Backup- und Recovery-Lösungen für VMware-Umgebungen mit Avamar 6.0

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1 White Paper Backup- und Recovery-Lösungen für VMware-Umgebungen mit Avamar 6.0 Eine detaillierte Darstellung Zusammenfassung Die Zahl der in unternehmenseigenen Clouds bereitgestellten virtualisierten Umgebungen steigt rasant an. Doch die sich daraus ergebenden Anforderungen an die Sicherheit dieser Umgebungen werden schnell zum Engpass, der weitere Implementierungen verhindert. Dieses White Paper hebt verschiedene neue Merkmale von EMC Avamar 6.0 hervor, die speziell auf die Funktionen und Performance der Data- Protection-Produkte von VMware ausgerichtet sind. Mit diesen Merkmalen ermöglicht EMC Avamar die rasche kontinuierliche Erweiterung von Cloud-Umgebungen, die für IT-as-a-Service (ITaaS) unabdingbar sind. Oktober 2011

2 Copyright 2011 EMC Corporation. Alle Rechte vorbehalten. EMC geht davon aus, dass die Informationen in dieser Publikation zum Zeitpunkt der Veröffentlichung korrekt sind. Die Informationen können jederzeit ohne vorherige Ankündigung geändert werden. Die in diesem Dokument enthaltenen Informationen werden ohne Gewähr zur Verfügung gestellt. Die EMC Corporation macht keine Zusicherungen und übernimmt keine Haftung jedweder Art im Hinblick auf die in diesem Dokument enthaltenen Informationen und schließt insbesondere jedwede implizite Haftung für die Handelsüblichkeit und die Eignung für einen bestimmten Zweck aus. Für die Nutzung, das Kopieren und die Verbreitung der in dieser Veröffentlichung beschriebenen Software von EMC ist eine entsprechende Softwarelizenz erforderlich. Eine aktuelle Liste der Produkte von EMC finden Sie unter EMC Corporation Trademarks auf emc2.de. VMware ist eine eingetragene Marke von VMware Inc. Alle anderen in diesem Dokument erwähnten Marken sind das Eigentum ihrer jeweiligen Inhaber. Art.-Nr. h8945 2

3 Inhalt Zusammenfassung... 4 Zielgruppe... 5 Intro... 5 Avamar: Effiziente Data Protection für VMware-Umgebungen Backup und Wiederherstellung auf Gastebene... 6 Backup und Wiederherstellung auf Image-Ebene... 7 VM-Data-Protection-Management: Integration von Avamar in vcenter Fazit Referenzen

4 Zusammenfassung Die für das Backup zuständigen IT-Administratoren stehen angesichts des exponentiellen Wachstums virtualisierter Cloud-Umgebungen diversen Herausforderungen gegenüber. Die größten Hürden stellen sich dabei in den Bereichen Backup und Recovery. Während die Nutzung physischer Ressourcen mithilfe von Virtualisierungstechnologien auf Basis physischer Server optimiert wird, werden u. U. geplante Erweiterungen zur Bewältigung der Data Protection eingeschränkt je nachdem, welche Ressourcen vorhanden sind und welche Anwendungen für den effizienten Schutz dieser Umgebungen verfügbar sind. Virtualisierte Umgebungen umfassen heute in der Regel Hunderte oder gar Tausende Virtual Machines (VMs). Wie in der Vergangenheit zu beobachten war, lässt sich die Data Protection bei einer geringeren Anzahl an VMs noch relativ einfach gewährleisten, doch angesichts der heutzutage viel höheren Anzahl an VMs wird die Data Protection der Umgebung zu einer echten Herausforderung. Die Aufgabe für Cloud-Administratoren besteht nun darin, die richtige Balance zwischen Data-Protection-Anforderungen für die VMs und den durch Geschäftseinheiten geforderten Erweiterungen zu finden. Die Umgebungen wachsen oft weiter, allerdings werden einige Komponenten entweder gar nicht oder nur unzureichend geschützt. Avamar, die deduplizierungsfähige Backup-Software von EMC, hebt diese Einschränkungen mithilfe der vstorage APIs for Data Protection (VADP) von VMware in VMware-Umgebungen auf. Die Datendeduplizierungstechnologie von Avamar wird nahtlos in virtualisierte Umgebungen integriert und bietet schnelle Backup-Funktionen über die Option des Changed Block Tracking (CBT Protokollierung geänderter Datenblöcke) innerhalb der API. CBT wird mit Avamar 6.0 neu eingeführt und sorgt außerdem für eine Beschleunigung von Wiederherstellungsprozessen. In einigen Cloud-Umgebungen von VMware nutzen Administratoren kostengünstigeren Speicher auf Basis von NAS oder iscsi als Speicheroption für VMDKs. Ab dieser neuen Version sind die Backup- und Wiederherstellungsfunktionen von Avamar nun auch für diese Datenspeicher auf NAS- oder iscsi-plattformen verfügbar. Die bewährten Deduplizierungsprozesse von Avamar und diese neuesten Verbesserungen resultieren in einem viel niedrigeren Datenverkehr in virtuellen und physischen Netzwerken und verringern die physisch gespeicherte Datenmenge deutlich daraus ergeben sich Kapitaleinsparungen und betriebliche Vorteile beim Schutz virtualisierter Umgebungen und ihrer Daten. 4

