Software-Defined Shared Storage mit VMware Virtual SAN

Unternehmen, die auf VMware vSphere setzen, können die physischen Datenspeicher der einzelnen Virtualisierungs-Hosts im Cluster zu einem gemeinsamen virtuellen Datenspeicher zusammenfassen. Dazu wird vSAN genutzt. VMware stellt diese Technik für Netzwerke mit VMware vSphere 6 zur Verfügung, um die Verwendung des Speichers für VMs im Netzwerk zu verbessern. Durch die Integration von vSAN stellen die Knoten im Cluster also die VMs bereit und gleichzeitig den angebundenen Datenspeicher.

VMware bezeichnet vSAN auch als Bestandteil der hyper-converged Software (VMware HCS). Durch die direkte Integration in den Hypervisor bietet vSAN einen effizienten Datenspeicher, der Flashspeicher gemeinsam mit herkömmlichen Datenspeicher verbinden und gemeinsam verwalten kann. VMware positioniert vSAN aber nicht nur für große Unternehmen oder Rechenzentren, sondern auch für Niederlassungen oder kleinere Netzwerke. Denn vSAN bietet auch die Unterstützung von zwei Knoten. Durch die einfache Einrichtung profitieren dann auch diese Netzwerke von den Vorteilen der Speicher-Virtualisierung.

Darum ist der Einsatz von vSAN sinnvoll

Durch die Zusammenlegung der physischen Datenträger der Hosts zu einem vSAN erreichen Unternehmen eine Hochverfügbarkeit der gespeicherten Daten für ihre Infrastruktur, da vSAN auch ein integriertes und verteiltes RAID bietet. Dazu unterstützt vSAN ab Version 6.2 einen einfachen oder doppelten Paritätsschutz, der den Ausfall eines oder mehrerer Hosts verkraften kann. Die Absicherung entspricht also dem Einsatz eines RAID 5 oder RAID 6. Vorherige Versionen bis vSAN 6.1 konnten virtuelle Maschinen nur spiegeln (RAID 1). Eine Spiegelung der Daten ist auch in der neuen Version problemlos möglich, allerdings bevorzugen vor allem größere Unternehmen eher den Schutz über RAID 5 oder RAID 6. Dafür müssen aber mehr Hosts zum Einsatz kommen als bei einer herkömmlichen Spiegelung.

Für den Betrieb einer RAID-6-Konfiguration sind mindestens sechs Knoten im Cluster notwendig. In diesem Fall kann das vSAN aber problemlos den Ausfall von zwei Knoten verkraften. Natürlich kann auch weiterhin auf RAID 1 gesetzt werden. Das hat den Vorteil, dass mehr Knoten ausfallen können, ohne die VMs und den virtuellen Speicher zu gefährden. Allerdings benötigt die Absicherung in diesem Fall deutlich mehr Speicherplatz, da keine Paritätsinformationen genutzt werden, sondern Kopien der VMs.

Auch Storage Quality of Service (QoS) und die Deduplizierung von Daten sind möglich (ab vSAN 6.2). Durch QoS lässt sich zuverlässig verhindern, dass eine VM durch zu viele Schreiboperationen die Leistung anderer VMs beeinträchtigt. Eine Komprimierung der Daten lässt sich ebenfalls nutzen, um Speicherplatz zu sparen und die Datenübertragung zu beschleunigen. VMware sieht die Nutzung der Deduplizierung gemeinsam mit der Komprimierung vor. Gerade durch diese Neuerungen in vSAN 6.2 bezeichnen viele Experten vSAN auch als Enterprise-tauglich.

Verteilen und verwalten lässt sich der Speicher automatisiert über Richtlinien. Das erhöht die Verfügbarkeit und erleichtert gleichzeitig die Verwaltung. Komprimierung und Deduplizierung arbeiten eng zusammen. Um die Funktion nutzen zu können, ist ein All-Flash-Speicher im vSAN-Cluster notwendig. Dieser lässt sich mit SSD/HDD kombinieren. Ohne einen Flash-Speicher macht der Einsatz der Deduplizierung und Komprimierung keinen Sinn. VMware begründet das durch erhöhte Schreibvorgänge bei Wiederherstellungen. Damit kommt ein Flashspeicher besser zurecht als herkömmliche Datenträger.

Das sind die Möglichkeiten von vSAN

vSAN gab es bereits mit vSphere 5.5. Die Funktion wurde in vSphere 6 aber überarbeitet und deutlich verbessert. Mit vSphere 5.5 mussten Unternehmen noch eine virtuelle Appliance implementieren, mit der die Verwaltung von vSAN durchgeführt wurde. Das ist mit vSphere 6 nicht mehr notwendig. Weiterhin notwendig ist jedoch vCenter, denn hierüber wird vSAN verwaltet. vSAN arbeitet mit allen Funktionen in vSphere zusammen, sodass Unternehmen keine Einschränkungen befürchten müssen, wenn sie den Datenspeicher für die VMs über eine Virtualisierung des lokalen Speichers zur Verfügung stellen. Auch die Hochverfügbarkeit (DA) sowie DRS und Storage DRS lassen sich gemeinsam mit vSAN einsetzen.

vSAN erlaubt die Anbindung von drei bis zu 64 Hosts zu einem gemeinsamen virtuellen Speicher. Ab Version 6.2 besteht auch die Möglichkeit nur zwei Knoten anzubinden. Das ist allerdings nur für sehr kleine Netzwerke sinnvoll. Der virtuelle Speicher steht nach der Erstellung des vSAN in seiner Gesamtheit als Shared Storage auf allen Virtualisierungs-Hosts zur Verfügung. vSAN kann in diesem Bereich auch für eine Hochverfügbarkeit und eine Steigerung der Geschwindigkeit sorgen. Je mehr Clusterknoten Teil des vSAN sind, umso besser lassen sich die Daten verteilen, was die Hochverfügbarkeit und Leistung steigert. Wichtig ist natürlich, dass die vSphere-Hosts, deren Datenspeicher eingebunden werden sollen, über eine schnelle Netzwerkleitung verbunden sind.

