HA-Clustering von virtuellen Maschinen Möglichkeiten und Gefahren

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1 HA-Clustering von virtuellen Maschinen Möglichkeiten und Gefahren Werner Fischer, Thomas-Krenn.AG Security Forum 2007 Hagenberg, 25. April 2007 Folie 1/32

2 Kurzvorstellung DI (FH) Werner Fischer Absolvent Computer- und Mediensicherheit : IBM Mainz, Linz, San Jose, Raleigh Redbooks zum Thema HA Clustering und Storage seit 9/2005: Thomas-Krenn.AG, Cluster Entwicklung Thomas-Krenn.AG einer der europaweit führenden Online-Shops für 19 Zoll-Server in Größenordnungen von 1 bis 5 HE und Enterprise Blade-Server- Systemen sowie Hochverfügbarkeits-Clusterlösungen 2006: Kunden, 50 Mitarbeiter, 14 Mio Euro Jahresumsatz Folie 2/32

3 Agenda 1. Überblick Virtualisierungs-Technologien Vorteile von Virtualisierung Arten der Virtualisierung Gefahren bei Virtualisierung 2. Mögliche Cluster-Konfigurationen Fünf mögliche Konfigurationen (a - e) 3. Cluster Lösungen Hardware-Virtualisierung: Beispiel VMware Para-Virtualisierung: Beispiel Xen Betriebssystem-Virtualisierung: Beispiel Virtuozzo 4. Fazit Folie 3/32

4 Agenda 1. Überblick Virtualisierungs-Technologien Vorteile von Virtualisierung Arten der Virtualisierung Gefahren bei Virtualisierung 2. Mögliche Cluster-Konfigurationen Fünf mögliche Konfigurationen (a - e) 3. Cluster Lösungen Hardware-Virtualisierung: Beispiel VMware Para-Virtualisierung: Beispiel Xen Betriebssystem-Virtualisierung: Beispiel Virtuozzo 4. Fazit Folie 4/32

5 1) Überblick Virtualisierungs-Technologien Vorteile von Virtualisierung vor der Virtualisierung nach der Virtualisierung viele Server weniger Server niedrige Auslastung höhere Auslastung Folie 5/32

6 1) Überblick Virtualisierungs-Technologien Arten der Virtualisierung: Hardware-Emulation Hardware-Virtualisierung Para-Virtualisierung Betriebssystem-Virtualisierung Folie 6/32

7 1) Überblick Virtualisierungs-Technologien Arten der Virtualisierung: Hardware-Emulation CPU sowie weitere Komponenten wie Chipsatz, I/O-Karten,... werden emuliert Beispiele: QEMU, Hercules, MS Virtual PC for Mac (PPC) Anwendungen Anwendungen Anwendungen Gast OS Gast OS Gast OS... HW VM A HW VM B Hardware HW VM C Folie 7/32

8 1) Überblick Virtualisierungs-Technologien Arten der Virtualisierung: Hardware-Virtualisierung CPU wird direkt durchgereicht, andere Komponenten wie Chipsatz, I/O-Karten,... werden emuliert Beispiele: VMware Workstation/Server, MS Virtual PC/Server, VirtualBox Anwendungen Anwendungen Gast OS Gast OS... Mgmt Virtual Machine Monitor (VMM) Hardware Folie 8/32

9 1) Überblick Virtualisierungs-Technologien Arten der Virtualisierung: Para-Virtualisierung Keine Emulation, Host bietet spezielles API für den Hardware-Zugriff Beispiele: Xen, User Mode Linux Anwendungen angepasstes Gast OS Anwendungen angepasstes Gast OS... Mgmt Virtual Machine Monitor (VMM), hier auch oft Hypervisor genannt Hardware Folie 9/32

10 1) Überblick Virtualisierungs-Technologien Arten der Virtualisierung: Betriebssystem- Virtualisierung Keine Emulation, ein einziger Kernel für Host und Gäste Beispiele: Linux-VServer, OpenVZ/Virtuozzo, Sun Solaris Container Private Server Private Server... Private Server OS Hardware Folie 10/32

