29.09.2011 (rhh) Drucken
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Besser speichern mit »vSphere 5«

  • Besser speichern mit »vSphere 5«
  • Neue Version des Dateisystems: Änderungen im Detail
  • Der bewegte Speicher: Verbesserungen beim Verschieben
  • Dynamische Lastverteilung auch auf den Speichersystemen

Wer über die beiden Schlagwörter Virtualisierung und Cloud-Computing ernsthaft redet oder gar seine IT um diese Techniken erweitern möchte, wird dabei immer auf ein zentrales Themengebiet stoßen, dass so alt ist wie die IT an sich: die Speichersysteme. Vsphere 5 bietet hier einige Neuerungen und Veränderungen. Sind die Modifikationen verstanden, kann der Administrator auch seine Backup-Strategie anpassen.

Von Frank-Michael Schlede


Mit der Version »vSphere 5« hat VMware die Basis der eigenen Lösungspalette weitgehend erneuert und um eine Reihe von Features erweitert. Glaubt man den Aussagen, die von den Vmware-Mitarbeitern im Vmware Vsphere Blog veröffentlich wurden, bestand die Absicht der Entwickler bei allen Erweiterung der Storage-Fähigkeiten vor allen Dingen darin, die Verwaltung der Speichersysteme deutlich zu vereinfachen. Deshalb hat der Hersteller sich dazu entschlossen, den Anwendern verschiedene Möglichkeiten anzubieten, damit sie bei Speicheroperationen grundsätzlich mit weniger und weitaus größeren Speicherobjekten arbeiten können.

Neue Version des Dateisystems: Änderungen im Detail

Bild 1. VMware bezeichnet die neuen Speicherfähigkeiten von Vsphere 5 mit dem Begriff »Set and Forget«: So soll es auch durch den Einsatz von Storage DRS und Profile-Driven Storage möglich sein, die Verwaltung der Speichersysteme weit gehend zu automatisieren (Quelle: Vmware).
Bild 1. VMware bezeichnet die neuen Speicherfähigkeiten von Vsphere 5 mit dem Begriff »Set and Forget« (Quelle: Vmware).
Eine diese Möglichkeiten bezieht sich auf das eigene Dateisystem der Vmware-Lösung, dass die Bezeichnung VMFS trägt. Dieses Dateisystem wird den Gastsystemen durch die Virtualisierungssoftware mittels entsprechender Container-Dateien (VDMK-Dateien) zur Verfügung gestellt. Das Dateisystem arbeitet grundsätzlich blockorientiert, erlaubt den gleichzeitigen lesenden und schreibenden Zugriff mehrerer virtuellen Maschinen auf ein Dateisystem, wobei die jeweils für eine Maschine spezifischen Dateien dabei automatisch gesperrt werden. Die Dateisysteme können zudem auch dadurch vergrößert werden, dass mehrere VMFS-Volumes zusammengefasst werden. Mit dem Erscheinen von Vsphere 5 hat der Anbieter nun auch eine neue Version des Dateisystems unter der Bezeichnung VMFS-5 auf den Markt gebracht. Dieses hat einige neue und verbesserte Features zu bieten:

  • Die Größe der Dateiblöcke wurde auf 1 MByte vereinheitlich. Während die bisherigen Versionen des Dateisystems sowohl 1, 2, 4 oder 8 MByte große Dateiblöcke verwenden konnten, ist dies laut Aussagen der Vmware-Entwickler nun nicht mehr notwendig. Diese unterschiedlichen Blockgrößen existierten nämlich nur deshalb, damit die Anwender Dateien anlegen konnten, die größer als 256 GByte waren. Laut diesen Angaben können mit Hilfe der 1 MByte großen Dateiblöcke nun »sehr große« Dateien angelegt werden, ohne dass dazu wie bisher größere Blöcke nötig sind. Wird allerdings ein Update von VMFS-3 auf VMFS-5 durchgeführt, so bleibt die ursprüngliche Blockgröße erhalten.
  • In bisherigen Version konnte das größte »Large Single Extent Volume« höchstens einen Umfang von 2 TByte besitzen: Diese Grenze wurde auf 64 TByte hochgesetzt.
  • Auch die Größe der »Sub-Blocks« wurde verändert. Hier sind nun kleinere Blöcke möglich: Verwendete die Lösung bisher nur Blöcke, die mindestens eine Größe von 64 KByte besaßen, kommen hier jetzt 8 KByte kleine Unterblöcke zum Einsatz. Das bedeutet, dass sehr kleine Dateien, die größer 1 KByte aber kleiner 8 KByte sind, nun nur noch 8 KByte und nicht mehr mindestens 64 KByte an Platz verwenden. So kann ein gewisses Maß an Plattenplatz gespart werden, wenn hauptsächlich sehr kleine Dateien abgespeichert werden.
  • Ein weitere Verbesserung zielt ebenfalls auf sehr kleine Dateien: Mit VMFS-5 wird eine spezielle Unterstützung für diese Daten eingeführt. Alle Dateien, die nicht größer als 1 KByte sind, speichert das Dateisystem in den Metadaten für die Speicherung an der gleichen Stelle wie die Dateibeschreibungen (»File Descriptor Location«) ab und nicht in den Dateiblöcken, in denen die Daten üblicherweise gelagert werden. Werden solche kleinen Dateien größer und überschreiten dabei die 1-KByte-Grenze, so kommen für sie automatisch die zuvor geschilderten 8-KByte-Sub-Blocks zum Einsatz. Auch diese Maßnahmen soll entscheidend dazu beitragen können, dass der Plattenplatz gerade beim Vorhandensein von vielen sehr kleinen Dateien effizienter genutzt werden kann.
  • Anzahl der Dateien: Mit VMFS wurde die maximale Anzahl der Dateien, die von dem Dateisystem aufgenommen werden können, um das Dreifache erhöht: Waren es bisher circa 30.000 Dateien, so soll diese Zahl jetzt auf über 100.000 Dateien angehoben sein.
  • Die Geschwindigkeit beim Sperren der Dateien (File Locking) soll ebenfalls deutlich gesteigert worden sein. Dies gelang durch Verbesserungen beim sogenannten ATS (Atomic Test & Set), eine Einrichtung zur Hardware-Beschleunigung, die ein Teil der VAAI (»vSphere Storage API for Array Integration«) ist.

Ein Upgrade von VMFS-3 auf die neue Version VMFS-5 sollen Administratoren direkt online vornehmen können: Die virtuellen Maschinen sollen dabei auf dem Datenspeicher ohne Unterbrechung weiterlaufen. Alle auf VMFS-5 hochgestuften Dateisysteme können sowohl die Features für die sehr kleinen 1 KByte-Dateien als auch die »Large Extent Volumes« mit 64 GByte und die Verbesserungen bei File-Locking via ATS voll nutzen.

Der bewegte Speicher: Verbesserungen beim Verschieben

Bild 2. Ein Blick auf einen Datastore Cluster, wie Vmware ihn beim Einsatz von Storage DRS definiert: Diese Ansicht zeigt drei NFS-Speicher, die zu einem Datastore Cluster zusammengefasst wurde, so dass auf ihnen die entsprechenden Load-Balancing-Optionen eingesetzt werden können (Quelle: Vmware).
Bild 2. Ein Blick auf einen Datastore Cluster, wie Vmware ihn beim Einsatz von Storage DRS definiert (Quelle: Vmware).
Mit Hilfe der Storage »vMotion«-Technik können die Systembetreuer unter Vsphere aktive, laufende virtuelle Maschinen von einem Datenspeicher auf einen anderen verschieben. Eine Fähigkeit, die von den Virtualisierungs-Spezialisten zum ersten Mal beim Wechsel von der Version ESX 2.x auf die Version ESX 3.0.1, die auch den Wechsel des Dateisystems von VMFS-2 auf VMFS-3 brachte, zur Verfügung gestellt wurde. So konnten die Administratoren ihre VMs ohne Downtime verschieben. Damals wurde diese Fähigkeit der Software aber noch nicht als »Storage vMotion« bezeichnet.

