Teil 3 Externer Massenspeicher als zentrale Ablage für virtuelle Maschinen

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1 Teil 3 Externer Massenspeicher als zentrale Ablage für virtuelle Maschinen Motto von Teil 3: Mit Shared Storage zur optimalen Hardwareunabhängigkeit der Gäste. Teil 3 dieser Workshopserie zeigt die Vorteile von externem Massenspeicher (Shared Storage) gegenüber lokalen Festplatten und erläutert die Anbindung von iscsi Speicher als zentrale Ablage für die VMs. Ziele auf einen Blick: Grundlagen der Speicheranbindung und praktische Einrichtung von iscsi: Virtuelle Platten und physischer Speicher. iscsi, Fibrechannel oder NAS. Software Initiator oder Hardware-Initiator. Praktisches Anbinden einer LUN mit iscsi Software Initiator oder HBA. Hinweis: Weiterführende und ergänzende Dokumentationen enthält der iscsi SAN Configuration Guide und der ESX Server 3 Configuration Guide auf den VMware Webseiten: Grundlagen und Zusammenhänge virtueller und physischer Datenträger auf einen Blick Die Massenspeicheranbindung ist einer der wichtigsten Konfigurationsschritte virtueller Infrastrukturen. Vor der Konfiguration sind einige Grundlagen zu klären. Wichtige Begriffe der Speicheranbindung Gastsysteme legen Ihre Daten in virtuellen Festplatten ab. Als Ablageplatz für die virtuellen Maschinen können verschiedene Speicherorte dienen. Folgender Überblick vermittelt die wichtigsten Begriffe auf einen Blick: Virtuelle Festplatte - Eine virtuelle Festplatte (vplatte) ist eine große Datei (Containerdatei) auf einem physischen Datenträger des Hosts. Diese Datei enthält die Datenblöcke (Sektoren), die das Gastsystem schreibt und ließt. Ein Gast kann mehrere virtuelle Festplatten besitzen. Virtueller SCSI Controller Jeder Gast kann bis zu vier virtuelle SCSI- Controller besitzen an denen die vplatten angeschlossen sind. Die SCSI- Controller werden vom Virtualisierungslayer emuliert. Der Gast meint mit physischer Hardware zu arbeiten und bemerkt keinen Unterschied. Auf die physischen Controller des Hosts hat der Gast keinen direkten Zugriff. Datastore Als Datastore bezeichnet man den physischen Speicherplatz eines Hosts, auf dem virtuelle Festplatten, aber auch Konfigurationsdateien und ISO-Images abgelegt werden. Als Datastore kann eine Partition auf 1

