Workshop: Speichervirtualisierung mit Open vStorage

Enterprise-Storage im Eigenbau

Virtualisierung ist in Unternehmen längst eine feste Größe. Im Speicher-Bereich verspricht Open vStorage mit Hilfe etablierter, aber auch neuartiger Ansätze eine deutlich bessere Performance, als dies bislang bei virtualisierten Umgebungen möglich war. So etwa unterstützt das Projekt das Caching mit schnellen Flash- oder SSD-Laufwerken. Unser Workshop zeigt die Grundlagen von Open vStorage und erklärt, worauf Sie bei der Installation und der Arbeit mit dem Web-GUI achten sollten.
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Mit Open vStorage [1] können Sie nahezu jedes beliebige Backend in eine High Performance-Plattform verwandeln – und das bei gleichzeitiger Minimierung des Managementaufwands. Zu den Besonderheiten des freien Systems gehört etwa die Unterstützung von Zero-Copy-Snapshots, die es dem Nutzer erlauben, versehentlich gelöschte Dateien wiederherzustellen. Das System unterstützt außerdem Bulk Provisioning für das schnelle und einfache Verarbeiten von Benutzerdaten.

Bei näherer Betrachtung werden Sie feststellen, dass Open vStorage den Zusatz "VM Storage Router" zu Recht trägt. Es handelt sich dabei um eine zusätzliche Software-Schicht, die auf Seiten des Hosts oder im Cluster installiert wird, auf dem beziehungsweise in dem die virtuellen Maschinen ausgeführt werden. VM Storage Router (VSR) agieren wie ein Netz, das die lokalen Flash-, SSD- und andere Speichersysteme wie Amazon S3 oder auch ein NAS effektiv einsetzt.

Konzeptionell ist Open vStorage mit VMwares vSAN vergleichbar, doch lag das Augenmerk der Entwickler insbesondere auf der Entwicklung einer flexiblen Lösung, die verschiedene Speicher-Backends und nicht nur lokale Festplatten nutzen kann. Open vStorage sieht außerdem die Verwendung von mehreren Hypervisoren vor.

Offen für Dateisysteme und Speicherorte

Es ist noch nicht allzu lange her, da wurden Rechenzentren mit gigantischen Speicherkapazitäten ausgestattet, getreu dem Motto "Mehr hilft mehr". Doch damit ist heute kaum jemandem gedient. Heute verlangen Administratoren nach einer Speicherumgebung, die die Anforderungen von Anwendungen berücksichtigt. Aus diesem Grund hat sich das Open vStorage-Team für die Entwicklung eines offenen Werkzeugs entschieden, das mit allen gängigen Speicher-Backends zusammenspielt. Sie können mit Open vStorage lokale Dateisysteme, NAS, S3-kompatible Systeme und auch verteilte Dateisysteme wie GlusterFS, XtreemFS et cetera verwenden.

Haben Sie über Open vStorage eines oder mehrere Backends in die virtuelle Umgebung integriert, verhalten sich diese exakt wie lokale Speicher. Die Managementfunktionen von Open vStorage sind so flexibel ausgelegt, dass Sie sogar verschiedene Speicher-Backends austauschen und Sie einer selten genutzten virtuellen Maschine (VM) beispielsweise ein langsameres oder günstiges Speichermedium zuweisen können.

Das Zauberwort für die Integration von Speichermedien heißt Performance. Daher kann Open vStorage als Virtual Storage Appliance (VSA) auf jedem ESXi-Host ausgeführt werden und sich für den Hypervisor wie ein NFS-Datenspeicher verhalten. Auf KVM-Systemen wird Open vStorage direkt auf der Hardware (Bare Metal) ausgeführt und mit dem Hypervisor verknüpft. Ist zudem Redundanz gewünscht, werden alle Schreibvorgänge auf einen zweiten Host gespiegelt.

In virtualisierten Umgebungen kommen nicht selten mehrere Hypervisoren zum Einsatz. Da gerade VDI-Implementierungen unterschiedliche Anforderungen an die Hypervisoren stellen, ist für einen schnellen Speicherzugriff ein effektiver Umgang mit diesen erforderlich. Auch diese Eigenschaft bringt Open vStorage mit. Für eine größtmögliche Skalierbarkeit erlaubt Open vStorage das Hinzufügen von weiteren Speicher-Backends mit nur wenigen Mausklicks. Analog dazu lassen sich nicht mehr benötigte Speicher einfach aus dem Cluster-Verbund entfernen.

Bild 1: Die Architektur des Open vStorage-Systems: Der "Storage-Router" integriert nahezu beliebige Speicher und stellt diese den virtuellen Maschinen zur Verfügung.

In vielen traditionellen Speicherumgebungen erfolgt die Ansteuerung der Geräte über LUNs (Logical Unit Number) und virtuelle Maschinen werden auf einer LUN ausgeführt. Daher werden LUNs oft auch als virtuelle Festplatte bezeichnet. Doch Open vStorage verwendet ein abgewandeltes System, das für die Adressierung ein Disk Array für virtuelle Festplatten zur Verfügung stellt. Es handelt sich um einen VM-zentrierten Ansatz, bei dem alle Speicheraktionen wie das Erstellen von Snapshots, das Klonen oder Replizieren auf VM-Level erfolgen. In der Praxis bedeutet das, dass Sie beispielsweise die wichtigsten VMs für die Replikation vorsehen können.