5 Zielgruppe Das White Paper richtet sich an Leser und Leserinnen, die bereits mit den Grundlagen und Technologien von EMC Avamar und VMware vertraut sind, insbesondere an Systemingenieure, technische Architekten, Implementierungsspezialisten, technische Berater und Einzelpersonen, die von den Vorteilen der Integration aktuell ausgelieferter und zukünftiger Produkte profitieren möchten. Intro Dieses White Paper bietet einen Überblick der in Avamar implementierten Funktionen für schnelle, effiziente und sichere Backups von virtualisierten VMware-Umgebungen. Der Bericht hebt vor allem die in Avamar 6.0 neu eingeführten Funktionen für die Data Protection in virtuellen Umgebungen hervor. Zur Erstellung von Backups von Virtual Machines kann Avamar im Wesentlichen auf zweierlei Weise genutzt werden: Backup auf Gastebene Backup auf Image-Ebene über vstorage APIs for Data Protection (VADP) von VMware Während das Backup auf Gastebene für bestimmte virtualisierte Cloud- Umgebungen genügen mag, lassen sich mit Backups auf Image-Ebene unter Nutzung der VADP-Funktionen von VMware die größtmöglichen Vorteile beim Einsatz von Avamar erzielen. Dies gilt vor allem in größeren virtualisierten Cloud- Umgebungen, bei denen Skalierungs- und Backup-Zeitfenster von höchster Wichtigkeit sind. Mit Avamar lassen sich Backups auf Gast- und Image-Ebene gleichzeitig ausführen, sodass Administratoren die Bereitstellung in ihren jeweiligen Umgebungen flexibler und effizienter gestalten können. Im Rahmen dieses Berichts konzentrieren wir uns hauptsächlich auf die über VADP implementierten Funktionen zur Unterstützung von VM-Backups und Wiederherstellungen auf Image-Ebene. Vor dem Lesen der weiteren Abschnitte sollten Sie sich mit den folgenden Begriffen vertraut machen, die in diesem Dokument im Zusammenhang mit Backup und Recovery verwendet werden. Eine Virtual Machine (VM) enthält die Produktionsdaten in ihrer virtualisierten Umgebung. Diese Lösung wurde in einer Enterprise- Umgebung mit ESX Server als VMware-Plattform getestet. Durch die Virtualisierung senken Kunden ihre IT-Kosten, während sie gleichzeitig die Effizienz, Verfügbarkeit, Flexibilität und Managementoptionen ihrer Umgebung verbessern. Datastore (auch Datenspeicher) ist ein VMware-Begriff für den Speicher, der zur Unterbringung des VMware File System (VMFS) hinzugefügt wird. Das VMFS enthält sämtliche Dateien, die zur optimalen Nutzung von Virtual Machines erforderlich sind. 5

