Wie VVOLs funktionieren und wie sie Storage-Produkte verändern

Die Vorteile der VVOLs sind unbestreitbar, allerdings verstehen zahlreiche IT-Verantwortliche noch nicht, wie sehr VVOLs Storage-Produkte verändern.

Die vielen Vorteile der VVOLs sind unbestreitbar, allerdings verstehen zahlreiche IT-Verantwortliche noch nicht, wie sehr VVOLs kommende Storage-Produkte verändern werden.

Bereits auf der VMworld im August 2011 stellte VMware sein Konzept der Virtual Volumes (VVOLs) und das Interesse war und ist groß. Bis zur generellen Verfügbarkeit der VVOLs dauerte es dann aber doch noch fast vier Jahre, denn VMware kündigte diese erst gemeinsam mit vSphere 6 und vSphere APIs for Storage 2.0 (VASA) zur Partner Exchange 2015 an. Zur gleichen Zeit stellten zudem zahlreiche Hersteller selektierte Produkte vor, die VVOL-Support bieten. Was aber genau sind VVOLs, wie funktionieren sie und was für Vorteile haben sie für die Anwender?

Einfach gesagt ermöglichen VVOLs das Provisioning, Monitoring und Anwendungs-Management von Storage auf VM-Ebene, was granularer ist als auf Array-Ebene. Bevor VMware auf den Markt trat, hatten Applikationen eine 1:1-Beziehung zu einer LUN oder einem Volume, das auf einem Storage-System dafür eingerichtet wurde. 

Einfach gesagt ermöglichen VVOLs das Provisioning, Monitoring und Anwendungs-Management von Storage auf VM-Ebene.

Performance, Kapazität und Daten-Services wie beispielsweise Kompression, Caching, Thin Provisioning, Snapshots, Cloning, Replikation, Deduplizierung oder Verschlüsselung wurden statisch für genau diese LUN eingerichtet. Die Applikation, die auf dem physischen Server lief, hatte dann Zugriff auf alle Dienste dieser LUN.

Mit der Hypervisor-Abstraktion der Compute-Seite, die VMware einführte, ließen sich nun verschiedene Anwendungen in Form von virtuellen Maschinen auf einem einzelnen physischen Server operieren. Das Storage war aber nach wie vor essentiell für die Anwendungen. Während VMware auf VM-Level „sprach“, so „sprach“ Storage nach wie vor auf der Ebene von LUNs und Volumes.

Diese Diskrepanz sorgte eine Dekade lang für Chaos. Der einzige Weg, Storage gut in Einklang mit VMware zu bringen, war der, eine einzige LUN für eine relativ große Anzahl an VMs zu konfigurieren und bereitzustellen. Fiel die Performance einer Anwendung ab, so gab es keine Methode, den exakten Grund dafür herauszufinden, da Informationen über die Storage-Performance nur auf LUN-Level abrufbar waren. Die fehlende Transparenz auf VM-Ebene machte es schwierig – wenn nicht sogar unmöglich – das Problem zu isolieren und zu lösen.

Funktionsweise der VMware VVOL

Virtual Volumes wurden dafür konzipiert, dieses fundamentale Problem holistisch zu lösen, indem die architektonische Diskrepanz zwischen Storage und VMs eliminiert wird. Die Technologie gewährleistet präzise, Policy-basierte Zuteilung der Storage-Ressourcen an VMs. Diese Ressourcen können die Art, die Menge und die Verfügbarkeit des Storage sowie Daten-Services wie beispielsweise Deduplizierung, Snapshots und Replikation umfassen. Diese Ressourcen lassen sich bei Bedarf und im Betrieb modifizieren, falls sich etwas an der Anwendung ändert. Um VMware VVOLs wirklich gut zu kennen, muss man zunächst die unten beschriebenen Konzepte verstehen.

Regeln legen fest, welche VM welche Daten-Services erhält.

Storage Container und virtuelle Datenspeicher

Ein NAS- oder ein SAN-Array ist zunächst einmal in einer Handvoll Storage-Container aufgeteilt. Jeder von ihnen repräsentiert einen unterschiedlichen Satz an Kapazitäten und Funktionen (Services). Storage-Container sind ein logisches Konstrukt und werden typischerweise vom Storage-Administrator erstellt. Die Container präsentieren sich vSphere als virtuelle Datenspeicher und erfordern keine Veränderungen auf vSphere-Seite. Die VVOLs residieren innerhalb der Storage-Container.

