Storage-Hypervisor

Das Konzept des Hypervisors insbesondere für Server und Desktops etabliert sich zunehmend im Rechenzentrum: Virtualisierung sowie Virtualisierungs-Management, Automation und On-Demand-Bereitstellung per Self-Service machen aus dem RZ eine Private Cloud. Hier stehen zentrale Dienste unternehmensweit flexibel bereit. Dabei kommen Vorteile bei der Auslastung, Lastverteilung und Management-Effizienz austauschbarer und erweiterbarer Hardware zum Tragen. Im Speicherbereich dagegen hat man lange eine proprietäre Sicht auf die Plattensubsysteme beibehalten. Das lag zum einen an der Komplexität der Fibre-Channel- und LUN-Administration, zum anderen an einem Sicherheitsverständnis, das mit der Windows-Server-Welt nicht zu vereinbaren war.

 

Das grundlegende Konzept des Hypervisors ist die Virtualisierung mittels einer Software oder Middleware, die zwischen Hardware und Betriebssystem geschaltet ist. Im Speicherbereich wendete man Virtualisierungstechnik lange nur auf einzelne Subsysteme oder identische Gerätegruppen im Bezug auf die Partitionierung an. Auch einzelne Storage-Funktionen etwa für Datenmigration oder Disaster Recovery gruppierten sich unter Speichervirtualisierung. Erst durch die aktuellen Weiterentwicklungen einer softwarebasierten Virtualisierung kommt man jetzt zu einer Annäherung von Server und Storage und einem deckungsgleichen Verständnis einer Hypervisor-Funktion.

 

Tiered Storage erfordert den Hypervisor

 

Ein Storage-Hypervisor ist eine universelle Virtualisierungssoftware für Storage und bietet in heterogen wachsenden Private Clouds höhere Investitionssicherheit. Er konsolidiert angeschlossene Kapazität unabhängig von Hersteller oder Technik in einem virtuellen zentralen Speicher-Pool. Ein Storage-Hypervisor beseitigt die Inkompatibilitäten spezifischer Storage-Controller und Funktionsbeschränkungen herstellerspezifischer Firmware und Administrations-Tools. So finden die Speicher-Management-Funktionen für die Speicherbereitstellung, Datensicherung, Replikation und Spiegelung sowie Caching auf sämtliche Hardware Anwendung.

 

Tiered Storage

 

Eine besondere Rolle nehmen dabei Tiered-Storage-Konzepte ein, die für den effizienten Betrieb einer Cloud unerlässlich sind. Ein Mix aus verschiedenen Speicherklassen muss hier nicht auf ein Storage Array beschränkt bleiben. Der Storage-Hypervisor integriert iSCSI-, Infiniband, FC- (Fibre Channel) und FCoE-Ressourcen (Fibre Channel over Ethernet), unterstützt neben HDD-Technik (Hard-Disk Drive) auch Solid State Disks (SSD) und nutzt in jüngsten Generationen auch die Ressourcen von NAS-Appliances. So lassen sich Hochverfügbarkeitslösungen für Shared File Cluster für CIFS- und NFS-Hosts einfacher implementieren.

 

Diese tiefe technische Verwurzelung macht deutlich, dass ein Storage-Hypervisor nicht allein eine aufgesetzte Speicher-Management-Lösung ist, sondern Einfluss auf die I/O-Operationen im Datenverkehr zwischen Server und Storage nimmt. Deutlich wird dies bei der Betrachtung der Performance. Universelle Storage-Hypervisoren sind in einem Hardware-Bundle als Appliance oder als reine Software verfügbar, die meist auf x86-Standard-Servern oder auf virtuellen Maschinen (VMs) installiert werden. Durch den reinen Softwareansatz skalieren sie gut und sind über Hardwaregenerationen hinweg einsetzbar. Unabhängig davon, ob der Storage-Hypervisor auf Standardhardware, virtuellen Maschinen oder proprietärer Hardware residiert, nutzt er den RAM und intelligente Caching-Algorhithmen zur Beschleunigung der Lese- und Schreibprozesse.

 

Basis des Storage-Hypervisors ist die Ressourcenvirtualisierung für ein geräteübergreifendes Kapazitäts- und Performance-Management. Darauf aufbauend integriert er je nach Hersteller weitere SAN-typische Storage-Funktionen. 

