Virtualizzazione e consolidamento hardware; applicazioni pratiche di Ms Hyper-V e di VMware vSphere 4

1. 15/10/2010
Introduzione alla server
consolidation
Le problematiche tipiche dei Sistemi Informativi
tradizionali
• Proliferazione dei server
• Aumento degli spazi e relativi costi
• Consumi energetici
• Calore da dissipare
• Costi di connettività: cavi,patch,punti rete
• Livelli medi utilizzo Cpu < 30%
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2. 15/10/2010
Dove finisce l’energia?
Data center Server hardware Sistema Operativo
Carico IT Utilizzo risorse
Processore
di calcolo
60% 40% 65%
65% 35%
35% 70% 30%
Cooling and Alimentatori,
ventole, dischi . . . Idle
Power conversions
Data source: Creating Energy-Efficient Data Centers, ,
U.S. Department of Energy , Data Center Facilities and
Engineering Conference , May 18, 2007
Infrastruttura fisica
L’infrastruttura fisica ideale per accogliere un
Datacenter moderno e consolidato prevede una
attenta progettazione di:
– Impianto elettrico (UPS / Gruppi Elettrogeni)
– Condizionamento
– Impianto antincendio
– Controllo accessi e sicurezza ambiente
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3. 15/10/2010
L’infrastruttura ideale
… al Datacenter
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4. 15/10/2010
… Una soluzione:
la virtualizzazione
Partizionamento Isolamento
Più macchine virtuali “girano” La macchina virtuale è isolata dal
simultaneamente su un singolo Host OS, e dalle altre VMs
server
Incapsulamento Indipendenza dall’ hardware
L’intera VM è salvata in files. Può
essere spostata e/o copiata come Una macchina virtuale gira
un qualsiasi file senza legami specifici con l’HW
Sfruttamento dell’hardware
• Prima: sfruttamento minimo risorse
• Dopo: sfruttamento intensivo risorse
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5. 15/10/2010
Vantaggi
• Consolidamento di workloads da server
sottoutilizzati
• Risparmio energetico
• Flessibilità nella gestione
• Alta affidabilità
• Continuità di servizio
• Facilitazione del Disaster Recovery
• Abbassamento del TCO
Svantaggi
• Non sempre implementabile (es: chiavi hardware,
controllo e automazione)
• Non sempre conveniente (leggero degrado prestazioni)
• Maggiore impatto sui sottosistemi di I/O
… ma la flessibilità introdotta ridimensiona alcune
problematiche
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6. 15/10/2010
Virtual Machine Monitor (Hypervisor) e Requisiti
• La realizzazione a livello software della virtualizzazione sfrutta
un sottile strato di codice chiamato Virtual Machine Monitor
(VMM) che va spesso sotto il nome di Hypervisor.
• Il VMM (da non confondere con Virtual Memory Manager)
permette la condivisione dinamica delle risorse hardware
• Equivalenza: un programma eseguito su una piattaforma
virtualizzata deve essere sostanzialmente identico allo stesso
eseguito sulla stessa piattaforma fisica
• Controllo risorse: Il VMM deve avere il controllo completo
sulle risorse virtualizzate.
• Efficienza: la maggior parte delle istruzioni della piattaforma
virtualizzata devono essere eseguibili senza l’intervento del
VMM.
Tipi di virtualizazione
Architetture delle VMM classiche
• Binary Translation
• Paravirtualization
L’ introduzione della tecnologia Intel-VT
semplifica la creazione del VMM
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7. 15/10/2010
Storage Area Network
• La gestione dello storage locale in sistemi di rete
multipiattaforma e multivendor diventa sempre più
complessa e costosa.