6 Eine VMDK-Datei ist ein VMware-Abbild der Daten, die durch die Anwendung, die auf dieser VM läuft, abgerufen werden. Hier werden auch das Betriebssystem und Applikationen zusammen mit den Daten der jeweiligen Anwendung installiert. Changed Block Tracking (CBT) ist ein neues VMkernel-Verfahren, das Änderungen an Speicherblöcken von Virtual Machines erfasst und protokolliert. Der VMkernel verfolgt Blockänderungen auf Virtual Machines, wodurch sich der Backup-Prozess für Anwendungen verbessert, die vor allem zur Ausnutzung der neuen vstorage APIs von VMware entwickelt wurden. VMware vstorage APIs for Data Protection (VADP) ermöglichen es der Backup-Software, zentralisierte Backups von Virtual Machines ohne die üblichen Unterbrechungen oder Überlastungen laufender Backup-Aufgaben innerhalb von Virtual Machines durchzuführen. EMC Avamar ist eine deduplizierungsfähige Systemlösung für Backups und Wiederherstellungen. Sie umfasst die Clientdeduplizierung, die Daten aus den Backup-Strömen entfernt, bevor sie im Netzwerk übertragen werden. Dies spart Bandbreite, Speicherplatz und Zeit für Backups. EMC Avamar Data Store ist ein Lösungspaket von EMC, in dem die Software Avamar und Hardware von EMC in einer vorkonfigurierten und einsatzbereiten Lösung kombiniert werden, um die Bestellung, Installation und Wartung zu vereinfachen. Avamar Data Store ist von Lösungen mit nur einem Knoten auf Lösungen mit mehreren Knoten skalierbar und erfüllt damit die Anforderungen auswärtiger Büros an Rechenzentren. Avamar: Effiziente Data Protection für VMware-Umgebungen. Backup und Wiederherstellung auf Gastebene Bei Backups auf Gastebene werden Clientagenten auf dieselbe Weise bereitgestellt, wie die Lösung von Avamar für Backups physischer Server implementiert wird. Das Client-Paket von Avamar wird auf jeder einzelnen Virtual Machine installiert und Backups werden über die virtuelle Netzwerkschnittstelle der VMs an den Server von Avamar gesendet. Ebenso wie bei einem physischen Server muss unter Umständen eine spezifische Konfiguration über anwendungsspezifische Plugins vorgenommen werden, um diverse anwendungskonsistente Backups, unterstützt durch die auf jedem Client installierten Agenten, zu ermöglichen. Wie Abbildung 1 zeigt, werden dieselben Effizienzen wie bei der Erstellung von Backups physischer Server mit Avamar erzielt, aber natürlich handelt es sich bei den Einsparungen in diesem Szenario um den VMs zugewiesene virtuelle Ressourcen, nicht um physische Client-Hardwareressourcen. 6

7 Abbildung 1: Client-Ressourcennutzung bei herkömmlichen Backups und bei Avamar Zu den besonderen Vorteilen der Funktionen auf Gastebene gehören die folgenden: Höchstmaß an Datendeduplizierung Unterstützung für Backups von Anwendungen innerhalb der Virtual Machines Anwendungskonsistente Backups Unterstützung für partielle Wiederherstellungen oder Wiederherstellungen auf Dateiebene Identische Backup-Methoden für physische und virtuelle Komponenten Kein erweitertes Scripting und keine Kenntnisse der VMware-Software erforderlich Unveränderte Verfahren für tägliche Backups Backup und Wiederherstellung auf Image-Ebene Mit der Backup-Option auf Image-Ebene wird EMC Avamar mit den vstorage APIs for Data Protection von VMware integriert, einem Funktionsset auf dem vsphere- Server, welches die zusätzliche Last durch die Backup-Verarbeitung vom Client auf einen Backup-Proxy-Server überträgt, der als VM läuft. Dieser Proxy-Server kann mit dem vcenter-server kommunizieren, um eine Snapshot-Kopie der VMDK einer bestimmten VM einzuhängen und ein Backup jener Virtual Machine auf Image- Ebene zu erstellen. Bei dieser Methode ist die Deduplizierung sowohl auf Dateiebene als auch auf VMDK-Ebene möglich. Außerdem kann ein VMDK-Backup auf Image-Ebene vorgenommen, eine VM-Instanz komplett durch eine Wiederherstellung ersetzt oder eine separate, neue VM-Instanz erstellt werden. Die auf Image-Ebene mit Avamar 6.0 gesicherten VMs können sich auf NFS-, iscsioder SAN-Speichern befinden. 7

8 Angesichts der Skalierbarkeit und der explosiven Größenzunahme einiger VM- Umgebungen kann der durch einen Proxy-Server zu bearbeitende Workload sehr schnell anwachsen. In solch einem Szenario ist es ratsam, mehrere Proxy-Server bereitzustellen, um den kombinierten Workload zu bearbeiten und die Parallelität bei der Ausführung von VADP-Prozessen zu verbessern. Durch die Bereitstellung zweier Proxy-Server kann der VADP-Prozess für das Backup mit Avamar nun simultan auf zwei VMs ausgeführt werden. Bisher wurden VMs durch den Administrator manuell an bestimmte Proxy-Server zugewiesen, um eine ausgeglichene Lastverteilung zu gewährleisten. Dank der neuesten Verbesserungen in Avamar ergibt sich diese optimale Lastverteilung jetzt von ganz allein. Avamar nutzt sich im Leerlauf befindliche Proxy-Server, um Workloads automatisch auszubalancieren, und um die Parallelität während des Backup- Prozesses zu maximieren. Während die Abgabe der zusätzlichen Auslastung aufgrund der Backup-Prozesse von dem zu sichernden Client an einen Proxy-Server zahlreiche Vorteile bringt, sorgt die Nutzung des Proxy an sich noch nicht für die nötige Effizienz und Intelligenz, um die Datenblöcke, die durch jenen Proxy geprüft und bearbeitet werden sollen, zu reduzieren. Um die Effizienz des Backup-Prozesses auf Image-Ebene mit VMware zu steigern, schöpft Avamar das Potenzial der Funktion Changed Block Tracking (CBT Protokollierung von Blockänderungen) der VADPs optimal aus. Wie Abbildung 2 zeigt, ermöglicht die CBT-Funktion dem Image-Proxy der VM, Anfragen an die vsphere-umgebung zu senden und eine intelligente Liste aller Blöcke zu erhalten, die auf einer bestimmten VM seit dem letzten Backup geändert wurden. Folglich prüft und bearbeitet Avamar nur jene Blöcke, die der CBT-Mechanismus in der Liste geänderter Blöcke innerhalb von vsphere aufgenommen hat. Dies verkürzt die Backup-Zeit für das jeweilige VM-Image deutlich und bildet die Grundlage für Avamars Fähigkeit, eine große Anzahl von VMs innerhalb eines bestimmten vorgegebenen Backup-Zeitfensters zu bearbeiten. Abbildung 2: VM-Backup auf Image-Ebene durch Avamar mithilfe von Changed Block Tracking (CBT) Vor Avamar 6.0 liefen Wiederherstellungsoperationen nach dem Alles-odernichts -Prinzip ab, wie Abbildung 3 verdeutlicht. Wenn ein bestimmtes VM-Image aus einem Backup innerhalb von Avamar wiederhergestellt werden sollte, musste dazu die gesamte VMDK-Datei über das Netzwerk gesendet und wiederhergestellt werden. Es war nicht möglich, nur die einzelnen Blöcke wiederherzustellen, die seit dem letzten Backup innerhalb dieses VM-Image geändert wurden. 8

9 Abbildung 3: Klassische VM-Image-Wiederherstellung mit Avamar (ohne CBT) Dank der Einführung von Avamar 6.0 wird CBT jetzt optimal von der Avamar- Software eingesetzt, um effizientere und blitzschnelle Wiederherstellungen zu ermöglichen. In diesem Szenario, dargestellt in Abbildung 4, sendet Avamar eine Anfrage an die VADP, um zu bestimmen, welche Blöcke seit dem letzten Backup geändert wurden, und dann lediglich jene Blöcke innerhalb des VM-Image wiederherzustellen oder zu ersetzen. Dies verringert den Datenverkehr innerhalb der vsphere-umgebung bei Wiederherstellungsoperationen und, was viel wichtiger ist: Es verkürzt sich dadurch die Zeit bis zur vollständigen Wiederherstellung (Recovery Time Objective, RTO) des VM-Image. Avamar ergänzt diese intelligenten Funktionen um eine automatische Bewertung der Arbeitslast für beide Wiederherstellungsmethoden (vollständige Image- Wiederherstellung oder Recovery mithilfe von CBT) und wählt die Methode mit der kürzesten Wiederherstellungszeit. Dies ist vor allem in Szenarien mit sehr hohen Änderungsraten bei den wiederherzustellenden VMs seit dem letzten Backup hilfreich, wenn der zusätzliche Aufwand einer CBT-Analyse kostspieliger wäre als die direkte vollständige Image-Wiederherstellung. Avamar entscheidet auf intelligente Weise, welche Bereitstellungsmethode für die spezifische Anwendung oder Umgebung die kürzeste VM-Image-Wiederherstellungszeit bietet. Abbildung 4: VM-Image-Wiederherstellung mit Avamar und CBT Zu den besonderen Vorteilen der Funktionen für VMware-Backups auf Image- Ebene gehören die folgenden: Vollständige Image-Backups laufender Virtual Machines Effiziente Transportmethode (SCSI Hot-Add), die vermeidet, dass das gesamte VMDK-Image über das Netzwerk gesendet wird Wiederherstellungen auf Dateiebene anhand von Backups auf Image-Ebene für Windows 9

10 Deduplizierung innerhalb von und zwischen allen durch Avamar gesicherten VMDK-Dateien Schnellere Backups und Wiederherstellungen durch Changed Block Tracking (CBT) Minimaler Netzwerkverkehr durch Deduplizierung und Komprimierung von Daten Management von Backup-Agenten in jeder Virtual Machine ist in den meisten Szenarien überflüssig Lastverteilung über Proxy-Server für mehr Parallelität und überragenden Backup-Durchsatz VM-Data-Protection-Management: Integration von Avamar in vcenter Avamar 6.0 lässt sich auf einzigartige Weise in das vcenter- Managementdienstprogramm von VMware integrieren. Durch diese Integration in die APIs von vcenter kann die Managementkonsole von Avamar routinemäßig eine einzelne Instanz oder eine Gruppe von vcenter-instanzen abfragen und wichtige Data-Protection-Informationen bereitstellen, die das Management von Backupund Recovery-Aktivitäten vereinfachen. Abbildung 5 zeigt eines der wichtigsten Merkmale dieser Managementintegration mit vcenter, nämlich die Möglichkeit, den aktuellen Data-Protection-Status einer jeden VM auf einem vcenter-server unmittelbar über eine Benutzerschnittstelle einzusehen und in die Avamar-Umgebung zu importieren. Dies erspart dem Backup-Administrator die Mühe, Backup-Policys mit neu erstellten VMs zu korrelieren, die von Anwendungsadministratoren bereitgestellt werden. Dies würde wahrscheinlich durch Kreuzkorrelation der Managementschnittstelle für Backup-Policys mit der Clientschnittstelle von VMware vcenter geschehen. Bei der neuen Vorgehensweise kann jedoch der Backup-Administrator, oder sogar der Anwendungsadministrator (mit korrekt zugewiesenen Managementrechten für Avamar), auf die Administratorschnittstelle von Avamar zugreifen und rasch sicherstellen, dass die neu bereitgestellten VMs tatsächlich durch die jeweils korrekte Policy gesichert werden. Mit Blick auf Wiederherstellungen erlaubt die Integration von Avamar mit vcenter dem Backup-Administrator die flexible Nutzung verschiedener VM-Wiederherstellungsoptionen. Ein VM-Backup kann in derselben VM-Instanz wiederhergestellt werden, aus der das Backup stammt, oder es kann eine umgeleitete Wiederherstellung vorgenommen werden, bei der eine komplett neue VM-Instanz innerhalb von vcenter erstellt wird. Alle nötigen Schritte zur Erstellung des VM-Eintrags innerhalb von vcenter wurden Ihnen durch diese Integration mit Avamar bereits abgenommen. Sobald die Recovery abgeschlossen ist, müssen Sie nur noch die VM starten, die bei diesem Prozess erstellt wurde. Wie Abbildung 6 zeigt, bietet Avamar Ihnen sogar die Flexibilität, eine umgeleitete Wiederherstellung einer VM an einen komplett anderen VM-Datastore bereitzustellen. Durch die Implementierung dieser Funktionen bietet die Integration von Avamar mit vcenter dem Administrator ein Höchstmaß an Flexibilität für sämtliche Wiederherstellungsszenarien. 10

