Was ist der Unterschied zwischen einem Typ-1- und einem Typ-2-Hypervisor?

Der Hauptunterschied zwischen Hypervisoren vom Typ 1 und Typ 2 besteht darin, dass Typ 1 auf Bare Metal und Typ 2 auf einem Betriebssystem ausgeführt wird. Jeder Hypervisor-Typ hat auch seine eigenen Vor- und Nachteile und spezifischen Anwendungsfälle.

Virtualisierung funktioniert, indem physische Hardware und Geräte von den Anwendungen abstrahiert werden, die auf dieser Hardware laufen. Der Prozess der Virtualisierung verwaltet und stellt die Systemressourcen bereit, einschließlich Prozessor, Speicher, Storage und Netzwerkressourcen. Dadurch kann das System mehr als eine Arbeitslast gleichzeitig hosten und die verfügbaren Server und Systeme im Unternehmen kosten- und energieeffizienter nutzen.

Was sind Hypervisoren?

Virtualisierung erfordert den Einsatz eines Hypervisors, der ursprünglich als Virtual Machine Monitor oder VMM bezeichnet wurde. Ein Hypervisor abstrahiert Betriebssysteme und Anwendungen von der zugrunde liegenden Hardware. Die physische Hardware, auf der ein Hypervisor läuft, wird in der Regel als Host-Maschine bezeichnet, während die VMs, die der Hypervisor erstellt und unterstützt, als Gastmaschinen bezeichnet werden.

Ein Hypervisor ermöglicht es der Host-Hardware, mehrere VMs unabhängig voneinander zu betreiben und abstrahierte Ressourcen zwischen diesen VMs zu teilen. Die Virtualisierung mit einem Hypervisor erhöht die Effizienz eines Rechenzentrums im Vergleich zum Hosting physischer Workloads.

Es gibt zwei Arten von Hypervisoren: Typ-1- und Typ-2-Hypervisoren. Beide Hypervisor-Varianten können gemeinsame Elemente wie CPU, Speicher und Netzwerke virtualisieren, aber je nach Position im Stack virtualisiert der Hypervisor diese Elemente unterschiedlich.

Typ-1-Hypervisor

Ein Typ-1-Hypervisor läuft direkt auf der physischen Hardware des Host-Rechners und wird als Bare-Metal-Hypervisor bezeichnet. Der Typ-1-Hypervisor muss kein zugrunde liegendes Betriebssystem laden. Durch den direkten Zugriff auf die zugrundeliegende Hardware und den Verzicht auf andere Software – wie Betriebssysteme und Gerätetreiber – gelten Hypervisoren vom Typ 1 als die effizientesten und leistungsfähigsten Hypervisoren, die für die Datenverarbeitung in Unternehmen zur Verfügung stehen.

Hypervisoren, die direkt auf der physischen Hardware ausgeführt werden, sind außerdem äußerst sicher. Die Virtualisierung mindert das Risiko von Angriffen, die auf Sicherheitslücken und Schwachstellen in Betriebssystemen abzielen, da jeder Gast sein eigenes Betriebssystem hat. Dadurch wird sichergestellt, dass ein Angriff auf eine Gast-VM logisch auf diese VM beschränkt bleibt und sich nicht auf andere VMs ausbreiten kann, die auf derselben Hardware laufen.

IT-Organisationen verwenden Hypervisors vom Typ 1 für Workloads auf Produktionsebene, die erhöhte Betriebszeiten, erweiterte Ausfallsicherung und andere produktionsreife Funktionen erfordern. Der typische Typ-1-Hypervisor kann so skaliert werden, dass er Workloads über mehrere Terabyte RAM und Hunderte von CPU-Kernen virtualisiert.

Zudem bieten Hypervisoren vom Typ 1 häufig Unterstützung für softwaredefinierten Speicher und Netzwerke, was zusätzliche Sicherheit und Portabilität für virtualisierte Workloads schafft. Diese Funktionen sind jedoch mit wesentlich höheren Anfangskosten und höheren Anforderungen an den Supportvertrag verbunden.

Der typische Typ-1-Hypervisor erfordert ein gewisses Maß an externem Management – mit Schnittstellen wie Microsoft System Center Virtual Machine Manager oder VMware vCenter -, um die Fähigkeiten des Hypervisors in vollem Umfang nutzen zu können.

Typ-2-Hypervisoren

Ein Typ-2-Hypervisor wird in der Regel zusätzlich zu einem vorhandenen Betriebssystem installiert. Er wird manchmal auch als gehosteter Hypervisor bezeichnet, da er sich auf das bereits vorhandene Betriebssystem des Host-Rechners stützt, um die Zugriffe auf CPU-, Speicher-, Storage- und Netzwerkressourcen zu verwalten.

