Speichervirtualisierung
Was ist Speichervirtualisierung und wie wird sie genutzt?
In der Welt des Enterprise Storage werden bei der Speichervirtualisierung physische Speichergeräte zu einem einzigen „virtuellen“ Speichergerät gebündelt. Obwohl die Speichervirtualisierung inzwischen weitgehend durch das Cloud-Modell in den Hintergrund gedrängt wurde, bot sie im Vergleich zu „Bare Metal“-Speicher (bei dem physische Speichergeräte direkt angesprochen werden) erhebliche Betriebs- und Kostenvorteile. Mit virtualisiertem Speicher konnten Unternehmen Kompatibilitätsprobleme verringern und die Leistung und Sicherheit von Speicherumgebungen erhöhen.
Bei der Verwendung von virtualisiertem Speicher mussten Administratoren eine Reihe von Problemen berücksichtigen:
- Kompatibilität und Interoperabilität: Speichervirtualisierungsumgebungen müssen mit der zugrunde liegenden Hardware-Infrastruktur, den Netzwerkkomponenten, Servern, Betriebssystemen, Managementtools und Hypervisoren kompatibel sein. Die Kompatibilität mit Protokollen wie NFS und Fibre Channel ist unerlässlich, um eine nahtlose Integration zu gewährleisten und APIs die Integration mit Automatisierungstools für die Orchestrierung und Integration zu ermöglichen.
- Leistung und Latenz: Kritische Anwendungen haben Leistungsanforderungen, die von der virtualisierten Speicherumgebung erfüllt werden müssen. Administratoren müssen die Fähigkeiten von Speicher-Controllern, die Netzwerkbandbreite, die Festplatten-E/A-Kapazität und Caching-Mechanismen bewerten, um zu verstehen, wie sie sich auf Leistung und Latenz auswirken.
- Datensicherheit und -integrität: Eine virtualisierte Speicherumgebung sollte Datenverschlüsselung unterstützen, um die Sicherheit der Daten während der Übertragung oder im Ruhezustand zu gewährleisten, und Zugriffs- und Authentifizierungskontrollen auf granularen Ebenen bieten, um unbefugten Zugriff zu verhindern. Robuste Backup- und Disaster-Recovery-Lösungen sind erforderlich, um eine starke Datensicherung für virtualisierte Speicher zu gewährleisten.
Wie passt die Speichervirtualisierung in das Cloud-Speichermodell?
Die Speichervirtualisierung als Technik gibt es schon seit Jahrzehnten, und sie hat den Grundstein für Cloud-basierten Speicher gelegt (bei dem große Mengen einzelner Speichergeräte in riesige Pools virtueller Speicher virtualisiert werden). In den letzten Jahren ist die Speichervirtualisierung weitgehend dem Cloud-Speichermodell gewichen, da die Unternehmens-IT die Vorteile erkannt hat, die sich ergeben, wenn man die zuvor erwähnten Herausforderungen bei der Bereitstellung und Verwaltung von virtualisiertem Speicher dem Cloud-Anbieter überlässt.
Beim Cloud Computing-Modell definieren VM- und Anwendungsadministratoren den benötigten Speicher mit einigen wenigen Parametern – Speichertyp (d.h. Block, Datei, Objekt), Kapazität, Leistung, Bandbreite – und der Cloud-Anbieter stellt den gewünschten Speicher sofort aus seinen eigenen virtualisierten Speicherpools zur Verfügung. Im Hintergrund übernimmt die Cloud-Architektur alle Aufgaben der Bereitstellung, Konfiguration und Sicherung, die früher im Rechenzentrum von einem Speicheradministrator erledigt wurden.
Die betrieblichen Vorteile des Cloud-Modells liegen auf der Hand: Die Unternehmens-IT muss sich nicht mehr um die Verwaltung immer komplexerer virtualisierter Speicherumgebungen kümmern, und die Geschäftsbereiche profitieren von deutlich kürzeren Bereitstellungszeiten. Cloud-Speicher ermöglicht Zugriff-on-Demand auf Speicherressourcen und vereinfacht die Workflows beim Datenmanagement erheblich. Dies ermöglicht eine eine kürzere Time-to-Value und beschleunigt die digitale Transformation.
Aus finanzieller Sicht bietet das Cloud-Modell den Unternehmen viel mehr Auswahl und Flexibilität bei der Nutzung von Speicherressourcen. In der Regel bieten Cloud-Anbieter eine OpEx-Abrechnung für die Nutzung von Cloud-Speicher an. Seit Kurzem bieten die fortschrittlichsten Cloud-Angebote jedoch auch eine Capex-Option, die es Unternehmen ermöglicht, die Datenhoheit und die Sicherheitsvorteile von On-Premise-Speicher mit einem Cloud-Betriebserlebnis zu kombinieren.
Wie funktioniert Speichervirtualisierung?
