Virtualisierung sorgt für optimale Auslastung und Hochverfügbarkeit

Virtualisierte Systeme sind ein elementarer Bestandteil von IT-Infrastrukturen, die sich flexibel an veränderte Geschäftsanforderungen anpassen. Die anerkannten Vorteile sind eine bessere Auslastung der gesamten Hardware-Ressourcen,  was wiederum zu geringerem Platz- und Energiebedarf führt, sowie eine höhere Flexibilität. Aufgrund der Vorzüge der Virtualisierung, wird sie mittlerweile in unterschiedlichsten Facetten, wie etwa der Servervirtualisierung oder Applikationsvirtualisierung, angewandt. Für den effizienten Betrieb eines Data-Centers ist dabei die virtuelle Bereitstellung von Rechenleistung zum Betrieb von Serverdiensten und –applikationen  entscheidend. Dies wird heute meist mit dem Begriff der Servervirtualisierung gleichgesetzt. Dabei wird ein Rechnersystem virtuell nachgebildet. Genaugenommen spielt es dabei aber keine Rolle, ob in der virtuellen Hülle, der virtuellen Maschine, eine Serverbetriebssystem oder ein Clientbetriebssystem ausgeführt wird.

Virtualisierung heute: Parallelbetrieb der Server in einer Box

Durch die Virtualisierungs-Engine werden mehrere Gäste parallel betrieben. Dies stellt die Voraussetzungen für eine bessere Auslastung dar. Dieses Verfahren hat Vorteile, kann aber nur als erster Schritt, hin zu dynamischen IT-Infrastrukturen gewertet werden. Um wirklich dynamische Systeme zu erhalten, muss die Granularität der virtuellen Instanzen flexibler gestaltet sein. Virtuelle Systeme, wie sie heute im Einsatz sind, betreiben die virtuellen Maschinen parallel und meist ohne Rücksicht auf die Lastprofile. Werden dabei beispielweise 10 physische Server, die jeweils eine Auslastung unter 10 Prozent aufweisen, zusammen auf einen Server gebracht, so wird dessen Auslastung  an hundert Prozent heranreichen. Weisen die physischen Geräte aber sehr unterschiedliche Lastprofile auf und sind beispielsweise nachts nur jeweils zu einem Prozent ausgelastet, so wird die Zusammenführung auch nur zu einer Gesamtauslastung von 10 Prozent nachts führen. Ähnliches gilt beim Einsatz von Applikationen die extreme Spitzenauslastung, wie etwa SAP HR zur Gehaltsabrechnung am Monatsende, aufweisen. Ebenso verhält es sich mit den Anmeldediensten zur Benutzerauthentifizierung, die jeweils morgens stark und dann kaum mehr belastet sind. Die Virtualisierung in ihrer heutigen Form vermag zwar die Auslastung zu erhöhen, kann aber dennoch nur unzureichend mit unterschiedlichen Lastprofilen umgehen. Ein weiterer Aspekt ist die Ausfallsicherheit. Durch die Zusammenführung mehrerer Systeme auf einer Hardware wird diese zentrale Hardware zum Single-Point-of-Failure. Vorkehrungen zur Ausfallsicherheit und Hochverfügbarkeit werden damit zu einer zwingenden Anforderung. 

Virtualisierung der zweiten Generation

Die virtuellen Systeme der zweiten Generation müssen diesen schwankenden Anforderungen Rechnung tragen und stärker auf die Lastanforderungen reagieren, sowie Hochverfügbarkeit gewährleisten. HP hat daher seine High-End Server der Baureihe Integrity konsequent auf diese Anforderungen ausgerichtet. Die Grundlage stellen dabei frei konfigurierbare Cellboards dar. Diese ähneln den heutigen Bladeeinschüben. Ein Cellboard umfasst alle Rechnerkomponenten einschließlich Mehrwege-CPUs und Arbeitsspeicher. Ein komplettes Integrity-Rechnersystem subsummiert sich somit aus mehreren Cellboards und den weiteren Rechnerbaugruppen. 
Die Server-Systeme der Integrity-Reihe basieren auf dem Intel Itanium Prozessor. Dieser weist bereits die Erweiterungen zur Virtualisierung (Intel-VT) auf und sorgt somit für einen höheren Durchsatz. Hinzu kommt, dass die in den Microcode gegossenen Virtualisierungsfunktionen, anders als softwarebasierte Hypervisor, immun gegen Angriffe sind.
Das Besondere an der Architektur dieser HP-Server liegt in der wahlfreien Kombination der Rechenleistung, wie etwa der Anzahl der CPUs oder der Speichernutzung. Diese werden dann den Betriebssystemen mitsamt deren Applikationsdiensten zugeordnet. Die Systeme sind ferner mit unterschiedlichen Techniken zur Virtualisierung ausgestattet und erlauben damit eine optimale Abstimmung der Rechenleistung auf die geschäftlichen Anforderungen.  Derzeit unterstützen die Integrity-Server vier Arten der Partitionierung und Virtualisierung:

• nPar zur logischen Bündelung physikalischer Rechnerressourcen mit Trennung der Partitionen (HW-Isolation) für höchste Leistung und umfassenden Ausfallschutz
• vPar zur Gruppierung von Rechenleistung unter HP-UX bei logischer Trennung der Partitionen
• HP Integrity Virtual Machines für feingranulare Zuweisung von Rechenleistung unter Einsatz eines Hypervison
• HP Secure Resource Partitions zur Abbildung mehrere virtuelle Instanzen, basieren auf einem gemeinsamen HP-UX. Geringer Ressourcenbedarf und sehr schnelle Ausführung.