• L’utilizzo di una SAN (Storage Area Network), semplifica
la gestione dello storage
SAN vs DAS
Limiti della tecnologia DAS
• Difficoltà nella condivisione dello storage
• Complessità di backup
• Proliferazione hardware
Vantaggi della tecnologia SAN
• Semplificazione della condivisione risorse
• Maggiore sfruttamento risorse
• Consolidation e availability
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8. 15/10/2010
Fibre‐Channel vs i‐Scsi
Fibre-Channel
• Performances
• Sicurezza
iScsi
• Tecnologia più economica
• Utilizzo infrastruttura rete IP preesistente
(eventualmente rivisitata)
Infrastruttura fragile
Host
Disk Array
HBA
FC Switch
LAN SAN
HBA
Host
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9. 15/10/2010
Infrastruttura ridondata
Host
Disk Array
HBA
FC Switches
HBA Controller
Controller
LAN SAN
HBA
HBA
Host
Caveat
• Zoning switch FC
• Lun Masking Storage Arrays
• Ridondanza Switch
• Configurazione MultiPath
• Sicurezza infrastruttura iSCSI
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10. 15/10/2010
Disk Arrays
Elementi di scelta dei prodotti:
• Scelta fra le possibili tecnologie SAS/SATA/FC
• Supporto protocolli FC, iSCSI, NFS, SMB
• Eventuale perdita performances sotto Snapshot
• Deduplica dati
• Servizi avanzati offerti (replica, backup,cluster
locale e geografico)
Network Infrastructure (LAN)
● Percorsi ridondati
● Fast Spanning Tree
● Porte in Trunk per
trasporto VLAN
● Aggregazione Banda
Caveat: lo spanning-tree richiede particolare attenzione
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11. 15/10/2010
Microsoft Hyper-V e Vmware vSphere
Microsoft Server Virtualization Solution
• Hyper‐V: proposta high‐end per la virtualizzazione
– Type 1 Architecture
– 64 bit Guest
• Soluzione
– Semplice
– Economica
– Ridondante
– Scalabile
– Integrabile
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12. 15/10/2010
La soluzione Microsoft HyperV – Confronto Licenze
Windows Server Windows Server
Microsoft Hyper-V Windows Server
Famiglia prodotti 2008 R2 2008 R2
Server 2008 R2 2008 R2 Standard
Enterprise Datacenter
Server Consolidation X X X X
Test e sviluppo X X X X
Ambienti misti (Linux
X X X X
and Windows)
GUI locale X X X
High Availability —
X X X
Clustering
Quick Migration/Live
X X X
migration
Supporto memoria
X X X
Host fino a 1TB
Supporto fino a 64
X X X
processori logici
Possibilità ruoli
X X X
aggiuntivi
Licenze guest Nessuna Host + 1 VM Host + 4 VM Host + VM illimitate
Microsoft Assessment and Planning Toolkit
• Strumento gratuito per pianificare il consolidamento
– Inventario dell’ambiente server
– Individuazione dei server sotto‐utilizzati
– Power Saving Calculator
• Generazione rapporti
– Server consolidation proposal
– Server consolidation report
– Power savings calculator and proposal
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13. 15/10/2010
System Center Virtual Machine Manager
• Gestione centralizzata di ambienti misti
– Hyper‐V
– VMWare
– Virtual Server 2005
• Supporto per Live Migration
• Rapid Provisioning
• P2V conversion
Virtual Hard Disk
• Formato vhd compatibile con ambienti precedenti
• Vhd mount su Windows 7 e Windows Server 2008 R2
• Dischi differenziali multilivello
Base09a_RC.v
hd
Parent
VAN-EX1-RC.vhd VAN-EX2-RC.vhd VAN-EDG-RC.vhd WS08R2-RC.vhd
Mid-Tier Mid-Tier Mid-Tier Mid-Tier
10135A-VAN-
EX3.vhd
10135A-VAN- 10135A-VAN- 10135A-VAN- Differencing
EXI.vhd EXI.vhd EXI.vhd
Differencing Differencing Differencing Differencing 10135A-VAN-
SVRI.vhd
Differencing
10135A-VAN-EX1-
ALLFILES.vhd
10135A-VAN-
TMG.vhd
Differencing
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14. 15/10/2010
Virtual Hard Disk Controller
• IDE
– Driver emulato
– Utilizzato per il disco di sistema
• SCSI
– Driver sintetico
– Fino a 256 dischi
• Pass‐through Disk
– Supera il limite di 2TB dei vhd
Hyper‐V Networking
• Due tipi di interfacce
– Network Adapter (driver sintetico)
– Legacy Network Adapter (driver emulato)
• Tre tipi di connessioni (virtual switch)
– Privata
– Interna
– Esterna
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15. 15/10/2010
Hyper‐V Networking
• NIC multiple su host
– Per la gestione di Hyper‐V
– Per il cluster
– Per Live Migration
– Per l’accesso a storage iSCSI
– Per i guest
• VLAN tagging (802.1Q)
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16. 15/10/2010
Gestione di Hyper‐V: demo
Vmware vSphere ‐ la famiglia di prodotti 1/2
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17. 15/10/2010
Vmware vSphere ‐ la famiglia di prodotti 2/2
Vmware vSphere
Features specifiche
• Architettura e scalabilità dei VMM (Hypervisor)
• Virtual Networking
• Snapshot e relative problematiche
• Vmotion
• Storage Vmotion
• HA/FT
• DRS
• Monitoraggio
• Scenari di Backup / Disaster Recovery
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18. 15/10/2010
Vmware Architettura e scalabilità
Gestione della Memoria
• Transparent Page Sharing
• Ballooning
• Swapping
Scheduler dei processi
• Proportional Share Based (il VmKernel NON e’ Linux!!)
