Die Virtuelle Maschine – eine Ein­füh­rung

Eine virtuelle Maschine (VM) ist eine soft­ware­ba­sier­te Umgebung, die im Rahmen der Vir­tua­li­sie­rung einen voll­stän­di­gen Computer nach­bil­det. Sie er­mög­licht den par­al­le­len Betrieb mehrerer Be­triebs­sys­te­me auf einem phy­si­schen Host. Wir erklären die Funk­ti­ons­wei­se, Vorteile und Ein­rich­tung von VMs unter Windows 11.

Was ist eine virtuelle Maschine?

Bei einer VM handelt es sich um einen vir­tu­el­len Rechner mit eigenem Be­triebs­sys­tem, der auf die Res­sour­cen eines Host-Systems zugreift. Das Gast­sys­tem verhält sich wie ein ei­gen­stän­di­ger PC mit RAM, Speicher und Da­tei­sys­tem. Grundlage ist der Hy­per­vi­sor, der als Anwendung im Host-System oder direkt auf der Hardware läuft. Er verwaltet die Res­sour­cen­zu­wei­sung und trennt VMs von­ein­an­der – man spricht auch von Kapselung.

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Viele Hy­per­vi­so­ren bieten zu­sätz­lich Emu­la­ti­ons­funk­tio­nen. Dadurch lassen sich Lauf­zeit­um­ge­bun­gen für un­ter­schied­li­che Be­triebs­sys­te­me auch auf nicht kom­pa­ti­bler Hardware nutzen.

Virtuelle Maschinen im Pra­xis­ein­satz

Bei der Hardware-Vir­tua­li­sie­rung teilen Sie die Res­sour­cen eines phy­si­schen Systems auf mehrere virtuelle Maschinen auf. Jede VM läuft isoliert vom Host und von anderen VMs – ein Vorteil für Si­cher­heit, Sta­bi­li­tät und Fle­xi­bi­li­tät.

Typische Ein­satz­be­rei­che sind

• Shared Hosting,
• VPS-Lösungen und
• Ser­ver­kon­so­li­die­rung.

Un­ter­neh­men bündeln damit An­wen­dun­gen wie Mail-, Datei- oder Da­ten­bank­ser­ver auf einer ge­mein­sa­men Hardware. So sparen sie Kosten und vermeiden un­ge­nutz­te Re­chen­leis­tung. Auch in der Soft­ware­ent­wick­lung kommen VMs zum Einsatz – etwa für Tests auf ver­schie­de­nen Systemen. VMs lassen sich schnell erstellen, klonen und rück­stands­frei löschen.

Emulation er­mög­licht zu­sätz­lich, soft­ware­frem­de Systeme zu si­mu­lie­ren, etwa Linux unter Windows. Dabei entsteht ein Overhead, da zu­sätz­li­che Res­sour­cen für Hy­per­vi­sor und Gast­sys­tem er­for­der­lich sind. Leis­tungs­ein­bu­ßen drohen besonders bei res­sour­cen­in­ten­si­ven An­wen­dun­gen. Weisen Sie VMs klare Hard­ware­gren­zen zu und achten Sie darauf, dass die Ge­samt­last die Kapazität des Hosts nicht über­steigt.

Vor- und Nachteile vir­tu­el­ler Maschinen im Überblick

Nach­fol­gend stellen wir die we­sent­li­chen Vor- und Nachteile vir­tu­el­ler Maschinen gegenüber. Ob und wie stark die an­ge­führ­ten Vorzüge und Ein­schrän­kun­gen ins Gewicht fallen, hängt in erster Linie davon ab, in welchem Rahmen Sie VMs be­reit­stel­len möchten und welchen Zweck Sie mit der Vir­tua­li­sie­rung verfolgen.

Vorteile vir­tu­el­ler Maschinen:

• Mehrere Be­triebs­sys­te­me parallel auf einer Hardware nutzbar
• Bessere Aus­las­tung durch Kon­so­li­die­rung von Servern
• Iso­lie­rung erhöht Si­cher­heit und Sta­bi­li­tät
• Zentrale Wartung spart Zeit und Kosten
• Flexible Be­reit­stel­lung und einfache Migration

Nachteile vir­tu­el­ler Maschinen:

• Leis­tungs­ein­bu­ßen durch Hy­per­vi­sor-Overhead
• Engpässe bei hoher Aus­las­tung auf geteilten Systemen
• Hy­per­vi­sor kann Schwach­stel­le für Angriffe sein
• Li­zenz­fra­gen bei vir­tu­el­len Be­triebs­sys­te­men oft unklar

Tutorial: Wie erstellt man eine Virtual Machine?