Die Zero-Copy-Snapshots stellen Rollback-Punkte für das Wiederherstellen von Daten oder das Rückgängigmachen von Aktionen zur Verfügung. Sie können auch für das Klonen von temporären oder Testumgebungen verwendet werden. Zudem lassen sie sich quasi beliebig lang speichern und belegen laut Angaben der Entwickler minimalen Speicherplatz. Um eine effektive Verwendung des verfügbaren Speichers zu erzielen, belegt Open vStorage auf den angeschlossenen Speichermedien immer nur so viel Speicher, wie auch tatsächlich genutzt wird.

Meiden Sie ISO-Dateien

Beachten Sie, dass Sie in der aktuellen Open vStorage-Version keine ISO-Dateien im virtuellen Datenpool speichern sollten. Dies kann zu erheblichen Performance-Einbrüchen beim Speichern von großen Dateien führen.

Vorbereitungen für den Einsatz

Sie können Open vStorage als einzelnen Knoten oder aber in einer Drei- und mehr Knotenvariante einrichten. Die Entwickler raten von einer Zwei-Knoten-Lösung ab. Also minimale Systemvoraussetzungen gelten eine ESXi- oder KVM-kompatible Hardware mit einer SATA-Festplatte für das Betriebssystem und einer weiteren Festplatte für den Cache mit mindestens 100 GByte Speicherkapazität. Die Verbindung zwischen den Knoten sollte über GBit-Ethernet laufen.

Die empfohlene Konfiguration liegt deutlich darüber. Danach sollten Sie mindestens zwei SATA-Festplatten für das Betriebssystem verwenden. Für das Speichern von Datenbanken und Caches sollten Sie auf SSD- oder PCI-Flash-Speicher zurückgreifen. Die Verbindung zwischen den verschiedenen Komponenten der Speicherumgebung stellen Sie mit einer 10 GBit-Ethernetverbindung her.

Open vStorage unterstützt die Hypervisoren VMware ESXi 5.1 P01 und ESXi 5.5 sowie KVM, allerdings nur als Raw Disc-Installation. Wenn Sie mit VMware ESXi arbeiten, so erzeugt die virtuelle Maschine standardmäßig eine Swap-Datei im Verzeichnis der VM. Sie optimieren die Umgebung, indem Sie die Swap-Datei in den Datenspeichern auf dem Hypervisor-Knoten platzieren. Diese Einstellung sollten Sie mit dem vSphere Client oder mit dem vSphere Web Client entsprechend ändern. Beim vSphere-Client öffnen Sie die Registerkarte "Configuration" und ändern die Settings mit einem Klick auf "Edit". Wenn Sie den vSphere Web Client einsetzen, finden Sie die entsprechenden Einstellungen auf der Registerkarte "Manage". Dort passen Sie mit "Virtual Machines / Swap File Location" den Pfad an.

Der Storage-Router wurde erfolgreich unter Ubuntu 13.10/14.04 64 Bit als Server-Plattform getestet, aber laut Angaben der Entwickler sollte sich auch jede andere Linux-Distribution eignen. Allerdings finden 32 Bit-Systeme keine Unterstützung. Vor der Inbetriebnahme sind einige RAM- und Speicherbeschränkungen zu berücksichtigen. Die RAM-Größe, die dem Storage-Router zur Verfügung steht, wird durch die Anzahl der virtuellen Laufwerke bestimmt, die der Router bedient. Damit der Router arbeitet, benötigt dieser zwischen 4 und 6 GByte. Jedes weitere zusätzliche Speichermedium beansprucht zusätzlich 100 MByte RAM. Eine Storage-Rou- ter-Installation mit 16 GByte kann also etwa 100 virtuelle Speicher verwalten.

Ist Ihr Open vStorage-System mit ausreichend Speicher ausgestattet, so unterliegt die Umgebung dennoch einer weiteren Beschränkung: Die Anzahl der Laufwerke ist auf 512 limitiert. Die Anzahl der Speichermedien ist außerdem durch die Größe des Cache-Speichers beschränkt. Das Maximum berechnet sich wie folgt: Anzahl an Speichermedien < SCOcacheNetCapacity / 80 MByte.

Dabei berechnet sich die Größe von "SCOcacheNetCapacity" folgendermaßen: (mountpoint1_kapazität - 1 GByte) + (mountpoint2_kapazität - 1 GByte) + ... und so weiter. Die Mountpoint-Kapazität für jeden virtuellen Pool finden Sie in der Konfigurationsdatei unter »/opt/ OpenvStorage/config/voldrv_vpools/Name des Rpool.json« . Hierzu ein exemplarischer Ausschnitt:

scocache": {
    "trigger_gap": "1GB",
    "scocache_mount_points": [
      {
        "path":
    "/mnt/cache/sco_vpool1",
        "size": "10895360KiB"
      }
    ],
    "backoff_gap": "2GB"
},

Vor der Installation sollten Sie abschließend darauf achten, dass alle Open vStorage-Router oder KVM-Hosts das gleiche Betriebssystem und die gleiche Zeitzone verwenden. Wenn Sie mehrere Router-Knoten einrichten wollen, müssen zur Installation eines dritten Knotens Nummer eins und zwei online sein. Sie müssen außerdem die Konfiguration der Reihe nach von Knoten zu Knoten abschließen.

Bild 2: Das Dashboard vom Open vStorage bietet Ihnen alle wichtigen Informationen auf einen Blick.
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