Was Speicher-Virtualisierung kann - Ein Überblick

Vom Grundgedanken her sollten SANs in erster Linie lokale Netzwerke entlasten. Die zunehmende Auslagerung des Storage-Equipments führt jedoch dazu, dass die Speichernetze selbst immer komplexer und heterogener werden. Für Abhilfe soll die Storage-Virtualisierung sorgen. Allein die Anwender scheinen das nicht so recht glauben zu wollen. Obwohl die Marketing-Maschinerien großer Hersteller seit geraumer Zeit auf Hochtouren laufen, halten sich die verkauften Stückzahlen in Grenzen.

Während sich Virtualisierung im Server-Bereich (Serverpartitionierung, Cluster, Blades) oder im CPU-Bereich (VMware) langsam in Richtung Mainstream entwickelt, existiert der Hype im Midrange-Speicherbereich bestenfalls auf der Diskussionsebene. Dazu Wolfgang Singer, Storage Networking-Experte bei IBM: "Im Midrange-Bereich sind die Speicherlandschaften noch weit gehend homogener als im High-End-Bereich. Deshalb ist der Konsolidierungsbedarf auch nicht so groß. Aber auch in einer homogenen Speicherlandschaft bringt Virtualisierung Vorteile. Zum Beispiel ist mit unseren Lösungen eine Erweiterung um neue Speicher-Hardware vollkommen unproblematisch und im laufenden Betrieb durchzuführen."

Prinzipiell ist Virtualisierung nichts anderes als die Abstraktion von den physischen Gegebenheiten in der Darstellung. Auf Speichernetze umgelegt heißt das: Eine heterogene, mehr oder weniger komplexe Speicherumgebung stellt sich den Anwendern als homogener Datenpool dar. Idealerweise werden Daten entsprechend den unterschiedlichen Anforderungen auf dem jeweils kostengünstigsten Medium gespeichert, zum Beispiel produktive Datenbanken auf Fibre Channel (FC)-Platten, Erstsicherungen oder Netzwerk-Dateisysteme auf ATA-Platten oder Archive in optischen Bibliotheken.

Die Verteilung und Bewegung der Daten auf und zwischen den Speicherklassen geschieht in einer virtualisierten Umgebung automatisch auf Basis des Geschäftswertes, der benötigten Verfügbarkeit und der geforderten Antwortzeit der enthaltenen Informationen. Auch bei der Datensicherung spielt Virtualisierung eine immer größere Rolle. "Snapshots", also zu einem festen Zeitpunkt eingefrorene, logische Plattenkopien, werden vom Applikationsserver abgekoppelt und einem Backup-Server zugewiesen. Dieser kann dann in aller Ruhe ohne negative Auswirkungen auf die Applikation die Datensicherung vornehmen. Echtzeitkopien von Datenbeständen durch Spiegelung und Datenreplikation spielen im Hinblick auf den Datenschutz eine ebenso wichtige Rolle. Die Vorteile liegen auf der Hand: Bessere Kapazitätsauslastung der Speichermedien, höhere Geschwindigkeit, höhere Ausfallsicherheit, Compliance, zentrale Verwaltung und ein Schritt Richtung Information Lifecycle Management (ILM).

Ansätze der Speichervirtualiserung

Die Virtualisierungsintelligenz, die die physische Zuordnung von logischen Prozessen regelt, kann dabei auf verschiedenen Ebenen des Speichernetzes sitzen - im Controller der Speichersysteme (etwa in Form eines RAID-Controllers direkt im Storage-Array), auf den Servern oder den SAN-Appliances. Wie bei Speicher-basierenden Lösungen ist auch im Fall von Host-basierender Software die Speicher-Virtualisierierung nicht unbedingt an ein SAN gebunden.

So ist zum Beispiel in Windows-Betriebssystemen standardmäßig der Logical Disk Manager (LDM) enthalten, eine Light-Version des "Volume Managers" von Veritas Software. Der von Symantec übernommene Spezialist für Speicher-Automatisierung ist Anbieter hersteller- und plattformunabhängiger, host-basierender Virtualisierungslösungen. Der Volume Manager ist für Solaris, HP-UX, AIX und Linux und Windows 2000/2003 verfügbar. In der High-Availability-Version der "Veritas Foundation Suite" werden Volume Manager, "Veritas File System" sowie "Veritas Cluster Server" zu einer Hochverfügbarkeitslösung zusammengefasst. Hermann Wedlich, Senior Marketing Manager EMEA bei Symantec: "Das File System als zweiter Virtualisierungs-Layer sortiert automatisch vor, welcher Datentyp auf welchem Speichertyp gespeichert wird - das geht Richtung ILM. Die SAN-Plattformen der Hardware-Hersteller sind nicht immer best-of-breed. Unsere Lösungen performen besser und integrieren auch die Vorteile und Stärken der Storage-Arrays verschiedenster Hersteller. Und unsere Kunden bleiben bei der Hardware unabhängig. Nicht umsonst haben wir 68 Prozent Marktanteil bei der Storage-Virtualisierung."

