Persistenter Speicher für zustandsbehaftete K8s-Arbeitslasten Netapp-Astra-Himmel mit Kubernetes-Cloud

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Netapp will mit „Astra“ den Nutzern von Kubernetes-Anwendungen Sterne vom Himmel holen. Denn bekanntlich ist das Management von persistenten Daten in zustandsbehafteten Bereitstellungen kein Leichtes – erst recht, wenn man diese in einer hybriden Umgebung skalieren und migrieren können will.

Astra ist Netapps Flaggschiff-Lösung für das Daten-Management in Kubernetes-Umgebungen. Mit dieser Plattform adressiert Netapp eine der größten Herausforderungen im Zusammenhang mit der Bereitstellung von modernen Arbeitslasten auf Kubernetes: das effiziente Management von zustandsbehafteten (engl. stateful) Anwendungen, die auf persistente Datenspeicherung angewiesen sind.

Netapp Astra kann Kubernetes-Workloads sowohl in öffentlichen Clouds als auch in On-Premises- und in hybriden Umgebungen handhaben. Doch das wichtigste Alleinstellungsmerkmal von Astra sind die Integrationen.

Astra bietet unter anderem automatisches Management von persistentem Datenspeicher, Features für Disaster Recovery wie anwendungssensitive Snapshots und Backups sowie die Fähigkeit zum Klonen und Migrieren von Arbeitslasten.

Den Kern des Netapp-Produktportfolios für das Lebenszyklus-Management von Anwendungsdaten in Kubernetes stellt eine Software mit der Bezeichnung „Astra Control“ dar. Eines der grundlegenden Designprinzipien von Astra Control besteht darin, anwendungsbewusstes Daten-Management für beliebige K8s-Anwendungen zu gewährleisten unabhängig davon, auf welcher K8s-Plattform sie ausgeführt werden.

Anwendungsbewusstes Daten-Management berücksichtigt die spezifischen Anforderungen und Eigenschaften der betreffenden Kubernetes-Arbeitslasten im Hinblick auf Daten. Überall dort, wo komplexe Datenbanksysteme, ob SQL oder NoSQL, im Spiel sind, ist die Aufrechterhaltung der Datenintegrität während sämtlicher Backup- und Wiederherstellungs-Prozeduren in Kubernetes-Clustern erfolgskritisch.

In Kubernetes, das ursprünglich für zustandslose (engl. stateless) Anwendungen optimiert wurde, stellt das Management von persistentem Speicher und zustandsbehafteten Anwendungen eine ganz besondere Herausforderung dar. Netapp bietet in Astra fortschrittliche Daten-Management-Funktionen für das Management des Lebenszyklus von Kubernetes-Anwendungsdaten, darunter automatisiertes Management von persistentem Speicher, anwendungsbewusste, on-demand-fähige Snapshots und Backups, Automatisierung von Speicheroperationen sowie Migration von Anwendungen und Daten in hybriden und Multicloud-Umgebungen von einem Kubernetes-Cluster zum anderen. Das automatisierte Management von persistentem Speicher, eines der Hauptmerkmale von Astra, verbessert die Effizienz und Skalierbarkeit von Kubernetes-Arbeitslasten.

Das Speicher-Management Astra Control ist in zwei Editionen verfügbar: „Astra Control Service“ und „Astra Control Center“. Beide bieten ähnliche Funktionen, sind aber für unterschiedliche Einsatzszenarien konzipiert.

• Bei Astra Control Service ist von einem verwalteten Dienst für anwendungsbewusstes Daten-Management von Kubernetes-Clustern in öffentlichen Clouds und in selbstverwalteten On-Premises-Bereitstellungen des Kunden die Rede. Dieses SaaS-Angebot verwaltet Netapp selbst.

• Astra Control Center ist eine vom Kunden verwaltete Software für Kubernetes-Cluster im Rechenzentrum. Diese Anwendung lässt sich mit einem „Netapp Cloud Volumes“ Ontap-Speicher-Backend interessanterweise auch in der Cloud betreiben.