2 lokalen Festplatten, eine Partition auf einer LUN im SAN oder die Freigabe eines NAS mit NFS (Network File System) dienen. Ein Gast weiß nicht, auf welchem Datastore seine virtuellen Platten liegen. LUN Physische Speichergeräte präsentieren Teilbereiche ihres Plattenplatzes als LUNs (Logical Unit Number). Eine LUN ist üblicherweise der Teilbereich eines RAID-Sets, das aus mehrere physischen Platten besteht. Ein Speichergerät kann mehrere LUNs zur Verfügung stellen. Server sind per Fibrechannel oder iscsi mit dem Speichergerät verbunden. Eine LUN wirkt für den angeschlossenen Server wie eine lokale Festplatte und kann mit beliebigen Dateisystemem formatiert werden. ESX Server formatiert LUNs mit VMFS. VMFS VMFS (VMware Virtual Machine File System) ist ein optimiertes Dateisystem, was für die Arbeit mit großen Dateien ausgelegt ist. Lokale Festplatten des Hosts und LUNs im SAN müssen mit VMFS formatiert sein, um virtuelle Maschinen aufzunehmen. VMFS ist clusterfähig, es unterstützt also den gleichzeitigen Zugriff mehrerer Hosts auf die gleiche LUN (shared Storage). Hinweis: Bei der Verwendung von NAS als Datastore kommt kein VMFS zum Einsatz. Stattdessen liegen die virtuellen Maschinen direkt im Dateisystem NFS (Network File System) des NAS-Gerätes. RDM (Raw Device Mapping) ESX Server ermöglicht für besondere Einsatzfälle auch den direkten Zugriff der Gäste auf eine dedizierte LUN ohne Zwischenschaltung einer Containerdatei. Dieser direkte Zugriff nennt sich Raw Device Mapping. Beispielsweise kann damit ein Windows-Gast eine LUN direkt mit NTFS formatieren. RDMs kommen vor allem für Cluster- Konfigurationen zwischen VMs auf unterschiedlichen Hosts zum Einsatz. Virtuelle Platten sind aber in der Regel flexibler als RDMs und werden in kleinen und mittleren bevorzugt eingesetzt. Shared Storage Zentraler Speicher, der von mehreren Servern gleichzeitig verwendet werden kann wird als Shared Storage bezeichnet. Er bildet die Grundlage für viele Funktionen einer virtuellen Infrastruktur, etwa das Verschieben von VMs von einem Host zum anderen. Nicht jedes Dateisystem ermöglicht den gemeinsamen Zugriff, VMFS ist dafür ausgelegt. Shared Storage liegt meist auf einer LUN im SAN oder auf einer NAS-Freigabe. Eigenschaften virtueller Festplatten Virtuelle Festplatten verhalten sich für das Gastsystem wie normale physische Platten. Virtuelle Platten bieten jedoch wesentlich höhere Flexibilität. Folgender Überblick erklärt die wichtigsten Zusammenhänge: Virtuelle Platten können auf dem Host oder zwischen unterschiedlichen Hosts kopiert werden. Jede Kopie enthält ein 1:1 Abbild des darin enthaltenen Gastsystems. In der realen Welt entspricht der Kopiervorgang einer vplatte dem Übertragen eines Images von einer physischen Festplatte auf eine andere. Virtuelle Festplatten und ihre Kopien können in jede beliebige VM eingebunden und dort verwendet werden. In der realen Welt entspricht das dem Umbauen einer physischen Platte in einen anderen Rechner. 2

3 Das Löschen der Containerdatei einer virtuellen Platte entspricht in der physischem Welt dem Totalverlust der Daten bei einem Plattendefekt. Aus der Sicht das Gastsystems verhält sich eine virtuelle Festplatte immer wie eine SCSI-Festplatte. Das Gastsystem kann nicht erkennen, auf welchem physischen Datenträger die virtuellen Platte tatsächlich liegt. Im Gegensatz zu VMware Workstation oder Server unterstützt ESX Server keine virtuellen IDE Platten. Den Zugriff auf den physischen Plattenspeicher übernimmt in jedem Falle der Host. Gastzugriffe auf die emulierten SCSI-Kontroller fängt der Virtualisierungslayer ab und setzt sie auf die physischen Komponenten um. Vorteile von Shared Storage gegenüber lokalen Festplatten Erst zentraler, gemeinsam genutzter Speicher (Shared Storage) eröffnet alle Möglichkeiten einer virtuellen Infrastruktur. Die Funktionen VMotion, HA und DRS sind ohne zentralen Speicher nicht möglich. Virtuelle Maschinen, die auf zentralem Speicher liegen sind unabhängig von einem bestimmten Host. VMs können von einem ausgefallenen Host sofort auf einem anderen Server neu starten, wenn dieser ebenfalls Zugriff auf den zentralen Speicher hat. Ein defekter Host kann einfach ausgetauscht werden, ohne dass Daten von lokalen Platten kopiert werden müssen. Gäste können zum Lastausgleich flexible zwischen mehreren Hosts verteilt werden, dank VMotion auch im laufenden Betrieb. Mit Dateisperren verhindert VMware ESX Server, dass die gleiche VM versehentlich von verschiedenen Hosts zeitgleich gestartet wird. Die möglichen Arten der Speicheranbindung im Überblick Einen Überblick über die Möglichkeiten der Speicheranbindung des ESX Servers zeigt folgende Tabelle. Fibrechannel mit 2 oder 4 GBit iscsi über Hardware HBA iscsi über Software Initiator NAS (NFS, kein SMB/CIFS) DAS (lokaler Speicher) Leistung optimal sehr gut gut gut sehr gut VMotion, HA, DRS Virtuelle MSCS- Cluster zwischen Hosts ja ja ja ja nein Ja nein nein nein zur lokalen Ablage der Boot-Platten der Knoten Redundanz und Ausfallsicherheit Multipathing über HBAs, Switches und Storage- Controller Multipathing über HBAs, Switches und Storage- Controller Teaming der Netzwerkadapter Teaming der Netzwerkadapter Nur lokaler RAID-Level 3

