Virtualisierungslösungen mit VMware

VMware bietet als einer der branchenführenden Hersteller mit langjähriger Erfahrung am Markt eine umfangreiche Palette an Virtualisierungsprodukten an. Dabei setzt VMware den Fokus auf Lösungen, deren Einsatz in den unterschiedlichsten Bereichen im Wesentlichen zwei Ziele verfolgt: Das Erreichen höherer Effizienz bei gestiegener Flexibilität. Die Unabhängigkeit von der verwendeten Hardware führt zu einer höheren Flexibilität und ermöglicht einen dynamischen Betrieb der Anwendungen, wobei Leistung entsprechend dem Bedarf zur Verfügung gestellt werden kann.

Egal ob der Betrieb einer IT-Infrastruktur am eigenen Standort oder ausgelagert erfolgt, auf Grund gewachsener Strukturen findet man oftmals eine Unmenge an komplexen Insellösungen verteilt auf älterer, völlig unterschiedlicher Hardware. Mit der Virtualisierungslösung VMware vSphere lassen sich diese Systeme einfach konsolidieren, vorhandene Hardware effektiver auslasten und damit die Kosten für den Betrieb senken.

Der Vorteil der Virtualisierungsproduktpalette von VMware besteht in der guten Skalierbarkeit der einzelnen Lösungen. Dem zukünftigem Wachstum steht sowohl bei kleinster Ausbaustufe als auch bei größeren Umgebungen nichts im Wege.

VMware vSphere

VMware vShpere - vormals als VMware Infrastructure bekannt - stellt eine Kombination aus mehreren einzelnen Produkten dar, welche sämtliche Komponenten einer IT-Infrastruktur zusammenfasst und verwaltet. Die einzelnen Komponenten bestehen aus Serversystemen, Speichersystemen und der Netzwerkarchitektur. Dabei bietet VMware vShpere alle Funktionen für einen sicheren und verfügbaren Betrieb - von der Migration, über das Management bis hin zu Lösungen zur Ausfallsicherheit.

VMware vCenter Server

Der VMware vCenter Server bildet die zentrale Konfigurations- und Verwaltungsinstanz jeder VMware vSphere Infrastruktur, von welcher auch das Monitoring der einzelnen virtuellen Maschinen erfolgt. Neben manueller Konfiguration können auf Basis der Messergebnisse auch automatisch gesteuerte Aktionen durchgeführt werden. Mit Hilfe von VMware vCenter Server Heartbeat besteht eine Möglichkeit besteht, diese Instanz gegen einen eventuellen Ausfall abzusichern.

Mit Hilfe sogenannter VMware-Ressourcenpools (Bestandteil des VMware vCenter Server) lassen sich logische Pools aus CPU- und Arbeitsspeicherressourcen bilden und diese bestimmten virtualisierten Servern fest zuweisen. Damit kann ein festgelegtes Ressourcenniveau für bestimmte Anwendergruppen sichergestellt werden. Aufgrund der Tatsache, dass Ressourcenpools voneinander isoliert sind, haben Änderungen innerhalb eines Ressourcenpools keinen Einfluss auf andere, unabhängige Pools.

VMware High Availability

VMware High Availability (HA) dient zum Schutz von virtualisierten Maschinen vor Hardwareausfällen und Fehlern im Host-Betriebssystem.

 

Dazu werden Cluster gebildet, die aus mehreren ESX-Hosts bestehen und aus deren Ressourcen ein systemübergreifender Pool entsteht. Zwischen allen beteiligten Systemen werden Statusnachrichten (Heartbeats) versendet, anhand derer die ordnungsgemäße Funktion der Maschinen innerhalb eines Clusters signalisiert werden. Bei Ausfall dieser Statusnachrichten über einen definierten Zeitraum werden die auf dem betreffenden System befindlichen virtualisierten Maschinen auf den verbleibenden Hosts im Cluster neu gestartet. Die Überwachung erfolgt dabei über einen Agenten, der Bestandteil des Betriebssystems ist.