Typ-2-Hypervisoren gehen auf die Anfänge der x86-Virtualisierung zurück, als der Hypervisor über den Betriebssystemen der vorhandenen Systeme hinzugefügt wurde. Obwohl der Zweck und die Ziele von Hypervisoren des Typs 1 und des Typs 2 identisch sind, führt das Vorhandensein eines zugrunde liegenden Betriebssystems bei Hypervisoren des Typs 2 zu unvermeidlichen Latenzzeiten; alle Aktivitäten des Hypervisors und die Arbeit jeder VM müssen das Host-Betriebssystem durchlaufen. Außerdem können Sicherheitsmängel oder Schwachstellen im Host-Betriebssystem potenziell alle darüber laufenden VMs gefährden.

Folglich werden Hypervisors vom Typ 2 im Allgemeinen nicht für die Datenverarbeitung in Rechenzentren verwendet und sind für Client- oder Endbenutzersysteme reserviert – manchmal auch als Client-Hypervisors bezeichnet -, bei denen Leistung und Sicherheit weniger wichtig sind. Sie sind außerdem kostengünstiger als Typ-1-Hypervisoren und eignen sich ideal als Testplattform im Vergleich zu virtualisierten Produktionsumgebungen oder der Cloud. Softwareentwickler könnten beispielsweise einen Hypervisor vom Typ 2 verwenden, um VMs zu erstellen und ein Softwareprodukt vor der Veröffentlichung zu testen. IT-Organisationen verwenden Hypervisoren vom Typ 2 in der Regel zur Erstellung virtueller Desktops. Hypervisoren des Typs 2 können große und komplexe verschachtelte Umgebungen unterstützen.

Hardwareunterstützung für Hypervisoren des Typs 1 und des Typs 2

Hardwarebeschleunigungstechnologien sind für die Aufgaben der Virtualisierung weithin verfügbar. Zu diesen Technologien gehören Intel Virtualization Technology-Erweiterungen für Intel-Prozessoren und AMD Virtualization-Erweiterungen für AMD-Prozessoren. Es gibt zahlreiche andere auf Virtualisierung basierende Erweiterungen und Funktionen, einschließlich Second-Level-Adressübersetzung und Unterstützung für verschachtelte Virtualisierung.

Sowohl Typ-1- als auch Typ-2-Hypervisoren verwenden Hardwarebeschleunigungsunterstützung, jedoch in unterschiedlichem Maße.

Hardwarebeschleunigungstechnologien führen viele der prozessintensiven Aufgaben aus, die zur Erstellung und Verwaltung virtueller Ressourcen auf einem Computer erforderlich sind. Die Hardware-Beschleunigung verbessert die Virtualisierungsleistung und die praktische Anzahl von VMs, die ein Computer hosten kann, über das hinaus, was der Hypervisor allein leisten kann.

Hypervisoren vom Typ 1 und Typ 2 nutzen die Unterstützung der Hardware-Beschleunigung, jedoch in unterschiedlichem Maße. Typ-1-Hypervisoren sind auf Hardware-Beschleunigungstechnologien angewiesen und funktionieren in der Regel nicht, wenn diese Technologien nicht verfügbar und über das BIOS des Systems aktiviert sind. Hypervisoren des Typs 2 sind in der Regel in der Lage, Hardwarebeschleunigungstechnologien zu nutzen, wenn diese Funktionen verfügbar sind, können aber in der Regel auf Softwareemulation zurückgreifen, wenn keine native Hardwareunterstützung vorhanden ist.

Erkundigen Sie sich bei Ihrem Hypervisor-Anbieter, um die Anforderungen an die Hardwareunterstützung eines bestimmten Hypervisors zu ermitteln.

Hypervisor-Anbieter des Typs 1 und 2

Auf dem Hypervisor-Markt gibt es mehrere Anbieter, darunter VMware, Microsoft, Oracle und Citrix. Im Folgenden finden Sie einige beliebte Produkte für Typ-1- und Typ-2-Hypervisoren.

Typ-1-Hypervisoren:

• VMware vSphere. VMware vSphere umfasst den ESXi-Hypervisor und die vCenter-Managementsoftware, um eine Reihe von Virtualisierungsprodukten wie den vSphere-Client, vSphere-Softwareentwicklungskits, Storage vMotion, den Distributed Resource Scheduler und Fault Tolerance bereitzustellen. VMware vSphere ist auf Unternehmensrechenzentren ausgerichtet; für kleinere Unternehmen könnte es schwierig sein, den Preis zu rechtfertigen.
• Microsoft Hyper-V. Microsoft Hyper-V läuft auf Windows-Betriebssystemen und ermöglicht es Administratoren, mehrere Betriebssysteme innerhalb einer VM auszuführen. Administratoren und Entwickler verwenden Hyper-V häufig zum Aufbau von Testumgebungen, um Software auf mehreren Betriebssystemen auszuführen, indem sie VMs für jeden Test erstellen.
• KVM. Der KVM-Hypervisor ist eine Open-Source-Virtualisierungsarchitektur, die für Linux-Distributionen entwickelt wurde. Der KVM-Hypervisor ermöglicht es Administratoren, einen Linux-Kernel in einen Hypervisor umzuwandeln und hat direkten Zugriff auf die Hardware zusammen mit allen VMs, die vom Hypervisor gehostet werden. Zu den Funktionen gehören Live-Migration, Scheduling und Ressourcenkontrolle.
• Xen-Hypervisor. Das Open-Source-Projekt Xen begann ursprünglich als Forschungsprojekt an der University of Cambridge im Jahr 2003. Später wurde es in den Zuständigkeitsbereich der Linux Foundation überführt. Xen wird als Upstream-Version für andere Hypervisoren verwendet, darunter Oracle VM und Citrix Hypervisor. Amazon Web Services verwendet eine angepasste Version des Xen-Hypervisors als Grundlage für seine Elastic Compute Cloud.
• Oracle VM. Oracle VM ist eine Open-Source-Virtualisierungsarchitektur, deren Kern Xen ist und die es Administratoren ermöglicht, Betriebssysteme und Anwendungssoftware in VMs bereitzustellen. Zu den Funktionen von Oracle VM gehören die Erstellung und Konfiguration von Server-Pools, die Erstellung und Verwaltung von Speicher-Repositories, das Klonen von VMs, die Migration von VMs und der Lastausgleich.
• Citrix Hypervisor. Der Citrix Hypervisor – früher bekannt als Citrix XenServer – ist eine Open-Source-Server-Virtualisierungsplattform, die auf dem Xen-Hypervisor basiert. Administratoren verwenden den Citrix Hypervisor zum Bereitstellen, Hosten und Verwalten von VMs sowie zum Verteilen von Hardwareressourcen an diese VMs. Zu den wichtigsten Funktionen gehören VM-Vorlagen, XenMotion und Host-Live-Patches. Den Citrix Hypervisor gibt es in zwei Versionen: Standard und Enterprise.

Typ 2 Hypervisor-Produkte:

• Oracle VM VirtualBox. Oracle VM VirtualBox ist ein Open-Source-Hosted-Hypervisor, der auf einem Host-Betriebssystem läuft, um Gast-VMs zu unterstützen. VirtualBox unterstützt eine Vielzahl von Host-Betriebssystemen, wie Windows, Apple macOS, Linux und Oracle Solaris. VirtualBox bietet verzweigte Mehrgenerationen-Snapshots, Guest Additions, Gast-Multiprocessing, ACPI-Unterstützung und Preboot Execution Environment Network Boot.
• VMware Workstation Pro und VMware Fusion. VMware Workstation Pro ist ein gehosteter 64-Bit-Hypervisor, der Virtualisierung auf Windows- und Linux-Systemen implementieren kann. Zu den Funktionen von Workstation gehören die gemeinsame Nutzung von Host/Guest-Dateien, die Erstellung und Bereitstellung von verschlüsselten VMs und VM-Snapshots.

VMware hat Fusion als Alternative zu Workstation entwickelt. VMware Fusion bietet viele der gleichen Funktionen wie Workstation, ist aber mit macOS kompatibel und verfügt über weniger Funktionen zu einem geringeren Preis.

• QEMU. QEMU ist ein Open-Source-Virtualisierungstool, das CPU-Architekturen emuliert und es Entwicklern und Administratoren ermöglicht, für eine Architektur kompilierte Anwendungen auf einer anderen auszuführen. QEMU bietet Funktionen wie Unterstützung für nichtflüchtige Dual-Inline-Speichermodul-Hardware, gemeinsames Dateisystem, sichere Gäste und Speicherverschlüsselung.
• Parallels Desktop. Parallels Desktop richtet sich in erster Linie an macOS-Administratoren und ermöglicht die Ausführung von Windows-, Linux- und Google Chrome-Betriebssystemen und -Anwendungen auf einem Apple Mac. Zu den gemeinsamen Funktionen gehören Netzwerkaufbereitung, Unterstützung für 128 GB pro VM und Chef/Ohai, Docker und HashiCorp Vagrant-Integrationen. Parallels Desktop ist in drei Modi erhältlich: Coherence-, Vollbild- und Modality-Modus.

Typ-1- vs. Typ-2-Hypervisor

Bei der Wahl zwischen einem Typ-1- und einem Typ-2-Hypervisor müssen Administratoren die Art und Größe ihrer Arbeitslasten berücksichtigen. Wenn Admins in erster Linie in einem Unternehmen oder einer großen Organisation arbeiten und Hunderte von VMs bereitstellen müssen, ist ein Hypervisor vom Typ 1 am besten geeignet.

Wenn Admins jedoch eine kleinere Bereitstellung oder eine Testumgebung benötigen, sind Hypervisoren vom Typ 2 weniger komplex und preisgünstiger. Und Unternehmen und Organisationen können Hypervisors vom Typ 2 je nach Bedarf für Arbeitslasten verwenden, die für diese Technologie geeignet sind.