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Geschrieben von Kees Jan Meerman
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Aktualisiert am
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Min. Lesezeit 4 Min
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung: Wenn virtuelle Maschinen auf gemeinsam genutzten physischen Ressourcen ausgeführt werden, steigen die Effizienz und Flexibilität der IT-Umgebung um ein Vielfaches. Die Speichervirtualisierung erleichtert dies, indem sie die Unübersichtlichkeit der Festplatten hinter einem einzigen, flexiblen Pool verbirgt.
Dieser Artikel beschreibt blockbasierte (SAN) und dateibasierte (NAS) Ansätze, zeigt, warum sie entstanden sind, und erklärt, wie sie Kosten sparen, Anwendungen beschleunigen und Backups vereinfachen.
Die Virtualisierung hat die IT-Infrastruktur zweifellos verändert. Wenn virtuelle Maschinen auf gemeinsam genutzten physischen Ressourcen ausgeführt werden, steigen die Effizienz und Flexibilität der IT-Umgebung erheblich.
Virtualisierte Workloads benötigen jedoch Speicherplatz. Ohne eine optimierte Speicherverwaltungsstrategie können die Vorteile der Servervirtualisierung sehr begrenzt sein.
In einer herkömmlichen IT-Umgebung ist der Speicher an physische Hardware gebunden. Dies erschwert die Skalierung, Zuweisung und Verwaltung. In virtualisierten Umgebungen, in denen VMs einen flexiblen, ausfallsicheren und von der zugrunde liegenden Hardware unabhängigen Speicher benötigen, entstehen dadurch zusätzliche Herausforderungen. Die einfache Bereitstellung von Speicher für einzelne virtuelle Maschinen kann zu Engpässen führen. Außerdem kann sich der Verwaltungsaufwand erheblich erhöhen.
Hier kommt die Speichervirtualisierung ins Spiel.
Was ist Speichervirtualisierung?
Speichervirtualisierung ist der Prozess der Abstraktion physischer Speicherressourcen, um sie als einen einzigen logischen Speicherpool darzustellen. Diese Technologie ermöglicht es IT-Teams,die Verwaltung, Automatisierung und Auslastung von Speicherkapazitäten zu zentralisieren. Dies reduziert die Komplexität herkömmlicher Speichersysteme.
Mit der Speichervirtualisierung müssen sich Administratoren nicht mehr mit mehreren physischen Festplatten befassen. Stattdessen interagieren sie mit der virtuellen Speicherschicht, die Speicherplatz nach Bedarf zuweisen kann. Virtualisierungssoftware kann Eingabe-/Ausgabeanforderungen von virtuellen Maschinen abfangen und sie dem entsprechenden physischen Speicherort zuordnen.
Einer der größten Vorteile der Speichervirtualisierung besteht darin, dass sie die Komplexität der physischen Speicherinfrastruktur verbirgt. In Umgebungen wie Storage Area Networks (SAN) oder Network Attached Storage (NAS) ermöglicht die Speichervirtualisierung IT-Abteilungen eine effizientere Speicherverwaltung, hilft ihnen, den Datenschutz und die Reaktion auf Datenausfälle zu verbessern, und steigert die Gesamtleistung des Systems.
Außerdem werden starre physische Speicherbeschränkungen beseitigt, da Unternehmen dank der Speichervirtualisierung mühelos skalieren und die Nutzung ihrer Speicherressourcen optimieren können.
Arten der Speichervirtualisierung
Die Speichervirtualisierung wurde entwickelt, um die Herausforderungen zu bewältigen, denen IT-Administratoren bei der Verwaltung großer Speicherumgebungen gegenüberstehen. Unterschiedliche Workloads und Anwendungen erfordern unterschiedliche Methoden der Speicherverwaltung. Aus diesem Grund haben sich zwei Hauptmethoden der Speichervirtualisierung herausgebildet.
1. Speichervirtualisierung auf Blockebene
- Diese Methode wird häufig in SAN-Umgebungen (Storage Area Network) verwendet. Dabei werden Rohspeicherblöcke einer festen Größe, die unabhängig voneinander funktionieren können, zu Gruppen zusammengefasst. Eine Virtualisierungsschicht abstrahiert den logischen Speicher (z. B. Laufwerkspartitionen) vom physischen Speicher (z. B. SSDs oder HDDs). Dies ermöglicht eine effiziente Zuweisung von Speicherplatz über mehrere Laufwerke hinweg.