Jede VM ist mit einem passenden Storage-Container verbunden. Das wird Regel-basiert vom Administrator festgelegt.

VVOLs werden manchmal auch virtuelle Disk genannt und definieren einen neuen virtuellen Disk-Container. Dieser ist unabhängig vom darunter liegenden physischen Storage (LUN, File-Server oder Object). Anders ausgedrückt: Unabhängig vom angeschlossenen Storage (außer bei DAS) präsentiert sich dieser Storage gegenüber vSphere in einer abstrahierten Form einer VVOL.

Dies ist die kleinste Einheit einer Storage-Ressourcen-Zuteilung (Allocation), die man an eine VM vergeben kann (lesen Sie dazu „Die Anatomie einer VM“ im nachfolgenden Kasten). Es ist ebenso die kleinste Messeinheit für das Management eines Storage-Arrays. Das bedeutet, dass sich Ressourcen auf VM-Level provisionieren lassen und das gesamte Management und Monitoring auf dieser VM-Ebene erfolgen können.

Die Anatomie einer VM

Eine virtuelle Maschine besteht aus einem Swap-File, einem Konfigurations-File und mindestens aus einem VMDK-File. Jeder Snapshot einer VMDK erzeugt eine weitere VMDK-Datei. In der Welt der VVOLs wird jedes dieser Files von einer VVOL repräsentiert. Dadurch erstellt jede VM ein Minimum an drei VVOLs und eventuell mehr, je nach Anzahl der VMDKs in der virtuellen Maschine. Für eine geschäftskritische VM, von der alle 15 Minuten ein Snapshot erzeugt wird und mehr als die Snapshots einer Woche speichert, sammeln sich schnell 675 VVOLs pro VM an, vorausgesetzt es gibt nur eine VMDK pro VM. Man erkennt hier, dass die Anzahl der VVOLs schnell zunimmt.

Um ein Management auf VM-Level ohne VVOLs zu erreichen, müsste man 675 LUNs anlegen.  Da es pro VMware-Host ein LUN-Limit von 256 gibt und die meisten Storage-Arrays eine interne LUN besitzen, ist dies unmöglich. VVOLs wurden konzipiert, um diese Einschränkungen zu überwinden. Ein weitaus wichtigerer Fakt ist, dass VVOLs die Umsetzung sogenannter Web-Scale-Infrastrukturen ermöglichen, da sie bei Bedarf mit automatischem Management erstellt werden.

Policy-basiertes Storage-Management und regelgesteuerte Control Plane

Die regelgesteuerte Control Plane agiert als Verbindung zwischen den Anwendungen und der Storage-Infrastruktur. Sie ist verantwortlich für das Mapping der VM zu einem Storage-Container, der die geforderten Regeln erfüllt.

Bei diesem Software-defined-Storage-Modell nutzt der VM-Administrator ein Policy-basiertes Management-Interface (SPBM) in vSphere, um bestimmte Policies zu definieren, die individuell VMs zugeordnet werden können. Diese Regeln bestimmen den Ressourcen-Typ, der vom Storage-Array bereitgestellt werden muss. Eine Platin-Policy beispielsweise könnte Flash-Ressourcen und die beste Data Protection, Kapazitätsoptimierung sowie Disaster-Recovery-Funktionen des verfügbaren Storage-Arrays bedeuten, währen eine Gold-Policy weniger Ressourcen erfordert.

Da alle VVOLs und VMs nach Regeln über das  SPBM provisioniert und automatisch verwaltet werden, kann die VMware-Infrastruktur bis zu Tausenden und Zehntausenden an VMs skalieren, ohne die Kosten in die Höhe zu treiben. Demgegenüber steht der Schwierigkeitsgrad bei einem Update einer VM, die an eine LUN gebunden ist.

Die Control Plane ist nicht nur für die Zuteilung des passenden Speichers zuständig, sondern auch für die kontinuierliche Überwachung der VMs, um zu gewährleisten, das jede VM die Ressourcen erhält, die ihr per Policy zugedacht wurden.

Virtuelle Data Plane

Die virtuelle Data Plane abstrahiert alle Storage-Services eines Arrays, sodass diese individuellen VMs zugewiesen werden kann oder bei Bedarf auch nicht. VMs, die an LUNs angebunden waren, erhielten die Funktionen und Services, die diese LUN zu offerieren hatte. Wenn eine VM zum Beispiel nicht repliziert werden musste und die LUN wies diese Funktion auf, so erfolgte die Replikation dieser VM, weil die LUN so eingerichtet war.