Transparent Page Sharing in action
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19. 15/10/2010
Vmware Networking
• Virtual Switch
• Port Group
– Vlan Tagging
– Controllo di banda
– Security (gestione MAC, promiscuos mode)
– Teaming, gestione load balancing e failover
• Ampia scelta di vNic per i guest
Integrazione Virtual Networking con Physical Networking
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20. 15/10/2010
Vmware Networking
Gestione di VMWare: demo
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21. 15/10/2010
Hyper‐V Snapshot
• Salvataggio dello stato di un Guest
– Istantaneo
– A caldo
– Include stato della RAM e del processore
– Basato su dischi differenziali (avhd)
– Organizzazione gerarchica
– Fino a 50 snapshot per Guest
Hyper‐V Snapshot
• Ideale per
– Ambienti di test
– Ambienti di sviluppo
– Supporto (Help Desk)
• Limitazioni
– Riduce la performance
– Da evitare con AD e database transazionali
– Non consigliato in ambiente di produzione
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22. 15/10/2010
Hyper‐V High Availability
• Failover Cluster
– Fino a 16 nodi
– Fino a 1000 Guest per cluster
– Supportato in Hyper‐V Server (free download)
• Shared Cluster Disk
– I Guest risiedono sulla stessa LUN
– Si attivano e si spostano indipendentemente su diversi nodi
Hyper‐V High Availability
• Host Clustering
– Fault tolerance anche per applicazioni non‐cluster aware
– Continuità in caso di guasto hardware
– Ripartizione dinamica dei carichi
• Guest Clustering
– Per applicazioni cluster aware
– Continuità in caso di problemi al SO Guest
– Accesso allo storage tramite iSCSI
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23. 15/10/2010
Live Migration
• Spostamento trasparente del Guest
– Il nodo target riceve una copia dei dati in RAM
– Il passaggio di nodo avviene in una frazione di secondo
– Consigliabile una rete dedicata
Snapshot e Live Migration: demo
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24. 15/10/2010
Il Virtual Datacenter
Ridondanza
• Multipath
• Zoning
• LUN Masking
• Vmware HA
● Cluster VMWare HA
● Resource Pool
Vmotion e Storage Vmotion
Vmotion
• Spostamento ‘a caldo’ dell’esecuzione da un host ad un
altro
• Utile prima delle operazioni di manutenzione degli host
Storage Vmotion
• Spostameno ‘a caldo’ dei dischi da uno storage ad un
altro
• Facilita operazioni di ‘aggiornamento tecnologico’ dello
storage
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25. 15/10/2010
Cluster e HA
• Monitorizza gli Host e riavvia i guest
su altri nodi in caso di failure
• Garantisce che rimanga a
disposizione un numero sufficiente di
risorse sui nodi per permettere il
riavvio
• Fino a 32 nodi per cluster
• Distribuzione automatica e ottimale
dei carichi sui nodi (Richiede DRS)
Fault Tolerance
• Ogni operazione di I/O viene loggata e rieseguita sulla
VM secondaria (con le dovute eccezioni)
• Le VM procedono in LockStep
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26. 15/10/2010
DRS
(Distributed Resource Scheduler)
L’ importanza dell’ analisi e del monitoraggio
• Realtime – Troubleshooting problemi
• Dati storici – Analisi trend e proiezioni di
utilizzo
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27. 15/10/2010
Difficoltà di interpretazione dei dati rilevati
● %CPU (1 anno): ~25%
● %CPU (1 mese): ~50%
Effetti della perdita
di informazione
(Nyquist/Shannon e aliasing)
Attenzione alla lettura dei dati
Analisi di carico
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