Im Folgenden zeigen wir Ihnen anhand einer Schritt-für-Schritt-Anleitung, wie Sie eine virtuelle Maschine auf einem Windows-Host erstellen und in dieser Ubuntu-Linux als Gast­sys­tem ausführen. Für das Tutorial verwenden wir Windows 11. Als Hy­per­vi­sor-Software kommt Oracle VM Vir­tu­al­Box zum Einsatz.

Schritt 1: Hy­per­vi­sor-Software auswählen

Zur Be­reit­stel­lung vir­tu­el­ler Be­triebs­sys­te­me stehen Ihnen diverse Software-Lösungen zur Verfügung. Markt­füh­rend sind Produkte der Firmen Oracle, VMware und Parallels.

Folgende Tabelle zeigt die be­lieb­tes­ten Hy­per­vi­sor-Produkte für Windows, Linux und macOS sowie mögliche Gast­sys­te­me.

Für das nach­fol­gen­de Tutorial haben wir den Hy­per­vi­sor VM Vir­tu­al­Box von Oracle verwendet. Die Software steht Nut­ze­rin­nen und Nutzern unter der GNU General Public License (GNU GPLv2) kostenlos zur Verfügung. Wir empfehlen den Download von der Anbieter-Website. Gehen Sie dazu fol­gen­der­ma­ßen vor:

1. Rufen Sie die Seite Oracle-Down­load­sei­te auf.
2. Wählen Sie das aktuelle Download-Paket für Ihr Be­triebs­sys­tem aus (in unserem Fall Windows).
3. Speichern Sie die .exe-Datei mit den Bi­när­da­ten in einem be­lie­bi­gen Ver­zeich­nis auf Ihrem Rechner ab.

Schritt 2: Oracle VM Vir­tu­al­Box in­stal­lie­ren

Ist der Download ab­ge­schlos­sen, führen Sie das Bi­när­da­ten­pa­ket mit einem Dop­pel­klick auf die .exe-Datei aus. Folgen Sie den An­wei­sun­gen des Install-Wizards, um Oracle VM Vir­tu­al­Box lokal auf Ihrem System zu in­stal­lie­ren.

Am Ende des In­stal­la­ti­ons­pro­zes­ses startet die Software den Oracle VM Vir­tu­al­Box Manager. In diesem erstellen und verwalten Sie Ihre vir­tu­el­len Maschinen.

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Schritt 3: Be­triebs­sys­tem-Image her­un­ter­la­den

Um ein Gast­sys­tem in einer vir­tu­el­len Maschine ausführen zu können, benötigen Sie ein Be­triebs­sys­tem-Image. Dabei handelt es sich um ein Spei­cher­ab­bild, das von der Hy­per­vi­sor-Software als Sys­tem­fest­plat­te in­ter­pre­tiert werden kann. Ein solches kann im offenen Da­tei­for­mat .iso vorliegen. Gängige Vir­tua­li­sie­rungs­lö­sun­gen arbeiten zudem mit her­stel­ler­eige­nen Container-Formaten für Image-Dateien wie bei­spiels­wei­se .vmdk (VMware), .vhd (Xen und Microsoft Hyper-V) und .vdi (Oracle VM Vir­tu­al­Box).

Für dieses Tutorial verwenden wir das quell­of­fe­ne Be­triebs­sys­tem Ubuntu 24.04, das sich als .iso-Datei von der of­fi­zi­el­len Ubuntu-Projekt-Website her­un­ter­la­den lässt. Gehen Sie dazu fol­gen­der­ma­ßen vor:

1. Rufen Sie die Ubuntu-Down­load­sei­te auf.
2. Wählen Sie die aktuelle Version des Be­triebs­sys­tems aus und klicken Sie auf „Download“
3. Speichern Sie die .iso-Datei lokal auf Ihrem System.

