Bei Bare Metal stehen die Res­sour­cen eines phy­si­schen Servers exklusiv zur Verfügung, während eine virtuelle Maschine (VM) eine soft­ware­sei­tig ab­ge­grenz­te Instanz auf vir­tua­li­sier­ter Hardware darstellt. Bare Metal spielt seine Stärken vor allem bei dauerhaft hoher Aus­las­tung, vor­her­seh­ba­rer Leistung und spe­zi­el­len Hardware-An­for­de­run­gen aus; VMs eignen sich besonders für flexible und schnell be­reit­stell­ba­re Um­ge­bun­gen.

Bare Metal vs. VM: Un­ter­schie­de im Überblick

Ein Bare-Metal-Server stellt einem einzelnen Nutzer einen voll­stän­di­gen phy­si­schen Server zur Verfügung. Bei einer vir­tu­el­len Maschine (VM) weist ein Hy­per­vi­sor dagegen virtuelle Pro­zes­so­ren, Ar­beits­spei­cher, Da­ten­trä­ger und weitere Res­sour­cen zu. Mehrere VMs lassen sich dadurch un­ab­hän­gig von­ein­an­der auf derselben phy­si­schen In­fra­struk­tur betreiben.

Kriterium Bare Metal Virtuelle Maschine
Hardware Phy­si­scher Server exklusiv nutzbar Virtuell be­reit­ge­stell­te Hardware-Res­sour­cen
Res­sour­cen Keine Auf­tei­lung der Ser­ver­res­sour­cen mit fremden VMs Res­sour­cen werden vom Hy­per­vi­sor zu­ge­wie­sen
Leistung Sehr gut vor­her­seh­bar, direkter Hardware-Zugriff Hohe Leistung möglich, zu­sätz­li­che Vir­tua­li­sie­rungs­schicht
Isolation Physische Trennung auf Ser­ver­ebe­ne Logische Isolation durch den Hy­per­vi­sor
Be­reit­stel­lung In der Regel höherer Be­reit­stel­lungs­auf­wand Schnell und gut au­to­ma­ti­sier­bar
Ska­lie­rung Weitere oder größere physische Server er­for­der­lich Instanzen und Res­sour­cen flexibel anpassbar
Hardware-Kontrolle Um­fas­sen­der Zugriff auf die physische Hardware Zugriff auf abs­tra­hier­te Hardware
Aus­las­tung Vor­teil­haft bei dauerhaft hohem Res­sour­cen­be­darf Effizient bei kleineren oder wech­seln­den Workloads
Snapshots und Images Nicht Be­stand­teil des Bare-Metal-Prinzips Von vielen Vir­tua­li­sie­rungs­platt­for­men un­ter­stützt
Hinweis

Die Leistung einer VM liegt nicht zwangs­läu­fig deutlich unter der eines Bare-Metal-Systems. Moderne Hardware-Vir­tua­li­sie­rung er­mög­licht eine sehr hard­ware­na­he Aus­füh­rung. Eine zu­sätz­li­che Abs­trak­ti­ons­schicht bleibt jedoch bestehen, und je nach Hy­per­vi­sor, Kon­fi­gu­ra­ti­on sowie Res­sour­cen­tei­lung kann sie die Per­for­mance oder deren Vor­her­sag­bar­keit be­ein­flus­sen.

Wie funk­tio­niert Bare Metal?

Bei einem Bare-Metal-System nutzt ein Be­triebs­sys­tem die phy­si­schen Res­sour­cen eines Servers direkt. CPU, Ar­beits­spei­cher und weitere Kom­po­nen­ten des Servers stehen dabei nicht gleich­zei­tig anderen Mandanten in Form fremder VMs zur Verfügung. Das er­leich­tert eine konstante und gut kal­ku­lier­ba­re Res­sour­cen­nut­zung und bietet weit­rei­chen­de Kontrolle über die Hardware.

Bare Metal bedeutet al­ler­dings nicht, dass auf dem Server keine Vir­tua­li­sie­rung möglich ist. Un­ter­neh­men können einen Hy­per­vi­sor direkt auf der phy­si­schen Maschine in­stal­lie­ren und an­schlie­ßend eigene VMs darauf betreiben. Bare Metal be­schreibt in diesem Fall die zugrunde liegende de­di­zier­te Hardware.