 

Zentrale Funktionalität

 

Die sonst im proprietären Storage-Controller sitzende Intelligenz wird durch den Storage-Hypervisor netzwerkweit verfügbar. Ausgereifte Universallösungen mit diesem Ansatz leisten geräte- und plattformunabhängig das zentrale Management für die virtuelle Storage-Infrastruktur, Virtual Disk Pooling, automatisierte Provisionierung einzelner virtueller Disks, Prozessautomation (skriptgesteuerte Abläufe), synchrone Spiegelung (Hochverfügbarkeit), asynchrone und bidirektionale Replikation, (Disaster Recovery), Snapshots (Datensicherung), Continuous Data Protection (CDP, kontinuierliche Datensicherung) sowie Thin Provisioning und Auto-Tiering. Gerade im Verbund sind die beiden letztgenannten Techniken der Schlüssel für einen effizienten Speicherbetrieb im Cloud-Rechenzentrum.

 

Thin Provisioning

 

Thin Provisioning sorgt dabei für die effizientere Zuteilung von Speicherplatz: Jede virtuelle Disk belegt nur den Speicherplatz im physischen Festplatten-Pool, der wirklich zur Datenhaltung benötigt wird, und bedient sich dabei immer aller bereitgestellten Ressourcen. Dies steigert die Performance durch die Möglichkeit, über alle verfügbaren Festplatten ein Striping zu erstellen. In geclusterten Systemen können dieselben virtuellen Festplatten mehreren Hosts zugewiesen sein, selbst wenn die Backend-Festplatten nicht über mehrere Ports verfügen.

 

Notfallsicherung

 

Neben der synchronen Spiegelung kann der Administrator eine asynchrone Replikation über eine IP-Verbindung auf einen dritten Storage-Server einrichten. Über einen flexibel definierbaren Puffer schreibt das aktive System dann Deltas, die noch nicht an den Remote-Server übertragen wurden. Für die bidirektionale Replikation muss auch auf dem Remote-Server ein entsprechender Puffer-Bereich eingerichtet sein. Die Replikationsrichtung lässt sich dabei im Betrieb jederzeit umkehren, was das Risiko von Datenverlusten minimiert.

 

Der Storage-Hypervisor bietet darüber hinaus SAN-Funktionen wie Snapshots und kontinuierliche Datensicherung mittels CDP. Das Administrations-Tool liefert auch Informationen zu Gerätestatus und -leistung der Storage-Infrastrukturkomponenten sowie der angeschlossenen Server-Systeme. Ebenso ist es möglich, CIFS- und NFS-Hosts mit dem Block-Level-Speicher zu verbinden und diesen als hochverfügbares NAS-Ziel, zum Beispiel für Microsoft Shared Cluster, zu nutzen. Dazu kombiniert man die synchrone Spiegelung des Storage-Hypervisors mit dem Failover Cluster beispielsweise aus Windows Server 2008 R2.

 

Auto-Tiering

 

Eine wichtige Komponente für den effizienten Einsatz in der Cloud-Umgebung ist die Auto-Tiering-Funktion, da sie Hot-Spots abfangen kann. Hierfür ersetzen wenige SSD- oder PCI-Memory-Karten in den Storage-Servern zahllose Spindeln mit entsprechendem Energiebedarf. Die SSDs und PCI-Memory-Karten lassen sich angesichts ihres niedrigeren Lebenszyklus im laufenden Betrieb auswechseln, ohne das Gesamtsystem anzuhalten. Das System verschiebt nun je nach Vdisk-Priorität Hotspots in den High-I/O-Speicherbereich. Daten, die unterhalb einer bestimmten Access-Rate liegen, landen in einem weniger performanten Bereich. Resultat ist eine extrem effiziente Speichernutzung, die der Administrator händisch nicht einrichten könnte. Ein universeller Storage-Hypervisor umfasst darüber hinaus ein Cloud-Array-Gateway, das die Ausweitung des Auto-Tierings über die Private in die Public Cloud ermöglicht. Dies erleichtert eine automatische Auslagerung unkritischer Daten zu Archivierungszwecken.

 

Fazit

 

Storage-Hypervisoren schaffen eine flexible, zentrale Storage-Plattform, die in einer dynamischen Cloud-Umgebung zahlreiche Management-Prozesse automatisiert. Ihre Skalierbarkeit und umfassende Funktionalität trägt entscheidend zur Sicherheit und Wirtschaftlichkeit virtueller Infrastrukturen bei. Durch den reinen Softwareansatz können sie zudem die Anschaffungs- und Betriebskosten eines SANs beträchtlich senken.

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