Die Grundlagen virtueller Maschinen. Mögliche Probleme mit Verlust oder Unzugänglichkeit von Daten

Die Virtualisierung hat in den letzten zehn Jahren an Popularität gewonnen und dominiert die heutige IT-Welt. Virtuelle Maschinen werden häufig sowohl in Heim- als auch in Unternehmensumgebungen verwendet. Dadurch können mehrere isolierte Betriebssysteme unterschiedlicher Typen und Versionen auf einer einzigen Hardwareplattform ausgeführt werden und infolgedessen werden die Kosten für den Kauf und die Wartung zusätzlicher Geräte gesenkt. Jedes Betriebssystem führt eine Reihe von Anwendungen aus, die sich in keiner Weise gegenseitig stören. Daher bleiben sowohl die "Nachbarn" als auch der "Host" im Falle eines Fehlers unberührt. Durch die Nutzung dieser Technologie sollte man sich jedoch nicht in ein falsches Sicherheitsgefühl wiegen, da virtuelle Maschinen immer noch verschiedenen Problemen ausgesetzt sind, darunter Verlust oder Probleme beim Zugriff auf wichtige virtuell gespeicherte Daten.

Was ist virtuelle Maschine?

Virtuelle Maschine ist eine spezielle Software, die den Betrieb einer physischen Maschine emuliert. Obwohl sich eine virtuelle Maschine auf einem realen physischen Host befindet und seine Ressourcen nutzt, bleibt sie völlig unabhängig: Sie verwendet eigene softwarebasierte Komponenten (CPU, Motherboard, Videoadapter, Netzwerkschnittstelle, RAM und Festplatten), die sich sogar von denen des Hosts unterschieden können, und führt ein eigenes Betriebssystem und eigene Anwendungen aus.

Das Betriebssystem, auf dem die virtuelle Maschine installiert ist, wird als Host-Betriebssystem bezeichnet, während das Betriebssystem der virtuellen Maschine selbst als Gast-Betriebssystem genannt wird. Jedes Gast-Betriebssystem wird in einem eigenen Fenster auf einem Host-Betriebssystem gestartet und ausgeführt, ähnlich einem normalen Programm.

Die gesamte virtuelle Hardware, die das Gast-Betriebssystem antreibt, wird von einer speziellen Engine namens Hypervisor verwaltet. Der Hypervisor wird als Manager virtueller Maschine bezeichnet: Er weist jedem System physische Ressourcen zu und stellt sicher, dass sie sich nicht gegenseitig unterbrechen. Hypervisoren werden in der Regel auf Software-Ebene implementiert, es gibt jedoch auch solche, die in die Systemfirmware eingebettet sind.

Zu den führenden Hypervisor-Produkten auf dem modernen Markt gehören:

VMware bietet eine beeindruckend umfangreiche Auswahl an Virtualisierungslösungen, die auf die jeweiligen Anforderungen zugeschnitten sind, z. B. VMware Workstation für Microsoft Windows und Linux, VMware Fusion für macOS sowie einen Hypervisor der Enterprise-Klasse, VMware ESXi, der direkt auf der Serverhardware ohne zugrunde liegendes Betriebssystem ausgeführt wird. Die meisten Produkte haben kostenlose und kostenpflichtige professionelle Versionen.

Microsoft Hyper-V, früher Windows Server Virtualization, ist eine erweiterte Virtualisierungssoftwareoption, die mit Windows Server 2008, Windows 8 und höher geliefert und hauptsächlich in der Serverumgebung verwendet wird, häufig zum Erstellen von privaten Clouds. Hyper-V unterstützt verschiedene Linux-, FreeBSD- und Windows-Versionen und bietet eine Vielzahl von Tools für die einfache Serververwaltung und unterstützt die Azure Cloud von Microsoft.

Oracle VM VirtualBox ist eine plattformübergreifende Open-Source-Virtualisierungssoftware, die eine Vielzahl von Gast-Betriebssystemen wie Windows, Linux und BSD unterstützt und die Möglichkeit bietet, mehrere virtuelle Maschinen zu erstellen und gleichzeitig auszuführen.

Parallels Desktop ist eine kostenpflichtige Virtualisierungslösung, die speziell für Apple Macintosh-Computer entwickelt wurde und es Mac-Benutzern ermöglicht, Windows, Chrome OS oder verschiedene Linux-Distributionen zusammen mit dem nativen Betriebssystem auszuführen oder eine zweite Instanz von macOS zu verwenden.