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Wie funk­tio­niert eine VM?

Virtuelle Maschinen bilden voll­stän­di­ge Com­pu­ter­sys­te­me soft­ware­sei­tig nach. Jede VM besitzt ty­pi­scher­wei­se ein eigenes Gast­be­triebs­sys­tem und erhält vom Hy­per­vi­sor de­fi­nier­te Res­sour­cen wie virtuelle CPUs, Ar­beits­spei­cher und Spei­cher­platz. Mehrere solcher Systeme lassen sich von­ein­an­der isoliert auf demselben Host ausführen.

Dadurch lässt sich die vor­han­de­ne Hardware effizient auf un­ter­schied­li­che An­wen­dun­gen und Systeme verteilen. Vorlagen und Images er­leich­tern zudem das Erstellen gleich­ar­ti­ger Instanzen. Je nach Vir­tua­li­sie­rungs­platt­form stehen weitere Funk­tio­nen wie Snapshots, Klonen oder die Migration vir­tu­el­ler Maschinen zur Verfügung.

Wann ist Bare Metal die bessere Wahl?

Bare Metal eignet sich vor allem für dauerhaft res­sour­cen­in­ten­si­ve und per­for­mance­kri­ti­sche Workloads. Sobald eine Anwendung über lange Zeit einen großen Teil der vor­han­de­nen CPU-, Ar­beits­spei­cher-, Netzwerk- oder Spei­cher­leis­tung benötigt, verliert der Vorteil einer fein­gra­nu­la­ren Res­sour­cen­tei­lung durch VMs an Bedeutung.

Für Bare Metal sprechen ins­be­son­de­re folgende An­for­de­run­gen:

  • konstant hoher Res­sour­cen­be­darf
  • möglichst vor­her­seh­ba­re Latenzen und Per­for­mance
  • exklusiv benötigte physische Hardware
  • direkter Zugriff auf bestimmte Hardware-Kom­po­nen­ten
  • spezielle Be­triebs­sys­tem-, Treiber- oder Netz­werk­kon­fi­gu­ra­tio­nen
  • interne oder re­gu­la­to­ri­sche Vorgaben zur phy­si­schen Man­dan­ten­tren­nung

Ein physisch de­di­zier­ter Server ist jedoch nicht au­to­ma­tisch sicherer als eine VM. Si­cher­heit hängt ebenso von Faktoren wie Sys­tem­här­tung, Patch-Ma­nage­ment, Netz­werk­seg­men­tie­rung, Zu­griffs­rech­ten und der Kon­fi­gu­ra­ti­on der An­wen­dun­gen ab. Der wich­tigs­te Un­ter­schied liegt in der phy­si­schen statt aus­schließ­lich logischen Isolation.

Wann ist eine VM die bessere Wahl?

VMs sind meist die pas­sen­de­re Lösung, wenn Fle­xi­bi­li­tät und schnelle An­pass­bar­keit wichtiger sind als der exklusive Zugriff auf einen voll­stän­di­gen phy­si­schen Server. Virtuelle Res­sour­cen lassen sich stan­dar­di­siert be­reit­stel­len und mehrere von­ein­an­der getrennte Systeme lassen sich auf derselben Hardware betreiben.

Typische Argumente für eine VM sind:

  • stark wech­seln­der Res­sour­cen­be­darf
  • viele von­ein­an­der getrennte Ser­ver­um­ge­bun­gen
  • häufiges Erstellen und Löschen von Instanzen
  • au­to­ma­ti­sier­te Be­reit­stel­lung über Images und Templates
  • Ent­wick­lungs-, Test- und Staging-Systeme
  • ho­ri­zon­ta­le Ska­lie­rung über zu­sätz­li­che Instanzen
  • möglichst hohe Aus­las­tung der vor­han­de­nen phy­si­schen In­fra­struk­tur

Gerade bei zeitlich be­grenz­ten oder schwer vor­her­seh­ba­ren Workloads vermeidet eine VM die dau­er­haf­te Re­ser­vie­rung eines kom­plet­ten phy­si­schen Servers. Cloud-basierte VMs ergänzen diesen Ansatz um eine besonders flexible Be­reit­stel­lung von In­fra­struk­tur.

