Servervirtualisierung: Partitionieren und gewinnen

Eine proaktive Herangehensweise an die Serverwartung mittels der dynamischen Partitionierung von Hardware kann Ihnen beim Ausgleich der Auslastung für virtuelle Server helfen.

William Stanek

Sie Servervirtualisierung ist eine der aktuellen Technologien in den Rechenzentren von Unternehmen. Mithilfe der Servervirtualisierung können Sie mehrere virtuelle Computer erstellen, die die physische Hardware gemeinsam nutzen. Jeder virtuelle Computer führt eine eigene Betriebssysteminstanz aus, indem Hardwareressourcen genutzt werden, die diesem durch den Hypervisor zugewiesen wurden.

Sie können virtuelle Computer verwenden, um Server zu konsolidieren, die nur wenig genutzt werden. Anstelle zahlreicher nur wenig genutzter Server verwenden Sie weniger Server, auf denen jeweils mehrere virtuelle Computer ausgeführt werden. Eine solche Serverkonsolidierung spart nicht nur organisatorische Kosten, indem die Ausgaben für Hardware und Energieverbrauch gesenkt werden, sondern kann auch den Verwaltungsaufwand reduzieren und die Serverwartung vereinfachen.

Obwohl die Servervirtualisierung zurzeit ein topaktuelles Thema ist, stellt sie nicht immer die beste Lösung für Szenarien mit hohen Nutzungsgraden dar. Da Serverauslastungen erheblich an Umfang zunehmen können, benötigen Sie eine Serverlösung, die entsprechend skalierbar ist. Dies wird durch die Partitionierung der Hardware möglich.

Durch die Partitionierung von Hardware werden mehrere isolierte Hardwarepartitionen auf einem einzelnen Server erstellt. Jede Hardwarepartition führt eine eigene Betriebssysteminstanz aus. Ihr werden von einem Dienstprozessor Prozessor-, Arbeitsspeicher- und I/O-Hostbridgeressourcen zugewiesen.

Ein Partitionsmanager kommuniziert mit dem Dienstprozessor, um Sie bei der Verwaltung der Konfigurationen der Hardwarepartitionen zu unterstützen. Da die Hardwarepartitionen voneinander getrennt sind, wirken sich Hardwarefehler auf einem partitionierten Server nur auf die Partition aus, die die fehlerhafte Hardware enthält. Dadurch werden Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit insgesamt verbessert.

Hardwarepartitionen und virtuelle Computer schließen einander nicht aus. Sie können diese beiden Technologien gemeinsam verwenden, indem Sie einen VM-Manager in der Hardwarepartition installieren und innerhalb dieser Hardwarepartition virtuelle Computer erstellen. Mithilfe dieser Kombination eröffnen Sie bei Verwendung von Serverhardware, die für Unternehmen entwickelt wurde, wesentliche Skalierungsmöglichkeiten. Sie können die Umgebung bei hohen Anforderungen hinsichtlich der Nutzung nach oben und bei nur geringen Anforderungen nach unten anpassen. Damit stellen Sie sicher, dass Sie beide Verfahren für die Hardwareverwaltung optimal nutzen.

Der dynamische Ansatz

Die Partitionierung von Hardware kann statisch oder dynamisch sein. In einer Umgebung mit statischer Partitionierung von Hardware sind die Ressourcen fest zugewiesen, während das System ausgeführt wird. Sie müssen die Betriebssysteminstanz schließen und neu starten, um die Konfiguration ändern zu können.

In einer Umgebung mit dynamischer Partitionierung von Hardware sind die Ressourcen flexibel zugewiesen, während das System ausgeführt wird. Das bedeutet, dass Sie Ressourcen hinzufügen oder ersetzen können, ohne das Betriebssystem, das auf der Hardwarepartition ausgeführt wird, neu starten zu müssen. Dies verbessert die Verfügbarkeit und Bedienbarkeit erheblich.

Die dynamische Partitionierung von Hardware setzt ein Betriebssystem voraus, das diese unterstützt, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Windows Server 2008 R2 unterstützt die Funktionen für die dynamische Partitionierung von Hardware, wie in Abbildung 1 gezeigt, unterstützt jedoch zurzeit nicht die Entfernung bei ausgeführtem Betriebssystem. Die RTM-Version von Windows Server 2008 verfügt über den gleichen Unterstützungsumfang, unterstützt jedoch auf x86-Systemen mit Datacenter Edition das Hinzufügen von Arbeitsspeicher und I/O-Hostbridge bei ausgeführtem Betriebssystem. Die systemeigene Unterstützung für PCI Express ermöglicht Ihnen den Anschluss von PCIe-Geräten bei ausgeführtem Betriebssystem, wie Netzwerkadaptern und Hostbusadaptern.

Abbildung 1 Unterstützung für die dynamische Partitionierung von Hardware in Windows Server 2008 Edition

Um die dynamische Zuweisung zu unterstützen, modelliert Windows Server 2008 I/O-Brücken, Prozessoren und Arbeitsspeicher als Plug-and-Play-Geräte. Dies ermöglicht Ihnen das Hinzufügen oder Ersetzen dieser Ressourcen. Auf diese Weise können sich Gerätetreiber und ausgeführte Anwendungen auch für entsprechende Benachrichtigungen registrieren, sodass Ressourcen zugewiesen oder übertragen werden können. Jede Ressource – Arbeitsspeicher, Prozessor oder I/O-Hostbrücke – wird als eigene Einheit behandelt, als Partitionseinheit bezeichnet.

Wenn die Leistung einer Hardwarekomponente fehlerhaft wird, werden sie darüber in den Ereignisprotokollen informiert. Wenn ein Server übermäßig beansprucht wird, werden Sie mittels Leistungszählern oder vergleichbarer Metriken für die Überwachung von Ressourcen benachrichtigt. In beiden Fällen können Sie den Server proaktiv warten, indem Sie dynamisch Ressourcen hinzufügen oder eine problematische Ressource ersetzen. Sie können dies auf verschiedene Arten durchführen:

• Manuell: Verwenden Sie den vom Hersteller bereitgestellten Partitionsmanager, um die Änderungen an den Dienstprozessor zu kommunizieren.
• Automatisch: Konfigurieren Sie eine vom Hersteller bereitgestellte Anwendung für die Systemverwaltung mit Auslösungsbedingungen für die Hardwarepartitionen. Wenn Ihre Server eine dieser Bedingungen erfüllen, leitet die Anwendung die Änderung automatisch beim Dienstprozessor ein.

Ob manuell oder automatisch veranlasst, der Dienstprozessor bearbeitet die Hinzufügungs- oder Ersetzungsanforderung als eine einzelne Aktion. Das bedeutet, dass das Ersetzen einer Ressource nicht das gleiche ist wie das Entfernen einer Ressource (im Betrieb) und das anschließende Hinzufügen einer Ressource des gleichen Typs (im Betrieb). Der Dienstprozessor verarbeitet den dynamischen Hinzufügungsvorgang auf folgende Weise:

1. Auswahl der verfügbaren und erforderlichen freien Ressource(n)
2. Aktivierung und Initialisierung der Ressource(n)
3. Hinzufügung der ausgewählten Ressource(n) zur designierten Hardwarepartition
4. Benachrichtigung von Windows Server 2008 über die Verfügbarkeit der neuen Ressource(n)

Windows Server 2008 führt nach Erhalt der Benachrichtigung über die dynamische Hinzufügung die folgenden Aktionen durch:

1. Starten der Ressource(n) und Hinzufügung zum Pool der verfügbaren Ressourcen
2. Benachrichtigung der registrierten Geräte und Anwendungen über die Ressource(n), sodass diese die Ressourcenzuweisungen anpassen können
3. Mit Prozessoren: Initiierung eines systemweiten Neuausgleichs der Ressourcen der beteiligten Gerätetreiber, sodass diese die Hardwareunterbrechungshandler trennen und wieder verbinden und die neue(n) Ressource(n) nutzen können. (Nicht beteiligte Gerätetreiber sind nicht betroffen, sodass die Neuzuweisung deren Dienste nicht unterbricht.)
4. Mit I/O-Hostbrücken: Suche nach Geräten, die an den neuen I/O-Bus angeschlossen sind und möglicherweise Initiierung des Neuausgleichs der Ressourcen
5. Nach Durchführung dieser Schritte Benachrichtigung des Dienstprozessors über den Abschluss der Hinzufügung im Betrieb

Die Ersetzung im Betrieb ist nur für Arbeitsspeicher und Prozessoren möglich (und nur, wenn die ersetzende Ressource mit der ursprünglichen Ressource identisch ist). Der Dienstprozessor verarbeitet den Ersetzungsvorgang auf folgende Weise:

1. Auswahl der verfügbaren und erforderlichen freien Ressource(n)
2. Aktivierung und Initialisierung der Ressource(n) Im Fall des Arbeitsspeichers wird der Status der vorhandenen Speichermodule zu den neuen Speichermodulen kopiert.
3. Benachrichtigung von Windows Server 2008 über den bevorstehenden Ersetzungsvorgang. Das Betriebssystem wird in einen Pseudo-S4-Schlafmodus versetzt. Im Fall von Prozessoren kopieren das Betriebssystem und die Systemfirmware den Status der vorhandenen Prozessoren zu den neuen Prozessoren. Im Fall des Arbeitsspeichers werden sämtliche Statusänderungen zu den neuen Speichermodulen kopiert.
4. Zuordnung der ersetzenden Ressource(n) zur Hardwarepartition und Entfernen der alten Ressource(n).
5. Benachrichtigung von Windows Server 2008 über den Abschluss des Ersetzungsvorgangs. Das Betriebssystem kehrt aus dem Schlafmodus zurück und wird wieder normal ausgeführt.
6. Beenden der alten Ressource(n) und Benachrichtigung des Dienstmanagers und der Anwendung für die Systemverwaltung über den Abschluss des Ersetzungsvorgangs.

Die Ersetzung im Betrieb ist für die Anwendungen, die auf dem Betriebssystem der Partition ausgeführt werden, transparent. Der Pseudo-S4-Schlafmodus ist der gleiche wie der normale S4-Schlafmodus. Das Betriebssystem speichert jedoch keine Hibernierungsdatei und wird auch nicht ausgeschaltet. Im Schlafmodus beendet das Betriebssystem alle Verarbeitungen und I/O-Vorgänge. Die Geräte in der Partition werden in einen Zustand mit geringerem Energieverbrauch versetzt. Wenn das Betriebssystem stark genutzt wird, kann es zu einem Timeout der Netzwerkverbindungen des Betriebssystems während der Ersetzung im Betrieb kommen, sodass diese erneut verbunden werden müssen.

Dies sind die Vorgänge bei einer dynamischen Partitionierung. Auf diese Weise können Sie die entsprechenden Funktionen im Rechenzentrum nutzen, um die Server proaktiv zu warten. Denken Sie daran, dass Sie auf einem stark genutzten Server kein Software-RAID verwenden sollten, wenn Hardware-RAID verfügbar ist. Daher werden Sie wahrscheinlich keine virtuellen Computer auf einem stark genutzten Server verwenden, wenn die dynamische Partitionierung von Hardware möglich ist.

Nichts ist jedoch in Stein gemeißelt. Es wird Zeiten geben, in denen Sie die Technologien kombinieren sollten, um die Serverumgebung schnell aufwärts und abwärts skalieren zu können.

William R. Stanek* ist ein führender Technologieexperte und Trainer. Er hat mehr als 100 Bücher verfasst und wurde mehrfach mit Preisen ausgezeichnet. Folgen Sie William R. Stanek auf Twitter unter https://twitter.com/williamstanek.*

Verwandter Inhalt

• Meister aller Klassen: Einfache Clusterbildung mit Hyper-V
• Überblick über System Center Virtual Machine Manager 2008 R2 RC
• Automatisieren der Bereitstellung virtueller Computerhosts