Mehr Platz auf engem Raum: VM Workloads im Storage abbilden

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09.06.2016ǀ ǀ Big Data
Speicherplatz effizient ausnutzen - Hochhäuser

Speicherplatz effizient ausnutzen

Die Schnelllebigkeit der IT macht es Unternehmen schwer, den Kauf von Hard- und Software sicher zu planen. Storage, der im vergangenen Jahr angeschafft wurde, ist zwölf Monate später schon zu klein. Weitere Speicherressourcen zu kaufen, ist aufgrund von Downtimes und zusätzlicher Wartungsfenster auch keine Lösung. Um Kosten nachhaltig zu senken, muss daher vorhandener Speicher besser ausgelastet werden.

Das lässt sich einfach umsetzen, indem dem Storage zusätzlich zur CPU mehr RAM gegeben wird, um diesen als Compute Node nutzen zu können. Durch eine solche Konvergenz der Systeme lassen sich in einem einzigen Arbeitsgang Energie- und Anschaffungskosten drastisch reduzieren. Wie das aussehen kann, schauen wir uns mit Hilfe der Projekte openATTIC (Storage), Ceph (Object Store) und OpenStack (Cloud-Framework) an.

Abb.1: Der Einfluss von Konvergenz

Abb.1: Der Einfluss von Konvergenz

Wie die Abbildung 1 zeigt, ist mit herkömmlichen Storage-Herstellern an ein modulares Setup nicht zu denken. Die in sich geschlossenen und nach außen weitgehend abgekapselten Storage-Systeme lassen keinerlei Änderung oder Erweiterung jenseits der Storage-Funktionalitäten zu. Die meisten Systeme enthalten zwar mittlerweile eine zentralisierte API und SDS (Software-Defined Storage)-Funktionalität. Damit lassen sich aber keine funktionellen Erweiterungen oder separate Software auf den Systemen ausbringen. Im Gegensatz dazu bietet das Open Source-Projekt openATTIC ein konvergentes System, das gleichzeitig als Storage und Compute Node einsetzbar ist.

openATTIC: Open Source Framework für Speichermanagement
openATTIC bietet den Storage-Funktionen von Linux-Systemen eine zentrale Verwaltungsinstanz. Dazu zählen neben den Standard-Tools wie NFS, CIFS und iSCSI auch DRBD®, FC oder Hochverfügbarkeit mit Pacemaker. Durch seine Multi Node-Fähigkeit ermöglicht openATTIC das Verwalten mehrerer tausend Storage Nodes aus einer zentralen Weboberfläche heraus. Es umfasst viele Funktionalitäten, die auch proprietäre Hersteller anbieten, u.a. Snapshots, Deduplizierung und Spiegelung oder das Klonen und Wiederherstellen von Volumes. openATTIC setzt als Erweiterung auf einem Standard Linux Derivat auf (Debian oder Ubuntu): So lässt sich das Framework auf fast jeglicher Hardware als Storage Node nutzen. In Verbindung mit dem Object Store von Ceph ermöglicht openATTIC in nur wenigen Schritten die Konfiguration eines hochverfügbaren und unbegrenzt skalierbaren Speicherplatzes auf sehr hohem Niveau.

Ceph: Open Source Object Store
Ceph ermöglicht die Erstellung eines komplett skalierbaren und hochverfügbaren Speichers über Rechnergrenzen hinaus. Fast jede Hardware kann zu einem Ceph Node umgewandelt werden, dazu ist nur die Installation des Ceph Paketes auf dem entsprechenden Server notwendig. Anschließend kann Ceph die Festplatten des Servers verwalten und exportieren. Die integrierten Systeme arbeiten zusammen in einer Art Clusterverbund, der beliebig viele Speicherknoten enthalten kann. Ceph sorgt dafür, dass die Außenwelt diesen Verbund als einen einzelnen großen Storage Node wahrnimmt. Im laufenden Betrieb lassen sich weitere Server hinzu- oder wegnehmen, je nachdem, was der Anwendungsfall gerade erfordert.

Mit Ceph muss sich der Administrator keine Gedanken mehr über die RAID-Konfiguration seiner Server machen, denn der Ausfall einzelner Server hat keinerlei Einfluss auf die Verfügbarkeit des Clusters. Ceph arbeitet mit verteilten Object Stores: kommt es zum Ausfall einer Komponente, agiert das Speichersystem selbstheilend. Dahinter steht eine intelligente Architektur, die in einem Fehlerfall selbstständig entscheiden kann, welche Maßnahmen zu ergreifen sind. Crushmaps legen die Anzahl der Replikate auf den einzelnen Storage Nodes fest: Damit lassen sich so ziemlich alle Anwendungsszenarien der realen Welt abbilden – vom mittelständischen Unternehmen mit nur wenigen Servern bis hin zum Großkonzern mit weltweit verteilten Servern.

