Speicher-Management für virtuelle Umgebungen

Hypervisoren und die Layers für Netzwerk und Anwendungen stellen Informationen zur Verfügung, die sich auch für das Speicher-Management nutzen lassen.

Virtuelle Server sind flexibel, mobil und können schnell eingerichtet oder wieder gelöscht werden. Damit erfüllen sie alle wünschenswerte Voraussetzungen, um die Virtualisierung in den meisten Unternehmen voranzutreiben. Jedoch können es die gleichen Eigenschaften schwierig machen, Speicher für virtuelle Umgebungen zu verwalten. Tools für Hypervisoren oder für Monitoring von Speichersystemen sorgen für Stabilität der Daten, aber können den Administrator auch damit überfordern, die Performance der Systeme und die Leistungsfähigkeit der Ressourcen aufrecht zu erhalten.

Andererseits können Management-Anwendungen, die besonders für virtuelle Umgebungen entwickelt wurden, Administratoren dabei unterstützen, diese Daten für umfangreiche und intensive Analysen, proaktives Management und Reduzierung des Verwaltungsaufwands zu benutzen.

Das Problem

Server-Virtualisierung beruht auf einer Abstraktion der verschiedenen Ressourcen eines jeden Servers – Rechenleistung, Memory, Speicher und Bandbreite –, wodurch diese Ressourcen effizienter eingesetzt und miteinander verbunden werden können. Dies führt zu einer wachsenden Server-Konsolidierung und eventuell auch zu Kostensenkungen. Aber genau diese Abstraktion hat eine komplexe Situation zur Folge, wie sich zum Beispiel daran zeigt, dass Speicheradministratoren damit kämpfen, alle Komponenten und Ressourcen im Griff zu behalten, um eine größere Anzahl von virtuellen Maschinen (VMs) zu unterstützen. Und mit Technologien wie Storage vMotion gleicht ihre Arbeit einem Kampf mit Windmühlen. Wie bei manch anderen Herausforderungen auch, versuchen die Administratoren, schnell genug zu reagieren, um Probleme schon in dem Augenblick zu lösen, in dem sie auftauchen. Aber das gelingt nicht immer.

Wenn es an Informationen oder an den nötigen Tools mangelt, oder wenn die Administratoren angesichts der schieren Menge der Probleme, die zu lösen sind, scheitern, kommt es in der Regel zu einer übermäßigen Ausstattung mit allen möglichen Ressourcen. Damit schiebt man die Probleme aber nur vor sich her und sorgt für immer neue Anschaffungen – letztlich zu Kostensteigerungen. Aber anstatt auf Probleme immer nur zu reagieren und die Ressourcen manuell anzupassen, setzen Storage-Tools für virtuelle Umgebungen auf einen besseren Ansatz: Sie nutzen Automatisierung und proaktive Analyse, um sich andeutende Fehler zu verhindern, bevor sie wirklich auftreten.

Zu große Datenlast

Hypervisoren erzeugen Informationen über eine große Bandbreite von Bedingungen in der virtuellen Umgebung. Diese stehen anderen Systemen zur Verfügung, sei es durch APIs oder einen auf dem Host installierten Softwareagenten. Um nur ein paar Beispiele zu nennen: Hypervisoren können Details über eingesetzte Ressourcen (wie CPU, Host I/O und Host Memory) oder Performance-Zahlen wie Wartezeiten in einer Zugriffsschlange, Speicherantwortzeiten (Latenzen) oder Datenraten im Netzwerk-Controller des Hosts liefern. Diese Messdaten sind in der Regel für jede VM und jeden Host verfügbar.

Es werden auch Speicherinformationen über die gesamte oder genutzte Kapazität, Provisioning (Prozent an Überbelegung), Speicher-IOPS sowie über Energieverbrauch, Verbindungsstatus und Umgebungsbedingungen aufgezeichnet.

