Testreihe SDS: VMware VSAN
VMware-Cluster mit lokalen Platten
Die neue Virtual-SAN-Funktion (VSAN) von VMware baut aus lokalen Platten einen Clusterverbund auf, der High Availability (HA), Vmotion, Storage Vmotion und DRS (Distributed Resource Scheduler) unterstützt. VSAN verwendet SSDs (Solid State Drives) als Read- und Write-Cache, um auch hohe Performance-Anforderungen erfüllen zu können. Dieser LANline-Test bildet den Auftakt für eine Testreihe zu Software-Defined Storage (SDS)."Software-Defined" macht auch vor Storage-Systemen nicht halt. Unter dem Begriff Software-Defined Storage lassen sich zahlreiche Speichertechniken subsumieren. Legt man SDS großzügig aus, so zählen auch die seit mehr als zehn Jahren verfügbaren Storage-Virtualisierungslösungen wie "SAN Volume Controller" von IBM, "SAN Symphony" von Datacore oder "Network Storage Server" von Falconstor dazu. Diese fügen in das Speichernetz einen Software-Layer für eine In-Band-Storage-Virtualisierung ein, die den Hosts die physischen Speicherkapazitäten der Storage-Systeme als virtualisierte LUNs (Logical Units) zur Verfügung stellt und alle Zugriffe auf die Speichersysteme steuert. Einen neueren SDS-Trend hingegen stellen die virtuellen Storage-Server-Appliances dar, mit denen sich Speicherkapazitäten flexibel bereitstellen lassen. Zu dieser Kategorie zählen zum Beispiel die Virtual Storage Appliances von Hewlett-Packard und Netapp. Auch Produkte, die aus direkt an einen Host angeschlossenen Speicherressourcen virtuelle SANs für einen Clusterverbund aus physischen Servern erstellen, lassen sich dem Oberbegriff Software-Defined Storage zuordnen. Zu den entsprechenden Anbietern zählen zum Beispiel Open-Source-Spezialisten wie Collax, aber auch Hersteller wie VMware, die mit Virtual-SAN-Lösungen die lokal an einen Host angeschlossenen Festplatten einem Clusterverbund als Speicherressource zur Verfügung stellen. VSAN von VMware Mit dem Test von VMware VSAN startet LANline eine Testreihe, die untersucht, was die verschiedenen SDS-Lösungen leisten. VMware hat die VSAN-Funktion im Frühjahr 2014 mit dem Update 1 für Vsphere 5.5 offiziell freigegeben. Im Vergleich zur "Virtual Storage Appliance" (VSA) von VMware bietet VSAN eine deutlich bessere Skalierbarkeit. VSA ist auf maximal drei ESXi-Hosts begrenzt, wohingegen sich ein VSAN-Cluster von mindestens drei auf bis zu 32 Hosts ausbauen lässt. Ein VSAN-Verbund bietet zudem eine deutlich bessere Performance, weil jeder ESXi-Host über mindestens ein SSD-Laufwerk für Read- und Write-Caching verfügen muss. VMware VSAN erstellt aus den lokal an einen ESXi-Host angeschlossenen Platten einen virtuellen SAN-Pool, den alle Clusterknoten gemeinsam nutzen. Der SAN-Pool ist ein objektbasierender Speicher in Form von flexiblen Datencontainern, deren Metadaten über den gesamten Cluster verteilt sind. Legt der Anwender auf einem VSAN-Datastore eine Virtual Machine (VM) an, so erzeugt VSAN für jede virtuelle Disk ein Objekt und ein Containerobjekt mit den Metadaten der VM. Mit einem auf lokal angeschlossenen Laufwerken eingerichteten VSAN-Cluster lassen sich die Hochverfügbarkeits-, Vmotion- und DRS-Funktionen von Vsphere auch ohne ein dediziertes Speichernetzwerk wie FC-SAN, iSCSI-SAN oder NAS nutzen. Die VSAN-SSDs erfüllen zudem hohe I/O-Performance-Anforderungen - zum Beispiel für Virtual-Desktop-Infrastrukturen. VMware hat die VSAN-Funktionen direkt in den ESXi-5.5-Hypervisor integriert. SSDs sollten mindestens zehn Prozent der Gesamtspeicherkapazität bereitstellen, um eine hohe Performance zu gewährleisten. Der Hersteller empfiehlt zudem, dass die Hosts eines VSAN-Clusters über ein 10GbE-LAN miteinander kommunizieren. Um ein VSAN-Cluster