OpenStack: Plattform für Public und Private Clouds
Die einheitliche Verwaltung immer komplexer werdender IT-Infrastrukturen ist eine Mammutaufgabe, für die es bis vor kurzem noch keine zufriedenstellende Lösung gab. Das änderte sich im Jahr 2010 mit dem Projektstart von OpenStack. Fast 17.000 Entwickler und mehr als 3.400 Unternehmen, darunter HP, IBM, RedHat, Intel und VMware, sind momentan an OpenStack beteiligt. Der Erfolg des Projekts ist wohl hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass sich viele Firmen schon lange eine offene Architektur mit anpassbarer Software für Clouds wünschen. Aktuell ist OpenStack die einzige große Plattform für Cloud Computing, die alle großen Hypervisoren (VMware, Hyper-V, KVM, XEN) unterstützt.

OpenStack kann mit gemischten Cloud-Umgebungen umgehen, was den Workload deutlich erhöht und gleichzeitig die Betriebskosten senkt. Die eingesetzten Module für Compute und Storage lassen sich unabhängig voneinander konfigurieren. Ganz gleich, wo Daten und VMs beim Erstellen abgelegt werden, bei OpenStack zählt nur, dass am Ende das gewünschte Volume oder die virtuelle Maschine zur Verfügung stehen. Dadurch kann der openATTIC Node problemlos sowohl als Datenspeicher und als Virtualisierungshost integriert werden.

Scale-Out dank Konvergenz und Ceph
Die Flexibilität dieser konvergenten Systeme wird in der erweiterten Infrastruktur sichtbar. Standardlösungen erweitern bestehende Storage-Systeme im Scale-Up-Verfahren. Dabei werden die alten Speicher durch neue und größere Einheiten ergänzt und schließlich ersetzt. Diese kostenintensive Option ist mit den konvergenten Systemen von openATTIC in Verbindung mit Ceph nicht mehr nötig. Dadurch, dass Commodity Hardware zur Installation eines weiteren Nodes genutzt werden kann, lassen sich die Investitionen auf ein Minimum reduzieren. Auch die Erweiterung des bestehenden Speicherplatzes und die Anbindung an die Virtualisierungsumgebung entfallen. Wie Abbildung 2 zeigt, lassen sich durch den modularen Aufbau der Kombination ‛openATTIC – Ceph’ konvergente Scale-Out Nodes optimal erstellen.

Scale-Up im Vergleich zu Scale-Out mit openATTIC und Ceph.

Scale-Up im Vergleich zu Scale-Out mit openATTIC und Ceph.

Ein weiterer Vorteil ist, dass mit openATTIC nicht jeder Server separat in seiner eigenen Oberfläche administriert werden muss – was bei mehreren hundert Storage Nodes sehr zeitraubend ist. Diese Aufgabe lässt sich in wenigen Konfigurationsschritten zentral aus der Weboberfläche heraus erledigen. Das Setup ist dabei sehr flexibel und kann wahlweise um eine einzelne Festplatte, mehrere Erweiterungseinheiten oder gleich eine ganze Reihe von Servern vergrößert werden.

Mehr Leistung aus vorhandenem Speicher holen
Dass sich Server konsolidieren und auf virtuellen Clustern zusammenziehen lassen, ist mittlerweile bekannt. Dass man diese jedoch gleichzeitig auf dem Storage Server abbilden kann, wissen viele Administratoren nicht. Dabei sind die aufgesetzten konvergenten openATTIC-Systeme mit wenigen Mausklicks in OpenStack integriert und können als zusätzlicher Hypervisor dienen. Mit Ceph sind Administratoren darüber hinaus nicht mehr auf aufwändige Erweiterungen der Speicherressourcen angewiesen, sondern können direkt mit der Konvergenz der bestehenden Standard-Hardware beginnen. Momentan entwickeln wir zusammen mit SUSE eine Managementoberfläche für Ceph, die auf openATTIC basiert. Dadurch wird es noch einfacher für Admins werden, die zur Verfügung stehende Performance auszunutzen, das Rechenzentrum aufzuräumen und gleichzeitig das Budget zu schonen.

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Nachtrag: Das openATTIC-Projekt ist zusammen mit dem Storage-Bereich der it-novum zum November 2016 an SUSE übergegangen. SUSE wird openATTIC zum Management-Frontend für die Verwaltung von Ceph-Clustern weiterentwickeln.

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Kai Wagner ist Team Lead Support & Presales bei it-novum. Als Urgestein im Infrastrukturbereich beschäftigt sich Kai seit Jahren mit Storage- und Virtualisierungsthemen. Im Storage-Projekt openATTIC ist er für den Aufbau des Supportangebotes und der damit einhergehenden Qualitätssicherung zuständig. Zusätzlich unterstützt er den Vertrieb bei technischen Anforderungen und Projektdefinitionen.
Webprofile von Kai: Twitter, XING, Blog

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