Basiswissen: Virtualisierung von Storage:
Fit durch iSCSI

von Jürgen Schelbert, bre

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21.02.2008

Die Kombination virtualisierter Server mit gemeinsam genutzten Speicherressourcen macht Rechenzentren flexibel. Dabei bietet iSCSI umfangreiche Storage-Management- und Datensicherungsfunktionen.

In der Theorie sind die Vorteile der Virtualisierung wie mehr Effizienz oder Flexibilität eine bessere Ausnutzung der vorhandenen Ressourcen sowie eine höhere Verfügbarkeit leicht zu ermitteln.

Im Alltag erweist sich die Verknüpfung virtualisierter Server und Storagesysteme jedoch als recht komplex und anspruchsvoll.

Das gilt speziell für Fibre-Channel-SANs, die beispielsweise bei der Rekonfiguration für den Einsatz in virtualisierten Umgebungen hohe Anforderungen stellen. Gleichzeitig jedoch müssen die Anwender Abstriche bei den verfügbaren Speichermanagement- und Datensicherungsfunktionen in Kauf nehmen.

Durch iSCSI lassen sich diese Probleme umgehen. Ausgestattet mit Standard-Ethernet-Komponenten vereinfachen iSCSI-fähige SANs das Storage-Management in virtualisierten Umgebungen. Administratoren können dann die Kooperation virtueller Maschinen (VMs) mit gemeinsam genutzten Speicherressourcen ebenso einfach steuern und überwachen wie sie es von physikalischen Geräten gewohnt sind.

Dieser Aspekt ist besonders für solche Unternehmen wichtig, die erstmals ein SAN oder eine virtualisierte IT-Infrastruktur aufbauen und eine Lösung suchen, die kostengünstig, schnell einzurichten, einfach zu verwalten und weitgehend problemlos in eine vorhandene Architektur zu integrieren ist.

Management komplexer Storage-Verbindungen

Fibre-Channel und iSCSI unterscheiden sich in virtualisierten Umgebungen darin, wie sie Verbindungen zwischen virtuellen Maschinen und den Speichersystemen organisieren. Auch wenn sich keiner der beiden Kommunikationswege strikt an die Vorgaben des OSI-Modells hält, lässt sich Fibre-Channel am ehesten auf einer der unteren OSI-Schichten (Übertragungs- beziehungsweise Sicherungsschicht) und iSCSI auf einer der höheren, logischen Schichten einordnen.

Ursache für das sehr aufwändige Management von Fibre-Channel- Storage-Systemen ist der Hypervisor, der hier die Verbindungen zwischen VMs und Speichersystemen steuert. Der Hypervisor, oft als Synonym für den Virtual-Machine-Monitor (VMM) verwendet, verteilt die Hardware-Ressourcen und »überwacht« die Virtualisierung.

Allerdings hat diese Virtualisierungsschicht in bestimmten Konstellationen auch ihre Stärken. Dies gilt beispielsweise dann, wenn eine VM lediglich über eine virtuelle Disk verfügt – ein durchaus übliches Setup für Workloads, bei denen nur geringe Datenmengen anfallen. Speziell für eine schnelle und einfache Sicherung der Daten erweisen sich in solchen Konstellationen Hypervisor-spezifische Backup-Funktionen (beispielsweise solche von Vmware-Consolidated-Backup) als recht nützlich.

In Fällen jedoch, bei denen auf VMs laufende Applikationen große Datenmengen verarbeiten, erfordert die Virtualisierungsschicht aufwändige Konfigurationen: Administratoren müssen dann zunächst die Speicherressourcen dem mit dem physikalischen Server assoziierten World-Wide-Name (WWN) zuweisen und anschließend per Virtualisierungssoftware diese Ressourcen den VMs zur Verfügung stellen.

Im Gegensatz dazu kommt die iSCSI-Initiator-Software ohne Hypervisor aus. Durch einen Hypervisor administrierter Speicher wird jedoch zum Booten von LUNs benötigt und erschließt iSCSI damit die gleichen Funktionen wie Fibre-Channel. Zudem können Administratoren mit iSCSI Direct-Attached-Storage nutzen.

Der Vorteil: Es lassen sich direkte Verbindungen zwischen den VMs und den Storage-Ressourcen herstellen, und dies ohne Hypervisor. Der an die VMs gekoppelte Speicher kann dann so administriert werden wie in nicht-virtualisierten Umgebungen. Dadurch vereinfacht sich zugleich die gesamte SAN-Konfiguration und das Management. Besonders bei Applikationen, bei denen große Datenmengen bewegt werden, zahlt sich das rasch aus.

Speichermanagement und Datensicherung

Um die Verfügbarkeit unternehmenskritischer Daten sicherzustellen, bedarf es eines umfangreichen Storage-Managements: Array-Management, Backup- und Recovery-Software sowie Snapshots. In virtualisierten Umgebungen können Administratoren jedoch derartige Tools nicht wie gewohnt einsetzen.