QEMU, kurz von Quick Emulator, ist eine kostenlose Open-Source-Virtualisierungsplattform, die bei Linux-Benutzern beliebt ist, aber auch über benutzerdefinierte Builds auf macOS und Windows gehostet werden kann. QEMU kann sowohl Hardware simulieren als auch virtuelle Maschinen hosten, wodurch die Leistung von VMs der von nativen Installationen nahe kommt.

Xen ist eine beliebte Virtualisierungssoftware von Citrix mit einem Open Source-Code, der hauptsächlich von Unternehmen wie großen Internetdienstanbietern zum Hosten von Servern oder Desktop-Betriebssystemen verwendet wird. Xen kann in einer dedizierten Virtualisierungsplattform wie XenServer implementiert werden und ist auch als optionale Konfiguration für Linux-, BSD- und Solaris-Betriebssysteme verfügbar. Sowohl kostenlose als auch kostenpflichtige Softwareversionen werden verteilt.

Besonderheiten der Datenspeicherung: virtuelle Festplatten

Die meisten virtuellen Maschinen sind so konfiguriert, dass ihre Daten, einschließlich des Betriebssystems und der Anwendungen, in einer speziellen Datei, einer virtuellen Festplatte, gespeichert werden, die ein Dateisystem enthält und dem Gast-Betriebssystem wie eine normale physische Festplatte angezeigt wird. Solche Datei oder ein Satz von Dateien kann auf dem Host-Computer oder einem Remotecomputer gespeichert werden, Teil einer virtuellen Maschine sein oder im Betriebssystem einer physischen Maschine bereitgestellt werden. Grundsätzlich handelt es sich bei einer virtuellen Festplatte um die Festplatte der virtuellen Maschine. Diese kann von unterschiedlichem Typ sein und wird normalerweise durch die Dateierweiterung unterschieden:

• VMDK (Virtual Machine Disk), ein Format, das von VMware-Virtualisierungsprodukten verwendet wird;
• VHD (Virtual Hard Disk), ein Format, das von den Virtualisierungssystemen von Microsoft und Xen benutzt wird;
• VHDX (Virtual Hard Disk X), ein verbessertes VHD-Format, das für Hyper-V typisch ist;
• VDI (Virtual Disk Image), ein natives Format virtueller Festplatten von VirtualBox;
• QCOW und QCOW2 (QEMU Copy-On-Write), die von QEMU und Xen verwendet werden;
• HDD (Hard Disk Drive), ein Format, das hauptsächlich von Parallels gebraucht wird.

Einige Hypervisoren unterstützen mehrere virtuelle Festplattenformate. Beispielsweise kann VirtualBox mit VHD- und VMDK-Dateien arbeiten, während VMDK-Container auch von QEMU und Parallels unterstützt werden.

Mögliche Schwierigkeiten und wie man sie überwindet

Zweifellos bringt die Virtualisierung zahlreiche Vorteile, z. B. geringere Ausgaben für Hardwareressourcen, Softwareisolierung, Beseitigung von Kompatibilitätsproblemen, Mobilität und effizienteren IT-Betrieb, weist jedoch, wie dies häufig der Fall ist, viele Mängel auf.

Langsamere Bedienbarkeit

Eine virtuelle Installation kann nicht so effizient sein wie eine reale Maschine, insbesondere wenn mehrere VMs ausgeführt werden, da sie keinen direkten Zugriff auf die Hardware hat und die Zuweisung physischer Ressourcen zusätzlichen Overhead verursacht.

Höhere Ausfallrisiken

Ein üblicher Weg, Informationen zwischen dem Host-Betriebssystem und dem Gast-Betriebssystem auszutauschen, besteht darin, beide auszuführen und den Transport über ein virtuelles Netzwerk zu verwenden. Virtualisierungssoftware bietet häufig Transport Wrapper-Software für ein Gast-Betriebssystem an, die den Dateiaustausch mithilfe eines einfachen Ziehen-und-Ablegen-Verfahrens ermöglicht. Dieser Vorgang kann jedoch viel Zeit in Anspruch nehmen oder in den folgenden Situationen einfach unmöglich sein:

Probleme beim Datenaustausch

A usual way to exchange information between the host OS and the guest OS is to run both of them and use virtual network transport. Virtualization software often offers transport wrapper software for a guest OS, allowing for file exchange with the help of a simple drag-and-drop procedure. However, this process may require much time or simply be impossible in the following situations:

• Abrufen von Daten von einem historischen Snapshot einer virtuellen Maschine: Die Ausführung einer virtuellen Maschine wird nicht empfohlen, um Änderungen am Snapshot zu vermeiden. Es ist erforderlich, die virtuelle Festplatte mit dem Setup zu kopieren und eine neue virtuelle Maschine zu starten.
• Dienstprogramme der virtuellen Maschine werden aus irgendeinem Grund nicht installiert, entweder wegen der Isolierung der virtuellen Maschine oder wegen der Nichtverfügbarkeit von Dienstprogrammen für ein Gast-Betriebssystem.
• Auf dem Gast-Betriebssystem sind keine speziellen Netzwerkprotokolle installiert. Die Isolierung der virtuellen Maschine ermöglicht keine Dateiübertragung.
• Dateigrößenbeschränkung – die Software kann Probleme beim Kopieren sehr großer Dateien vom Gast-Betriebssystem auf das Host-Betriebssystem haben.

Es gibt jedoch eine bessere Lösung für den Dateiaustausch zwischen dem Gast- und dem Host-Betriebssystem. Da die erforderlichen Dateien bereits auf dem Host-Computer auf der virtuellen Festplatte gespeichert sind, können diese Dateien auf logischer Ebene von der virtuellen Festplatte extrahiert werden. SysDev Laboratories bietet die UFS Explorer Software als perfekte Lösung zum Öffnen solcher virtueller Festplatten, Durchsuchen ihrer Dateien und Ordner sowie ihrem Kopieren auf das Host-Betriebssystem. Detaillierte Anweisungen finden Sie in Datenzugriff auf virtuelle Maschinen.

Probleme mit Datenverlust

Virtuelle Maschinen weisen eine Reihe von Schwachstellen auf, die häufig zur Beschädigung kritischer Daten oder zu deren Verlust führen:

• Fehlfunktion der Software

  Virtualisierungssoftware kann auch innere Fehler aufweisen und unerwartet abstürzen, wodurch der Verlust virtuell gespeicherter Dateien verursacht wird.

• Beschädigung der virtuellen Festplatte

  Wie jede Computerdatei ist auch eine virtuelle Festplatte anfällig für Beschädigungen, die durch Malware-Angriffe, Softwarefehler oder sogar durch Alterung verursacht werden können.

• Migrationsfehler

  Eine fehlgeschlagene VM-Migration kann aufgrund verschiedener Faktoren auftreten, z. B. aufgrund eines fehlerhaften Netzwerks oder einer plötzlichen Trennung eines Speichergeräts während der Übertragung eines virtuellen Laufwerks. Es ist sehr wahrscheinlich, dass VM-Dateien beschädigt werden.

• Gelöschte Dateien

  Versehentliches Löschen einer VM-Konfigurationsdatei oder einer VD-Datei kann durch einen Benutzer-/Administratorfehler verursacht werden, während die meisten Hypervisoren keine integrierten Wiederherstellungsfunktionen bieten.

• Probleme mit Snapshots

  Snapshots werden in der Regel schnell größer und können Probleme verursachen, wenn sie auf den ursprünglichen VM-Datenträgern gelöscht/festgeschrieben werden, oder sogar Speicherplatzmangel verursachen, der zur Beschädigung der gesamten VM führt. Schnappschüsse mit mehreren Ebenen sind auch sehr fehleranfällig.

• Beschädigung des Dateisystems

  Die Beschädigung des Dateisystems einer virtuellen Festplatte oder des Hosts, auf dem sich eine virtuelle Maschine befindet, macht ihre Dateien mit Standardmitteln absolut unlesbar.

  Hinweis: Mehr Informationen zu Dateisystemen und ihren Funktionen finden Sie in den Grundlagen von Dateisystemen.

• Stromausfall

  Stromausfälle führen normalerweise zu einem erzwungenen Herunterfahren eines Systems, das nicht nur die Hardware des Hosts beschädigt, sondern auch zur Beschädigung einer virtuellen Maschine führt, wenn diese gerade aktiv war.

Im Falle eines Datenverlusts von einer virtuellen Maschine können UFS Explorer-Produkte zur Datenrettung die verlorenen Dateien mit dem maximal möglichen Ergebnis wiederherstellen. Die Software unterstützt die virtuellen Festplattenformate der wichtigsten Anbieter von Virtualisierungssoftware. Sie kann die virtuelle Festplattendatei öffnen und dem Benutzer das Suchen und Kopieren der erforderlichen Daten ermöglichen. Detaillierte Anweisungen für den Fall eines solchen Problems finden Sie in Datenrettung von virtuellen Maschinen.

Letzte Aktualisierung: 06. October 2020