Die abstrahierten Service werden der Control Plane zur Verfügung gestellt. Die Ressourcen müssen dabei nicht nur von einem externen Storage-Array kommen, sondern können durchaus auch von einem Virtual SAN (VSAN), von vSphere oder von Drittanbietern kommen. Die Control Plane entscheidet welche Services welcher VM zugewiesen werden, je nachdem welche Regeln für die VM definiert wurden. VVOLs sind VMware Implementierung der virtuellen Data Plane für externe Storage-Arrays, während VSAN hyper-konvergenten Storage auf x86-Basis bereitstellen.

Protokoll-Endpunkte

Die Kommunikation zwischen einem ESXi-Host und dem Storage-Array erfolgt über Protokoll-Endpunkte (PE). Das ist ein Transport-Mechanismus, der VMs mit ihren VVOLs bei Bedarf verbindet. Ein PE kann sich mit einer großen Anzahl an VVOLs verbinden und hat keine Konfigurationseinschränkungen (zum Beispiel kann sich ein VMware Host nur mit 256 LUNs verbinden).

In einer NFS-Storage-Umgebung präsentiert sich der PE als NFS Server-Mount und jede VMDK erzeugt sein eigenes VVOL. Darüber hinaus ist jedes VVOL in seinem eigenen Storage-Container.

VASA-Bereitstellung

Die VASA-Bereitstellung erfolgt über Software, die im Array implementiert ist. Die Software gibt dem ESXi-Host und vCenter Auskunft darüber, welche Kapazitäten und Funktionen das Storage besitzt.

Mittels dieser VASA-Bereitstellung kommuniziert das Storage-System, ob es über Flash, verschiedene Festplattentypen, Caching, Snapshots, Kompression, Deduplizierung, Replikation, Cloning und andere Funktionen verfügt.

Informationen über die Topologie werden auf diesem Wege verteilt. Das umfasst auch, ob es ein FC-Array ist, wie viele Ports es hat und ob es Multi-Pathing beherrscht.

All diese Informationen werden für die Erstellung der Policys und der virtuellen Disks verwendet. Verfügt das Storage-System über integrierten Quality-of-Service-Support (QoS), so informiert VASA den ESXi-Host und vSphere darüber. Für VVOL-Support benötigt der Anwender VASA 2.0.

Vorteile von VVOLs

VVOLs bedeuten eine große Veränderung in der Art und Weise wie Storage in einer VMware-Umgebung verteilt und verwaltet wird. Das Konzept der LUN wird nicht verschwinden, aber Storage-Administratoren müssen sich nicht mehr damit auseinandersetzen. Externer Storage sowie alle Storage-Services werden abstrahiert. 

Anwendungen erhalten den passenden Storage-Typ und nur die Services, die die VM wirklich benötigt, werden ihr zugewiesen. Das Monitoring und die Verwaltung sind VM-zentrisch und die Ressourcen werden nicht wie in der LUN-Welt verschwendet. Das Performance-Management ist präziser und Probleme lassen sich leichter erkennen.

Da sich Anwendungsanforderungen über die Zeit hinweg ändern können, lassen sich nun Ressourcen automatisch und unterbrechungsfrei hinzufügen oder abziehen. Es bedarf zudem keiner Veränderungen der Anwendungen und keines umfassenden Upgrades, um in die VVOL-Welt einzusteigen. Anwender können ihre Anwendungen weiterhin verwenden, wenn sie auf VVOLs umsteigen. Beide Umgebungen können koexistieren und lassen sich von einer zentralen vCenter-Konsole verwalten. Voraussetzungen für VVOLs sind vSphere 6 und VASA 2.0 sowie Storage-Arrays, die VASA 2.0 unterstützen.

VVOLs und herkömmliches Storage

Eine oft gestellte Frage ist die, ob herkömmliche, bestehende Storage-Systeme VMware VVOLs unterstützen. Die Antwort ist „Nein“. Lautet die Frage allerdings, ob die existierende Storage-Architektur sich für VVOL-Support modifizieren lässt, so ist die Antwort „Ja“. Allerdings bedarf es hier enormen technischen Aufwands, erst recht, wenn die Umgebung 15 bis 20 Jahre alt ist.

Deswegen kommen derzeit nur wenige Storage-Produkte auf den Markt, die VVOLs unterstützen und nur ein Modell nach dem anderen. EMC hat hier mit VNXe und VMAX3 begonnen und wird weitere Modelle und Produkte in Zukunft herausbringen. Hewlett-Packard steigt zunächst mit 3PAR-Modellen ein. Wahrscheinlich hat jeder Storage-Hersteller hierzu einen „Stufenplan“.