Astra Control verfügt über eine REST-API für programmatischen Zugriff auf Storage-Management-Technologien. Dadurch ist es möglich, auf die Funktionalitäten von Astra Control mit Hilfe einer Programmiersprache oder mit einem Hilfsprogramm wie „Curl“ direkt über API-Endpunkte direkt zuzugreifen und damit die Benutzeroberfläche zu umgehen. Zudem können Unternehmen ihre Astra Control-Bereitstellungen auch mit „Ansible“ und anderen Automatisierungstechnologien verwalten. Die Einrichtung und Verwaltung von Kubernetes-Anwendungen gelingt wahlweise über die Benutzeroberfläche von Astra Control Center oder mit Hilfe der Astra Control-API.

Das Einrichten

Ein Highlight des Netapp-Ökosystems sind die „Snapmirror“- und „Snapvault“-Technik. Sie sind Teil von Netapps breiterem Daten-Management-Portfolio und nicht ausschließlich auf Astra beschränkt.

• Snapmirror ist eine fortgeschrittene Desaster-Recovery-Technik für den Failover vom primären Storage zu sekundärem Storage zwischen geografisch verteilten Standorten. Sie unterstützt Hochgeschwindigkeits-Datenreplikation zwischen Ontap-Speichersystemen über hybride und Multicloud-Umgebungen hinweg.

• Bei Snapvault ist von einer Archivierungstechnologie für Compliance-Standards und andere Governance-Zwecke die Rede.

Snapmirror-Transfers sind inkrementell. Zudem behalten sie Speichereffizienzen wie Deduplizierung, Kompression und Kompaktierung in der sekundären Kopie bei. Die sekundäre Kopie ist kontinuierlich verfügbar und lässt sich bei einem Ausfall des primären Standorts mit minimalen Unterbrechungen aktivieren.

Das Zusammenfassen

Unter „Kompaktierung“ (engl. „compaction“) versteht man verschiedene Methoden zur Optimierung des Speicherplatzes auf Speichergeräten durch das Reduzieren der physischen Speicheranforderungen der gegebenen Datenmenge. Im Zusammenhang mit Astra und Speichersystemen wie Ontap handelt es sich um ein Verfahren, welches kleinere Datenblöcke zu größeren aggregiert, um die Anzahl der benötigten Metadatenoperationen zu reduzieren und folglich die Speichereffizienz zu steigern. Durch die Kompaktierung von Storage kann Netapp Astra die Speicherkosten senken und die Leistung von Anwendungen in Kubernetes-Umgebungen (auf Kosten zusätzlicher Rechenoperationen) verbessern.

Astra Control verwendet Snapmirror zum Replizieren persistenter Volumes und Kubernetes-Anwendungen unter Erhalt der Anwendungskonsistenz. Diese einfache Business-Continuity-Lösung brüstet sich mit niedrigen Recovery Point Objectives (RPOs) und Recovery Time Objectives (RTOs), was für geschäftskritische Arbeitslasten von elementarer Bedeutung ist.

Integrativ: BYOK8S

Wer die Daten von Kubernetes-Arbeitslasten anwendungsbewusst verwalten will, möchte sich in jede relevante K8s-Plattform „einklinken“. So zeigt sich Netapp Astra stets von der kooperativen Seite. So sind die vielen Integrationsmöglichkeiten entstanden, frei nach dem Motto: „Bring You Own Kubernetes“, kurz und einprägsam: BYOK8S. Netapp Astra Control Center unterstützt unter anderem „Red Hat Openshift“ und „VMware Tanzu“.

Benutzern von Red Hat Openshift stehen zwei Möglichkeiten der Einbindung von Netapp Astra Control Center mit ihrer Umgebung zur Auswahl: wahlweise über den „Operatorhub“ von Red Hat Openshift oder über die „Astra Trident“-Integration. Ersteres vereinfacht die Bereitstellung und Verwaltung, Letzteres ermöglicht eine tiefergehende Integration mit hochspezialisierten Stellschrauben.

