Evolution im Stillen - Video und Text von Thomas Drilling

Neue virtuelle Hardware in VMware vSphere ESXi 6.7

| Autor / Redakteur: Thomas Drilling / Ulrike Ostler

Der Beitrag von widmet sich den neuen Speichertechnologien, die jetzt von ESXi beziehungsweise „vSphere“ unterstützt werden.
Der Beitrag von widmet sich den neuen Speichertechnologien, die jetzt von ESXi beziehungsweise „vSphere“ unterstützt werden. (Bild: Vmware/Thomas Drilling)

Mit jeder jüngsten „ESXi“-Version aktualisiert VMware üblicherweise auch die so genannte VM-Kompatibilität. Diese umfasst sowohl die verfügbare VMware-Tools-Version, als auch die von ESXi am Host unterstützte Hardware und die virtuelle Hardware, welche letztendlich vom Host-Support abhängt. Auch wenn ein virtualisierte Server viele Jahre zufriedenstellen läuft, lohnt es sich doch ab und an, einen Blick auf die gebotenen Neuerungen zu werfen.

Administratoren, die unter VMware überwiegend Standard-Server betreiben, wie Web- oder Datenbank-Server neigen dazu, bestehende Systeme eher nicht anzupassen, sofern diese nicht merklichen von geboten Neuerungen profitieren. Dabei hat sich gerade bei der unterstützen virtuellen Hardware in den letzten Jahren viel getan, ganz besonders beim Übergang auf die „vSphere“-Version 6.7.

Hier hat VMware viele interessante Funktionen eingeführt, beispielsweise den Support für Persistant Memory (NVM), PVRDMA / Shared PCI-Devices, vGPUs oder NVMe-Controller. Aber auch die Unterstützung von UEFI Secure Boot in ESXI 6.5, Quick Boot in ESXI 6.7 oder VBS in 6.7 ist erwähnenswert. Dieser Beitrag widmet sich zunächst den neuen Speichertechniken.

VMware unterstützt in aktuellen Versionen persistenten Speicher (PMem) in unterschiedlichen Ausprägungen.
VMware unterstützt in aktuellen Versionen persistenten Speicher (PMem) in unterschiedlichen Ausprägungen. (Bild: VMware/ Thomas Drilling)

PMem

VMware unterstützt in aktuellen Versionen persistenten Speicher (PMem) in unterschiedlichen Ausbaustufen. In der Version 6.7 stehen etwa virtuelle NVMe-Geräte in der virtuellen Maschine zur Verfügung. So genannter persistenter Speicher wird auch gelegentlich als „Nicht flüchtiger Speicher“ oder „Non-Volatile Memory“ (NVM) bezeichnet.

Bei NVMe-Devices handelt es sich um spezielle Speichermodule, die in ihrer Geschwindigkeit mit DRAMs gleichziehen, ihre Daten jedoch nach einem Power-Zyklus nicht verlieren. Damit eignen sich in besonderer Weise für Anwendungen, die auf extrem hohe I/O-Performance angewiesen sind, weil persistenter Speicher die Speicherlatenz erheblich verringert. PMem ist Byte-adressierbar.

VMs können diese Speicherart daher wahlweise als regulären oder optionalen Festplatten-Speicher nutzen. Ab vSphere 6.7 stehen Nutzern zwei Wege offen, im Host verbauten PMem einzubinden.

Ist das Gastsystem für die Nutzung von PMem modifiziert, wird der VM in ihrer virtuellen Hardware beim Hinzufügen eines neuen Gerätes PMem in Form eines virtuelles NVDIMM-Devices angeboten.
Ist das Gastsystem für die Nutzung von PMem modifiziert, wird der VM in ihrer virtuellen Hardware beim Hinzufügen eines neuen Gerätes PMem in Form eines virtuelles NVDIMM-Devices angeboten. (Bild: VMware/ Thomas Drilling)

  • Ist die VM beziehungsweise die Anwendung „PMem-aware“ - das Gastsystem wurde für die Nutzung von PMem modifiziert - wird der VM in ihrer virtuellen Hardware beim Hinzufügen eines neuen Hardware-Gerätes PMem in Form eines virtuelles NVDIMM-Devices angeboten, das der Nutzer zusätzlich zu normalen Arbeitsspeicher in die VM einbinden kann. Dies klappt nur mit ESXi 6.7, da hierzu die virtuelle Hardware-Version 14 erforderlich ist.
  • Ein passend modifiziertes Gastsystem kann dann PMem im Byte-adressierbaren Randdom-Access-Modus verwenden. VMware nennt diese Betriebsart/Funktion „Virtual Persistent Memory“ (vPMem). VMs, welche diese Betriebsart nutzen, können allerdings nicht via „DRS“/“vMotion“ verschoben werden. Sie lassen sich auch nicht mit ESXi HA schützen/neu starten und es ist ebenso wenig möglich, Snapshots von solchen Maschinen anzulegen.
  • ofern der ESXi-Host grundsätzlich mit PMem-Speicher ausgerüstet ist, können nicht passend modifizierte VMs oder VMs mit einer virtuellen Hardware-Version < 14 den persistenten Speicher einfach als Datastore nutzen. Diese Betriebsart wird „vPMemDisk“ genannt.
  • In diesem Modus greift die VM über ein als virtuelles SCSI-Gerät auf den PMem-Speicher zu. Dazu wird die gewünschte virtuelle Festplatte der VM (VMDK) in einem PMem-Datastore abgelegt. Diese Funktion verträgt sich auch mit Storage vMotion.