einzurichten, sind mindestens drei ESXi-Hosts erforderlich. Zwei Cluster-Nodes verwendet VSAN für die redundante Speicherung der VM-Daten. Der dritte Node agiert als "Quorum Witness", der bei einem Ausfall entscheidet, welcher ESXi-Host die VM wieder online bringt. Damit ein VSAN eine ausreichend hohe I/O-Performance liefert, muss jeder ESXi-Host über ein SSD-Laufwerk und mindestens eine Datenfestplatte verfügen. Unterstützung für SATA-, SAS- und PCIe-Laufwerke VSAN unterstützt SATA-, SAS- und PCIe-Laufwerke. USB, Fibre Channel und iSCSI lassen sich nicht nutzen. Welche Plattentypen und RAID-Controller offiziell zugelassen sind, lässt sich der "Hardware Compatibility List" (HCL) von VMware entnehmen. An On-Board-SATA-Controller angeschlossene SATA-Platten lassen sich nicht in ein VSAN einbinden. Im LANline-Test hatten wir dies zunächst versucht, die Konfiguration schlug aber fehl. Deshalb rüsteten wir die Test-Server mit SAS-RAID-Controller-Karten und je zwei SAS-Festplatten aus. Damit ließ sich der VSAN-Datastore problemlos einrichten. Ein ESXi-Host kann immer nur Mitglied eines VSANs sein. Auf dem Host lassen sich zusätzlich zum VSAN-Datastore auch VMFS- oder NFS-Datastores mounten. Wenn ein Cluster aus vier oder mehr Hosts besteht, ist es zudem möglich, einzelne Nodes ohne VSAN-Disks zu betreiben. Diese können VMs auf dem von den anderen Hosts bereitgestellten VSAN-Datastore ausführen. Auf diese Weise lassen sich steigende CPU- und RAM-Anforderungen mit zusätzlichen ESXi-Hosts ohne VSAN-Disks erfüllen. Für den LANline-Test bauten wir einen VSAN-Cluster aus drei physischen ESXi-5.5-Servern auf. Jeder Server verfügte zusätzlich zur Systemplatte über eine SSD und eine normale Datenplatte. Die SSD emulierten wir mithilfe des von ESXi unterstützten SSD-Taggings: Der Administrator kann eine normale Festplatte per Kommandozeilenbefehl als SSD markieren, wodurch sie sich im VSAN-Cluster als SSD hinzufügen lässt. Um ein VSAN aufzubauen, muss der Administrator zunächst auf einem VMkernel-Port die VSAN-Funktion aktivieren. VSAN unterstützt sowohl Standard-Switches als auch Distributed Switches. Letztere bieten den Vorteil, dass sich damit für den VSAN-Datenverkehr mithilfe der Netzwerk-I/O-Kontrolle eine Quality of Service (QoS) gewährleisten lässt. Wir erstellten für unser Test-VSAN auf allen drei ESXi-Hosts einen zusätzlichen Standard-Switch mit VMkernel-Port und aktivierten die VSAN-Funktion. Der virtuelle VSAN-Switch war über eine 1GbE-NIC an das Testnetz angebunden. VMware empfiehlt für VSANs den Einsatz von Jumbo Frames, um eine möglichst hohe Performance zu erzielen. VSAN unterstützt auch ein Load Balancing per IP-Hash-Verfahren. Dies ist von Vorteil, wenn sich ein VSAN die Netzwerkbandbreiten mit anderen Systemen teilen muss. VSAN-Konfiguration und Inbetriebnahme Nachdem wir die drei ESXi-Hosts vorbereitet hatten, erstellten wir im "Virtual Center" einen neuen VSAN-Cluster und fügten die drei Server hinzu. Das VSAN lässt sich nur einrichten, wenn die HA-Funktion für den Cluster deaktiviert ist. Der Administrator kann HA anschließend wieder einschalten. Für die Einrichtung der VSAN-Speicherressourcen steht ein automatischer Modus zur Verfügung, bei dem die VSAN-Software alle vorhandenen freien Speicherlaufwerke zum VSAN-Verbund hinzufügt. Der Administrator kann auch den manuellen Modus wählen und selbst entscheiden, welche Laufwerke das VSAN verwenden soll. VSAN erstellt auf jedem ESXi-Host aus den lokal angeschlossenen Laufwerken mindestens eine "Disk Group". Eine solche Gruppe darf nur ein SSD-Laufwerk und maximal sieben Festplatten enthalten. Wenn ein Host aufgrund hoher I/O-Anforderungen mehr SSDs benötigt, kann der