Drei VHD-Formate zur Auswahl Virtuelle Disks (VHD) – die Basis der Virtualisierung, Teil 1

Redakteur: Ulrich Roderer

Die Bedeutung eines der wichtigen Bestandteile vieler Virtualisierungs-Angebote wird häufig unterschätzt: die virtuellen Festplatten. Wir erläutern im ersten Teil die Grundlagen und stellen im zweiten Möglichkeiten und Programme zur Bearbeitung der VHDs vor.

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Einbinden der virtuellen Platten direkt in das Windows-Betriebssystem.
Einbinden der virtuellen Platten direkt in das Windows-Betriebssystem.
( Archiv: Vogel Business Media )

Jeder, der schon einmal mit einer Virtualisierungslösung gearbeitet hat, ist wohl schon mit ihnen in Berührung gekommen: virtuelle Festplatten, die unter Windows-Systemen auch mit ihrer englischen Abkürzung VHDs (Virtual Hard Disk) bezeichnet werden. Auf den ersten Blick unterscheiden sie sich im Dateisystem eines Windows-Rechners in keiner Weise von normalen Dateien und sind nur durch die Endung .vhd als etwas Besonders kenntlich.

Die verschiedenen Hersteller bieten zudem noch andere, eigene Formate für virtuelle Festplatten an, wobei besonders das VDMK-Format (Virtual Machine Disk) vom Branchen-Primus VMWare zu erwähnen ist. Insgesamt scheinen es diese beiden Formate VHD und VDMK zu sein, auf die sich die Anbieter von Virtualisierungslösungen als kleinsten gemeinsamen Nenner für die Speichermedien in diesem Umfeld einigen werden.

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Grundsätzlich handelt es sich bei einer solchen VHD-Datei um eine Art Container, der das Abbild oder Image einer Festplatte beinhaltet. Das bedeutet, dass sich in dieser Hülle dann die entsprechenden Dateien, Verzeichnisse oder auch ganze Diskpartitionen einer physikalischen Festplatte befinden können. Diese VHD-Dateien wurden zunächst einmal dazu entwickelt, den virtuellen Maschinen (VMs) Speichermedien zur Verfügung zu stellen.

Das Format wurde von der Firma Connectix entwickelt, die als einer der ersten Anbieter mit einer Virtualisierung für Windows-PCs (Virtual PC) auf den Markt kam. Dieser Anbieter wurde später von Microsoft übernommen, als man auch in Redmond zu der Überzeugung kam, dass ein Engagement im Bereich der Virtualisierung unabdingbar wurde. Im Juni 2005 hat sich bei Microsoft dann dazu entschlossen, die Spezifikationen für dieses Format unter der sogenannten „Microsoft Open Specification Promise“ auch für andere Anbieter verfügbar zu machen.

Unterstützung und Möglichkeiten

Das Format VHD wird nicht nur von Microsoft genutzt, sondern auch andere Virtualisierungslösungen können damit umgehen oder nutzen es: So unterstützt Citrix mit seiner Xen-Lösung diese Format für Windows-Gastsysteme vollständig. Auch die freie Lösung VirtualBox (früher Sun nun Oracle) verwendet das Dateiformat und kann mit entsprechenden Container umgehen, die beispielsweise mit Hilfe einer Virtualisierungslösung von Microsoft erstellt wurden. Schließlich unterstützt auch die Desktop-Produkte von VMware dieses Format, wenn auch nur als Alternative zum hauseigenen VDMK-Format.

Aber Microsoft hat den Einsatz der VHD-Dateien weiter vorangetrieben und nutzt diese nun auch in den Standardbetriebssystemen für die verschiedensten Einsatzszenarien. Für die Anwender und vor allen Dingen für die IT-Profis in den Rechenzentren ist das ein unbestreitbarer Vorteil: Können sie doch auch dann auf die VHD-Dateien zugreifen, wenn beispielsweise gerade keine Virtualisierungs-Software zu Hand oder im Einsatz ist.

Dies gelingt dadurch, dass sowohl die Windows-7-Betriebssysteme (vollständig allerdings nur in der professionellen Varianten) als auch die Windows Server 2008 R2 dieses Format direkt unterstützen. Dadurch stehen dann mit diesen Systemen die folgenden Möglichkeiten offen:

• direktes Booten von einer VHD,

• eingebaute Unterstützung zum Einbinden (mounten) der VHD in der Datenträgerverwaltung (Bild 1) und im Kommandozeilen-Programm „diskpart.exe“,

• ein „Einhängen“ der VHD-Dateien innerhalb anderer VHD-Dateien und

• die Verwendung der VHD-Dateien für Systemabbilder, aus denen dann durch das Einbinden in das Betriebssystem auch direkt Dateien und Verzeichnisse extrahiert werden können.