Die folgende Abbildung verdeutlicht die Zusammenhänge:

Die gewünschte virtuelle Festplatte der virtuellen Maschine (VMDK) in einem PMem-Datastore abgelegt.
Die gewünschte virtuelle Festplatte der virtuellen Maschine (VMDK) in einem PMem-Datastore abgelegt. (Bild: Starwind / Thomas Drilling)

Grundsätzlich reserviert vSphere bei Verwendung von PMem beim Erstellen einer virtuellen Maschine entsprechenden Speicher für die VM. Der PMem-Verbrauch bezieht sich auf eingeschaltete und ausgeschaltete VMs. Konfiguriert man eine VM für PMem ohne aktivierten DRS-Cluster, muss man allerdings manuell einen Host mit ausreichend PMem zum Platzieren der VM auswählen.

Einschränkungen von PMem

Der Zugriff auf NVDIMM erfolgt immer als „Memory“. Bei traditionellem Storage befindet sich zwischen den Anwendungen und dem Storage-Device immer eine Software-Schicht, die Verzögerungen in der Verarbeitungszeit verursacht. Bei PMem verwenden die Anwendungen den Storage jedoch direkt, was dazu führt, dass die PMem-Performance deutlich höher ist, als bei herkömmlichem Storage.

Storage befindet sich lokal auf dem Host. Da jedoch die Systemsoftware Änderungen nicht verfolgen kann, lassen sich Features wie Snapshots/Backups oder HA derzeit nicht mit dem PMem verwendet.

Das Webinar per Youtube-Video auf dem DataCenter-Insider-Kanal widmet sich gezielt den Anpassungsmöglichkeiten virtueller Maschinen unter ESXi 6.7. Diese umfassen nicht nur die Bereitstellung und Konfiguration der virtuellen Hardware.

PMem-Regionen und Namespaces

Bei PMem kommt das Konzept der „Namespaces“ zum Einsatz. Namespaces sind konzeptionell mit Festplatten auf dem System vergleichbar.

Die Namespaces für PMem werden stets vor dem Starten von ESXi konfiguriert. ESXi liest die Namespaces und fasst mehrere Namespaces durch Schreiben von GPT-Headern in einer logischen Volume zusammen.

Die Formatierung geschieht standardmäßig automatisch, sofern der Nutzer das Volume nicht vorher konfiguriert hat. Falls es doch vorab formatiert wurde, versucht ESXi, den PMem zu mounten. Sind Daten im PMem-Speicher beschädigt kann dies zum Fehlschlagen von ESXi führen. Um dies zu vermeiden, führt ESXi während des Mountens des PMem eine Überprüfung auf Fehler in den Metadaten durch.

Ferner gib es bei PMem das Konzept „Regionen“. Hierbei handelt es sich um ununterbrochene Byte-Streams, die ein einzelnes vNVDimm oder eine vPMemDisk darstellen. Jede PMem-Volume gehört immer zu einem bestimmten Host, was in puncto Verwaltung für den Administrator theoretisch eine große Herausforderung darstellt, vor allem bei einer großen Anzahl von Hosts. In der Praxis ist es aber oft gar nicht notwendig, jeden einzelnen Datastore zu verwalten, da man stattdessen die gesamte PMem-Kapazität im Cluster als einen Datastore betrachten kann.

„Regionen“ sind ununterbrochene Byte-Streams, die ein einzelnes vNVDimm oder eine vPMemDisk darstellen.
„Regionen“ sind ununterbrochene Byte-Streams, die ein einzelnes vNVDimm oder eine vPMemDisk darstellen. (Bild: VMware/ Thomas Drilling)

Bei aktiviertem DRS-Cluster automatisiert DRS die erstmalige Platzierung von PMem-Datastores (s. o.). Der Anwender muss daher nur ein lokales PMem-Storage-Profil auswählen, wenn er eine virtuelle Maschine erstellt oder das Gerät zur VM hinzufügt. Der Rest der Konfiguration verläuft automatisiert.

Eine weitere Beschränkung ergibt sich übrigens dadurch, dass ESXi nicht erlaubt, dass der Nutzer das Basisverzeichnis der virtuellen Maschine in einem PMem-Datenspeicher ablegt, weil dadurch wertvoller Speicherplatz zum Ablegen von Log- und Statistikdateien der virtuellen Maschine beansprucht. Daher dienen die Regionen zur Darstellung der VM-Daten und werden als byte-adressierbare NVDIMMs oder vPMem-Festplatten bereitgestellt.

Migration

Da es sich bei PMem um einen lokalen Datastore handelt, muss der Anwender Storage vMotion zum Verschieben einer virtuellen Maschine verwenden. Während sich eine virtuelle Maschine mit vPMem nur auf einen ESXi-Host migriert werden kann, der über PMem-Ressourcen verfügt, lässt sich eine virtuelle Maschine mit vPMemDisk auch auf einen ESXI-Host ohne eine PMem-Ressource migrieren.

PMem ist nur ein Beispiel für moderne Hardware, die sich bei neueren ESXi-Versionen in der virtuellen Maschine bereitstellen lassen. Insbesondere Administratoren und Betreiber von Standard-Anwendungen wie Apache, MySQL oder Tomcat machen sich nach erfolgreicher initialer Provisionierung nur selten Gedanken um die Optimierung ihrer VMs.

* Thomas Drilling ist freie Autor und IT-Berater.

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