Physikalische Server in einer virtuellen Welt überwachen

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1 Physikalische Server in einer virtuellen Welt überwachen Von : Brien M. Posey Ein White Paper für IT-Profis, IT-Administatoren und IT-Manager

2 Es steht außer Frage, dass die Virtualisierung der Server die IT revolutioniert hat. Die Vorteile der Virtualisierung erstrecken sich weit über Konsolidierung und reduzierte Hardwarekosten hinaus. Anbieter von Datensicherungsprodukten haben gelernt, wie man dies am Besten nutzen kann, um die sofortige Wiederherstellung virtueller Maschinen im Falle einer Katastrophe zu erreichen. Trotz bahnbrechender Fähigkeiten der heutigen Datensicherungsprodukte sieht es oft so aus, als ob physikalische Server geradezu vergessen wurden. Der gängige Glaube besagt, dass die Mehrheit aller Firmen bereits größtenteils virtualisiert sind und dass es nur eine Frage der Zeit ist, bevor alle Firmen zu 100% virtualisiert sind. Leider lässt dies den Trugschluss zu, dass physikalische Server nicht mehr von Bedeutung sind. Unabhängig davon, was manche Datensicherungsanbieter Ihren Kunden weismachen wollen, sind physikalische Server immer noch weit verbreitet. Laut Gartner sind bisher 50% aller Server- Arbeitsabläufe virtualisiert und diese Zahl wird voraussichtlich auf 86% im Jahre 2016 ansteigen (virtualizationsurpassed50percentserverworkloads.html). Auf den ersten Blick scheint diese Statistik der Idee, dass die Welt auf eine hundertprozentige Virtualisierung zusteuert, Recht zu geben. Wenn man aber zwischen den Zeilen liest, zeigt die Studie, dass fast die Hälfte aller Server-Arbeitsabläufe immer noch von physikalischer Hardware getragen werden. Somit wird, wenn sich die Schätzungen als richtig erweisen, selbst im Jahre 2016 noch eine beträchtliche Anzahl an Server-Arbeitsabläufe nicht virtualisiert sein. Der unerbittliche Druck in Richtung 100% Virtualisierung und die Tatsache, dass so viele Datensicherungsprodukte stark auf virtuelle Umgebungen ausgerichtet sind, bringt IT-Administratoren in eine schwierige Lage: Die meisten Firmen haben nach wie vor einige unternehmenskritische Arbeitsabläufe, die auf physikalischen Servern laufen. Selbst wenn einige dieser Arbeitsabläufe irgendwann virtualisiert werden, so wird es doch immer noch spezielle Arbeitsabläufe geben, die aus irgendeinem Grund auf physikalischer Hardware verbleiben müssen. Der Grund, aus dem physikalische Arbeitsabläufe eine Herausforderung für Administratoren sind, ist, dass durch die modernen Datensicherungsprodukte die sofortige Wiederherstellung jeglicher Daten zur Regel wurde. Service Level Agreements (SLAs) sind in der Annahme geschrieben, dass eine sofortige Datenwiederherstellung immer möglich ist. Leider bieten die meisten Datensicherungsprodukte keine solche Instant Recovery Funktion für physikalische Server an. Im Gegensatz zum gängigen Glauben müssen Arbeitsabläufe, die auf physikalischer Hardware laufen, nicht virtualisiert werden, um genauso gut geschützt zu sein wie virtualisierte Arbeitsabläufe. Der Schlüssel zu sofortiger Wiederherstellung für physikalische Arbeitsabläufe liegt darin, die virtualisierten Infrastrukturkapazitäten zu seinem Vorteil zu nutzen, obwohl der Arbeitsablauf, der gesichert werden muss, nicht virtualisiert wurde. Um zu verstehen, wie dies funktionieren könnte, muss man sich im Klaren sein, wie sofortige Wiederherstellung normalerweise funktioniert. Natürlich hat jeder Anbieter seine eigene Methode, somit ist diese Erklärung lediglich eine Verallgemeinerung und ist nicht spezifisch auf die Lösung dieses oder jenen Anbieters anwendbar. Sofortige Wiederherstellungsmöglichkeiten basieren in der Regel auf der Nutzung von kontinuierlicher Datensicherung, Überwachung von geänderten Datenblöcken, Speicherreplikation und differentiellen datenträgerbasierten Snapshots. Kontinuierliche Datensicherung existiert als Alternative zu altbekannten geplanten Backups. Diese Technologie sichert alle Daten kontinuierlich auf einen datenträgerbasierten Speicherplatz, anstatt jede Nacht zu sichern. Die Datensicherungssoftware überwacht kontinuierlich die geschützte Quelle auf Block Level Ebene und behält den Überblick über alle Schreibprozesse. Alle paar Minuten repliziert die Software die Blöcke der Daten die geändert wurden, auf den Speicherplatz, wo die Backups ablegt sind. Dieser Vorgang läuft 24 Stunden am Tag. Auch wenn die meisten kontinuierlichen Datensicherungssysteme die Daten nicht in Echtzeit sichern, so läuft der Vorgang doch häufig genug um eine nahezu fortlaufende Sicherung zu gewährleisten. 2