Diese vier Modelle der Partitionierung und Virtualisierung decken unterschiedliche Anforderungen ab und lassen sich im Betreib wahlfrei kombinieren.

Unterschiedliche Virtualisierungs-Modelle sorgen für Hochverfügbarkeit durch größtmögliche Flexibilität

In der Variante des nPar-Betriebs lassen sich Servercluster aus mehreren Rechenknoten, auch über Cellboard-Grenzen hinweg definieren. nPar erlaubt die dynamische Zuweisung von CPU und Speicher an ein Betriebssystem und dessen Applikation. Die parallel  betriebenen Systeme sind dabei vollständig und auch elektrisch gegenseitig abgesichert (HW-Isolation). Dies ermöglicht den parallelen Betrieb von Applikationen, die keinerlei Berührung aufweisen sollten. Beim Einsatz von HP-UX sind diese  Konfigurationsänderungen im laufenden Betrieb, ohne Reboot, durchführbar. Damit ist es möglich, einer Applikation im Betrieb mehr Rechenleistung zuzuweisen oder auch wieder zu entfernen. Windows oder Linux unterstützen eine Veränderung der CPU- und Speicher im laufenden Betrieb nicht und müssen daher neu gestartet werden.

Beim Modell vPar werden virtuelle Partitionen gebildet. Diese setzten sich aus einer beliebigen Menge an CPUs und Arbeitsspeicher zusammen. Die kleinste Einheit ist dabei ein CPU-Kern und dessen Speicher. vPars ermöglichen eine feinere Zuweisung in kleineren Einheiten und können ebenso wie nPars im laufenden Betrieb und ohne Neustart um konfiguriert werden. Als Betriebssystem steht HP-UX zur Verfügung.

Beim Modell HP Integrity VM kommt ein Hypervisor zum Einsatz. Dieser liegt zwischen der Rechnerhardware und den Zielsystemen. Das Verfahren ist mit jenen der heutigen Virtualisierer vergleichbar. In den virtuellen Maschinen wiederum werden die Zielsysteme ausgeführt. Als Gäste in den VMs kommen alle gängigen Betriebssystem und Applikationen in Frage, wie etwa Windows, HP-UX und Linux. Durch die HP Integrity VM wird somit eine CPU auf mehrere Applikationen verteilt. Dies erlaubt eine sehr feine Granularität der Rechenleistung.

HP Secure Resource Partitions: Hierbei kommt ein Basisbetriebssystem (HP-UX) zum Einsatz. Die virtuellen Maschinen werden durch Container auf der Unix-Prozessebenen getrennt. Alle virtuellen Maschinen teilen sich somit das gemeinsame Basisbetriebssystem.

Die unterschiedlichen Partitionierungstechniken erlauben somit eine optimale Abstimmung der Rechenleistung, von der Trennung auf Prozessebene, über die Zuweisung von einzelnen CPUs und Speicher, bis zur Bildung von Rechenclustern, an die geschäftlichen Anforderungen. Durch integrierte Failover- und Switchover-Techniken erfolgt dabei, wenn gewünscht, eine automatisierte Anpassung der Rechenleistung mit höchster Verfügbarkeit. Aus der Kombination unterschiedlicher Virtualisierungstechniken, unterstützt mit den passenden Verwaltungstools, entstehen somit äußerst flexible IT-Infrastrukturen mit höchster Verfügbarkeit. Die dazu notwendigen Verwaltungstools, die zur Kapazitätsplanung, dem Monitoring und der Lastverteilung benötigt werden, bündelt HP im Virtual Server Environment (VSE). Dieses sowie seine Administrationshilfen stehen im Mittelpunkt des Beitrags „Management virtueller Systeme“.

Fazit

Durch die flexible Aufteilung und Bündelung von Rechnerkapazität und der bedarfsgerechten Zuweisung an die Nutzer erreicht die Virtualisierung von IT-Diensten neue Dimensionen. Damit eröffnen sich erstmals IT-Betriebsszenarien für Hochverfügbarkeit mit dynamischer Server-Provisionierung, Failover und Desaster Recovery, welche mit den derzeitigen Techniken, dem parallelen Betrieb der nahezu gleicher virtuellen Instanzen in einer Hardwarebox, kaum vorstellbar sind.