Bei der Speichervirtualisierungwird die physische Speicherhardware in einem virtuellen Volume gespiegelt. Um eine einfache virtuelle Speicherumgebung aufzubauen, werden mehrere physische Festplatten zu einer Gruppierung zusammengefasst, die einen einzigen Server verwendet. Virtueller Speicher oder logische Speicherblöcke werden demselben Server zugewiesen und helfen bei der Umleitung des E/A-Verkehrs (Input/Output).
Die physischen Festplatten sind vom virtuellen Volume durch eine Virtualisierungsschicht getrennt, die es Betriebssystemen und Anwendungen ermöglicht, auf den Speicher zuzugreifen und ihn zu nutzen. Die virtuelle Speichersoftware nimmt die E/A-Anfragen entgegen und leitet sie über den gesamten Speicherpool an die entsprechenden Speichergeräte weiter.
Die physischen Festplatten selbst sind in kleine Datenblöcke oder Objekte unterteilt, die als Logical Unit Numbers (LUNs), Logical Volume (LV) oder RAID-Gruppen bezeichnet werden. Diese Blöcke werden den Remote-Servern als virtuelle Festplatte präsentiert. Sie sehen für den Server wie eine physische Festplatte aus und nicht wie eine Sammlung von Speichergeräten, die den gesamten Speicherpool in der virtualisierten Umgebung bilden.
In einer komplizierteren Umgebung können RAID-Arrays als virtueller Speicher fungieren. Hier imitieren mehrere physische Laufwerke ein einzelnes Speichergerät, das im Hintergrund Daten auf mehrere Festplatten strippt und repliziert. Dieser Prozess verbessert die E/A-Leistung und schützt die Daten vor einem Ausfall eines einzelnen Laufwerks.
Die Art und Weise, wie auf die Daten von den physischen Laufwerken zugegriffen wird, erfordert einen zusätzlichen Schritt für die Virtualisierungssoftware. Die Virtualisierungssoftware schafft nicht nur eine Barriere zwischen den physischen und virtuellen Speichergeräten, sondern erstellt auch eine Karte mit Metadaten, die ein schnelles Auffinden der gespeicherten Daten ermöglicht. In einigen Fällen erstellt die Software einen Algorithmus, um die Daten noch schneller zu finden.
Die Erstellung von virtuellem Speicher kann sowohl auf Blockebene als auch auf Dateiebene erfolgen. Die Virtualisierung eines Storage Area Network (SAN)beinhaltet das Hinzufügen einer Übersetzungsschicht zwischen den Hosts und den Speicher-Arrays. Bei dieser Art der Speichervirtualisierung werden die Server auf virtualisierte LUNs umgeleitet, anstatt auf LUNs auf dem individuellen Speicherarray. Diese virtualisierten LUNs verbleiben auf dem virtualisierten Gerät. Bei der Virtualisierung eines NAS werden die Abhängigkeiten zwischen den Daten, auf die auf Dateiebene zugegriffen wird, und dem Ort, an dem die Dateien physisch gespeichert sind, aufgehoben.
Welche unterschiedlichen Arten von Speichervirtualisierung gibt es?
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie Speicher in einer virtuellen Umgebung eingesetzt werden kann: hostbasiert, arraybasiert und netzwerkbasiert.
Host-basiert
Die Host-basierte Virtualisierung, die am häufigsten in HCI-Systemen und Cloud-Storage eingesetzt wird, basiert auf Software zur Steuerung des Datenverkehrs. Bei dieser Methode kann der physische Speicher nahezu jedem Gerät oder Array zugewiesen werden. Der Host oder ein hyperkonvergentes System, das aus mehreren Hosts besteht, stellt Gastmaschinen beliebiger Konfiguration virtuelle Laufwerke zur Verfügung, beispielsweise virtuelle Maschinen (VMs) in einem Unternehmen, PCs, die auf Dateifreigaben zugreifen, oder Server, die über die Cloud auf Daten zugreifen.
Array-basiert
Bei der Array-basierten Speichervirtualisierung befinden sich die Server an einem physischen Standort, und das Array, auf das zugegriffen wird, ist für die Server oder Benutzer, die auf den Speicher zugreifen, nicht sichtbar. Hier dient ein Speicher-Array als primärer Speicher-Controller, der mithilfe von Virtualisierungssoftware Speicherressourcen aus anderen Arrays zusammenfasst. Das Array kann auch verschiedene Arten von physischem Speicher als Tiers darstellen, anstatt eine disparate Sammlung von Geräten zu bilden. Solche Tiers können aus Solid-State-Laufwerken (SSDs) oder Festplattenlaufwerken (HDDs) in den verschiedenen Arrays bestehen.
Netzwerkbasiert
Die häufigste Form der Speichervirtualisierung ist netzwerkbasiert. Hier sind alle Speichergeräte in einem FC- oder ISCSI-SAN über ein Netzwerkgerät verbunden. Diese miteinander verbundenen Geräte präsentieren sich als ein einziger virtueller Pool innerhalb ihres Speichernetzwerks.
