Microsoft Hyper-V: Virtualisierung unter Windows

Hyper-V ist eine Virtualisierungsplattform von Microsoft, die es ermöglicht, mehrere virtuelle Maschinen auf einem physischen Server auszuführen. Der Windows-eigene Hypervisor macht es Nutzenden leicht, denn sie sind somit nicht auf externe – und teilweise sehr komplexe – Software angewiesen.

Was ist Hyper-V?

Um Hardware zu virtualisieren, also eine Hardware-Umgebung zu realisieren, die in dieser Form gar nicht physisch existiert, braucht man einen Vermittler zwischen dem physischen Computer und der virtuellen Maschine. Diese Schnittstelle wird Hypervisor genannt. Auf dem physischen Hostsystem lassen sich auf diese Weise mehrere virtuelle Gastsysteme abbilden, die sich die Hardware des Gastgebers teilen. Microsoft hat mit Hyper-V einen eigenen Hypervisor geschaffen, der direkt in den professionellen Versionen von Windows 11, 10 oder Windows 8 enthalten ist. Auch in Windows Server ist die Software standardmäßig bereits installiert.

Hyper-V gibt Windows-Nutzenden die Möglichkeit, eine eigene virtuelle Maschine zu starten. In dieser lässt sich eine komplette Hardware-Infrastruktur mit Arbeitsspeicher, Festplattenspeicher, Prozessorleistung und anderen Komponenten virtualisieren. Auf dieser Basis läuft dann wiederum ein eigenes Betriebssystem, das nicht zwingend Windows sein muss. Sehr beliebt ist es beispielsweise, in einer virtuellen Maschine, eine Open-Source-Distribution von Linux laufen zu lassen.

Anwendungsgebiete von Hyper-V

Testumgebungen

Virtualisierungstechnik kann in verschiedenen Szenarien eingesetzt werden. Gerade Hyper-V wird aber üblicherweise im Rahmen von Testumgebungen verwendet. In diesem Zusammenhang hat Virtualisierung gleich zwei Vorteile:

1. Es können Computerumgebungen dargestellt werden, auf die man sonst keinen Zugriff hat. Statt beispielweise einen eigenen PC mit Linux einzurichten, kann man das Betriebssystem relativ einfach in einer virtuellen Maschine darstellen.
2. Die virtuelle Maschine ist zudem in sich geschlossen. Sollte man also beispielsweise eine Software ausführen, die einen Systemabsturz herbeiführt, ist das physische Gerät nicht in Gefahr. Nur die virtuelle Maschine müsste zurückgesetzt werden.

Privatanwendende können Hyper-V zum Beispiel einsetzen, wenn sie Software verwenden möchten, die nicht unter ihrer aktuellen Windows-Version laufen würde – sei es, weil das Programm eine ältere Fassung des Betriebssystems benötigt oder weil nur Linux unterstützt wird.

Besonders für Software-Entwicklerinnen und -Entwickler ist die Virtualisierung per Hyper-V ein großer Vorteil: Das erstellte Programm kann so unter unterschiedlichsten Soft- und Hardware-Voraussetzungen getestet werden. Außerdem braucht man sich aufgrund der in sich geschlossenen virtuellen Maschinen keine Sorgen machen, dass fehlerhafter Code einen Schaden am eigenen System verursacht.

Hochverfügbarkeit und Disaster Recovery

Der Einsatz von Hyper-V kann dabei helfen, Ausfälle zu minimieren und geschäftskritische Systeme zu schützen. Eine zentrale Technologie ist Hyper-V Replica, mit der virtuelle Maschinen (VMs) asynchron auf einen zweiten Server repliziert werden können. Im Falle eines Serverausfalls kann die replizierte VM schnell aktiviert werden, um den Betrieb ohne größere Unterbrechungen fortzusetzen. Zusätzlich ermöglicht Live-Migration das Verschieben laufender VMs zwischen Hosts, ohne dass diese abgeschaltet werden müssen, was Wartungsarbeiten erleichtert und Ausfallzeiten reduziert. Für eine noch höhere Verfügbarkeit kann Hyper-V mit sogenanntem Failover Clustering kombiniert werden, wodurch die virtuellen Maschinen automatisch auf einen anderen Knoten im Cluster verschoben werden, falls ein Host ausfällt.

Cloud und Hybrid Cloud

Hyper-V spielt außerdem eine zentrale Rolle bei der Virtualisierung in Cloud- und Hybrid-Cloud-Umgebungen, insbesondere in Verbindung mit Microsoft Azure. Unternehmen nutzen Hyper-V, um lokale Rechenzentren effizient zu verwalten und gleichzeitig Cloud-Ressourcen flexibel einzubinden. Durch die Integration mit Azure Virtual Machines und Azure Local können IT-Infrastrukturen sowohl On-Premises als auch in der Cloud betrieben und skaliert werden. Dank der bereits erwähnten Live-Migration von Hyper-V können Unternehmen je nach Bedarf Workloads verschieben. Diese Hybrid-Cloud-Funktionalität bietet Flexibilität, reduziert Hardware-Kosten und verbessert die Skalierbarkeit von IT-Ressourcen.