Administrator bis zu fünf Disk Groups mit je einer SSD einrichten. VMware VSAN bietet eine gute Skalierbarkeit. Ein VSAN-Datastore lässt sich im laufenden Betrieb vergrößern, indem der Anwender neue Platten anfügt. Zudem ist es möglich, die Speicher-, CPU- und RAM-Kapazität durch das Hinzufügen von weiteren ESXi-Hosts zum VSAN-Cluster zu erweitern. Im automatischen Modus vergrößert VSAN den Datastore selbstständig um die neuen Speicherkapazitäten. Für den LANline-Test konfigurierten wir über das Virtual Center für jeden der drei ESXi-Hosts eine Disk Group, die aus einer getaggten SSD-Platte und einer normalen Festplatte bestand. Wir konnten die Platten zunächst nicht zum VSAN hinzufügen, weil auf den Disks noch alte Partitionen vorhanden waren. Nachdem wir diese gelöscht hatten, ließen sich die Platten in die Disk Group aufnehmen. Aus den drei Gruppen erstellte die VSAN-Software dann automatisch den VSAN-Datastore, auf den alle drei ESXi-Hosts zugreifen konnten. Die verfügbare Gesamtspeicherkapazität des Datastores ergibt sich aus der Summe der Kapazität der Datenplatten. Die SSDs verwendet VSAN zu 70 Prozent als Read Cache und zu 30 Prozent für Write Buffering. Dauerhaft gespeichert sind die Daten nur auf den Nicht-SSD-Platten. VSAN unterstützt auch Storage Policies, mit denen der Administrator den VMs unterschiedliche Performance- und Verfügbarkeitskategorien zuweisen kann. Die VSAN-Software überwacht fortlaufend, ob die im Profil definierten QoS-Parameter eingehalten sind. Wenn ein Schwellenwert überschritten wird, konfiguriert VSAN die betroffenen Datenbereiche der VM automatisch so um, dass das System die zugesicherten Leistungswerte wieder korrekt einhält. Storage Policies ermöglichen QoS Diese Aktionen kommen mit niedriger Priorität zur Ausführung, um den produktiven Betrieb möglichst wenig zu beeinflussen. Die Storage Policies konfiguriert der Administrator im Virtual Center über den Menüpunkt "Rules and Profiles". Er kann sowohl Regeln für die Storage Performance als auch für die Verfügbarkeit einer VM definieren. Die Performance-Parameter legen fest, wie groß der SSD-Cache ist und über wie viele Disks die Daten gestriped werden. Ist eine sehr hohe Verfügbarkeit gefordert, legt VSAN mehrere Replicas einer VM an und synchronisiert diese fortlaufend. Der Administrator kann Storage Policies im laufenden Betrieb ändern und zum Beispiel nachträglich ein RAID 1 in ein RAID 10 verwandeln, um höhere I/O-Anforderungen zu erfüllen. Für den Test installierten wir einen virtuellen Windows-2012-R2-Server, konfigurierten eine Storage Policy mit 20 Prozent SSD-Anteil und wiesen diese Policy der VM zu. VSAN-Cluster unterstützen die von VMware bekannten Hochverfügbarkeitsfunktionen. So ist es mit Storage Vmotion möglich, VMs von einem klassischen SAN- oder NAS-Datastore auf einen VSAN-Datastore zu verschieben. Fazit Der in Vsphere 5.5 eingeführte VSAN-Cluster erweitert die Einsatzbereiche der VMware-Virtualisierung deutlich. Die Hochverfügbarkeitsfunktionen HA, Vmotion und Storage Vmotion, für die bisher zwingend ein SAN erforderlich war, lassen sich nun auch mit lokal angeschlossenen Platten nutzen. Durch die Integration von SSDs als Write Buffer und Read Cache kann ein VSAN-Datastore auch hohe Performance-Anforderungen erfüllen. Die Storage Policies ermöglichen es, die für die VMs vereinbarten QoS-Parameter einzuhalten. Dass VMware VSAN keine Einsteigerlösung ist, spiegelt sich auch in den Kosten wider. Der Preis pro physischer CPU beträgt 2.000 Euro zuzüglich 2.500 Euro pro Jahr für den Support. Der Autor auf LANline.de: chjlange Info: VMwareTel.: 0800/1006711Web: www.vmware.com/de
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