandantenfähige Cloud-Architektur, in der unterschiedliche Kunden gemeinsam auf die virtualisierten Ressourcen zugreifen können – ohne sich dabei gegenseitig zu beeinträchtigen.

Was ist unter einem Gastbetriebssystem zu verstehen?

Eine virtuelle Maschine (VM) ist also eine komplett isolierte, softwaregestützte Umgebung, die auf einem physischen Rechner – dem Host – betrieben wird. Innerhalb dieser VM kann ein eigenes Betriebssystem installiert werden, das als Guest oder Gastbetriebssystem bezeichnet wird. Dieses Gastbetriebssystem arbeitet unabhängig vom Host-Betriebssystem und greift auf virtuelle Hardwarekomponenten wie Prozessor, Arbeitsspeicher und Netzwerkschnittstellen zu, die vom Hypervisor bereitgestellt werden.

Der Host stellt also die physischen Ressourcen zur Verfügung und verwaltet die Virtualisierungsumgebung, während die Gast-VM als eigenständige Einheit innerhalb dieser Umgebung arbeitet. So ist es möglich, auf einem einzigen Host mehrere VMs mit unterschiedlichen Betriebssystemen und Anwendungen gleichzeitig und sicher voneinander getrennt zu betreiben. Diese klare Abgrenzung und Isolierung der Systeme ist ein wesentliches Merkmal der Virtualisierung und ermöglicht es, unterschiedliche Aufgaben flexibel und effizient auf einer gemeinsamen Infrastruktur auszuführen.

Tipps, Tricks & wichtige Infos für Ihre virtuelle Maschine mit STACKIT

Weisen Sie Ressourcen optimal zu: CPU, Arbeitsspeicher und Speicherplatz müssen entsprechend dem tatsächlichen Bedarf der VM zugeordnet werden. Zu viele Ressourcen führen nur zu einer unnötigen Verschwendung, während eine Ressourcenunterversorgung zu Leistungsbeeinträchtigungen führen kann. Überwachen Sie daher regelmäßig die Auslastung und passen Sie die Konfiguration bei Bedarf an.
Leistung überwachen: Setzen Sie Monitoring-Tools ein, um die Leistung und die Ressourcenauslastung der VMs kontinuierlich im Blick zu behalten. Auf diese Weise können Sie Engpässe rechtzeitig erkennen und gegensteuern.
Achten Sie auf Ausfallsicherheit: Verteilen Sie VMs auf unterschiedliche Regionen und Zonen, um die Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit zu erhöhen.
Behalten Sie die Kosten im Blick: Wählen Sie für Ihre Arbeitslast den optimalen VM-Typ sowie die passende Größe für den Workload, um Kosten zu minimieren. Setzen Sie kleinere Standard-VMs ein, um unnötige Ausgaben zu vermeiden und überwachen Sie regelmäßig Ihre Ressourcennutzung.
Strukturierte Verwaltung und Organisation: Nutzen Sie Labels und Gruppierungen, um die VMs übersichtlich zu organisieren und Berichte leichter zu erstellen. Das erleichtert sowohl das Auffinden von Ressourcen als auch die Verwaltung.
Erstellen Sie regelmäßige Backups: Führen Sie kontinuierlich Backups durch, um Datenverlust zu vermeiden und im Ernstfall eine schnelle Wiederherstellung sicherstellen zu können.

Virtuelle Maschine – die eigenständige, isolierte Umgebung

Virtuelle Maschinen (VMs) sind softwaregestützte Rechner, die auf einem physischen Computer ausgeführt werden und dabei eine eigenständige, isolierte Umgebung bieten. Sie greifen auf die Ressourcen des Host-Rechners wie zum Beispiel Prozessor, Festplattenspeicher und Arbeitsspeicher zu und ermöglichen es, verschiedene Betriebssysteme und Anwendungen parallel auszuführen. Ein besonders wichtiges Produkt im Bereich der Virtualisierung ist der virtuelle Desktop: Dabei wird eine VM als persönliche Desktop-Umgebung bereitgestellt, sodass Nutzer von überall auf ihren persönlichen Arbeitsplatz zugreifen können.

Die Ausführung virtueller Maschinen wird durch den Hypervisor ermöglicht. Dieser verwaltet die Hardware-Ressourcen und sorgt dafür, dass mehrere VMs gleichzeitig auf einem einzigen physischen Rechner betrieben werden können. Dadurch können Unternehmen unterschiedliche Anwendungen, Produkte und Umgebungen auf derselben physischen Infrastruktur ausführen, so etwa für Tests, Produktion oder Entwicklung.

Cloud-Anbieter bieten viele Produkte VM-basierter Lösungen an, darunter auch spezialisierte VM-Typen für Server, rechenintensive Grafiksoftware und virtuelle Desktops. Dank STACKITs Flexibilität und Vielfalt der Produkte lassen sich Ressourcen gezielt und bedarfsgerecht zuteilen und verschiedene Umgebungen effizient steuern – ein bedeutender Vorteil für eine innovative IT-Landschaft.

FAQ – häufige Fragen zu virtuellen Maschinen

Welche Kostenvorteile bietet das Pay-as-you-go-Modell für virtuelle Maschinen?

Das Pay-as-you-go-Modell bedeutet, dass Unternehmen nur für die tatsächlich genutzten Ressourcen bezahlen. Somit entfallen hohe Anfangsinvestitionen und es entstehen keine unerwünschten Kosten für ungenutzte Kapazitäten. Die Abrechnung erfolgt transparent und flexibel, sodass sich die IT-Ausgaben optimal an den tatsächlichen Geschäftsbedarf anpassen lassen.

Wie schützt STACKIT virtuelle Maschinen?

STACKIT schützt VMs durch ein ganzheitliches Sicherheitskonzept: So sind standardmäßig Zugriffe aus dem Internet deaktiviert („Security by Default“) und können nur gezielt freigeschaltet werden. Netzwerk- und Systemfirewalls lassen sich flexibel anpassen, um die Zugriffsrechte und den Datenverkehr individuell zu steuern und abzusichern. Für besonders schützenswerte Anwendungen stellt STACKIT Confidential Server bereit, die durch hardwarebasierte Verschlüsselung und Isolation selbst hochsensible Workloads und regulatorische Anforderungen sicher in der Cloud erfüllen. Auf diese Weise vereint STACKIT maximale Flexibilität mit maßgeschneiderten Schutzmaßnahmen und modernen Sicherheitsstandards – für einen zuverlässigen und sicheren Betrieb virtueller Maschinen.

Wie können virtuelle Maschinen angepasst werden?

Virtuelle Maschinen lassen sich individuell an die Bedürfnisse anpassen, vor allem in der Cloud. Sie können die VM-Größe jederzeit ändern, neue Maschinen innerhalb von Minuten bereitstellen oder entfernen und Ressourcen dynamisch – abhängig von Ihrer Auslastung – zuweisen.