Hypervisor-Tools können alle diese Daten zur Verfügung stellen und Alarmmeldungen versenden, falls VMs an Ressourcen- oder Performance-Grenzen stoßen. Aber das Management dieser Informationen kann zu einer komplexen Aufgabe werden, besonders in Umgebungen mit mehreren Dutzend an VMs – und es kann unmöglich werden, wenn die Anzahl der VMs noch viel größer wird.

Management-Anwendungen für virtuelle Umgebungen kombinieren diese Datensammlungen und stellen sie optisch so dar, dass man potentielle Probleme leichter erkennen kann. Administratoren können mit diesen Tools Dashboards einrichten, die den Status der besonders kritischen VMs darstellen. Dies macht die Virtualisierungs-Prozesse weniger reaktiv und versetzt Administratoren in die Lage, Situationen zu vermeiden, in denen es an Ressourcen mangelt.

Dynamisches Ressourcen-Management

Solche Produkte können Lösungsszenarien empfehlen, bei denen in der Regel eine VM zu einem anderen Host verschoben wird oder mehr CPU-, Memory- oder Speicherkapazitäten hinzugefügt werden. Einige Produkte können so konfiguriert werden, dass sie solche Ressourcenanpassungen automatisch vornehmen – der Administrator wird entlastet, indem das System diesen Balanceakt selbsttätig übernimmt. Das dynamische Ressourcen-Tuning, egal ob automatisch oder halb-automatisch, ist ein zentraler Punkt der meisten dieser Management-Produkte und macht ihren eigentlichen Wert aus. Aber es gibt noch mehr, was sie tun können.

Nachdem die Unternehmen mit diesen Programmen dringende Probleme des Performance- und Kapazitäts-Tunings in Angriff nehmen können, werden sie weitere Schritte unternehmen wollen, um solche Probleme in der Zukunft zu vermeiden und sich der allgemeinen Effizienzsteigerung ihrer virtuellen Umgebung zuzuwenden. Dadurch sind Kostensenkungen auf der Kapital- und Betriebsseite möglich, und es kann eine größere VM-Dichte pro Host hergestellt werden.

Software für eine virtuelle Welt

Es gibt viele Optionen, um Umgebungen für virtuelle Umgebungen zu managen. Diese schließen plattformspezifische Tools, Produkte der Speicher- und Server-Hersteller als auch unabhängige Lösungen ein. Hier folgen drei Beispiele:

VMTurbo ist eine agentenlose virtuelle Appliance, die man mit vCenter, Hyper-V, XenServer oder RHEV-M verbinden kann und die bis zu 10.000 virtuellen Maschinen skalieren kann. Sie speichert Daten über einen Zeitraum von zwei Jahren. VMTurbo benützt das ökonomische Konzept von Angebot und Nachfrage, um die Funktionsweise der Software zu beschreiben – Workloads sind „Käufer“ und Ressourcen sind „Verkäufer“. Laut VMTurbo eignet sich die Software, um die Ressourcen-Zuweisung zu maximieren und die damit verbundenen Kosten zu minimieren. 

Der Hersteller beansprucht, dass dieser Workload-zentrische Ansatz der Software erlaubt, mit der besonderen Komplexität in großen virtuellen Server-Umgebungen zurecht zu kommen. Neben einem Operations Manager, der Kontrollplattform, die sich an den Hypervisor-Layer anschließt, verfügt die Software auch über Kontrollmodule für den Speicher-, Anwendungs-, Netzwerk- und den Container-Layer: Sie verbessert so die Sichtbarkeit des Systems und damit die Entscheidungen und Kontrollmöglichkeiten der Administratoren.

Veeam ONE, eine Management-Plattform für virtuelle Server des Backup-Anbieters Veeam, verbindet sich mit der virtuellen Umgebung über APIs der VMware- oder der Hyper-V-Hosts oder -Cluster, dem VCloud-Director-Management oder der Backup-Anwendung von Veeam. Das Programm kann Empfehlungen geben, um Probleme oder potentielle Probleme anzugehen, aber automatisiert nicht diese Aktionen. 