Schritt 4: Neue virtuelle Maschine erstellen

Nutzen Sie die Schalt­flä­che „Neu“ um dem Oracle VM Vir­tu­al­Box Manager eine neue virtuelle Maschine hin­zu­zu­fü­gen. Tragen Sie einen Namen für die neue virtuelle Maschine ein (Leer­zei­chen sind nicht möglich) und geben Sie den Spei­cher­ort der zuvor her­un­ter­ge­la­de­nen ISO-Datei an. Stellen Sie sicher, dass die Einträge in den Feldern „Typ“, „Subtyp“ und „Version“ zu dem zu in­stal­lie­ren­den Gast­sys­tem passen.

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Setzen Sie außerdem ein Häkchen in der Box „Un­be­auf­sich­tig­te In­stal­la­ti­on über­sprin­gen“, wenn Sie nach dem Start der VM den gewohnten Ubuntu-In­stal­la­ti­ons­as­sis­ten­ten verwenden möchten. An­dern­falls führt Vir­tu­al­Box eine au­to­ma­ti­sche In­stal­la­ti­on des Be­triebs­sys­tems durch und Sie können Ein­stel­lun­gen wie die Sys­tem­spra­che und das Tas­ta­tur­lay­out nicht selbst festlegen.

Schritt 5: Hardware-Res­sour­cen zuweisen

Rufen Sie die nächste Kategorie mit dem Namen „Hardware“ auf. Hier können Sie der neuen vir­tu­el­len Maschine einen Anteil des vom Host-System zur Verfügung ge­stell­ten Ar­beits­spei­chers sowie der Pro­zes­sor­leis­tung zuweisen. Für Ubuntu 24.04 empfiehlt sich die Re­ser­vie­rung von min­des­tens 4 GB Ar­beits­spei­cher und 2 CPUs.

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Schritt 6: Virtuelle Fest­plat­te erstellen

Ent­schei­den Sie im nächsten Schritt, ob eine neue virtuelle Fest­plat­te erzeugt werden soll oder ob Sie der vir­tu­el­len Maschine eine bereits be­stehen­de virtuelle Fest­plat­te zuweisen möchten. In diesem Tutorial erzeugen wir eine neue virtuelle Fest­plat­te mit 25 Gigabyte Fas­sungs­ver­mö­gen, auf der wir das Gast­sys­tem an­schlie­ßend von Grund auf neu in­stal­lie­ren.

Hierfür wählen wir die Option „Jetzt eine virtuelle Fest­plat­te erstellen“ aus, geben den ge­wünsch­ten Spei­cher­ort an und stellen über den Regler den ge­wünsch­ten Speicher ein. Als Dateityp behalten wir das vor­ein­ge­stell­te Format VDI bei. Setzen Sie ein Häkchen bei „Volle Größe im Voraus al­lo­zie­ren“, wird die virtuelle Fest­plat­te von Anfang an mit der maximal be­nö­tig­ten Größe erstellt, anstatt sie dynamisch wachsen zu lassen. Auf diese Weise lässt sich die Leistung ver­bes­sern, da die VM später nicht ständig nach freien Spei­cher­res­sour­cen suchen muss. Die Ak­ti­vie­rung dieser Option ist jedoch kei­nes­wegs Pflicht.

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Schritt 7: Er­stel­lungs­pro­zess ab­schlie­ßen und VM starten

Sobald Sie das ge­wünsch­te Setup kon­fi­gu­riert haben, klicken Sie auf „Fer­tig­stel­len“, um die virtuelle Maschine auf­zu­set­zen. An­schlie­ßend erscheint die neu erstellte VM mit dem von Ihnen gewählten Namen in der Liste der zur Verfügung stehenden vir­tu­el­len Maschinen.

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Sobald Sie im Menüband auf die Schalt­flä­che „Starten“ klicken, öffnet sich die virtuelle Maschine in einem neuen Fenster und Vir­tu­al­Box bootet das in der ISO-Datei ge­spei­cher­te Be­triebs­sys­tem. Da wir uns ent­schie­den haben, Ubuntu von Grund auf neu zu in­stal­lie­ren, zeigt das Fenster der vir­tu­el­len Maschine den Start­bild­schirm des In­stal­la­ti­ons­ma­na­gers.