- Diese Methode verwendet Hochgeschwindigkeitsprotokolle wie Fibre Channel (FC) oder iSCSI, um einen latenzarmen und leistungsstarken Datenzugriff zu gewährleisten. Dies ist für Datenbanken, virtuelle Maschinen und Unternehmensanwendungen unerlässlich. Da Blockspeicher auf einer niedrigeren Ebene als Dateispeicher arbeitet, lässt er sich gut in Betriebssysteme integrieren und erscheint als lokal angeschlossener Speicher.
- Die Virtualisierung von Blockspeichern ist in großen SAN-Umgebungen einfacher zu verwalten, da IT-Administratoren eine zentrale Speichersteuerung ermöglichen können. Dies wiederum erleichtert ihnen die dynamische Zuweisung, Migration und Skalierung von Speicherressourcen.
2. Dateibasierte Speichervirtualisierung
- Diese Methode wurde für NAS-Umgebungen (Network Attached Storage) entwickelt. In dieser Umgebung wird über Protokolle auf Dateiebene wie NFS für Linux und SMB für Windows auf den Speicher zugegriffen. Anstatt mit Speicherblöcken zu arbeiten, abstrahiert die Virtualisierung auf Dateiebene Dateien und Verzeichnisse von ihren physischen Speicherorten.
- Dadurch können Anwendungen auf Daten zugreifen, ohne zu wissen, wo sie sich physisch befinden. Diese Methode eignet sich ideal für Dateifreigabeumgebungen, Tools für die Zusammenarbeit und Content-Repositorys. In diesen Anwendungen benötigen mehrere Benutzer Zugriff auf dieselben Daten.
- Wenn NAS-Speicher in einem einheitlichen Namensraum konsolidiert wird, kann die Speichervirtualisierung auf Dateiebene die Dateimigration, -verwaltung und -skalierbarkeit vereinfachen, ohne den Betrieb zu stören.
- Hier finden Sie eine Übersicht über die wichtigsten Unterschiede zwischen Speichervirtualisierung auf Block- und Dateiebene
| Funktion | Speichervirtualisierung auf Blockebene | Speichervirtualisierung auf Dateiebene |
|---|---|---|
| Speichertyp | SAN (Speichernetzwerk) | NAS (Netzwerkspeicher) |
| Datenzugriff | Rohspeicherblöcke | Dateien und Verzeichnisse |
| Struktur | Keine vordefinierte Struktur | Dateien und Ordner in einer Hierarchie angeordnet |
| Leistung | Hohe Leistung, geringe Latenz | Moderate Leistung |
| Häufige Anwendungsfälle | Datenbanken, virtuelle Maschinen, Unternehmensanwendungen | Dateifreigabe, Zusammenarbeit, Speicherung von Inhalten |
| Verwendete Protokolle | Fibre Channel, iSCSI | SMB, NFS |
Vorteile der Virtualisierung
Die Virtualisierung von Servern und Speichern wird Unternehmen zahlreiche Vorteile bringen. Hier finden Sie eine Übersicht.
1. Hardwarekonsolidierung
Viele virtuelle Maschinen können sich einen physischen Server teilen, wodurch die Gesamtnutzung erhöht und die Anzahl der benötigten physischen Server und Laufwerke reduziert wird. Dies kann die Hardware- und Energiekosten erheblich senken.
2. Flexibilität
Die Speichervirtualisierung ermöglicht eine dynamische Kapazitätszuweisung, da Volumes durch Hinzufügen zusätzlicher Speichergeräte spontan erweitert werden können. Dadurch können Administratoren einen einzigen großen Pool verwalten, anstatt viele isolierte Speicherbereiche.
3. Bessere Ressourcenauslastung
Ungenutzter Speicherplatz auf vielen Geräten kann konsolidiert und effizient genutzt werden. Dies sorgt für eine bessere Auslastung des Speicherplatzes und reduziert Kapazitätsverschwendung. Wenn beispielsweise Thin Provisioning in virtualisierten Speichern verwendet wird, können mehrere VMs einen Pool gemeinsam nutzen und belegen nur bei Bedarf physischen Speicherplatz.