Diese Technik wurde in den verschiedenen Versionen von Vmware immer wieder verändert und verbessert. So stehen nun auch in der aktuellen Version 5 Neuerungen zur Verfügung: Laut Aussagen der Techniker im Vmware-Blog besteht eine entscheidende Änderung darin, dass eine Vmotion-Operation, die bisher in mehreren iterativen Kopieraktionen abgearbeitet wurde, nun in einer einzigen Operation abläuft. Dazu kommt ein neue Spiegel-Treiber-Mechanismus (»Mirror Driver«) zum Einsatz. Dessen Hauptaufgabe besteht darin, die Blöcke auf dem Zielsystem mit allen Änderungen zu synchronisieren, die beim Quellsystem nach dem ersten Anstoßen des Kopiervorgangs noch auftreten:

  • Der Migrationsprozess führt zunächst einen einfachen Durchlauf auf dem Quellsystem aus und kopiert dabei alle Blöcke auf das Zielsystem.
  • Gibt es Veränderungen an einzelnen Blöcken, nachdem sie kopiert wurden, so wird eine Synchronisation von der Quelle auf das Ziel mittels des Spiegel-Treibers durchgeführt.
  • Auf diese Weise entfällt die Notwendig zusätzlicher rekursiver Durchgänge bei der Kopie.

Durch diese Vorgehensweise sollen alle Vmotion-Operationen unter Vsphere 5 weitaus schneller ablaufen, da sie grundsätzlich nur in einem einzelnen Durchlauf abgearbeitet werden. Aber Storage Vmotion hat noch weitere neue Features zu bieten: So kann diese Technik nun auch mit virtuellen Maschinen zusammenarbeiten, die Schnappschuss- oder verlinkte Clones besitzen. Weiterhin erlaubt es die Storage Vmotion-Technik der Software jetzt, eine neue Technik zur Ausbalancierung der VMs zu verwenden, die auf der Auslastung und Nutzung der Speicher beruht. Diese Technik wird von Vmware als Storage DRS (SDRS – Storage Distributed Resource Dealer) bezeichnet.

Dynamische Lastverteilung auch auf den Speichersystemen

Aber auch das »Storage DS« gehört mit zu den wichtigen Neuerungen, die Vsphere 5 zu bieten hat. Mit Hilfe dieser Technik wird es möglich, dass virtuelle Maschinen im laufenden Betrieb zwischen Speichersystemen verschoben werden. Schon in den vorherigen Versionen von Vsphere stand das »Distributed Resource Scheduling« (DRS) zur Verfügung, durch dessen Einsatz VMs in direkter Abhängigkeit von der jeweiligen Auslastung automatisch zwischen den verschiedenen Host-Systeme verschoben wurde.

Mit Storage DRS wird es nun möglich, dass die Images der virtuellen Maschinen automatisch auf einem anderen Speicher verschoben werden, wenn beispielsweise die Latenz einen zuvor festgelegten Schwellwert erreicht oder aber auch bestimmte Kapazitätsgrenzen erreicht werden. Diese Technik arbeitet auf einem sogenannten »Datastore Cluster«, wobei Vmware diesen »Cluster« einfach als einen Ordner beschreibt, der dann die entsprechenden Speichersysteme beinhaltet. Ein Administrator kann dabei VMFS-3- und VMFS-5-Speichersysteme zusammen in einem dieser Cluster einsetzen. Der gemeinsame Einsatz von NFS- und VMFS-Speichersystemen innerhalb eines solchen »Datastore Clusters« ist hingegen nicht möglich.

In den gleichen Bereich gehört auch ein weiteres neues Feature, das als »Profile Driven Storage« bezeichnet wird: Mit seiner Hilfe soll es für die Systembetreuer schneller und einfacher möglich sein, das korrekte und am besten passende Speichersystem zu finden, auf das sie eine virtuelle Maschine ausrollen. Die Auswahl des entsprechenden Speichersystems erfolgt dabei in Abhängigkeit von den Fähigkeiten des jeweiligen Speichers. Zudem kann der Administrator mittels dieser Technik während der gesamten Lebenszeit einer VM immer aktuell feststellen, ob das Speichersystem auf dem diese virtuelle Maschine aktiv ist, immer noch genau den Vorgaben und Bedürfnissen entspricht. Diese Technik ist zu Storage DRS kompatibel: Ein Systemverwalter wird dann so auch leichter sicherstellen können, dass alle Speichersysteme, die sich in einem »Datastore Cluster« befinden, die gleichen Eigenschaften besitzen.