Praxistipp Hypervisor: Ausfallsichere Virtualisierungsumgebung mit Proxmox und Ceph Moderne Rechenzentren durch hyperkonvergente Infrastruktur

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FAST LTA GmbH

Physikalische Server benötigen sowohl viel Platz als auch Hardware, die verbaut oder im Falle einer Server-Aufrüstung umgebaut oder erweitert werden muss. Lange Lieferzeiten und fehlende Materialien führen hierbei häufig zu Verzögerungen. Die Lösung, um diese Probleme zu umgehen: Virtualisierung. Sie sorgt für eine flexible und schnell skalierbare IT-Infrastruktur. Wie genau Virtualisierung funktioniert und welche Vorteile sie konkret schafft, zeigt der folgende Praxistipp.

Die Virtualisierung rückt verstärkt in den Fokus und ist mittlerweile auch der Management-Ebene der meisten Unternehmen ein Begriff. In modernen Rechenzentren ist sie längst Standard. Ihre Vorteile sind vielfältig: Unternehmen benötigen beispielsweise weniger Hardware, was sowohl Kosten als auch den Platz im Rechenzentrum reduziert und gleichzeitig die Flexibilität und Skalierbarkeit erhöht. Mit einem Hypervisor, auch als Virtual Machine Monitor (VMM) bekannt, nutzen Unternehmen eine Software, die die Verwaltung virtueller Maschinen ermöglicht und damit mehrere virtuelle Computer und Server auf einem physikalischen Server vereint.

Virtualisierung ermöglicht es, durch redundante Hardware für Storage und Hypervisoren eine Ausfallsicherheit zu schaffen. Fällt ein Hypervisor aus, werden die Maschinen einfach auf einem anderen gestartet.

Schritt 1: Auswahl des Hypervisors

Hypervisoren gibt es viele am Markt. Ein Beispiel ist „Proxmox Virtual Environment (PVE)“ der Firma Proxmox Server Solutions GmbH. Dabei handelt es sich um eine vollständige Open-Source-Virtualisierungsplattform für Server. Die Plattform kombiniert die beiden Virtualisierungstechnologien Kernel-based Virtual Machine (KVM) und Container-basierte Virtualisierung (LCX). Damit macht PVE virtuelle Maschinen und Container auf einer zentralen, webbasierten Management-Oberfläche verfügbar. Hochverfügbare Cluster, Software-Defined Storage, virtuelle Netzwerke, Backups und Firewall lassen sich mit vielen Out-of-the-Box-Tools sowie auf der Weboberfläche einfach konfigurieren und verwalten. Doch was ist bei der Installation und dem Betrieb von PVE zu beachten?

Schritt 2: Installation leicht gemacht

PVE ist schnell installiert – dazu gibt es vom Hersteller zwei angebotene Verfahrensweisen: zum einen die Installation auf eine bereits bestehende Installation der Linux-Distribution Debian über einen APT-Mirror, also einen Paketmanager Debian-basierter Distributionen, zum anderen die über einen eigenen Installer, den Interessierte beziehungsweise Nutzer von der Website des Anbieters herunterladen können.

Schritt 3: Betrieb – mehrere Hypervisoren für Ausfallsicherheit

Ist PVE erstmal installiert, lassen sich mit wenig Aufwand weitere virtuelle Maschinen darauf erstellen oder bestehende von anderen Hypervisoren zu Proxmox migrieren. Die steigende Anzahl an virtuellen Maschinen macht es erforderlich, die eigenen Hardware-Ressourcen aufzurüsten, bis gewisse Limits erreicht sind. Daher ist es ratsam, mit der Zeit mehrere Hypervisoren bereitzustellen, die in PVE als Cluster und als solches sowohl über die API als auch über das Management-Interface verwalten werden können.