3 Einer der Hauptunterschiede zwischen einem kontinuierlichen Datensicherungssystem und einem älteren Backupsystem ist, dass kontinuierliche Datensicherungssysteme Wechselmedien nur als Ergänzung nutzen. Die Daten, die gesichert wurden, sind auf einem Datenträgerverband gespeichert und sind somit immer verfügbar, ohne dass der Administrator je ein Band versenden muss. Die Grundphilosophie hinter einem sofortigen Wiederherstellungsvorgang ist, dass es dem Administrator erspart bleibt, Stunden oder sogar Tage zu warten, bis die Wiederherstellung vollständig ist, da eine Kopie der benötigten Datei bereits verfügbar auf einem der Speicherplätze des kontinuierlichen Datensicherungssystems vorhanden ist. Sofortige Wiederherstellung funktioniert meist, indem eine virtuelle Maschine dazu angeleitet wird, eine Backup-Kopie einer virtuellen Festplatte (oder einer virtuellen Maschine) zu nutzen, anstatt zu versuchen, die ausgefallene virtuelle Festplatte vom Backup wiederherzustellen. Somit kann die ausgefallene virtuelle Maschine sofort wieder verfügbar gemacht werden, wie in Abbildung A gezeigt. Abb. A. Sofortige Wiederherstellung ermöglicht es Benutzern, direkt von einer Backup Kopie einer virtuellen Maschine aus zu arbeiten Natürlich bringt diese Methode ein großes Problem mit sich: Wenn eine virtuelle Maschine angewiesen wird, direkt auf einem Backup zu arbeiten, geht man das Risiko ein, dass die Inhalte des Backups durch die virtuelle Maschine geändert werden. Hier kommen Snapshots ins Spiel. In einem sofortigen Wiederherstellungsszenario wird ein Snapshot erstellt um sicherzugehen, dass der Inhalt des Backupsystems in einwandfreiem Zustand verbleibt. In den meisten Fällen sind Snapshots auf der Verwendung von differentiellen Datenträgern basierend. Ein differentieller Datenträger ist eine virtuelle Festplatte, die sich in einer Eltern-Kind-Beziehung mit einer anderen virtuellen Festplatte befindet. Wenn ein Snapshot erstellt wird (in einer sofortigen Wiederherstellungssituation), erstellt die Software einen differentiellen Datenträger, der eine Eltern- Kind Beziehung mit der virtuellen Festplatte, die als Teil des Datensicherungsprogramms erstellt wurde, eingeht. 3

4 Wie bereits erwähnt ist es Aufgabe des Snapshots, sicherzustellen, dass der Inhalt des Backups in einem einwandfreiem Zustand verbleibt. Um dies zu erreichen, nutzt die virtuelle Maschine, die wiederhergestellt wird, sowohl die virtuelle Festplatte, die im kontinuierlichen Datensicherungsprogramm existiert, als auch den differentiellen Datenträger, wie in Abbildung B gezeigt. Die Backup-Kopie der virtuellen Festplatte wird nur für Lesevorgänge genutzt. Alle Schreibvorgänge der virtuellen Maschine werden auf dem differentiellen Datenträger durchgeführt. Dies stellt sicher, dass die Sicherungskopie der virtuellen Festplatte nie geändert wird. Abb. B: Differentielle Datenträger werden genutzt, um zu vermeiden, dass die Backupdateien geändert werden. Sobald die ausgefallene Festplatte mit der Backup-Kopie der virtuellen Festplatte und einem differentiellen Datenträger verbunden wurden, kann die virtuelle Maschine sofort starten. Allerdings ist dies erst der erste Schritt im Wiederherstellungsvorgang. Es ist nicht wünschenswert, dass die virtuelle Maschine ewig vom Backup aus läuft. In diesem Fall tritt ein traditioneller Wiederherstellungsvorgang ein: Der Inhalt der Sicherungskopie wird genutzt, um die ausgefallene virtuelle Festplatte wiederherzustellen. Sobald dieser Vorgang abgeschlossen ist, wird der Inhalt des differentiellen Datenträgers in die neu wiederhergestellte virtuelle Festplatte übertragen. Ab diesem Moment kann die virtuelle Maschine wieder von ihrer eigenen virtuellen Festplatte arbeiten anstatt das Backup zu verwenden. Dies ist eine Verallgemeinerung des Vorgangs für sofortige Wiederherstellung von virtuellen Maschinen. Die verschiedenen Mechanismen arbeiten zusammen um sicherzustellen, dass die virtuelle Maschine fast sofort wieder verfügbar sein kann. Aber was ist mit physikalischen Servern? Viele Backupanwendungen bieten schlichtweg nicht dieselben sofortigen Wiederherstellungsmöglichkeiten für physikalische Server, die sie für virtuelle Maschinen anbieten. Obgleich kontinuierliche Datensicherung genutzt werden kann, um physikalische Server zu schützen, so sind sofortige Wiederherstellungsmöglichkeiten fast immer auf der Möglichkeit basiert, einen Snapshot einer virtuellen Festplatte erstellen zu können. Da physikalische Server keine virtuellen Festplatten nutzen, ist diese Art von sofortiger Wiederherstellung einfach nicht für physikalische Maschinen auf dem konventionellen Wege zugänglich. 4

5 Entgegen dem gängigen Glauben ist es möglich, sofortige Wiederherstellung auch für physikalische Server zu erreichen. Um dies zu tun, müssen jedoch einige zusätzliche Dinge passieren: Die Backup Systeme, die die obengenannte Methode für sofortige Wiederherstellung nutzen, sind speziell für Nutzung mit virtuellen Servern konzipiert worden. Der Trick, um diese Möglichkeiten auch auf physikalischen Servern zu nutzen ist, die Illusion zu kreieren, dass der physikalische Server eine virtuelle Maschine ist. Um zu verstehen, wie dies möglich ist, muss man sich vor Augen führen, wie eine Software funktioniert, die Konvertierungen Physikalisch zu Virtuell erstellt. Typischerweise macht P2V Software zwei Dinge: zuerst werden alle Daten vom physikalischen Server auf eine virtuelle Maschine kopiert. Anschliessend entfernt sie Gerätetreiber von der neu erstellten virtuellen Maschine um sicherzustellen, dass die virtuelle Maschine booten kann. Wenn es das Ziel eines Unternehmens ist, gewisse Vorgänge auf physikalischer Hardware laufen zu lassen, wäre eine P2V Konvertierung natürlich nicht in deren Sinne. Was aber, wenn die P2V Konvertierung als Disaster Recovery Lösung, anstatt als Migrationstool genutzt werden könnte? P2V Konvertierungstools sind typischerweise auf den Migrationsvorgang ausgerichtet. Somit liegt bei diesen Programmen der Schwerpunkt auf dem schnellen Kopieren von Daten von einem physikalischen Server auf einen virtuellen Server. Es existieren allerdings Produkte (ich kenne mindestens eins), die eine langfristige Nutzung zwischen einem physikalischen und virtuellen Server aufrecht erhalten können. Solch ein Produkt kann eine kontinuierliche Synchronisation zwischen einem physikalischen Server und seinem virtuellen Abbild gewährleisten, ohne dass ein Administrator je eine Migration durchführen muss. Dies führt uns zu dem Gedanken, wie ein solches Programm genutzt werden könnte, um sofortige Wiederherstellung für physikalische Server zu gewährleisten. Als erstes muss man verstehen, dass dieses Programm nicht dazu gedacht ist, das Backup des Unternehmens zu ersetzen. Backup Software ist weiterhin nötig um sofortige Wiederherstellung zu gewährleisten. Das Programm, von dem ich spreche, überbrückt lediglich die Lücke zwischen physikalischen und virtuellen Systemen, sodass sofortige Wiederherstellung auch für physikalische Server durch Standby Verfügbarkeit erreicht werden kann. Sofortige Wiederherstellung für physikalische Server wird möglich, wenn die Inhalte des physikalischen Servers kontinuierlich mit einer virtuellen Maschine synchronisiert werden. Jedoch ist Synchronisation alleine unzureichend. Die Software muss auch dazu imstande sein, hardwarespezifische Treiber von der virtuellen Kopie des physikalischen Servers zu entfernen, damit die virtuelle Maschine wenn nötig gebootet werden kann. Obwohl eine virtuelle Serverkopie der physikalischen Maschine existiert, ist dieser virtuelle Server einzig und alleine als Standby Kopie zu nutzen. Die Arbeitsabläufe laufen weiterhin auf der physikalischen Maschine. Backups werden weiterhin vom physikalischen Server vorgenommen. Im Falle eines Ausfalls der physikalischen Server kann die virtuelle Standby-Maschine aktiviert werden und gewährleistet somit eine sofortige Wiederherstellung der laufenden Arbeitsabläufe. Das Unternehmen könnte vorrübergehend vom virtuellen Server aus arbeiten, während der physikalische Server repariert wird. Sobald der physikalische Server wieder in Betrieb ist, können alle Änderungen, die in der Zeit vorgenommen wurden, von der virtuellen Maschine auf den physikalischen Server synchronisiert werden, um die Maschine wieder auf den aktuellsten Stand zu bringen. Theoretisch ist es möglich, eine zweite Schicht zum Schutz der sofortigen Wiederherstellung einzubauen, indem man auch ein Backup der virtuellen Kopie erstellt. In dem unwahrscheinlichen Fall, dass der physikalische Server und auch die virtuelle Kopie beide ausfallen wäre die Möglichkeit gegeben, mit einem Snapshot sofort die Funktionalität wiederherzustellen während der Server neu erstellt wird. Es versteht sich von selbst das Software, die erstellt wurde, um Inhalte eines physikalischen Servers auf eine virtuelle Maschine zu kopieren, irgendwann dazu genutzt werden könnte, eine physikalisch auf virtuelle (P2V) Migration durchzuführen, falls das Unternehmen je entscheidet, gewisse Arbeitsabläufe zu virtualisieren. Jedoch könnte eine derartige Software auch dazu genutzt werden, virtuelle auf virtuelle Migrationen (V2V) durchzuführen. 5