• Netapp Astra Control Center ist als zertifizierter Operator im Red Hat Openshift Operatorhub verfügbar. Bei einem Operator in Openshift handelt es sich um eine Methode zur Verpackung, Bereitstellung und Verwaltung einer Kubernetes-Anwendung. Benutzer von Red Hat Openshift können somit die Funktionalität von Astra Control Center direkt in ihrer Openshift-Umgebung für das Daten-Management und -Sicherheit von Kubernetes-Workloads nutzen.

• Bei Astra Trident handelt es sich um einen quelloffenen Speicherorchestrator von Netapp. Es ist ein Container Storage Interface (CSI)-Treiber für Kubernetes und eine Schlüsselkomponente der Plattform. Netapp bietet Trident kostenfrei an.

Trident übernimmt die Bereitstellung von persistentem Speicher aus dem Speicherportfolio von Netapp für Kubernetes-Anwendungen wahlweise On-Premises oder in öffentlichen Clouds. Es arbeitet mit dem gesamten Netapp-Speicherportfolio zusammen, einschließlich der Netapp Ontap- und „Element“-Speichersysteme, und unterstützt NFS- und iSCSI-Verbindungen. Trident ermöglicht DevOps-Teams die Provisionierung und Verwaltung von Speicher direkt aus Netapp-Speichersystemen.

Netapp Astra Control Center kann auf einem Red Hat Openshift-Cluster eingerichtet werden, der den Astra Trident Speicher-Orchestrator verwendet und mit Speicherklassen sowie Speicher-Backends für Netapp Ontap Speichersysteme konfiguriert ist.

„It takes two to Tanzu“

„Tanzu Kubernetes Grid“ ist eine Kubernetes-basierte hochverfügbare Orchestrierungsplattform von VMware für das Ausführen von containerisierten Workloads in Multicloud- und On-Premises-Umgebungen. Mit den erweiterten Daten-Management-Funktionen von Netapp Astra läuft sie zur Höchstleistung auf, gerne auch in TKGI-Umgebungen (VMware Tanzu Kubernetes Grid Integrated).

Zuerst wird Astra Trident (Netapps Container Storage Interface Treiber) in der TKG-Umgebung installiert. Dann werden in TKG Speicherklassen eingerichtet, die auf Netapp Ontap Speichersystemen aufsetzen.

Diese Speicherklassen kann jetzt Trident den Kubernetes-Persistent Volumes (PVs) bereitstellen. Dadurch können dann zustandsbehaftete („stateful“) Kubernetes-Arbeitslasten in einer On-Premises-Umgebung die Speicher-Management-Dienste von Astra Control Center nutzen.

Das Lizenzieren

Das Lizenzmodell von Astra Control Center basiert normalerweise auf der Anzahl der verwalteten Knoten beziehungsweise der Menge an verwaltetem Speicher. In einigen Fällen kann dies Kosten verursachen, die proportional zur Größe des Kubernetes-Clusters steigen. Infrastrukturknoten von Red Hat Openshift verbrauchen in Astra Control Center aber keine Lizenzen, wenn Astra Control Center mit einem Red Hat Openshift Cluster verwendet wird.

Bei Infrastrukturknoten in Red Hat Openshift handelt es sich um speziell konfigurierte Knoten für das Hosting von Infrastrukturdiensten wie Routing, Registry, Logging und Überwachung. Im Unterschied zu Anwendungsknoten, die Benutzeranwendungen und -workloads hosten, sind Infrastrukturknoten ausschließlich für systemkritische Dienste und Management-Aufgaben reserviert.

VMware Tanzu Kubernetes Grid (TKG) hantiert mit Management- und Workload-Clustern, wobei Management-Cluster die Verwaltung und Orchestrierung der Workload-Cluster verantworten. Diese Konfiguration ähnelt der Trennung zwischen Infrastruktur- und Anwendungsknoten in Openshift.

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