VMware vSphere

Was ist VMware vSphere?

VMware vSphere ist die bekannteste und am weitesten verbreitete Enterprise-Virtualisierungsplattform der Welt. Es ist kein einzelnes Produkt sondern eine Produktsuite aus mehreren Komponenten – die wichtigsten sind ESXi und vCenter.

Hinweis: Seit der Übernahme von VMware durch Broadcom (2023) hat sich die Lizenzstruktur erheblich verändert. VMware vSphere wird nun als Abonnement-Modell angeboten.

Die Kernkomponenten

ESXi – Der Hypervisor

ESXi (früher ESX) ist der Typ-1-Hypervisor von VMware. Er wird direkt auf der Hardware installiert und benötigt kein Host-Betriebssystem:

ESXi-Architektur:

┌──────────────────────────────────────────┐
│              Virtuelle Maschinen          │
├──────────────────────────────────────────┤
│         VMkernel (ESXi-Kern)             │
│  CPU-Sched │ Memory-Mgmt │ Storage │ Net │
├──────────────────────────────────────────┤
│              Physische Hardware           │
└──────────────────────────────────────────┘

Eigenschaften:
- Sehr kleiner Footprint (ca. 150 MB)
- Bootet von USB, SD-Card oder lokalem Disk
- Verwaltung per Web-Client oder vCenter
- VMFS (VMware File System) für lokalen Storage

ESXi alleine (ohne vCenter)

Direkte Verwaltung über:
https://esxi-host-ip/

Funktionen ohne vCenter:
✓ VMs erstellen und verwalten
✓ Snapshots
✓ Grundlegendes Monitoring
✗ Kein vMotion
✗ Kein HA
✗ Kein DRS
✗ Kein zentrales Management mehrerer Hosts

vCenter Server

vCenter ist die zentrale Verwaltungsplattform für mehrere ESXi-Hosts. Es läuft als virtuelle Appliance (vCSA – vCenter Server Appliance) auf einem der ESXi-Hosts:

vCenter verwaltet:
┌─────────────────────────────────────┐
│           vCenter Server            │
└──────┬──────────┬──────────┬────────┘
       │          │          │
  [ESXi Host 1] [ESXi Host 2] [ESXi Host 3]
  [VM 1][VM 2]  [VM 3][VM 4]  [VM 5][VM 6]

vCenter-Hierarchie

vCenter
└── Datacenter
    └── Cluster
        ├── ESXi Host 1
        │   ├── VM 1
        │   └── VM 2
        ├── ESXi Host 2
        │   ├── VM 3
        │   └── VM 4
        └── ESXi Host 3

Erweiterte vSphere-Features

vMotion – Live-Migration

Verschiebt laufende VM von Host A zu Host B ohne Downtime:

1. VM-Speicher wird auf Host B kopiert (im Hintergrund)
2. Restliche Seiten werden übertragen
3. VM pausiert für Millisekunden
4. VM läuft auf Host B weiter

Voraussetzungen:
✓ Shared Storage (NFS, iSCSI, FC oder vSAN)
✓ Kompatible CPU-Generationen (EVC-Modus)
✓ vCenter erforderlich
✓ Ausreichende Netzwerkbandbreite (10 GbE empfohlen)

Storage vMotion

Verschiebt VM-Disks zwischen Datastores ohne Downtime:
Datastore A (HDD, fast voll) → Datastore B (SSD, neu)

Kein Shared Storage erforderlich
Nützlich für Storage-Wartung und Tiering

High Availability (HA)

Überwacht alle Hosts im Cluster:
Host fällt aus → VMs werden automatisch auf anderen Hosts neu gestartet

Konfiguration:
- Host Failures Cluster Tolerates: 1 (ein Host-Ausfall toleriert)
- Admission Control: 25% RAM/CPU als Reserve

Wichtig: HA = Neustart (kurze Downtime)
         Nicht zu verwechseln mit vMotion (keine Downtime)

DRS – Distributed Resource Scheduler

Verteilt VMs automatisch auf Hosts für optimale Auslastung:

Manuell:    DRS gibt nur Empfehlungen
Teilweise:  DRS migriert automatisch bei starkem Ungleichgewicht
Vollständig: DRS migriert vollautomatisch

Beispiel:
Host 1: 95% CPU-Last → DRS migriert VM auf Host 2 (30% Last)

Erweitert: DPM (Distributed Power Management)
→ Ungenutzte Hosts werden heruntergefahren und bei Bedarf geweckt

Fault Tolerance (FT)

Noch höhere Verfügbarkeit als HA:
VM läuft synchron auf zwei Hosts gleichzeitig

Host fällt aus → zweite Instanz übernimmt sofort (0 Sekunden Downtime)

Einschränkungen:
- Max. 8 vCPUs pro VM
- Hohe Netzwerklast (sync. RAM-Zustand)
- Nur für kritischste Workloads sinnvoll

VMFS – VMware File System

Spezielles Dateisystem für ESXi-Datastores:
- Optimiert für große VM-Dateien (VMDK)
- Unterstützt gleichzeitigen Zugriff mehrerer Hosts (Cluster)
- Aktuelle Version: VMFS 6

Alternativen:
NFS Datastore  → NAS-basiert, einfach
vSAN Datastore → Software-defined, HCI

EVC – Enhanced vMotion Compatibility

Problem: VMs können nicht zwischen Hosts mit verschiedenen
         CPU-Generationen per vMotion migriert werden

Lösung: EVC maskiert neuere CPU-Features auf einen gemeinsamen Nenner
        Alle Hosts im Cluster erscheinen der VM als gleiche CPU-Generation

EVC-Modi:
Intel Merom (2006) bis Intel Sapphire Rapids (2023)
AMD Barcelona (2007) bis AMD Genoa (2022)

Zusammenfassung

• VMware vSphere = ESXi (Hypervisor) + vCenter (Management) + weitere Komponenten

• ESXi ist ein Typ-1-Hypervisor der direkt auf der Hardware läuft

• vCenter verwaltet mehrere ESXi-Hosts zentral und ermöglicht erweiterte Features

• vMotion verschiebt laufende VMs ohne Downtime zwischen Hosts

• HA startet VMs nach Host-Ausfall automatisch neu (kurze Downtime)

• DRS verteilt VMs automatisch für optimale Ressourcennutzung

• FT spiegelt VMs synchron auf zwei Hosts – null Sekunden Downtime

• EVC ermöglicht vMotion zwischen verschiedenen CPU-Generationen