Neben der Überwachung auf Hostebene können auch die virtualisierten Maschinen oder einzelne Anwendungen über einen Heartbeat überwacht werden, der durch die Integrationsdienste (VMware Tools) realisiert wird. Kommt es zu einer Störung dieser Kommunikation, kann auf der betreffenden virtualisierten Maschine ein Reset ausgelöst werden. Neben der Statusabfrage der Integrationsdienste kann auch der I/O vom Server zu den virtuellen Laufwerken als Kriterium für die Definition des Systemstatus hinzugezogen werden.

Für den Einsatz von VMware High Availability wird die Funktion VMware Dynamic Resource Scheduling (VMware DRS) benötigt. Mit dieser können Ressourcenpools über mehrere VMware Hosts hinweg gebildet werden und werden als Dynamic Ressource Scheduling-Cluster bezeichnet.

Da es sich bei allen von VMware High Availability ausgelösten Wiederherstellungsvorgängen aus Sicht der Gastbetriebssysteme um einen Kaltstart handelt, sind aktive Speicherinhalte sowie nicht auf Festplattenlaufwerke oder andere Speichermedien zwischengespeicherte  Daten verloren.

Bei der Konfiguration eines VMware High Availability-Clusters wird definiert, ob Ressourcen für eine bestimmte Anzahl von Hostausfällen reserviert werden sollen und welche Priorität die einzelnen virtualisierten Maschinen im Fehlerfall besitzen.

VMware vMotion

Das Feature VMware vMotion dient zur unterbrechungsfreien Migration einer virtualisierten Maschine zwischen zwei Virtualisierungshosts. Während des Prozesses werden die Voraussetzungen auf beiden beteiligten Hosts überprüft und bei Erfolg benötigte Laufzeitinformationen, wie z.B. aktuelle Speicherinhalte, transferiert. Anschließend übernimmt das Zielsystem den Betrieb der virtualisierten Maschine komplett.

Dieser Vorgang erfolgt für die auf dem System laufenden Anwendungen transparent und unter Gewährleistung der Transaktionsintegrität. Die Konfiguration und der Status der zur virtualisierten Maschine gehörenden Netzwerkadapter werden ebenfalls transferiert.

Für den Abgleichvorgang während einer Migration werden Systemressourcen des Host Systems benötigt. Eine Kommunikation zwischen den Integrationsdiensten und den installierten Anwendungen findet während der Migration nicht statt. Wenn das Gastsystem einer virtualisierten Maschine über einen längeren Zeitraum mit vielen I/O-Vorgängen im lokalen RAM oder den virtuellen Festplatten ausgelastet ist, kann ein vMotion-Vorgang verzögert werden oder wird nicht ausgeführt. Das dafür zur Verfügung stehende Zeitlimit ist konfigurierbar.

Mehrere gleichzeitige VMware vMotion Prozesse sind nur dann möglich, wenn sich Quell- und Zielhost innerhalb eines Ressourcenpools befinden.

VMware Storage vMotion

VMware Storage vMotion dient zur unterbrechungsfreien Migration während der Laufzeit von virtualisierten Maschinen zwischen mehreren Datastores. Das beinhaltet sämtliche zugehörigen Datenspeicher, wie z.B. virtuelle Disks oder Konfigurationsdateien. Bei einer Migration mit Storage vMotion verbleibt die virtuelle Maschine auf einem definierten Host, d.h. es handelt sich um einen von VMware vMotion getrennt zu betrachtenden Prozess.

Es ist möglich, im Rahmen eines Storage vMotion Prozesses die Datenlaufwerke von den  Konfigurationsdateien zu trennen und diese auf unterschiedlichen DataStores zu verteilen, sowie die Art der virtuellen Disks auf Thin- oder Thick-Provisioned zu verändern.

Während eines Storage vMotion Prozesses kommt es zu einer Mehrbelastung durch Disk I/O im Speicherbackend und somit zu einer verlängerten Antwortzeit für Disk I/O Vorgänge im Gastbetriebssystem. Es ist nicht möglich, Bandbreiten- oder Leistungsbeschränkungen für Storage vMotion Prozesse zu definieren.

VMware Fault Tolerance

VMware Fault Tolerance (FT) dient zur Erhöhung der Verfügbarkeit durch Minimierung der Auswirkungen im Fehlerfall. Das entscheidende Merkmal dieser Technologie ist, dass Umschaltvorgänge im Fehlerfall unterbrechungsfrei und ohne Auswirkungen für die auf dem System laufenden Anwendungen geschehen können.