Bare Metal vs. Virtual Machine: typische Use Cases

Ob Bare Metal oder eine VM besser passt, lässt sich besonders gut anhand des konkreten Workloads ent­schei­den.

Ein­satz­be­reich Emp­feh­lung Aus­schlag­ge­ben­der Vorteil
Web­an­wen­dun­gen mit schwan­ken­der Last VM Flexible Ska­lie­rung
Ent­wick­lungs- und Test­sys­te­me VM Schnelle Be­reit­stel­lung
Per­for­mance­kri­ti­sche Da­ten­ban­ken Bare Metal Vor­her­seh­ba­re I/O- und Re­chen­leis­tung
HPC und re­chen­in­ten­si­ve Si­mu­la­tio­nen Bare Metal De­di­zier­te Res­sour­cen
KI-Training mit dauerhaft hoher GPU-Aus­las­tung Bare Metal Ex­klu­si­ver Hardware-Zugriff
Container- und Ku­ber­netes-Cluster Eher VM Flexible Cluster-In­fra­struk­tur
Workloads mit vor­ge­schrie­be­ner phy­si­scher Isolation Bare Metal De­di­zier­te Hardware

Web­an­wen­dun­gen mit schwan­ken­der Aus­las­tung: VM

Bei Websites, On­line­shops und Web­an­wen­dun­gen mit stark wech­seln­dem Traffic ist eine VM meist die fle­xi­ble­re Wahl. Zu­sätz­li­che Instanzen lassen sich bei Last­spit­zen be­reit­stel­len und bei sinkendem Res­sour­cen­be­darf wieder re­du­zie­ren. Das eignet sich besonders für schwer vor­her­seh­ba­re oder temporäre Aus­las­tung. Bei dauerhaft hoher und stabiler Last kann dagegen Bare Metal technisch und wirt­schaft­lich at­trak­ti­ver sein.

Ent­wick­lungs- und Test­um­ge­bun­gen: VM

Für Ent­wick­lung, Soft­ware­tests und Con­ti­nuous In­te­gra­ti­on eignen sich virtuelle Maschinen besonders gut, da ent­spre­chen­de Um­ge­bun­gen häufig nur vor­über­ge­hend benötigt werden. VM-Images er­leich­tern re­pro­du­zier­ba­re Kon­fi­gu­ra­tio­nen, während Snapshots je nach Plattform die Rückkehr zu früheren Sys­tem­zu­stän­den er­mög­li­chen. Zudem lassen sich un­ter­schied­li­che Be­triebs­sys­te­me und Soft­ware­stän­de parallel von­ein­an­der isoliert betreiben, während sich die zugrunde liegende Hardware effizient auslasten lässt..

Per­for­mance­kri­ti­sche Da­ten­ban­ken: Bare Metal

Bei großen Da­ten­ban­ken mit dauerhaft hoher Trans­ak­ti­ons­ra­te oder an­spruchs­vol­len Spei­cher­zu­grif­fen bietet Bare Metal Vorteile, da der Workload die be­reit­ge­stell­ten Ser­ver­res­sour­cen exklusiv nutzt. Besonders bei hohen An­for­de­run­gen an gleich­blei­ben­de I/O-Leistung und vor­her­sag­ba­re Latenzen ist ein phy­si­scher Server daher häufig die bessere Wahl. Für kleinere Da­ten­ban­ken oder Systeme mit stark schwan­ken­dem Res­sour­cen­be­darf bleibt eine VM dagegen meist flexibler.

High Per­for­mance Computing: Bare Metal

Re­chen­in­ten­si­ve Si­mu­la­tio­nen, wis­sen­schaft­li­che Be­rech­nun­gen und andere HPC-Workloads be­an­spru­chen CPU, Ar­beits­spei­cher oder Netzwerk häufig dauerhaft stark. Für solche Aufgaben eignet sich Bare Metal, da die voll­stän­di­gen Res­sour­cen des Servers exklusiv zur Verfügung stehen und sich hard­ware­ab­hän­gi­ge Op­ti­mie­run­gen gezielt umsetzen lassen. Bei kon­ti­nu­ier­lich hoher Aus­las­tung wiegt dieser Vorteil meist stärker als die fle­xi­ble­re Res­sour­cen­ver­tei­lung einer VM.

