Virtual Machine

Ein normaler Computer besteht aus Bauteilen: Prozessor, Arbeitsspeicher, Festplatte. Eine Virtual Machine ahmt genau diese Bauteile per Software nach. Sie ist also ein Computer, den es als Gerät gar nicht gibt, sondern nur als Programm auf einem echten Rechner. In dieser nachgebauten Maschine läuft ein vollständiges Betriebssystem, zum Beispiel Windows oder Linux — also die Software, die alle anderen Programme verwaltet. Für dieses Betriebssystem sieht alles echt aus. Es merkt nicht, dass sein Prozessor in Wahrheit nur ein zugeteilter Anteil an einem echten Prozessor ist.

Warum ein Rechner für viele Kunden reicht

Server in Rechenzentren sind teuer und meistens schlecht ausgelastet. Ein einzelner Dienst braucht selten die volle Leistung einer Maschine. Früher stand deshalb viel Hardware herum, die zu neunzig Prozent Däumchen drehte. Mit virtuellen Maschinen lässt sich ein großer Server in zehn oder fünfzig kleinere aufteilen. Jeder Kunde bekommt seine eigene Maschine, obwohl alle dieselbe Hardware benutzen.

Genau darauf beruht das gesamte Cloud-Geschäft. Wenn du bei Amazon, Microsoft oder Google einen Server mietest, bekommst du kein Gerät geliefert. Du bekommst eine virtuelle Maschine, die innerhalb von Sekunden gestartet wird. Nach einer Stunde kannst du sie wieder löschen und zahlst nur diese Stunde. Diese Flexibilität wäre mit echter Hardware unmöglich.

Wichtig ist außerdem die Abschottung. Jede virtuelle Maschine ist von den anderen getrennt. Stürzt eine ab oder wird sie gehackt, bleiben die Nachbarn auf demselben Server unberührt. Diese Trennung ist der Grund, warum sich fremde Firmen überhaupt eine Maschine teilen können.

Der Hypervisor als Hausverwaltung

Die zentrale Software heißt Hypervisor. Sie sitzt zwischen der echten Hardware und den virtuellen Maschinen. Ihre Aufgabe ist das Verteilen: Sie weist jeder virtuellen Maschine Rechenzeit, Arbeitsspeicher und Speicherplatz zu. Man kann sie sich als Hausverwaltung eines Mietshauses vorstellen. Sie teilt Wohnungen zu, achtet auf die Grenzen zwischen ihnen und sorgt dafür, dass niemand dem Nachbarn den Strom abdreht.

Wenn ein Programm in der virtuellen Maschine etwas von der Hardware will, fängt der Hypervisor diese Anfrage ab. Er prüft sie und leitet sie an die echte Hardware weiter. Moderne Prozessoren haben dafür eingebaute Hilfsfunktionen. Deshalb kostet Virtualisierung heute nur noch wenige Prozent Leistung, früher war der Verlust deutlich größer.

Eine verwandte Technik sind Container. Sie teilen sich das Betriebssystem des Wirts und bringen nur die Programme mit. Container starten dadurch in Millisekunden statt in Sekunden und brauchen weniger Speicher. Dafür ist die Trennung zwischen ihnen schwächer als bei virtuellen Maschinen. Ein häufiger Irrtum ist, Container seien einfach die bessere Variante. In Wahrheit ist es eine Abwägung zwischen Tempo und Sicherheit.

Von der Cloud-Rechnung bis zum Schul-Laptop

Am sichtbarsten sind virtuelle Maschinen in Quartalszahlen von Tech-Konzernen. Wenn dort von Cloud-Umsatz die Rede ist, geht es zu großen Teilen um vermietete virtuelle Maschinen. Auch KI-Training läuft meist auf solchen Instanzen, nur mit angehängten Grafikkarten für die Rechenarbeit. Meldungen über knappe Rechenkapazität betreffen genau diese Maschinen.

Auf dem eigenen Rechner begegnet man ihnen mit Programmen wie VirtualBox oder VMware. Damit lässt sich Linux in einem Fenster unter Windows starten, ohne die Festplatte anzufassen. Sicherheitsforscher öffnen verdächtige Dateien absichtlich in einer virtuellen Maschine. Richtet ein Schadprogramm dort Schaden an, löscht man die Maschine einfach und startet eine neue Kopie.