Wichtig ist, zu wissen, dass nur der Support für das VVOL-Provisioning nicht ausreicht. Es lassen sich zwar die VVOLs provisionieren, aber nur die vorhandenen Services können genutzt werden. Wird Replikation beispielsweise nicht unterstützt, so kann die Policy diese Funktion nicht umfassen.

Für die VVOL-Welt benötigt man zudem mehr als ein einmaliges Upgrade. Anwender müssen zunächst verstehen, welche Modelle und Services unterstützt werden, um entscheiden zu können, wann und in welcher Reihenfolge sie ihre Infrastruktur aktualisieren wollen.

VM-zentrische Produkte

NexGen Storage, Nutanix, Scale Computing, SimpliVity, Tintri und viele andere Hersteller haben bereits VM-zentrische Produkte am Markt. Verlieren diese ihren Vorteil, da nun VVOLs auf dem Markt sind? Wird es dadurch eine Wettbewerbsvereinheitlichung geben? Sicher nicht. 

VVOLs bedeuten eine große Veränderung in der Art und Weise wie Storage in einer VMware-Umgebung verteilt und verwaltet wird.

Die Daten-Services der oben genannten Hersteller sind bereits VM-zentrisch. Andere Hersteller werden mindestens ein Jahr brauchen, wahrscheinlich eher zwei, bis sie alle ihre Modelle und Daten-Services mit VVOL-Support ausgestattet haben.

Ein weiterer wichtiger Fakt ist, das viele der oben genannten Hersteller QoS-Funktionen implementiert haben. VVOLs stellen nicht automatisch QoS für Anwendungen bereit. Das muss im Storage-Array implementiert sein. Besitzt das verwendete Array QoS, so kann dieser Service via VASA an vSphere gegeben und dann zu den Policys hinzugefügt werden. Es gibt das Missverständnis, VVOLs würden grundsätzlich QoS bereitstellen, was nicht stimmt.

Verglichen mit den oben genannten Anbietern, verfügen nur wenige Storage-Systeme über umfassende, integrierte QoS-Funktionen. Natürlich gibt es Ausnahmen und Hersteller mit hoch qualitativen QoS-Features werden auch in Zukunft wettbewerbsfähig sein.

Fazit

VVOLs zwingen die Industrie umzudenken und bringen massive Veränderungen in die Storage-Produkte. Die Vorteile der VMware VVOLs sind zahlreich und unbestreitbar. Aber die Veränderungen sind nicht einfach umzusetzen und die nächsten 18 Monate werden für viele IT-Verantwortliche nicht einfach werden. Sie müssen verstehen, wie VVOLs funktionieren und festlegen, wie diese Veränderungen im Unternehmen zu implementieren und nutzen sind, ohne dabei die gesamten produktiven Prozesse zu beeinträchtigen oder gar außer Gefecht zu setzen.

Folgen Sie SearchStorage.de auch auf Twitter, Google+ und Facebook!

Artikel wurde zuletzt im April 2015 aktualisiert

Pro+

Premium-Inhalte

Weitere Pro+ Premium-Inhalte und andere Mitglieder-Angebote, finden Sie hier.

Erfahren Sie mehr über Data-Center-Storage

Dem Gespräch beitreten

1 Kommentar

Schicken Sie mir eine Nachricht bei Kommentaren anderer Mitglieder.

Mit dem Absenden dieser Daten erklären Sie sich bereit, E-Mails von TechTarget und seinen Partnern zu erhalten. Wenn Ihr Wohnsitz außerhalb der Vereinigten Staaten ist, geben Sie uns hiermit Ihre Erlaubnis, Ihre persönlichen Daten zu übertragen und in den Vereinigten Staaten zu verarbeiten. Datenschutz

Bitte erstellen Sie einen Usernamen, um einen Kommentar abzugeben.

NetApp Cluster Mode 8.3 hat vollen Support für vVOLs. EMC Beta zu erwähnt zeigt nur wer einen "sponsert" hier http://www.vmware.com/resources/compatibility/detail.php?deviceCategory=vasa&productid=38790&deviceCategory=vasa&details=1&releases=273&page=1&display_interval=10&sortColumn=Partner&sortOrder=Asc
Abbrechen

- GOOGLE-ANZEIGEN

SearchSecurity.de

SearchNetworking.de

SearchEnterpriseSoftware.de

SearchDataCenter.de

Close