KI- und Machine-Learning-Training: Bare Metal

Das Training großer KI-Modelle be­an­sprucht GPUs oder andere Be­schleu­ni­ger häufig über längere Zeit intensiv. Bei einem konstant hohen Res­sour­cen­be­darf ist Bare Metal daher meist die bessere Wahl, da die Hardware exklusiv zur Verfügung steht. Für Ex­pe­ri­men­te, Proofs of Concept oder nur zeitweise benötigte GPU-Res­sour­cen bieten virtuelle Instanzen dagegen mehr Fle­xi­bi­li­tät. Ent­schei­dend ist vor allem, wie dauerhaft und intensiv die Hardware genutzt wird, wobei moderne virtuelle GPU-Lösungen den Per­for­mance-Abstand zu Bare Metal stark ver­rin­gert haben und Vir­tua­li­sie­rung bei Inferenz sowie ex­pe­ri­men­tel­len Workloads in­zwi­schen oft die be­vor­zug­te Wahl ist.

Ku­ber­netes und Container: VM

Für viele Ku­ber­netes- und Container-Um­ge­bun­gen eignen sich VMs als flexibel ver­walt­ba­re Cluster-Nodes, da sich zu­sätz­li­che Nodes stan­dar­di­siert hin­zu­fü­gen oder entfernen und Cluster von­ein­an­der isolieren lassen. Bei besonders hohen Netzwerk-, Speicher- oder Re­chen­an­for­de­run­gen kann Ku­ber­netes dagegen direkt auf Bare Metal sinnvoll sein. Fle­xi­bi­li­tät und einfache Ska­lie­rung sprechen somit eher für VMs, während eine dauerhaft hohe Hard­ware­aus­las­tung für Bare Metal spricht.

Physische Man­dan­ten­tren­nung: Bare Metal

Verlangt eine interne Si­cher­heits­richt­li­nie oder re­gu­la­to­ri­sche Vorgabe einen physisch ex­klu­si­ven Server, ist Bare Metal die passende Wahl, da keine fremden VMs auf derselben Ser­ver­hard­ware betrieben werden. Vir­tua­li­sier­te Systeme sind deshalb jedoch nicht grund­sätz­lich un­ge­eig­net für sensible Daten. Ent­schei­dend ist, ob tat­säch­lich eine physische Isolation vor­ge­schrie­ben ist oder eine ent­spre­chend ab­ge­si­cher­te logische Trennung zwischen den Systemen ausreicht.

Fazit: Bare Metal oder VM?

Als Faust­re­gel gilt: Bare Metal ist die bessere Wahl für konstante, hohe und per­for­mance­kri­ti­sche Lasten; VMs sind die bessere Wahl für flexible, wech­seln­de und schnell be­reit­zu­stel­len­de Workloads. Der tat­säch­li­che Res­sour­cen­be­darf ist deshalb wichtiger als die reine Größe eines Projekts.

Bare Metal bietet sich an, wenn eine Anwendung einen Server lang­fris­tig gut auslastet oder besondere An­for­de­run­gen an Hardware-Zugriff und physische Isolation stellt. Eine VM passt besser, wenn mehrere getrennte Systeme betrieben, Res­sour­cen häufig angepasst oder Instanzen au­to­ma­ti­siert erstellt und wieder entfernt werden sollen.

Die beiden Ansätze schließen sich zudem nicht ge­gen­sei­tig aus. Ein Un­ter­neh­men kann VMs auf eigenen Bare-Metal-Servern betreiben oder eine In­fra­struk­tur aus vir­tu­el­len und phy­si­schen Servern kom­bi­nie­ren. Dadurch lassen sich per­for­mance­kri­ti­sche Kom­po­nen­ten auf de­di­zier­ter Hardware ausführen, während flexible Dienste weiterhin von den Vorteilen der Vir­tua­li­sie­rung pro­fi­tie­ren.

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