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Drei VHD-Formate – unterschiedliche Geschwindigkeiten

Die virtuellen Festplatten stehen in drei unterschiedlichen Ausprägungen zur Verfügung, die sich durch unterschiedliche Performance und Speicherbedarf voneinander unterscheiden. Diese drei Formate werden als „fixed“, „dynamic“ und „differential“ bezeichnet. Kommt eine VHD in der „fixed“-Version zum Einsatz, so verwendet diese virtuelle Platte eine Datei, die zum Zeitpunkt der Erstellung genau die Maximalgröße besitzt, die der Anwender für die virtuelle Festplatte vorgibt.

Diese VHD mit fester Größe belegen also auf der darunterliegenden physikalischen Platte immer genau die Größe, die auch in der „virtuellen Welt“ zur Verfügung steht. Die Größe einer solchen virtuellen Platte kann nur verändert werden, wenn sie sich im Offline-Modus befindet, also nicht von einer virtuellen Maschine verwendet wird. Zudem kann die Platte dann nur erweitert, der Speicherbereich also vergrößert werden, ein Schrumpfen beziehungsweise eine Verkleinerung der virtuellen Festplatte ist nicht möglich.

Diese Art der VHD besitzt die beste Performance, da der gesamte Platz schon bei dem Anlegen festgelegt wird, was eine deutlich bessere Optimierung der Platte durch das Betriebssystem zulässt. Als Nachteil ist hingegen zu vermerken, dass sie immer den kompletten Bereich auf der physikalischen Platte belegt, ganz gleich wie leer oder voll die virtuelle Platte ist.

Die dynamische VHD ist zu jedem Zeitpunkt nur so groß, wie es die in ihr gespeicherte Menge an Daten verlangt (plus einem gewissen Anteil für Meta-Daten, die sich auch auf der Platte befinden). Diese Art der virtuelle Platten ist besonders dann nützlich, wenn entsprechend sparsam mit dem Platz auf den physikalischen Datenträgern umgegangen werden muss: So belegt eine „dynamic“ VHD, die eine Maximalgröße von 20 GByte besitzen soll, in der Startphase in der Regel nicht mehr als 42 KByte. Obwohl die Microsoft-Ingenieure immer wieder darauf hinweisen, dass man gerade bei den aktuellen VHD-Versionen eine ganze Reihe von Performance-Optimierungen bei den dynamischen VHD-Dateien vorgenommen habe, bleibt es unbestritten, dass die Lese/Schreib-Operationen bei diesem Typ deutlich langsamer als bei denen mit fester Größe ablaufen.

Differencing VHD

Schließlich bleibt noch die „differencing“ VHD, bei der es sich um eine Datei handelt, in der nur die Veränderungen aufgezeichnet werden, die an einer sogenannten „Parent-VHD“ vorgenommen werden. Solche „differencing“ Disks können wiederum mit einer anderen „differencing“ VHD verbunden sein: Es ist jedoch nicht möglich, sie mit physikalischen Festplatten zu verbinden. Eine „differencing“-Disk kommt vor allen Dingen dann zum Einsatz, wenn es darum geht, dass direkt in der mit ihr verbundenen Parent-VHD keine Veränderungen vorgenommen werden soll.

Unter dem Hyper-V werden diese VHDs zudem automatisch immer dann verwendet, wenn der Snapshot einer virtuellen Maschine angelegt wird. Allerdings kennzeichnet das System diese speziellen Snapshot-Dateien dann mit der Endung „.AVHD“, um sie von den anderen virtuellen Datenträgern zu unterscheiden. Da es möglich ist, mehrere unterschiedliche „differencing“-Platten mit einer Parent-Platte zu verlinken, eignen sich diese sehr gut dafür, sogenannte Master-Disks zu erstellen und zu pflegen. Zu den Nachteilen dieses VHD-Typs gehört der höhere Bedarf an Cache-Speicher und die Tatsache, dass sich diese VHDs nicht vergrößern oder verkleinern lassen.

Nachdem wir in diesem ersten Teil nun die Grundlagen der VHD-Dateien vorgestellt und erläutert haben, werden wir in einem zweiten Artikel einige Programme vorstellen, die sich bei der Arbeit an und mit den virtuellen Festplatten in der Praxis bewährt haben. Lesen Sie „Virtuelle Disks (VHDs) in der Praxis: Tools und Möglichkeiten, Teil 2 “.

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