Um vSAN sinnvoll einzusetzen, sollten in den Servern SSDs verbaut sein, zusätzlich zu herkömmlichen Festplatten. Die SSDs werden als schneller Zusatzspeicher verwendet, um häufig verwendete Daten immer schnell zugriffbereit zu haben. Besonders sinnvoll ist der zusätzliche Einsatz von All-Flash-Speicher, gemeinsam mit SSDs. All-Flash-Speicher, SSD und HDD werden innerhalb eines vSAN zusammengefasst. Wie die Daten gespeichert werden, legt das vSAN selbst fest. Auf hochperformanten Systemen kann es Sinn machen, komplett auf HDDs zu verzichten und alle Daten auf All-Flash und SSDs zu speichern. In jedem Fall muss jeder Host über mindestens eine SSD verfügen, damit der Einsatz von vSAN Sinn macht. Ohne das Zwischenspeichern von Daten auf einer SSD wäre die Leistung zu schlecht.

Daten, die ständig in Benutzung sind, bleiben also immer im Cache, was den schnellen Zugriff gewährleistet. Erst wenn die Daten nicht mehr so häufig genutzt werden, speichert vSAN diese auf die Datenträger mit geringerer Geschwindigkeit, also zum Beispiel HDD, oder beim Einsatz von All-Flash-Speicher, auf SSD.

Einschränkungen von vSAN – Atlantis USX und Co. sind überlegen

Auch wenn vSAN für viele Netzwerke ein interessanter Ansatz für Software Definied Shared Storage ist, vor allem wenn es um den Datenspeicher von VMs geht, ist die Lösung nicht perfekt. Denn im Gegensatz zu Softwarelösungen wie Atlantis USX kann vSAN nicht den Arbeitsspeicher der Hosts anbinden. Lösungen wie Atlantis USX beschleunigen den Zugriff auf Datenspeicher, indem sie freien Arbeitsspeicher der angebundenen Hosts als Zwischenspeicherplatz für Daten nutzen, die anschließend auf die Festplatten geschrieben werden.

Atlantis USX fasst dazu die lokalen Festplatten der angebundenen Server zusammen und trennt diese auch nach Storage-Tiers auf, zum Beispiel SSD, HDD, NVMe oder iSCSI. Durch die zusätzliche Anbindung von Arbeitsspeicher kann USX die Leistung der Umgebung deutlich beschleunigen, da häufig verwendete Daten im Arbeitsspeicher zwischengespeichert werden, und danach der Zugriff über die langsameren Speicher erfolgt. Durch den Einsatz von USX lässt sich also bestehende Speicherhardware deutlich beschleunigen.

Dazu ist vSAN nicht immer in der Lage, zumindest nicht uneingeschränkt. Zwar kann auch vSAN als All-Flash-Architektur genutzt werden, um zum Beispiel Daten zwischen zu speichern, allerdings ist hier Atlantis USX wesentlich flexibler, vor allem durch die mögliche Einbindung des Arbeitsspeichers der angebundenen Hosts. vSAN unterstützt dagegen problemlos die Datenspeicherung auf PCIe- oder ULLtraDIMM-Flash. Dieser Speicher dient zum Abarbeiten der direkten Schreib-Prozesse. Die Datenspeicherung erfolgt anschließend auf SSDs. Atlantis USX kann daher durchaus als potenter Ersatz für vSAN gesehen werden.

Mit Atlantis USX kann der lokale Speicherplatz aller angebundenen vSphere-Hosts zu einem virtuellen Speicher zusammengefasst werden, inklusive des Arbeitsspeichers (Screenshot: Thomas Joos).

VMware Storage DRS und vSAN

In VMware 6 besteht nicht nur die Möglichkeit lokalen Datenspeicher mit vSAN zu virtualisieren, sondern seit vSphere 5 besteht auch die Möglichkeit generell Datenspeicher zu einem Storage-Cluster zusammenzufassen. Genauso wie bei DRS für VMs und Hosts, können Administratoren auch für Datenspeicher einen DRS-Cluster aktivieren. Damit Storage DRS einsetzbar ist, benötigen Unternehmen eine Enterprise-Plus Lizenz. Grundsätzlich ist die Technik auch mit vSphere 5 kompatibel. Für einen leistungsstarken Einsatz macht es aber Sinn alle Hosts auf vSphere 6 zu aktualisieren.

Die generelle Funktion von Storage DRS entspricht der DRS-Funktionalität für Hosts. Wenn die Leistung eines Datenspeichers zu stark beansprucht wird, kann vSphere einzelne VMs in einen anderen Datenspeicher verschieben. Dadurch werden stark verwendete Datenspeicher entlastet, während nicht so stark ausgelastete in das System besser eingebunden werden. Storage DRS kann also in Umgebungen mit schnellem Datenspeicher auch durchaus als Ersatz zu vSAN gesehen werden. In einem solchen Beispiel dient Storage DRS zur Anbindung verschiedener Datenspeicher. Zusammen mit vSAN macht Storage DRS keinen Sinn, da hier der Speicher nicht virtualisiert und zusammengefasst wird. Storage DRS ist allerdings eine hervorragende Technologie, wenn mehrere verschiedene Datenspeicher zum Einsatz kommen sollen.