Schritt 4: Hypervisoren clustern

Das Clustern lässt sich einfach über die Management-Oberfläche vornehmen – gleichzeitig bietet das Vorgehen über die API beziehungsweise über die Konsole weitere Optionen, die im Produktivbetrieb relevant sind. Stehen mehrere Hypervisoren zur Verfügung, ist es möglich, eine Ausfallsicherheit zu schaffen, sofern der Storage der VMs auf mehreren oder allen Hypervisoren zur Verfügung steht. Dazu integriert PVE die Lösung Ceph.

Ceph: integrierter Software-Defined Storage

Die Speicherlösung bietet unter anderem zwei verschiedene Arten von Speicher: RADOS Block Device (RBD) und CephFS. Während RBD als Speicher auf Block-Basis für Inhalte wie Disk-Images sowie derer Snapshots dient, implementiert CephFS ein Dateisystem, das beispielsweise zur Speicherung von Images zum Booten verwendet werden kann.

Wollen Unternehmen Ceph in PVE integrieren, gibt es zwei Möglichkeiten: Zum einen kann Ceph (bei Bedarf über die Oberfläche) aus PVE heraus installiert werden, zum anderen können bestehende Cluster (ebenfalls über die GUI) integriert werden. Ceph ist von Haus aus redundant aufgebaut: In der Default-Konfiguration wird jedes Objekt, worüber die Speicherkapazität in dem Ceph-Storage zur Verfügung steht, auf drei Object Storage Nodes (OSD) verteilt. Diese fungieren als eigentliche Speicherkomponente im Ceph-Cluster.

Software-Defined Storage

So baut man moderne Speicherinfrastrukturen

Mehr ist mehr – hochverfügbare Server-Struktur

Die Größe von Servern und Racks ist begrenzt, sodass die Speicherkapazitäten spätestens ab einigen hundert Terabyte an ihre Grenzen stoßen. Dem entgegnet Ceph mit einer modularen Architektur: Üblicherweise gibt es mindestens drei Server, die den Status des Clusters verwalten – die Cluster-Monitors (MONs). Dazu gibt es Speicher-Server oder auch Speicherknoten, die den Storage bereitstellen: die OSDs. Will sich ein Storage-Client – beispielsweise der der Hypervisoren – mit dem Cluster verbinden, kontaktiert er zunächst die MONs und ruft den Status des Clusters als sogenannte Maps ab. Anschließend weiß der Client selbstständig, welchen OSD er für welchen Datensatz ansprechen muss.

Der Vorteil hierbei: Es gibt keine zentrale Komponente, die für jeden Zugriff kontaktiert werden muss. Damit wird ein Engpass vermieden, der bei nur einem Server oder einem Gerät zwangsweise irgendwann auftreten kann. Das würde beispielsweise die Geschwindigkeit der Datenübertragung oder die Ausführungsgeschwindigkeit einer Anwendung beeinträchtigen. Vielmehr ist es so, dass sich die Performance mit einer steigenden Anzahl an OSDs sogar erhöht. Es können mehrere OSDs auf einem Server installiert werden (üblicherweise einer pro SSD).

Hypervisoren für (ausfall-)sicheren Betrieb

Hypervisoren als Basis einer Virtualisierungsplattform erleichtern es Unternehmen, Daten in hohen Mengen zu speichern und virtuelle Maschinen voneinander zu isolieren – damit beeinträchtigt im Falle einer Störung, eines Virus oder eines Ausfalls keine virtuelle Maschine eine andere. Firmen stellen sich so ausfallsicher auf. Das physische Host-System kann mehrere VMs ausführen, wodurch die zugrunde liegende Hardware-Auslastung erheblich verbessert wird.

Damit zusammenhängend ist ein weiterer Vorteil die Skalierbarkeit der IT-Infrastruktur: Zusätzliche virtuelle Maschinen können kurzfristig erstellt und Performance-Spitzen abgefedert werden. Mit Hypervisoren gestalten Unternehmen ihre IT somit ausfallsicher, skalierbar und performant und stellen sich zukunftssicher auf.

*Der Autor: Marvin Stark, technischer Leiter und Prokurist der compositiv GmbH

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