11 Zu den wichtigsten Vorteilen und Merkmalen der Integration von Avamar mit vcenter gehören die folgenden: Erkennung von VMs und ihren zugehörigen Gruppen in der Avamar- Benutzerschnittstelle Hinzufügen von einzelnen VMs oder Gruppen und Definition von Backup- Policys auf Image- bzw. Gastebene Definition mehrerer VMware-Image-Proxy-Server möglich Initiierung von Vorgängen zur Erstellung eines VM-Image oder für Backups/Wiederherstellungen auf Gastebene Überwachung von Backup-/Wiederherstellungsvorgängen im Activity Monitor Anzeige des VM-Schutzstatus (Gast/Image/ohne) Einfache Anzeige, ob VMs über ein Backup verfügen oder nicht, und bei Bedarf Möglichkeit zur Korrektur durch schnelles Hinzufügen ungesicherter VMs zu einer Backup-Policy-Gruppe Automatische Verknüpfung mit Backup-Policys beim Hinzufügen von Virtual Machines Abbildung 5: Festlegung eines Data-Protection-Ansatzes je Virtual Machine Abbildung 6: Möglichkeit zur Wiederherstellung von VMDK-Dateien in einem anderen Speicher 11

12 Fazit Mit den stetig wachsenden Anforderungen an virtualisierte Cloud-Infrastrukturen durch neue Bereitstellungen von IT-as-a-Service wächst auch die Notwendigkeit, die Umgebungen mit gewissen Data-Protection-Mechanismen zu schützen. Der Einsatz herkömmlicher Backup-Methoden in den virtuellen Umgebungen mag anfänglich genügen, doch sobald die Umgebung weiter anwächst, wird das Management der Backup-Zeitfenster quasi unmöglich. Avamar hat die in diesem Bericht beschriebenen VMware-Funktionen implementiert und bietet Kunden schon heute eine viel effizientere Backup- und Recovery-Lösung für VMware. Avamar 6.0 weitet die Verbesserungen in Sachen Backup-Effizienz auf VM- Backups aus und ergänzt sein Funktionsangebot um eine noch stärkere Integration und diverse Backup-Optionen für Administratoren. Mit den in diesem White Paper vorgestellten Funktionen festigt EMC Avamar seine Position als Branchenführer und sorgt dafür, dass Backup- und Wiederherstellungsprozesse in virtualisierten Umgebungen effizienter und vor allem schneller ablaufen und dem Kunden so die sorgenfreie, kostengünstige Erweiterung seiner Umgebung ermöglichen. Referenzen White Paper: Data Protection für große VMware- und Vblock-Umgebungen mit EMC Avamar Angewandte Technologien Die Produktseiten auf der Website von VMware Die Produktseite zu Avamar auf der Website von EMC Powerlink, das Extranet von EMC, exklusiv für Kunden und Mitarbeiter (Registrierung erforderlich) 12

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