Das Unternehmen gibt an, dass Veeam ONE durch Aufzeichnen und Analyse ausgewählter Datensätze Trends und mögliche Optionen aufzeigen kann, wie man die Systeme im Gleichgewicht behält und wie man mögliche Änderungen modellieren und ein Rollback durchführen kann. Obwohl Veeam ONE nicht auf Speicher-, Netzwerk- oder andere Layer zugreifen kann, stellt es dennoch eine komplette Übersicht über Veeam-Backup und mögliche Probleme der Backup-Infrastruktur zur Verfügung.

Dell Foglight for Virtualization wird als eine virtuelle Appliance installiert und unterstützt VMware, Hyper-V, OpenStack und KVM sowie Citrix XenDesktop- und XenApp-VDI-Umgebungen. Dell beansprucht, einen notwendigen „ganzheitlichen Blick“ auf die Infrastruktur zu bieten, um die Performance zu optimieren und um die Ressourcen wirksam über die virtuellen und physikalischen Umgebungen zu verteilen. 

Dell Foglight kann alle Aspekte des Management virtueller Maschinen automatisieren, einschließlich der Problemlösungen, sowie Infrastruktur-Änderungen aufzeichnen und Risikoanalysen durchführen, bevor Modifizierungen durchgeführt werden. Laut Dell können Administratoren eine einheitliche Sicht auf ihre gesamte virtuelle Infrastruktur bekommen, wenn die Software zusammen mit Foglight for Storage Management eingesetzt wird: So werden Probleme auf der ganzen Bandbreite des Speicherwegs von VMDK bis zu den Platten aufgezeigt. Zusätzlich zu dem SpeicherLayer liefert Foglight eine Sicht auf die Anwendungen mit speziellen Modulen für alle populären Datenbanken.

Management-Tools für Storage in virtuellen Umgebungen zeichnen im Lauf der Zeit auch Daten auf, die für Analysen tauglich sind. Diese Datensätze können Trends im Ressourcengebrauch für bestimmte virtuelle Maschinen identifizieren und für eine bessere Planung der Systemerweiterung oder für eine sichere Packungsdichte von Hosts mit mehr VMs sorgen. Entsprechende Analysen können auch dabei helfen, sich wiederholende Ressourcenengpässe zu lösen oder proaktives Troubleshooting zu unterstützen.

Tools, die sich auf die Hypervisor-Plattform beschränken, taugen nur teilweise, da ihnen die reale Einsicht in andere Layer der Umgebung fehlt – in die Anwendungen, das Netzwerk und externe Speichersysteme. Allerdings beginnen einige Hypervisor-zentrische Management-Tools bereits damit, diese Ebenen ebenfalls zu berücksichtigen und Daten über sie zu sammeln.

Speicherintegration

Speichersysteme erzeugen genauso wie Hypervisoren Daten während des Betriebs oder durch APIs, die für Monitoring und Management benutzt werden. Tools für Storage Resource Management (SRM) haben jahrelang diese Informationen für Management und Kontrolle in SAN- und NAS-Umgebungen benutzt. Management-Produkte für virtuelle Umgebungen können die gleichen Informationen integrieren, um die Beziehungen zwischen VMs und den darunter liegenden Storage-Systemen aufzuzeichnen – von Speicher-Arrays bis zu Controllern und physikalischen Platten. 

Mit diesen Informationen lassen sich Speicherressourcen genauer erfassen und es können bessere Entscheidungen bezüglich Platzierung, Verschieben und Größe von Speicherkomponenten getroffen werden. Man erhält auf diese Art und Weise geringere Latenzen, weniger speicherbezogene Bottlenecks und insgesamt eine allgemein verbesserte Speicherauslastung.