Was ist der Unterschied zwischen Server- und Speichervirtualisierung?
Unternehmen haben die Wahl zwischen mehreren Virtualisierungstechnologien, und die geschäftlichen Anforderungen bestimmen, welche davon am besten geeignet ist. Die meisten Unternehmen verfügen über virtuelle Desktops in ihrer Arbeitsumgebung, denn die Remote-Arbeit scheint sich durchzusetzen. Und zu dieser Remote-Arbeitsumgebung gehört auch die Anwendungsvirtualisierung, da Desktops weniger Ressourcen für die Arbeit benötigen, ohne dass sich die Betriebssysteme der Anwendungen physisch auf dem Desktop selbst befinden.
Die Virtualisierung hat aber noch mehr zu bieten. Wenn ein Server virtualisiert wird, können Unternehmen eine hohe Verfügbarkeit und eine effizientere Desaster Recovery erreichen. Das liegt daran, dass das Betriebssystem von der Hardware getrennt ist und die Maschinen, die darauf zugreifen, wie eine Datei behandelt werden können. Als Datei können diese Server auf dem SAN gespeichert werden, was ein hohes Maß an Mobilität beim Datenzugriff ermöglicht. Wenn ein Server ausfällt, kann, da alle virtuellen Server auf dem SAN gespeichert sind, ein anderer Server die Aktivität übernehmen.
Durch die Servervirtualisierung kann die Hardware on demand angepasst werden, wodurch ein elastischeres System entsteht. Wenn die Workloads abnehmen, können die Server abgeschaltet werden, und umgekehrt, wenn die Workloads zunehmen, können dieselben Server wieder eingeschaltet werden. Wenn also weniger Server ständig eingeschaltet sind, kann ein Unternehmen Geld für Strom, Kühlung und redundante Hardware, die die meiste Zeit ungenutzt bleibt, sparen.
Auch die Speichervirtualisierung trägt zur Erhöhung der Verfügbarkeit bei, insbesondere wenn sie in Verbindung mit der Servervirtualisierung eingesetzt wird. Wenn der Speicher virtualisiert wird, ist er nicht an einen bestimmten Server gebunden. Auf diese Weise kann der Speicher aus mehreren Quellen verwaltet und als ein einziges Repository verwendet werden. Darüber hinaus können viele Server auf die im SAN gespeicherten Daten zugreifen, was die Nutzung des SAN erheblich vereinfacht.
Was sind die Vorteile der Speichervirtualisierung?
- Geringere Kosten: Da virtueller Speicher nicht die typischen Hardware-Redundanzen benötigt, die in herkömmlichen Speicherarchitekturen von Unternehmen für die Desaster Recovery erforderlich sind, müssen weniger Geräte und/oder Softwarelizenzen gekauft werden. Dies erspart den Unternehmen die erheblichen Kosten, die durch finanzielle Verpflichtungen im Vorfeld entstehen.
- Zeitersparnis: Virtualisierter Speicher reduziert nicht nur die geplanten und ungeplanten Ausfallzeiten, sondern macht auch Upgrades weniger zeitaufwändig und störungsanfällig.
- Skalierbarkeit: Mit virtuellem Speicher müssen Unternehmen ihren langfristigen Speicherbedarf nicht mehr prognostizieren oder für die gesamte Kapazität im Voraus bezahlen. Stattdessen kann die IT-Abteilung die Vorteile einer dynamischen Bereitstellung nutzen, die bei Bedarf auf sich ändernde Anforderungen reagiert.
- Leichteres Management: Virtueller Speicher vereinfacht und verbessert die Ressourcennutzung und ermöglicht ein einfaches Hinzufügen/Löschen von Speicherplatz ohne Unterbrechung der Anwendungen. Sie ermöglicht außerdem eine nahtlose Datenmigration und optimiert die Anwendung erweiterter Funktionen im gesamten Speicherpool.
- Geringeres Risiko: Sollte ein Laufwerk, ein Speichercontroller oder eine Stromversorgung ausfallen, sind diese bereits im virtuellen Array gespiegelt, sodass das Risiko einer Unterbrechung erheblich reduziert ist. Diese virtuelle Redundanz begrenzt die Leistungseinbußen und erhöht die Speichereffizienz und -flexibilität.
- Gesteigerte Produktivität: Virtueller Speicher bietet nicht nur 100-prozentige Verfügbarkeit, sondern hat auch das Potenzial, die Bereitstellung von Anwendungen und Services zu beschleunigen und so schneller Werte zu schaffen.
- Verbesserte Effizienz: Schnellerer Speicherplatz mit besserer Kapazitätsauslastung ist der größte Vorteil. Außerdem sorgt es für mehr Stabilität beim Datenzugriff und bei der Datenverarbeitung. Darüber hinaus gewährleistet der virtuelle Speicher eine 100-prozentige Auslastung und eine geringe Wahrscheinlichkeit von Kapazitätsengpässen.
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