Architektur von Microsoft Hyper-V

Mit Hyper-V lassen sich unter x64-Versionen von Windows eine oder mehrere virtuelle Maschinen hosten, die wiederum ein komplett eingerichtetes Betriebssystem beinhalten. Diese Gastsysteme werden wie Partitionen behandelt. Den Begriff kennt man ansonsten von der Aufteilung von Festplatten – und ganz ähnlich funktioniert auch die Virtualisierung per Hyper-V. Jede virtuelle Maschine ist eine isolierte Einheit neben der Stammpartition, also dem eigentlichen Betriebssystem.

Orchestriert werden die einzelnen Partitionen bzw. Gastsysteme durch den Hypervisor. Über eine Schnittstelle (das sogenannte Hypercall-API) im Hostsystem können die untergeordneten Partitionen erstellt und verwaltet werden. Die Isolation bleibt dabei aber immer bestehen. Gastsysteme bekommen virtuelle Hardware-Ressourcen zugeordnet, können selbst aber niemals auf die physische Hardware des Hosts zugreifen. Um Hardware-Ressourcen anfragen zu können, verwenden untergeordnete Partitionen den sogenannten VMBus. Hierbei handelt es sich um einen Kanal, der die Kommunikation zwischen den Partitionen ermöglicht. Gastsysteme können beim Host um Ressourcen bitten, haben aber theoretisch auch die Möglichkeit, untereinander zu kommunizieren.

Auf den Partitionen laufen Dienste, welche die Anfragen und Antworten, die über den VMBus laufen, bearbeiten. Das Hostsystem führt den Virtualization Service Provider (VSP) aus, die untergeordneten Partitionen die Virtualization Service Clients (VSC).

Unterschiede zwischen Hyper-V und anderen Virtualisierungstechniken

Im Gegensatz zu allen anderen Anbietern von Virtualisierungslösungen hat Hyper-V den Vorteil, dass es eng mit Windows verzahnt ist. Wer das Microsoft-Betriebssystem für PC oder Server verwendet, kann von der guten Integration profitieren. Hyper-V ist außerdem ein Hypervisor des Typs 1, was ebenfalls nur wenige andere Lösungen bieten. Das bedeutet, dass Hyper-V direkt auf der Hardware des Systems aufsetzt. Vergleicht man Typ 1- und Typ-2-Hypervisoren, ist der zentrale Unterschied, dass letztere immer über das Betriebssystem des Hosts gehen müssen, um Ressourcen bereitstellen zu können.

Vorteile

Für Windows-Nutzerinnen und -Nutzer ist ein ganz klarer Vorteil die enge Verbindung zum Betriebssystem. Das kann auch budgettechnische Vorteile haben, denn vielfach ist Hyper-V bereits kostenlos im Lieferumfang von Windows enthalten. Im Funktionsumfang kann Hyper-V mit der Konkurrenz mithalten. Auch in puncto Performance muss man bei Hyper-V (solange man nur mit Windows als Gastsystem arbeitet) keine Abstriche machen. Da sich die Verwaltung relativ einfach gestaltet, können auch Anfängerinnen und Anfänger von der Virtualisierung profitieren.

Nachteile

Zwar arbeitet Hyper-V sehr gut mit Windows zusammen, bei anderen Betriebssystemen kommt die Software aber an ihre Grenzen. Zum einen ist Hyper-V nicht dazu gedacht, auf anderen Systemen zu laufen, zum anderen sind aber auch die möglichen Gastsysteme sehr begrenzt. Abseits von Windows können nur ein paar ausgewählte Linux-Distributionen in einer virtuellen Maschine laufen. Wer zum Beispiel macOS als Gastsystem verwenden möchte, muss zu einem Konkurrenzprodukt greifen. Außerdem hat sich gezeigt, dass man beim Betrieb von mehreren Linux-Gastsystemen mit starken Performance-Einbußen rechnen muss.

Alternativen zu Hyper-V

Wer nach Alternativen zu Hyper-V sucht, hat mehrere leistungsstarke Virtualisierungslösungen zur Auswahl.

• VMware: Eine der bekanntesten ist VMware vSphere, die besonders in Unternehmensumgebungen wegen ihrer Stabilität und ihrer hohen Skalierbarkeit eingesetzt wird. Für kleinere Unternehmen eignen sich VMware Workstation und VMware Fusion, die benutzerfreundlich und kompatibel mit vielen Betriebssystemen sind.
• VirtualBox: VirtualBox ist eine kostenlose Open-Source-Software von Oracle, die sich besonders für Testzwecke und kleinere Virtualisierungsprojekte eignet und sowohl für Windows als auch für MacOS verfügbar ist.
• Proxmox: Proxmox VE bietet sich als Open-Source-Alternative für Server-Virtualisierung an. Sowohl KVM (Kernel-based Virtual Machine) als auch LXC-Container werden unterstützt.
• KVM / QEMU: QEMU ist eine in Linux integrierte Virtualisierungslösung. Sie bietet eine flexible und performante Alternative, erfordert jedoch oft mehr manuelle Konfiguration.
• Parallels Desktop: Für macOS-Nutzende ist Parallels Desktop eine der besten Lösungen, da sie speziell für Apple-Geräte optimiert ist.