SAN-basierende Lösungen

Bei den SAN-basierenden Lösungen gibt es drei Ansätze.

• In-Band-Methode:

Die steuernde Instanz (Appliance) ist im Netzwerk zwischen Host und Speichern installiert. Steuer- und Produktionsdaten werden durch diese Instanz geleitet, die sich den Servern als Storage-System darstellt. Hier findet auch die Zuordnung von Speichersegmenten (logische Volumes) zum Host und die Zugriffssteuerung auf die Daten statt. Vorteil: Der Server benötigt keine dedizierte Software mehr. Nachteil: Da der Datenpfad durch die Steuerungsinstanz läuft, können Skalierungsprobleme entstehen. Ein Ausfall führt zum Totalverlust des Speicherzugriffes. Redundante Lösungen sind noch nicht ausgereift. Anbieter sind zum Beispiel CASA, Datacore, DataDirect, FalconStor, Hewlett-Packard, IBM und TrueSAN.

• Out-of-Band-Methode:

Hier ist die steuernde Instanz außerhalb des Speichernetzes installiert und kommuniziert über das lokale Rechnernetz mit den Fibre-Adaptern des Servers. Dieser Ansatz benötigt lokal geladene Programme, so genannte Agenten. Die steuernde Instanz definiert die logischen Laufwerke, die ein Server anbinden und nutzen darf. Vorteil: Da der Datenpfad nicht durch die Steuerungsinstanz läuft, ist die Lösung einfach skalierbar. Nachteil: Auch hier kann es bei einem Hardware- oder Anwendungsausfall zu massiven Problemen kommen. Auflaufende Schreib-I/Os lassen sich nicht mehr eindeutig zuzuordnen, was im schlimmsten Fall zu korrupten oder unvollständigen Datenbeständen führt. Anbieter sind unter anderem HP, IBM, TrueSAN und Veritas.

• Virtualisierung direkt im FC-Switch:

Ein neuer Trend in der Virtualisierungsdebatte sind die intelligenten Netzwerkkomponenten wie Router oder Switches. Hier wird die steuernde Instanz nicht auf eine separate Appliance im SAN ausgelagert, sondern befindet sich direkt im FC-Switch. Diese Geräte ermöglichen den Anschluss annähernd aller heute produktiv betriebenen Server- und Speichersysteme. Zu den Anbietern gehören derzeit Brocade, Cisco (mit Veritas-Software), HP und McData.

Allerdings hat Veritas vor kurzem die Entwicklung seiner Virtualisierungs-Software für Switches (Storage Foundation for Networks) eingestellt. Eine Entwicklungspartnerschaft mit Brocade wurde "wegen fehlender Marktchancen" beendet. Eine bereits existierende Kombination mit Cisco-MDS-Geräten wurde von den Kunden nicht angenommen. Symantec-Mann Wedlich erklärt das so: "Prinzipiell ist Virtualisierungsintelligenz im Switch vernünftig und viel versprechend. Aber ohne Host-basierende Software funktioniert das derzeit nicht so performant. Die Nähe zur Applikation muss gegeben sein, denn die gibt den Takt vor."

Netzwerk-Spezialisten

Klarerweise bieten Networking-Spezialisten wie Cisco oder Brocade die Virtualisierungsintelligenz für Speichernetze in ihren Netzwerkkomponenten an. Die Cisco MDS 9500 Serie von Multilayer Directors und die Cisco 9216 Multilayer Fabric Switches versprechen, Storage-Konsolidierung durch hoch skalierbare, intelligente SAN-Plattformen zu erreichen, die eine Reihe intelligenter Services beinhalten. Durch Einsteiger-SAN-Lösungen mit niedrigen Anfangsinvestitionen wird auch gezielt der KMU-Markt angesprochen.

Auch Brocade hat in der SilkWorm-Familie von Fabric-Switches und Software eine intelligente Plattform für die Netzwerk-Speicherung und ein breites Spektrum an Software-Produkten zur Verwaltung von SAN-Umgebungen. Den Kern dieser Angebote bildet ein verteiltes Betriebssystem für SANs, das Brocade Fabric OS.

Speicher-basierende Virtualisierung

Im Bereich der Storage-Hardware haben die großen Hersteller schon lange Erfahrung in der Disk- oder Tape-Virtualisierung. Anordnungen von Plattenspeichern oder Bandlaufwerken bilden ein virtuelles Storage- oder Backup-System. Aber auch IBM, HP, EMC oder HDS haben umfassende, Speichernetz-basierende SAN-Plattformen entwickelt.