4. Vereinfachte Verwaltung
Der gesamte virtuelle Speicherpool kann über eine zentrale Schnittstelle verwaltet werden. Dies vereinfacht die Zuweisung, Überwachung und Sicherung von Daten in der gesamten IT-Umgebung. Snapshots und das Klonen virtueller Festplatten können zentral durchgeführt werden.
5. Geringere Herstellerabhängigkeit
Wenn Speicher von der Hardware abstrahiert wird, kann ein Unternehmen hinter der Virtualisierungsschicht verschiedene Marken und Modelle kombinieren. Diese heterogene Integration bedeutet, dass ein Array von Anbieter A und ein anderes von Anbieter B zu einem Speicherpool beitragen können. Dies schützt Investitionen und erleichtert es IT-Administratoren, neue Technologien hinzuzufügen, ohne an einen einzigen Anbieter gebunden zu sein.
Herausforderungen der Virtualisierung
Nachdem wir nun die Vorteile der Server- und Speichervirtualisierung kennen, ist es auch wichtig, die damit verbundenen Herausforderungen zu verstehen.
Erhöhte Komplexität
Eine Virtualisierungsschicht erhöht die Komplexität der IT-Umgebung, da mehr Komponenten verwaltet werden müssen, z. B. Hypervisoren, virtuelle Switches und Volume-Manager. Alle diese Komponenten müssen konfiguriert und gewartet werden. Die gleichzeitige Verwaltung verschiedener Software- und Hardware-Elemente kann schwierig sein, wenn so viele bewegliche Teile beteiligt sind.
Leistungsaufwand
Durch die Virtualisierung entsteht eine Indirektionsschicht, die zu Latenzen bei der Ein- und Ausgabe führen kann. Es entsteht zusätzlicher Verarbeitungsaufwand, beispielsweise durch Kontextwechsel und Ein- und Ausgabe über den Hypervisor oder das Netzwerk, was im Vergleich zu Bare-Metal-Systemen zu einer Verringerung der Systemleistung führen kann. Administratoren müssen daher sicherstellen, dass der Virtualisierungsstack optimiert ist, um Engpässe zu vermeiden.
Komplexität von Backup und Datenrettung
Obwohl Administratoren über Snapshot- und Replikationsfunktionen verfügen, können sie sich nicht ausschließlich auf Virtualisierungsfunktionen verlassen. Eine virtualisierte Umgebung erfordert nach wie vor eine solide Backup-Strategie. Darüber hinaus kann die Datenrettung in einer virtualisierten Speicherumgebung sehr komplex sein, da bei den Wiederherstellungsmaßnahmen mehrere Ebenen berücksichtigt werden müssen, z. B. virtuelle Festplatten, das Host-Dateisystem und der zugrunde liegende Speicher.
Fazit
Wir haben gesehen, wie wichtig die Speichervirtualisierung für Unternehmen sein kann. Sie kann die Flexibilität, Skalierbarkeit und Effizienz der Datenverwaltung verbessern. Während die Speichervirtualisierung auf Blockebene hohe Leistung für Datenbanken und Unternehmensanwendungen verspricht, kann die Virtualisierung auf Dateiebene den gemeinsamen Datenzugriff in kollaborativen Umgebungen vereinfachen.
IT-Experten müssen den richtigen Ansatz basierend auf den Anforderungen der IT-Infrastruktur wählen.
Die Virtualisierung entwickelt sich ständig weiter, und Unternehmen müssen die richtigen Speichertechnologien integrieren, um die beste Leistung, geringste Komplexität und Robustheit für ihre IT-Systeme zu gewährleisten. IT-Fachleute, die diese verschiedenen Modelle der Speichervirtualisierung verstehen, können effektiv robuste und anpassungsfähige Speicherlösungen aufbauen.
Neben den Herausforderungen der Speichervirtualisierung können Benutzer auch mit verschiedenen Festplattenfehlern konfrontiert werden. Hier finden Sie einige häufige Fehler und deren Lösungen:
