Warum das ordnungsgemäße Herunterfahren von virtualisierten Systemen bei einem Stromausfall so wichtig ist
Was ist Virtualisierung?
Unter Virtualisierung versteht man grob die Trennung eines IT Dienstes und seiner Komponenten von der Bereitstellung der zugrundeliegenden physikalischen Hardware. Vor dem Siegeszug der Virtualisierung im IT Bereich wurde pro Rechner immer ein einzelnes Betriebssystem installiert, wodurch die Software und die Hardware stark gekoppelt waren. Probleme waren mögliche Konflikte beim Ausführen mehrerer Applikationen auf dem gleichen Rechner und häufig nicht ausgelastete Rechner-Ressourcen sowie eine unflexible und sehr kostenintensive Infrastruktur.
Erst durch die technische Verfügbarkeit der Virtualisierung konnte eine Unabhängigkeit zwischen Betriebssystem und Rechnerhardware erreicht werden. Virtuelle Maschinen entsprechen in Ihrer Funktionsweise und Präsentation der Installation auf einem reellen Rechner, sind aber unabhängig von der benutzten Hardware. Eine virtuelle Maschine kapselt somit das komplette Betriebssystem mit allen installierten Applikationen in einer Einheit.
Abbildung links ohne Virtualisierung, Abbildung rechts mit Virtualisierung (Bildquelle: https://www.vmware.com/pdf/virtualization.pdf
Vorteile der Virtualisierung
IT Manager und Administratoren sehen sich ständig wiedersprechenden Anforderungen gegenübergestellt. Einerseits gibt es die ständige Herausforderung der kosteneffektiven Nutzung von bestehender IT Infrastruktur. Andererseits erwartet man von Ihnen eine schnelle Reaktion bzgl. neuer Ausrichtungen im Geschäftsumfeld und Flexibilität bei der Anpassung an organisatorische Änderungen und regulatorischen Anforderungen. Die Virtualisierung bietet hier die Möglichkeit, zeitnahe Lösungen für immer schneller wechselnde Anforderungen bereitzustellen.
Kosteneinsparungen durch effiziente Ressourcennutzung
Kosteneinsparungen ergeben sich hier auf Grund eines kleineren Bedarfs an physikalischer Hardware und sinkenden Kosten für den Energieverbrauch bzgl. Strom und Kühlung. Dem gegenüber stehen zusätzliche Ausgaben für die Anschaffung der Virtualisierungssoftware sowie Tools für die Sicherstellung des reibungslosen Betriebs. Im direkten Vergleich zur Anschaffung unzähliger neuer Hardware schlägt dies finanziell allerdings weniger zu Buche.
Ein riesen Vorteil ergibt sich durch die bessere Skalierbarkeit der Systeme und die steigende Flexibilität bei der Anpassung an sich ändernde Geschäftsprozesse und Marktanforderungen. Das Hinzufügen neuer Hardware und neuer virtueller Server wird über eine einheitliche Managementumgebung beschleunigt und vereinfacht. Dies führt somit zu kürzeren Wartezeiten bei den potenziellen Benutzern neuer Systeme. Weiterhin kann die Leistungsbereitstellung auch dynamisch im laufenden Betrieb den Lastkurven und somit dem Nutzerverhalten angepasst werden.
Gesteigerte Leistungsfähigkeit und Verfügbarkeit
Das Zusammenfassen mehrerer virtueller Maschinen auf wenigen physikalischen Systemen steigert automatisch die benötigte Leistung pro Hardware und führt somit zu einer verbesserten Gesamtauslastung der Hardware. Dies wirkt sich auch positiv auf die Verfügbarkeit des Gesamtsystems aus, da bei einem Ausfall oder Wartungsarbeiten an einem einzelnen physikalischen Server die virtuelle Hardware automatisch auf eine zweite physikalische Hardware umgezogen werden kann. Die virtuelle Maschine läuft somit ohne Störung weiter und für die Benutzer entstehen keine Ausfallzeiten. Muss defekte Hardware ersetzt und die Daten wiederhegestellt werden, muss dies nicht mehr wie früher auf der exakt identischen Hardware erfolgen.
Aufgrund der sinkenden Anzahl physikalischer Systeme ist das Thema Datensicherung und Wiederherstellung weniger komplex und finanziell erschwinglicher. Hierbei bietet sich die auch Verwendung von Snapshots an, die „ein Abbild des Zustandes einer Virtuellen Maschine zu einem bestimmten Zeitpunkt“ darstellen. Über einen Snapshot kann z.B. der komplette Zustand einer virtuellen Maschine im laufenden Betrieb konserviert und auf einem Speichermedium abgelegt werden. Der Snapshot kann somit als schnelle Sicherung vor dem Einspielen neuer Betriebssystem bzw. Software-Updates oder auch als Systemkopie für den Aufbau einer temporären Testumgebung verwendet werden.
Nachhaltigkeit
Ein geringerer Energieverbrauch bedeutet automatisch auch einen reduzierten CO2-Ausstoß. Dieser Effekt ergibt sich einerseits durch die Konsolidierung und besseren Auslastung der Hardware und andererseits durch die damit zusammenhängende Verringerung der Abwärme und benötigten Klimatisierungstechnik. Durch weniger Platzbedarf trotz steigender Leistungsbereitstellung kann die Lebensdauer bestehender Rechenzentren verlängert und evtl. eine Erweiterung oder auch ein Neubau eines Rechenzentrums vermieden werden.
Gefahr von Datenverlust bei längeren Stromausfällen vorbeugen
Die wichtigste Maßnahme zur Vermeidung von Ausfällen und Datenverlusten bei Stromausfällen ist die Verwendung einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV). Kurze Stromausfälle im Sekundenbereich werden durch diese überbrückt, so dass ein angeschlossenes System in seinem Betrieb nicht beeinträchtigt wird. Probleme sind jedoch bei längeren Stromausfällen zu erwarten. Hier ist die Verwendung einer Energieverwaltungssoftware ein Muss um Datenverluste bei längeren Stromausfällen zu vermeiden.
Das Betriebssystem eines Computers muss ordnungsgemäß heruntergefahren werden, damit laufende Anwendungen und Dienste ihre Änderungen und zwischengespeicherte Daten persistieren und noch offene Dateien schließen können. Da gespeicherte Daten zur Optimierung der Zugriffe teilweise erst im Cache der Festplatten gehalten werden, müssen auch diese System-Komponenten die Möglichkeit bekommen, ihre zwischengespeicherten Daten ordentlich zu persistieren. Die Schreibvorgänge dürfen hierbei generell nicht unterbrochen werden, da dies zu inkonsistenten Daten, korrupten Dateisystemen und damit auch zu gravierenden Problemen beim Neustart des Systems führen kann.
Da bei virtualisierten Systemumgebungen meist mehrere virtuelle Server auf einem physikalischen Server laufen, sind von einem Stromausfall auch gleich mehrere virtuelle Maschinen betroffen. Das virtuelle Dateisystem repräsentiert hier eine zusätzliche Schicht mit einem eigenen Cache. Das geordnete Persistieren der Daten dieser Schicht ist also aus der Sicht mehrerer virtueller Maschinen sicherzustellen. Weiterhin kennt durch die Virtualisierung die virtuelle Maschine die Hardware nicht mehr, d.h. bei einem RAID-Controller (Redundant Array of Inexpensive Disks) mit eigenem Hardware-Cache kann das Betriebssystem oder auch die Anwendung (z.B. Datenbankserver) das physikalische Schreiben (Write Through) nicht mehr beeinflussen. Steigende Cachegrößen und fehlender Schutz des Hardwarecache durch eine integrierte Batterie wirken sich bei einem Stromausfall hier also umso gravierender aus.
Als Konsequenz ist festzustellen, dass der Betrieb einer USV alleine nicht ausreicht. Durch eine entsprechende Software muss zusätzlich das rechtzeitige und ordnungsgemäße Herunterfahren der Systeme vor einer vollständigen Entladung der USV sichergestellt werden.
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