4 Boot from SAN (Diskless Hosts) Verwendung pro LUN über verschiedene Pfade pro LUN über verschiedene Pfade nein nein - ja ja nein nein - Lastausgleich Alle und alle Leistungsanforderungen Kleine und mittlere Kleine und mittlere Kleine und mittlere preiswerter Zusatzspeiche r für ISO- Images, Templates und Sicherungen Systeminstallation des ESX Servers In mit nur einem ESX Server auch als Speicherort für die VMs Konfiguration eines Datastores auf einer LUN Für kleine und mittelständische Unternehmen bietet sich das iscsi-protokoll als kosteneffektive und leistungsstarke Lösung zur Bereitstellung von externem Speicher an. ESX Server verfügt über einen integrierten Software Initiator zum Zugriff auf das Speichergerät und unterstützt auch Hardware Initiatoren, so genannte Host Bus Adapter (HBA). Ein Software Initiator benutzt für den Zugriff auf den Speicher normale Ethernet- Adapter des Hosts, dadurch entfällt der teure HBA. Nachteil eines Software Initiators ist die etwas schlechtere Leistung und die höheren Anforderungen an die CPU des Host, was mit modernen Quadcore CPUs aber kein Problem mehr darstellt. Folgender Schnellstart beschreibt die Anbindung einer LUN über den iscsi Software Initiator des ESX Servers. Hinweis: Die Konfiguration der Speicheranbindung über einen iscsi Hardware Initiator oder über Fibrechannel-HBA unterschiedet sich nur in Details von der beschrieben Vorgehensweise und kann anhand der Beschreibung einfach nachvollzogen werden. Hinweise zum Anlegen von LUNs im Speichergrät Zuerst müssen Sie entsprechend der Dokumentation des eingesetzten Speichergerätes LUNs anlegen. Dabei sollten Sie einige Grundsätze beachten: Bei der Wahl der LUN-Größe ist zu bedenken, dass viele kleine LUNs den Verwaltungs-Aufwand erhöhen und zu Platzverschnitt führen. Dagegen können zu große LUNs Leistungsengpässe hervorrufen, weil sich Zugriffe vieler Gäste gegenseitig behindern und vermehrt SCSI Reservierungen zwischen den Hosts auftreten. Empfehlenswert für den Start sind LUNs von GB, maximal 1 TB, auf denen jeweils 5-10 VMs liegen, je nach Leistungsanforderungen. Bei geringer Auslastung sind deutlich mehr VMs pro LUN möglich. Erreichen die Gäste die Leistungsanforderungen nicht mehr, können virtuelle Platten auf andere LUNs 4