11 1) Überblick Virtualisierungs-Technologien Arten der Virtualisierung: Zusammenfassung Hardware Emulation Hardware Virtualisierung Paravirtualisierung Betriebssystemvirtualisierung Funktionsweise CPU + Chipsatz, I/O,... emuliert CPU direkt, I/O,... emuliert keine Emulation, spezielles API für HW-Zugriff keine Emulation, 1 Kernel für Host und Gäste Einsatzgebiet Development, Spiele (C64,...) Server, Desktop Server, Desktop Server Beispiele Bochs, QEMU, PearPC, Hercules, Virt. PC für Mac VMware Server, Parallels Deskt., Virt. PC/Server, VirtualBox, Xen 3 mit VT/V Xen, User Mode Linux Linux Vserver, OpenVZ/ Virtuozzo, Solaris Container, FreeBSD Jails Folie 11/32

12 1) Überblick Virtualisierungs-Technologien Gefahren bei Virtualisierung Konfiguration A: traditionelles Setup web-server db-server mail-server file-server Konfiguration B: virtualisiertes Setup web-server db-server mail-server file-server Was passiert bei einem Ausfall eines physischen Servers? -> in Konfiguration A: 1 Server down -> in Konfiguration B: 4 Server down Folie 12/32

13 1) Überblick Virtualisierungs-Technologien By combining virtualization and HA clustering, it is possible to benefit from increased manageability and savings from server consolidation through virtualization without decreasing uptime of critical services. James Bottomley in LinuxWorld Magazine (http://linux.sys-con.com/read/ htm) Folie 13/32

14 Agenda 1. Überblick Virtualisierungs-Technologien Vorteile von Virtualisierung Arten der Virtualisierung Gefahren bei Virtualisierung 2. Mögliche Cluster-Konfigurationen Fünf mögliche Konfigurationen (a - e) 3. Cluster Lösungen Hardware-Virtualisierung: Beispiel VMware Para-Virtualisierung: Beispiel Xen Betriebssystem-Virtualisierung: Beispiel Virtuozzo 4. Fazit Folie 14/32

15 2) Mögliche Cluster-Konfigurationen Übersicht: a)virtual/virtual, ein physischer Server b)virtual/virtual, mehrere physische Server c) physical/virtual d)virtual/physical e)physical/physical, mit fail-/switchover der virtuellen Server Folie 15/32

16 2) Mögliche Cluster-Konfigurationen a) virtual/virtual, ein phys. Server kein Schutz vor HW-Ausfall Schutz vor Kernel Panic für Test-Setups virtual machine cluster manager virtualization virtual machine cluster manager physical machine b) virtual/virtual, mehrere physische Server Folie 16/32 Schutz vor HW-Ausfall einfaches Management der Cluster Knoten durch Virtualisierung virtual machine cluster manager virtualization physical machine virtual machine cluster manager virtualization physical machine

17 2) Mögliche Cluster-Konfigurationen c) physical/virtual ein passiver Server für mehrere Cluster nützlich für Cluster unterschiedlicher Betriebsssysteme d) virtual/physical ein aktiver Server passive Server leistungsärmer active passive passive active physical virtual virtual physical machine machine machine machine cluster manager cluster manager virtualization cluster manager physical machine virtualization physical machine cluster manager passive active active passive physical virtual virtual physical machine machine machine machine cluster manager cluster manager cluster manager cluster manager Folie 17/32

18 2) Mögliche Cluster-Konfigurationen e) physical/physical, mit fail-/switchover der virt. Server virtual machine virtual machine virtualization cluster manager physical machine cluster manager physical machine Folie 18/32 Cluster Manager läuft direkt auf dem physischen Server einfache Cluster-Konfiguration jeweils nur eine Clusterressource (ein virtueller Server) keine Anpassungen von Anwendungen an den Cluster notwendig

19 2) Mögliche Cluster-Konfigurationen e) physical/physical, mit fail-/switchover der virt. Server Herkömmlicher HA Cluster Folie 19/32 / node1 bin/ etc/ home/ usr/ var/.../ /data / node2 bin/ etc/ home/ usr/ var/.../ lokale Daten gesharte Daten node1 node2 (Basissystem) (Basissystem) /vz/ private/101/root/ bin/ etc/ home/ var/.../ Virtualisierter HA Cluster gesamtes Filesystem eines virt. Servers gespiegelt Applikationen nur 1x im virt. Server installiert, nicht 2x (auf jedem Node einzeln)

20 Agenda 1. Überblick Virtualisierungs-Technologien Vorteile von Virtualisierung Arten der Virtualisierung Gefahren bei Virtualisierung 2. Mögliche Cluster-Konfigurationen Fünf mögliche Konfigurationen (a - e) 3. Cluster Lösungen Hardware-Virtualisierung: Beispiel VMware Para-Virtualisierung: Beispiel Xen Betriebssystem-Virtualisierung: Beispiel Virtuozzo 4. Fazit Folie 20/32

21 3) Cluster Lösungen Hardware-Virtualisierung: Beispiel VMware HA SAN/NAS Storage für Parallelzugriff der physischen Server: SAN: Fibre Channel oder iscsi (mit Cluster-FS VMFS) NAS: NFS ESX Server VM 1 VM 2 VM 3 ESX Server VM 4 VM 5 VM 6 ESX Server VM 7 VM 8 VM 9 Storage Folie 21/32

22 3) Cluster Lösungen Hardware-Virtualisierung: Beispiel VMware HA bei einem Serverausfall werden betroffene VMs auf anderen ESX Servern wieder gestartet XESX Server VM 1 VM 2 VM 3 ESX Server ESX Server VM 4 VM 5 VM 6 VM 7 VM 8 VM 9 VM 1 VM 2 VM 3 Storage Folie 22/32

23 3) Cluster Lösungen Hardware-Virtualisierung: Beispiel VMware HA Online Migration mittels VMotion migriert VMs im laufenden Betrieb ohne Downtime Memory, Netzwerkverbindungen werden übertragen ESX Server ESX Server ESX Server VM 1 VM 2 VM 3 VM 4 VM 5 VM 6 VM 7 VM 8 VM 9 VM 1 Storage Folie 23/32

24 3) Cluster Lösungen Para-Virtualisierung: Beispiel Xen SAN Storage für Parallelzugriff der physischen Server: SAN: Fibre Channel oder iscsi (mit Cluster-FS OCFS 2 bei Novell/SuSE HASI oder GFS bei Red Hat) Xen Server VM 1 VM 2 VM 3 Xen Server VM 4 VM 5 VM 6 Xen Server VM 7 VM 8 VM 9 Storage Folie 24/32

25 3) Cluster Lösungen Para-Virtualisierung: Beispiel Xen bei einem Serverausfall werden betroffene VMs auf anderen Xen Servern wieder gestartet XXen Server VM 1 VM 2 VM 3 Xen Server Xen Server VM 4 VM 5 VM 6 VM 7 VM 8 VM 9 VM 1 VM 2 VM 3 Storage Folie 25/32

26 3) Cluster Lösungen Para-Virtualisierung: Beispiel Xen Online Migration mittels Live Migration migriert VMs im laufenden Betrieb ohne Downtime Memory, Netzwerkverbindungen werden übertragen Xen Server Xen Server Xen Server VM 1 VM 2 VM 3 VM 4 VM 5 VM 6 VM 7 VM 8 VM 9 VM 1 Storage Folie 26/32

27 3) Cluster Lösungen Para-Virtualisierung: Beispiel Xen Lösungen: Novell HASI (HA Storage Infrastructure) SLES 10 mit Heartbeat 2 OCFS 2 Filesystem Xen Red Hat RHEL 5 mit RHCS GFS Filesystem Xen Folie 27/32

28 3) Cluster Lösungen Betriebssystem-Virtualisierung: Beispiel Virtuozzo Folie 28/32

29 3) Cluster Lösungen Betriebssystem-Virtualisierung: Beispiel Virtuozzo Lösung: Thomas Krenn HA Cluster Daten-Replizierung zwischen den beiden Cluster Knoten mittels DRBD (Distributed Replicated Block Device) einfache und kostengünstige Lösung out-of-the-box Komplettlösung inkl. Hardware Folie 29/32

30 Agenda 1. Überblick Virtualisierungs-Technologien Vorteile von Virtualisierung Arten der Virtualisierung Gefahren bei Virtualisierung 2. Mögliche Cluster-Konfigurationen Fünf mögliche Konfigurationen (a - e) 3. Cluster Lösungen Hardware-Virtualisierung: Beispiel VMware Para-Virtualisierung: Beispiel Xen Betriebssystem-Virtualisierung: Beispiel Virtuozzo 4. Fazit Folie 30/32

31 4) Fazit Virtualisierung ermöglicht Einsparungen durch Konsolidierung: weniger Server-Hardware: dadurch geringere Kosten für Rackspace, Strom, Kühlung einfache Verwaltung von virtuellen Servern: schnelle Wiederherstellung durch Images, einfaches Backup kompletter virtueller Maschinen HA-Clustering sichert Verfügbarkeit von virtuellen Servern ohne HA-Clustering droht höhere Downtime als ohne Virtualisierung Folie 31/32

32 Danke für Ihr Interesse Werner Fischer, Thomas-Krenn.AG Folie 32/32

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