IBM-Mann Singer: "Unser TotalStorage SAN Volume Controller unterstützt auch Speichersysteme anderer Hersteller. Bei dieser In-Band-Lösung ist es kein Nachteil, dass der Datenstrom durch die Appliance läuft. Durch Cashing und Striping der Daten erreichen wir sogar einen Performance-Gewinn. Die Latenzzeiten liegen im Bereich von nur 40 bis 60 Mykrosekunden." Weitere Vorteile sieht Singer zum Beispiel in der einfachen Migration: "Das geht großteils im laufenden Betrieb. Ich brauche nur einmal kurz abschalten, um die Appliance hineinzubringen. Und auf dem Server brauche ich dann nur mehr einen Treiber, nämlich für die Appliance."

Hitachi Data Systems (HDS) bietet ebenfalls mit der TagmaStore Universal Storage Plattform eine SAN-Lösung für bis zu 32 Petabyte "Managed Storage" an, die auch Hardware anderer Hersteller unterstützt. Mit dem für den Midrange-Bereich ausgelegten Network Storage Controller NSC55 will HDS zukünftig auch den Mittelstand für die SAN-Virtualisierung begeistern. "Die Lösung ist nach wie vor High-End, aber Mittelständler haben in puncto hohes Datenaufkommen oder Compliance oft die gleichen Probleme wie Große", erklärt Michael Väth, Senior Vice President und General Manager, EMEA. "Im Highend-Storage-Bereich sind wir in Österreich führend, im Bankenbereich halten wir bei 85 Prozent Marktanteil. Über Produkte und Vertrieb wollen wir jetzt auch den Midrange-Bereich bedienen", ergänzt Josef Dumhart, Marketing- und Vertriebsleiter in Österreich.

Datenbank-Virtualisierung

Für Virtualisierung im Datenbank-Bereich sorgt federführend der Datenbank-Spezialist Oracle. Oracle Database 10g mit Real Application Cluster (Oracle RAC) und automatischem Storage-Management koordiniert eine große Anzahl an Servern und Speichergeräten und organisiert diese für verteiltes Rechnen. Die Lösung schafft nicht nur eine virtualisierte Speicherlandschaft, sie fasst mit Oracle RAC auch mehrere Datenbank-Server zu einer virtuellen Einheit, einem Cluster, zusammen.

Die Vorteile: Höhere Verfügbarkeit, Skalierbarkeit, Kostenersparnis durch Verwendung von Standardhardware und Ausfallsicherheit. "Fällt ein Knoten aus, übernehmen die anderen", erklärt Alexander Scheidl, technischer Geschäftsführer von ACP Enterprise, der schon mehrere Oracle RAC-Installationen durchgeführt hat. "Bei fünf Rechnern ergibt das maximal 20 Prozent Leistungsverlust. Ein simpler Failover-Cluster, wo eine zweite Maschine nur daneben steht, um bei einem Ausfall zu übernehmen, ist eine schlechte Investition. Bei Oracle RAC habe ich die summierte Leistung mehrerer Maschinen", so Scheidl.

Trendthema Storage Grids

Grids sind nichts anderes als die Erweiterung des Cluster-Konzeptes. Im Fall von Storage Grids handelt es sich um ein Netz von so genannten "Smart Cells", autonomen Speichermodulen mit eigenem Prozessor und Arbeitsspeicher. Damit können sich Speichereinheiten mit anderen koordinieren. Über das vom Global Grid Forum definierte Grid-Protokoll melden sich die Einheiten beim "Scheduler", dem Herzstück jedes Grids, an und veröffentlichen die Funktionen, die sie beherrschen. Der Scheduler entscheidet dann, welche Aufgaben die Einheit übernehmen soll. Einem solchen System sind in der Theorie weder räumliche noch Skalierungsgrenzen gesetzt. Zwar sind schon mehrere so genannte Grid-Lösungen am Markt, in der Mehrzahl erweisen sie sich jedoch als Mogelpackungen, denn die meiste Intelligenz steckt im Controller und der Management-Software des SAN. Den Grid-Grundsätzen am nächsten kommt HP mit dem "Reference Information Storage System" (HP-RISS).

"Auf dem Storage-Markt, insbesondere für den Midrange-Bereich, werden Storage-Grids in nächster Zeit noch kaum Relevanz haben", glaubt Scheidl von ACP. Für die Storage-Virtualisierung insgesamt erwarten Experten hingegen ein deutliches Ansteigen der Nachfrage auch beim Mittelstand. Wedlich von Symantec: "Wir haben die Erfahrung gemacht, dass die Sparpotenziale von Speicher-Virtualisierung auch im Mittelstand erkannt werden."