Einführung in die NAS-Virtualisierung

Die Virtualisierung von Network Attached Storage kann im Zusammenhang von NAS-Appliances zwei Bedeutungen haben.

Der Begriff NAS-Virtualisierung kann zwei unterschiedliche Möglichkeiten im Zusammenhang mit NAS-Appliances beschreiben. Einerseits bezieht er sich auf das Verfahren, mehrere NAS-Heads zu einem einheitlichen virtuellen Dateisystem zu vereinen. Auf der anderen Seite ist damit gemeint, dass innerhalb eines physischen Datei-Servers mehrere virtuelle Datei-Server eingerichtet werden. In beiden Fällen kann NAS-Virtualisierung für Unternehmen sehr vorteilhaft sein.

NAS-Virtualisierung über ein virtualisiertes Dateisystem gibt Storage-Administratoren mehr Flexibilität beim Reagieren auf die Bedürfnisse ihrer Unternehmen. Man kann sich virtualisierte Dateisysteme vorstellen wie einen DNS-Server für Dateien. So kennen die meisten Leute nicht die IP-Adresse von Seiten wie searchstorage.de, aber sie wissen, dass sie zu dieser Website kommen, wenn sie im Browser searchstorage.de eingeben.

Ähnlich wissen die Nutzer von virtualisierten Dateisystemen nicht, auf welcher NAS-Appliance die Datei liegt, die sie aufrufen wollen. Doch wenn sie sie aufrufen, kennt das virtualisierte Dateisystem den Aufbewahrungsort und leitet den Nutzer zur richtigen Datei.

Solche virtualisierten Dateisysteme gibt es in drei Formen: als reine Software-Lösungen im NAS-Head; als Software-Lösungen innerhalb des Betriebssystems; oder in einer Appliance mit Hardware und Software.

Bei Software im NAS-Head ist eine nahtlose Integration zwischen dem Dateisystem und der NAS-Umgebung möglich. Ein Beispiel für diese Art der Implementation sind die NAS-Appliances von ONStor, Inc.

Ebenso kann die Software in das Betriebsystem der Clients integriert werden, die mit der NAS-Umgebung verbunden sind. Ein Beispiel für diesen Ansatz ist Microsoft DFS (Distributed File System). Solche OS-spezifischen Implementationen können Probleme bei gemischten Plattformen (etwa Unix und Windows auf demselben NAS) bereiten, außerdem in Bezug auf die Ebene, auf der Entscheidungen über Dateien fallen (manchmal sind Daten-Bewegungen nur auf Ordner-Ebene möglich). Zudem kann das Nachverfolgen von Milliarden Dateien Auswirkungen auf die Performance haben.

Die Implementierung eines virtualisierten Dateisystem als Appliance, die in-Band mit dem Rest des Netzwerks eingerichtet ist, hat den Vorteil, dass sie NAS-neutral ist. Doch wie bei OS-Implementationen kann es hier Probleme bei gemischten Umgebungen geben. Als Folge davon konzentrieren sich viele Appliances für virtualisierte Dateisysteme auf bestimmte Marktsegmente. Die Appliance Maestro Finger von Attune Systems zum Beispiel ist ausschließlich für den Windows-Markt gedacht. Auch Acopia Networks bietet mit seiner ARX-Serie Appliances, konzentriert sich dabei aber auf NFS.

Gegenüber einem traditionellen Dateisystem hat ein globales zwei Hauptvorteile. Erstens kann es einen einzigen Punkt der Einbindung für das gesamte Unternehmen geben. Zweitens können Sie damit, selbst wenn Sie vier unterschiedliche NAS-Lösungen von vier unterschiedlichen Anbietern haben, den Nutzern einen einheitlichen Zugriffspunkt für die gesamte Storage-Umgebung zur Verfügung stellen. Dies löst das häufige Problem von mehr Laufwerken, als es Buchstaben im Alphabet gibt, und des Unwissens darüber, welche Dateien auf welchem Laufwerk liegen.

Mit derartiger Infrastruktur lassen sich Daten von einer Dateiserver-Instanz transparent zu einer anderen bewegen, ohne dafür Nutzer-Konfigurationen zu verändern. Solche Verschiebungen müssen meist auf der Ebene von Ordnern erfolgen, doch auch so sind sie eine nützliche Möglichkeit. Wenn zum Beispiel eine Ihrer NAS-Appliances für hohe Kapazität, aber mäßige Performance konfiguriert ist, können Sie ältere Daten von einem Highperformance-NAS dorthin verlagern – ohne dass Nutzer etwas davon merken. Das globale Dateisystem verfolgt alle Metadaten in einer konsolidierten Datenbank, so dass anders als bei traditionellen Produkten für Daten-Verschiebung keine Stub-Dateien zurückbleiben und berücksichtigt werden müssen.

