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Netzwerk-Grundlagen – Rechenzentrumsnetze im Umbruch, Teil 1

Virtualisierung, I/O-Konsolidierung und Speicher-Konvergenz – das 1x1 des Rechenzentrums

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Kernelemente der Virtualisierung

Ein Kernelement jeder Virtualisierungssoftware ist der Hypervisor. Er erzeugt die Laufzeitumgebungen für die Virtuellen Maschinen. In diesem Zusammenhang ist er auch für die Kommunikation und den Speicherzugriff der VMs zuständig. Ohne geeignete Hardware-Unterstützung ist er in beiden Fällen verloren und würde zum Engpass. Dieses Thema steht aber erst am Anfang. Intel und AMD machen hier viel, aber es ist auch noch ein gutes Stück Entwicklung bis zu einer dauerhaft tragfähigen Lösung.

Ein weiteres wichtiges Kern-Konzept im Rahmen der Virtualisierung ist die Möglichkeit, VMs über verschiedene Maschinen hinweg zu bewegen, die VMs also wandern zu lassen. Ohne wandernde VMs können verschiedene betriebliche Vorzüge einer virtualisierten Umgebung nicht erzielt werden. Dabei werden ein Problem und ein Loch sichtbar: die VMs müssen bei ihrer Wanderung bestimmte Informationen über ihre bisherige Umgebung mitnehmen, damit sie in der nächsten Umgebung wieder arbeiten könnte. Damit das überhaupt funktioniert, gibt es dafür Lösungen von Cisco und Brocade. Doch so kann das nur eine Übergangslösung sein, denn diese Funktionen gehören in den Hypervisor.

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Das Loch tut sich bei der Hardware-Abhängigkeit auf. Um möglichst ungehindert auf der Hardware arbeiten zu können, haben die Hersteller von Virtualisierungssoftware den Hardware Abstraction Layer (HAL) durchlöchert oder ganz weggelassen. Ein HAL ist aber eine wesentliche Errungenschaft bei der Konstruktion von Betriebssystemen: er ermöglicht den Betrieb eines Betriebssystems auf unterschiedlichen Maschinen. Heute ist die Wanderung von VMs dadurch extrem beschränkt, dass Ausgangspunkt und Ziel einer Wanderung über identische Prozessoren verfügen müssen – eben weil ein HAL fehlt.

Wir haben also schon zwei Punkte ausgemacht, die dazu führen werden, dass sich die Virtualisierungsprodukte in den nächsten Monaten und Jahren nochmals erheblich verändern werden:

Integration von systemübergreifenden Kommunikationsmechanismen in die Hypervisoren

  • Schaffung von HALs

I/O-Funktionen

Ein weiterer Bereich ist die Hardware-Unterstützung von I/O-Funktionen. Der überwiegende Teil der bis Ende 2009 aufgebauten Virtualisierungslösungen benutzt letztlich den Hypervisor auch als virtuellen Switch. Damit wird er aber erheblich zusätzlich und – wie wir sehen werden – auch unnütz belastet. Dies führt zu einer reduzierten I/O-Leistung der betroffenen Server.

In 2009 haben sich die Hersteller dieses Problems endlich angenommen und den schon seit 2007 bestehenden Standard SR-IOV (Single Root I/O Virtualization) von PCI-SIG einerseits in die Hardware gebracht und andererseits in die Virtualisierungssoftware integriert. Ab Ende 2009 stehen nunmehr Rack- und Blade-Server (z.B. auf Intel Xeon 5500) bereit, deren I/O-Leistung durch die Virtualisierung nicht mehr leidet. Das hat erhebliche Implikationen auf die gesamte Netzwerkstruktur.

Hinzu kommen natürlich noch andere Themen, wie z.B. die Klärung von Abhängigkeiten zwischen Basis-Betriebssystemen wie LINUX, die ja immer noch die Grundlage für lauffähige Systeme bilden, und der Virtualisierungssoftware oder der weite Bereich der System-Sicherheit.

Dennoch kann man aus diesem Feld von „Moving Targets“ eine Reihe von Konsequenzen für die Netzwerke ableiten, die von den aktuellen Diskussionen und der weiteren Entwicklung der Virtualisierungssoftware abgekoppelt werden können:

  • Virtualisierung und I/O-Konsolidierung hängen eng zusammen
  • I/O-Konsolidierung bedeutet, dass wir mit einem Standard-Ethernet nicht mehr auskommen, es muss ggf. erheblich angereichert werden

Virtualisierung und I/O-Konsolidierung führen damit zur Notwendigkeit einer höheren Netzwerk-Grundqualität, mit:

  • verlustarmer Übertragung,
  • Latenzarmut,
  • hoher Grundleistung, mindestens 10 GbE,
  • hohem Strukturierungsgrad und
  • extrem schneller Reaktion bei Fehlern

weiter mit: Virtualisierung bedeutet Re-Zentralisierung

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