6 Es gibt zahlreiche Gründe, aus welchen es für ein Unternehmen sinnvoll wäre, V2V Migrationsmöglichkeiten zu haben. Um lediglich einen zu nennen, erleichtern solche Möglichkeiten den Übergang von einem Hypervisor-Anbieter zu einem anderen. Die Fähigkeit, laufende Replikation auf virtueller Maschinenebene durchführen zu können, könnte auch gegen den Ausfall eines Server Host schützen. Schließlich könnte ein nicht-geclusterter Server Host genauso einfach wie jeder andere physikalische Server ausfallen. Der Replikationsvorgang macht es einfach, Standby-Kopien einer virtuellen Maschine auf einem anderen Server Host zu erstellen, ohne die Kosten einer echten Failover-Clusterlösung. Wenn man davon ausgeht, dass der Synchronisationsvorgang kontinuierlich läuft, so sollte die Standby-Kopie der virtuellen Maschine stets auf dem aktuellsten Stand sein und der Replikationsvorgang kann stattfinden, ohne dass die Produktionsvorgänge gestoppt werden müssen. Schlussfolgerung Es gibt eine Reihe von Gründen, aus welchen ein Unternehmen manche Arbeitsabläufe noch immer auf physikalischer Hardware laufen lässt. Auch so ist es eindeutig im Interesse eines Unternehmens, ihre Investitionen in Virtualisierungsinfrastruktur zu ihrem Vorteil zu nutzen, indem sie unternehmenskritische Arbeitsabläufe die auf physikalischer Hardware laufen, noch besser schützen. 6

7 Unsere Standorte ASIEN-PAZIFIK NORDAMERIKA EMEA JAPAN - Hauptsitz DEUTSCHLAND VEREINIGTES KÖNIGREICH NetJapan, Inc. Asendo Kanda-Konyacho Building, 8 Kanda-Konyacho, Chiyoda-ku, Tokyo JAPAN NetJapan US Office Clinton Keith Wildomar, CA U.S.A. NetJapan GmbH Landsberger Strasse München Germany NetJapan Ltd Fourth Floor 20 Margaret Street London W1W 8RS UK (0) (0)

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