Auch bei der Daten-Migration kann ein virtualisiertes Dateisystem helfen. Wenn Sie Ihr aktuelles NAS-Gerät für ein neues außer Betrieb nehmen, können Sie die Daten in Echtzeit auf das neue System verschieben – während der Arbeitszeit und ohne Störungen für die Nutzer. Wenn die Dateien bewegt werden, werden sie auf Aktivität hin überprüft. Falls sie aktiv sind, werden sie zurückgestellt, bis der Nutzer sie freigegeben hat; wenn sie inaktiv sind, werden sie kopiert und die Metadaten zu ihnen aktualisiert. Sobald wieder ein Nutzer auf diese Dateien zugreift, wird er dadurch zum neuen NAS geleitet. Und wenn Sie das ältere NAS noch behalten wollen, können Sie Regeln einrichten, nach denen nur neue oder vor kurzem veränderte Dateien auf das neue NAS kommen; dies ermöglicht einen graduellen Umstieg auf das neue System.

Virtualisierte Dateisysteme ermöglichen also ein besseres Management von Backend-Storage. Bei NAS-Virtualisierung über virtuelle Datei-Server dagegen geht es eher um Performance-Fragen von Netzwerk-I/O und NAS-Heads. Ähnlich wie bei der Virtualisierung von normalen Servern sind virtuelle Datei-Server Instanzen von Datei-Servern, die als virtuelle Maschinen unter einem Host laufen.

Dadurch entstehen auch ähnliche Möglichkeiten wie bei der Virtualisierung von Standard-Servern. Eine Ansammlung von physischen NAS-Appliances kann miteinander vernetzt werden, so dass alle gemeinsamen Zugriff auf Storage haben. Innerhalb jeder dieser NAS-Appliances können Instanzen virtueller Datei-Server erstellt werden. Diese sehen aus und funktionieren wie für sich stehende Datei-Server: Sie können eine eigene IP-Adresse zugewiesen bekommen, eigene Dateisysteme zur Verfügung stellen und für die anderen virtuellen Server ihrer NAS-Appliance unsichtbar gemacht werden. Dies sorgt dafür, dass sichere Daten auf dem virtuellen Server A von den Clients der anderen virtuellen Server nicht gesehen werden können.

Der eigentliche Wert von virtuellen Servern liegt in der Fähigkeit, dass sie in Echtzeit von einer physischen NAS-Appliance auf eine andere bewegt werden können. Dies ist hilfreich, wenn bei physischen NAS-Geräten Wartungsarbeiten anstehen oder wenn sie überlastet sind, so dass aus Performance-Gründen eine Neuverteilung nötig wird. Zwar wäre eine solche Neuverteilung auch mit einer Kombination aus einem virtualisierten Betriebssystems wie VMware oder Virtual Iron und einem Datei-Server möglich. Doch Anbieter wie ONStor haben diese Funktionalität direkt in ihre NAS-Betriebssysteme eingebaut. Dies ermöglicht eine nahtlose Umstellung und umgeht die Probleme beim LUN-Management, die es bei virtualisierten Betriebssystemen sonst oft gibt.

Bei einer vollständigen NAS-Virtualisierung handelt es sich um eine Kombination von virtualisierten Dateisystemen und virtuellen Datei-Servern. Sie ermöglicht einen nahtlosen Transport von Daten und Server-Instanzen zwischen physischer NAS-Hardware und physischem Storage. Dies ist nicht nur entscheidend für das Management von Storage und der damit zusammenhängenden Kosten: Weil VMware neuerdings auch von NFS-eingebundenem Storage booten kann, werden in solchen Umgebungen immer mehr NAS-Appliances eingesetzt.

Ein NAS hat heutzutage damit nicht mehr nur die Aufgabe, gewöhnliche Dateien zur Verfügung zu stellen, sondern auch solche, bei denen es sich um Boot-Images für eine virtuelle Infrastruktur handelt. Als Folge davon wird es fast unmöglich, die Ressourcen-Auslastung über sowohl die virtuelle Infrastruktur als auch die Dateiserver-Infrastruktur hinweg hinreichend genau vorherzusagen. Hier ist es äußerst hilfreich, sowohl Dateisysteme als auch virtuelle Datei-Server fast nach Belieben verschieben zu können. Denn damit bekommen Sie genügend Flexibilität, auf überraschende Folgen der voranschreitenden Virtualisierung auf die Performance Ihres Rechenzentrums zu reagieren.

Über den Autor: George Crump ist Gründer von Storage Switzerland, einem Analysehaus mit Spezialisierung auf die Märkte für Virtualisierung und Storage. Storage Switzerland bietet strategische Beratung und Analysen für Storage-Nutzer, Anbieter und Integratoren. Als Branchenveteran mit mehr als 25 Jahren IT-Erfahrung war Crump in technischen und Führungsrollen bei mehreren IT-Herstellern und -Integratoren tätig, zuletzt als CTO eines der größten Integratoren der USA.

Artikel wurde zuletzt im Juli 2008 aktualisiert

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