Netzwerkintegration

In ähnlicher Weise kann die Sicht auf den Netzwerk-Layer die Entscheidungen rund um das virtuelle Server-Management verbessern. Virtuelle Umgebungen schließen oft mehrere Server ein, auf denen Programme laufen, die gegenseitig und in Echtzeit von Daten auf anderen VMs und Hosts abhängen. Wenn Workloads eingerichtet sind und Rechen- und Speicherleistungen beanspruchen, können die VMs letztendlich auf verschiedenen physischen Hosts liegen und einen umfangreichen Netzwerkverkehr zwischen diesen Polen auslösen. Um diese Fälle effektiv zu managen, braucht man ein Verständnis der Beziehungen zwischen diesen VMs sowie von der Netzwerkbandbreite und den Latenzzeiten zwischen den Hosts. VMs können dann so platziert werden, dass man den Netzwerkverkehr reduziert und Datenspeicher effizient verteilt, um Bottlenecks zu verkleinern.

„VM Sprawl“ (planlose VM-Ausbreitung) und „I/O-Blender“ (I/O-Mixer)

Das Management von virtuellen Maschinen unterscheidet sich stark von dem physischer Server. VMs fertig einzurichten dauert Minuten, wobei man eine dynamische wachsende Umgebung schafft, mit deren Entwicklung man nicht immer so einfach mitkommt. Ein Unternehmen, das in der Vergangenheit zum Beispiel ein paar Dutzend Server besessen hat, hat nun womöglich leicht hundert oder mehr virtuelle Maschinen zu verwalten. Der Ausdruck „VM Sprawl“ wurde für diese Situation geprägt, da jede dieser VMs einen anderen Bezugspunkt für das Management und letztlich ein Potential an verschwendeten Ressourcen darstellen kann – vor allem, wenn diese VMs nicht aufgelöst werden, sobald man sie nicht länger braucht.

Gesteigerte VM-Dichte kann den ROI (Return on Investment) eines Virtualisierungs-Projekts verbessern, aber wenn man mehr VMs auf jeden physikalischen Host packt, führt das wiederum zu spezifischen Problemen.

Fluktuierender Bedarf an Performance, der von vielen VMs erzeugt wird, kann zusätzlich die vorhandenen Ressourcen überfordern, besonders bei IOPS. Dieser „I/O-Blender“-Effekt, der darauf beruht, dass ständig unkoordiniert andere VMs auf den I/O-Prozess zugreifen, kann den Ausgleich der Ressourcen sehr schwierig gestalten. Die Fähigkeit, VMs zwischen Hosts hin und her zu bewegen, fügt außerdem eine weitere Komplexitätsebene hinzu.

Applikations-Integration

Wie schon bei den Netzwerk- und Storage-Layern fügt die Ausdehnung der Sichtbarkeit von den VMs auf den Anwendungs-Layer wertvolle Informationen über den aktuellen Status von CPU-, Memory- und Speichereinsatz hinzu, die ebenfalls den Entscheidungsprozess für die Administratoren erleichtern. Dies ermöglicht die Zuteilung von VMs auf der Basis der wirklichen Anforderungen der Applikationen, die auf ihnen laufen. Anstatt sich auf unsichere Erfahrungswerte zu verlassen, erhält man so eine genauere Übersicht über die verfügbaren Ressourcen. Die Platzierung von VMs basiert in der Folge auf einem tieferen Verständnis der Infrastruktur, und die Ressourcen, die speziell für Anwendungen erforderlich sind – Kapazitäten, Memory für Datenbanken und Thread Pools –, können den Service-Zielen entsprechend konfiguriert werden.

Umgebungen für virtuelle Server werden mit der Zeit größer und komplexer. Durch das Einsammeln und Aufzeichnen der Daten, die von Hypervisoren und den Storage-, Netzwerk- und Applikations-Layern zur Verfügung gestellt werden, können Management-Tools für Speicherkomponenten Trendanalysen liefern, die die vorhandenen Ressourcen auf den Wachstumsprozess der Infrastruktur abstimmen.

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Artikel wurde zuletzt im September 2015 aktualisiert

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