Selbst nach einer Neukonfiguration stehen speziell bei weit verbreiteten Applikationen wie Exchange oder SQL-Server-Array-Management die Snapshot-Integration und Multipath-Funktionen nur eingeschränkt zur Verfügung. Zudem funktionieren, wenn sie im Hypervisor laufen, Backup-Applikationen oder Skripte, die den Microsoft-Volume-Shadow-Copy-Service (VSS) nutzen, nicht, es sei denn, der Hersteller dieser Tools hat dies von vornherein so vorgesehen und unterstützt VSS im Hypervisor.

Als fehleranfällig erweist sich in einer Fibre-Channel-Konfiguration die Migration von der physikalischen zur virtuellen Infrastruktur, die Migration von der virtuellen zurück zur physikalischen Infrastruktur sowie die direkte Migration von einer physikalischen auf eine andere physikalische Plattform.

In iSCSI-Konfigurationen mit einer direkten Verbindung zu den Storage-Systemen stehen Administratoren die gewohnten Management-Tools, wie sie im Umfeld von VSS und EMC-Navisphere bekannt sind, zur Verfügung. Das gleiche gilt für Array-Management-Funktionen wie Single-Mailbox-Restores für Exchange-Server, Single-LUN Restores oder Snapshots.

Umfangreiche Multipath- und Skriptfunktionen sollten in beiden Umgebungen ebenfalls gleichartig arbeiten. Auch die Migration von Applikationen, Images und Skripten von einem physikalischen Server auf eine VM dürfte keine Probleme bereiten.


Hohe Mobilität virtueller Maschinen

Die Fähigkeit, VMs aus Gründen des Load-Balancing und Fail-Over schnell und einfach zwischen physikalischen Servern zu verschieben, zählen zu den großen Stärken der Virtualisierung – vorausgesetzt, die Infrastruktur für eine dynamische Allokation von Hardware-Ressourcen ist vorhanden.

Ebenso wie bei den Beziehungen zwischen VMs und Storage gelten für Fibre-Channel-SANs auch bei der Migration von VMs die gleichen Restriktionen: Es bedarf einer Vermittlung durch einen Hypervisor, damit VMs von unterschiedlichen physikalischen Servern aus auf Storage zugreifen können.

Darüber hinaus kann es durch Fehlkonfigurationen bei der Migration von VMs zu Problemen mit der Datenintegrität kommen: Soll jeder Server Zugriff auf alle Speicher-Ressourcen haben, muss der Administrator dafür sorgen, dass mehrere Server die gleiche LUN nutzen.

Da sowohl iSCSI-Initiator (Host) und Target (Storage) eine eindeutige Bezeichnung – in der Regel den iSCSI-Qualified-Name (IQN) – verwenden, gibt es für jede VM eine einzige direkte Verbindung zu den Speicher-Ressourcen. Sie ist klar unterschieden von den Relationen zwischen den physikalischen Servern und Storage-Systemen.

IQN ist zudem unabhängig von physikalischem Host und Hypervisor. VMs lassen sich daher problemlos zwischen Servern migrieren, und zwar ohne die speicherspezifischen Hypervisor-Konfigurationen wie sie Fibre-Channel erfordert.

Aufbau eines mehrstufigen Rechenzentrums

Unternehmen können nun die iSCSI-Funktionalität von Storage-Arrays wie einem Modell der Dell-EMC-CX3-Serie oder einem Dell-Powervault-NX1950 nutzen, um ein Rechenzentrum nach dem Komponentenprinzip aufzubauen. Das Ziel: Eine mehrstufige Speicherarchitektur, die Ressourcen abhängig von der Auslastung einzelner Server optimal steuert.

Dabei gilt es, die Stärken jeweiliger Ansätze auszunutzen. Fibre-Channel empfiehlt sich für Applikationen, die auf nicht-virtualisierten Servern einen hohen Datendurchsatz erzeugen. Dagegen zeigt iSCSI seine Stärken bei Applikationen mit unregelmäßigen I/Os, wobei die Anwendungen auf virtualisierten Servern laufen. Ein breites Einsatzspektrum erlauben Storage-Systeme, die sowohl über Fibre-Channel- als auch über iSCSI-Schnittstellen verfügen.

Auf einen Nenner gebracht bieten sich Fibre-Channel-Konfigurationen für Unternehmen an, die bereits derart ausgestattet SANs im Einsatz haben oder die hohe Leistungsanforderungen an ihre Storage-Systeme stellen. Die Kombination von Fibre-Channel und Virtualisierung führt jedoch zu einem deutlichen administrativen Mehraufwand sowie zu Einschränkungen bei einigen Storage-Management-Funktionen.

Im Vergleich dazu eignet sich iSCSI vor allem für neu einzurichtende Umgebungen. Da iSCSI Standard-Ethernet-Komponenten verwendet, sind die Investitionskosten niedriger als bei Fibre-Channel. Vor allem im Betrieb erweist sich iSCSI als einfacher zu managen als Fibre-Channel.

Entweder alleine oder in Kombination mit Fibre-Channel erhalten Unternehmen vielfältige Optionen virtualisierte Server und Storage-Systeme in einem modernen Rechenzentrum ihren jeweiligen Stärken entsprechend einzusetzen.

Jürgen Schelbert ist Produktmanager Storage bei Dell [1].

[1] http://www.dell.de