5 verlagert werden. In kleinen und mittleren genügen oftmals 2-4 LUNs auf einem RAID5-Set mit aktiviertem Schreibcache. Beispielsweise eine LUN für die Testumgebung und eine LUN für produktive VMs. Je nach physischer Plattenanzahl ist es nicht immer sinnvoll, mehrere RAID-Sets anzulegen, da ein Array mit vielen Spindeln höhere Leistung erreicht. In größeren und bei I/O-Intensiven Gästen können LUNs auf unterschiedlichen RAID-Sets für verschiedene Zugriffsprofile erstellt werden. Beispielsweise RAID10 mit schnellen physischen Platten für Datenbanken und RAID5 mit optimaler Platzausnutzung für alle anderen virtuellen Platten. Virtuelle Maschinen mit sehr hohen Leistungsanforderungen sollten auf einem separaten RAID-Set von den Zugriffen der übrigen Umgebung isoliert werden. Konfiguration des Netzwerkes für iscsi Als Vorbereitung auf die eigentliche Speicheranbindung erfordert der iscsi- Software Initiator eine Konfiguration des Netzwerkes am Host. Der Initiator läuft als VMkernel-Komponente und benötigt einen Zugang zu einem vswitch mit physischer Netzwerkkarte, um mit dem Speichergerät zu kommunizieren. Hinweis: Kommen iscsi- oder Fibrechannel-HBA zum Einsatz entfällt der folgende Schritt zur Netzwerkkonfiguration, da diese Adapter mit eigenen Schnittstellen direkt am Speichernetzwerk angeschlossen sind. Es erfolgt keinerlei Kommunikation über Ethernet-Adapter des Hosts. Das weitere Vorgehen bei der Verwendung von HBA beschreibt der Punkt Konfiguration von iscsi-initiator oder iscsi-, bzw. FC-HBA weiter unten. Für die Verwendung des Software Initiators sollte der Host über zwei zusätzliche Gigabit Ethernetports verfügen. Für erste Tests genügt bereits ein Adapter. Ideal für einen ESX-Host sind zwei Ports für die Speicheranbindung, zwei Ports für die Gäste und zwei Ports für die Service Console und VMotion. Achtung! Das Speichernetzwerk sollte aus Leistungs- und Sicherheitsgründen vom LAN isoliert sein und eigene physische Switches oder wenigstens eigene VLANs verwenden. Folgendermaßen konfigurieren Sie das Netzwerk für den iscsi-software Initiator: 1) Erstellen Sie unter Configuration > Networking > Add Networking einen neuen vswitch mit dem Connection Typ VMkernel und wählen Sie mindestens einen, für optimale Redundanz zwei freie Host-Adapter aus. 2) Vergeben Sie als Network Label den Namen iscsi und nehmen Sie die IP Einstellungen passend zu Ihrem Speichernetzwerk vor. 5

6 3) Ein Default Gateway benötigt der VMkernel Port für iscsi nicht, da er direkt im Speichernetzwerk angeschlossen sein sollte, beantworten Sie die entsprechende Frage mit Nein. 4) Erstellen Sie am eben erstellten vswtich über Properties > Add eine zusätzlichen Port mit dem Connection Typ Service Console. 5) Vergeben Sie als Network Label den Namen SC_ iscsi und vergeben Sie eine weitere IP-Adresse aus dem Bereich des Speichernetzwerkes. Hinweis: Der zusätzliche Service Consolen Port wird für die Verwaltungs- Kommunikation mit dem Speichergerät, unter anderem zur Authentifizierung benötigt. Die iscsi-nutzdaten laufen dagegen ausschließlich über den VMkernel Port. 6) Für die iscsi-kommunikation ist noch ein Firewallport des Hosts zu öffnen. Im Reiter Configuration unter dem Menüpunkt Security Profile ist dazu über Properties der Haken an Software iscsi Client zu setzen. Der angelegte vswitch übernimmt die Kommunikation mit dem Speichergerät. Aus Leistungs- und Sicherheitsgründen sind für das Speichernetzwerk separate physische Adapter und Switches empfehlenswert. 6

7 Konfiguration von iscsi-initiator oder iscsi-, bzw. FC-HBA Die Konfiguration des gemeinsamen Speichers im SAN erfolgt im VI Client für jeden einzelnen ESX Host über den Reiter Configuration. Unter dem Menüpunkt Storage Adapters sind alle eingebauten HBA, die lokalen SCSI Controller und der Software iscsi-initiator zu sehen. Die weitere Konfiguration ist für Hardware- und Software Initiatoren weitestgehend ähnlich, exemplarisch erfolgt hier die Einrichtung des iscsi Software-Initiators. 1) Klicken Sie auf den iscsi Software Initiator in der Liste und wählen Sie im unteren Fenster Properties. Hinweis: Fibrechannel-HBA benötigen keine Konfiguration im VI-Client. 2) Wählen Sie im Reiter General die Schaltfläche Configure, setzen Sie den Haken bei Enabled und bestätigen Sie mit OK. 3) Unter dem Reiter Chap Authentication sind die Anmeldedaten für das Target zu hinterlegen, wenn das Speichergerät eine Anmeldung fordert. 4) Im Reiter Dynamic Discovery fügen Sie mittels Add die Adresse und den Port Ihres Speichergerätes (Target) ein. Der vorgegebene Port 3260 ist in den meisten Fällen richtig. Nach kurzer Zeit erscheint das Target in der Liste. 5) Sie können die Konfiguration mit Close verlassen und anschließen ein Rescan durchführen. Entweder oben rechts mit der Schaltfläche Rescan, oder mit der rechten Maustaste auf den Adapter. Hinweis: Die Rescan-Funktion gilt für iscsi- und FC-HBA ebenfalls. 7