Für die Realisierung kommt die VMware vLockstep Technik zum Einsatz, die sämtliche Eingaben und Aufrufe innerhalb einer virtualisierten Maschine auf einem zweiten, virtualisierten System nachführt. Diese Einheit wird auch als Fault Tolerance-Cluster bezeichnet. Dieses zweite System fungiert dabei wie ein Clone und wird automatisch erstellt und verwaltet. Dieser Clone kann zu jedem Zeitpunkt die Aufgaben des Primärsystems übernehmen.

Nach Aktivierung des Clone-Systems übernimmt dieses sofort die Rolle des Primärsystems und innerhalb einer kurzen Zeitspanne wird automatisch ein neues Clone-System bereitgestellt. Da sich die Clone-Systeme immer auf einem anderen Host befinden, ist auch der Komplettausfall eines VMware-Hosts abgesichert.
 
Sofern die Voraussetzungen für die Verwendung von VMware Fault Tolerance erfüllt sind, lässt sich dieses Feature im laufenden Betrieb zu- und abschalten, etwa um virtuelle Maschinen und die darauf laufenden Applikationen während kritischer Operationsphasen abzusichern. Wie auch bei VMware High Availability kommen Heartbeats für den Austausch von Statusnachrichten und zur Verifikation der Betriebsbereitschaft des Clusterpartners zum Einsatz, allerdings werden diese im Millisekunden-Bereich zwischen den virtualisierten Maschinen ausgetauscht.

VMware Fault Tolerance kann in Kombination mit VMware High Availability und Dynamic Resource Scheduling eingesetzt werden. Für den Einsatz von VMware Fault Tolerance muss ebenfalls berücksichtigt werden, dass die betreffenden VMs die entsprechenden Ressourcen belegen, obwohl stets nur eine Instanz aktiv genutzt werden kann. Bedingt durch die vLockstep Technologie verlängern sich die Antwortzeiten der Gastbetriebssysteme, was sich negativ auf die darauf laufenden Anwendungen auswirken kann.

Generell eignet sich VMware FT nur für Anwendungen mit geringen bis mittleren Ansprüchen an Leistung und Speicherbandbreite. Bei dieser Lösung besteht zudem kein Schutz vor Betriebssystem- oder Programmfehlern, da keine Anwendungsüberwachung stattfindet und auch Veränderungen am Betriebssystem selbst (wie z.B. Updates), die eine Betriebsunterbrechung voraussetzen, nicht ohne Ausfallzeit realisiert werden können.

VMware Site Recovery Manager

Bei dem VMware Site Recovery Manager (SRM) handelt es sich um ein Failover-Management für die Automatisierung von Disaster Recovery (DR) Vorgängen. Das Ziel besteht darin, im Fehlerfall den Betrieb eines kompletten Rechenzentrums innerhalb eines zeitlich begrenzten Zeitraumes auf einen alternativen Standort zu verlagern. Für die Realisierung wird dabei auf verschiedene VMware- und Storage-Features zurückgegriffen und deren Steuerung anhand eines vorher definierten Regelwerkes abgearbeitet. Aufgrund der Komplexität vieler Virtualisierungs-Landschaften bestehen diese Regelwerke aus einer Vielzahl voneinander abhängiger Einzelschritte.

Für die Zuweisung von Ressourcen zwischen Primär- und Desaster- Rechenzentrum werden bei der Einrichtung von VMware Site Recovery Manager sogenannte Mappings definiert, welche Netzwerk- Ressourcen-, Storage- und auch Konfigurationseinstellungen der virtualisierten Maschinen beinhalten. Dabei können Ressourcen zur Vereinfachung der Administration gruppiert werden und für eine oder mehrerer dieser Gruppen einzelne Regelwerke definiert werden. Somit ist es möglich, z.B. auch Teilumschaltungen zu realisieren.

Sämtliche im VMware Site Recovery Manager abgebildeten Vorgänge müssen manuell geplant und definiert werden, was sehr genaue Kenntnisse über die entsprechende Systemumgebung voraussetzt. Es finden weder bei der Planung, noch bei der Ausführung der Regelwerke Kontrollen auf Applikationsebene statt. Diese müssen zusätzlich und unabhängig betrachtet werden.

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