8 Die verfügbaren LUNs erscheinen zu jedem konfigurierten Adapter im unteren Teil des Fensters. Nach dem Hinzufügen oder Freigeben von LUNs im Speichergerät, müssen Sie an dieser Stelle wieder ein Rescan durchführen, damit die neuen LUNs vom ESX Server erkannt werden. Achtung! Das Target muss über LUNs verfügen, die für den iscsi Namen des iscsi-initiators (IQN oder Alias), bzw. für den WWPN (World Wide Port Name) des Fibrechannel Adapters freigegeben sind. Anlegen eines Datastores auf einer LUN Alle angezeigten LUNs wirken für den ESX Host wie lokal eingebaute Festplatten und können mit dem VMFS Dateisystem formatiert werden. Gehen Sie dazu folgendermaßen vor: 1) Wechseln Sie auf der rechten Seite zum Menüpunkt Storage. 2) Sie sehen alle bereits vorhandenen Datastores. Klicken Sie auf Add Storage und wählen Sie Disk/LUN, um einen neuen VMFS-Datastore zu erstellen. 3) Sie sehen alle unbenutzten Datenträgerbereiche, auf denen ein VMFS- Dateisystem erstellt werden kann. Bleibt diese Liste leer, dann existiert kein freier Speicherplatz auf LUNs oder lokalen SCSI-Platten. Sollten vorhandene LUNs nicht erscheinen, versuchen Sie nochmals ein Rescan auf die einzelnen Adapter unter dem Menüpunkt Storage Adapters. 4) Wählen Sie einen Eintrag aus und klicken Sie auf Next. Vergeben Sie einen sinnvollen Namen für den Datastore und wählen Sie eine Größe. Sie sollten den gesamten Platz der LUN verwenden, weil nur ein Datastore pro LUN angelegt werden kann. Der Datastore kann nachträglich mit Extents erweitert werden, sobald weiterer freier Platz vorhanden ist, etwa nach dem Vergrößern einer LUN. 8

9 5) Die Wahl der Blockgröße entscheidet über die spätere maximale Größe einer virtuellen Platte, die auf dem Datastore angelegt werden kann. Folgen Sie den Vorgaben in der Auswahlliste. Diese Einstellung kann nachträglich nicht mehr geändert werden. Hinweis: Anstelle mit Add Storage eine neue VMFS-Partition zu erstellen, können Sie mittels rechter Maustaste auf einen vorhandene Datastore über Properties > Add Extend diesem Datastore freien Platz hinzufügen. Ein VMFS-Datastore kann sich auch über mehrere Datenträger erstrecken, das ist aber nicht empfohlen. Wenn Sie einen vorhandenen Datastore mit der rechten Maustaste anklicken und Browse Datastore wählen, haben Sie Zugriff auf den Inhalt des Datenspeichers. Hinweis: Der Datastore Browser von ESX Server 3.5 ermöglicht auch den Datenaustausch mit dem ESX Server, etwa zum Kopieren von ISO-Images und virtuellen Platten. Zusatztools wie WinSCP und das Anlegen eines Nutzers zum Freischalten des SSH-Zugriffs sind nicht mehr zwingend notwendig. Bekanntmachen der LUN auf weiteren ESX Servern Auf weiteren ESX Servern müssen die erstellten Datastores nur mit einem Rescan sichtbar gemacht werden. Alle Server der Infrastruktur können dann gemeinsam darauf zugreifen. Voraussetzung ist wieder die Freigabe der LUN am Speichergerät für die entsprechenden Hosts und die Konfiguration des Initiators an jedem Host. Beim Anlegen einer neuen virtuellen Maschinen kann der Datastore auf dem zentrale Speicher, anstelle der lokalen Festplatten des Hosts, verwendet werden. Vorhandene virtuelle Maschinen auf lokalen Festplatten können unter Virtual Center mittels Migrate im abgeschalteten Zustand auf den zentralen Speicher verschoben werden (siehe auch Teil 4 dieser Workshopserie). Mit zentralem Speicher steht der Weg offen für die Konfiguration einer virtuellen Infrastruktur mit den Funktionen VMotion, HA und DRS. 9

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