Cluster-Features in vSphere 7 (3)

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Cluster-Features in vSphere 7 (3)

06.03.2023 - 00:00
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VMware stattet vSphere mit einer Reihe von Enterprise-Funktionen aus, die nur im Cluster verfügbar sind. Dazu zählen Hochverfügbarkeit, Lastausgleich, vMotion-Kompatibilitäts-Modus und Object Storage. Trotz der zahlreichen Features ist das Cluster-Konstrukt in vSphere recht einfach aufgebaut und schnell konfiguriert. In diesem Beitrag zeigen wir, wie Sie die Features Loadbalancing und High Availability einrichten und verwalten. Im dritten und letzten Teil geht es vor allem um Failover-Kapazität und Lastausgleich mit vSphere DRS.

Proactive HA, Anwendungs- und Datenspeicherüberwachung
Mit Ausnahme des VM-Neustarts bei einem Host-Ausfall sind bei den anderen Fehlerbedingungen keine Standardempfehlungen möglich, weil das jeweilige Verhalten im Einzelfall von der darunterliegenden Storage- und Netzwerkarchitektur abhängt. Proactive HA ist übrigens eine mit Version 6.7 eingeführte Funktion, die auf der Abfrage von Host-Health-Sensoren in Zusammenarbeit mit entsprechenden Herstellerschnittstellen basiert und Hosts mit problematischen Sensordaten vorsorglich via vMotion in Quarantäne schickt. Insofern ist Proactive HA eher ein DRS- als ein HA-Feature.

Neben dem VM-Monitoring ist auch die Anwendungsüberwachung möglich. Um diese zu aktivieren, müssen Sie sich das entsprechende SDK besorgen (oder eine Anwendung nutzen, die VMware Application Monitoring unterstützt) und es zum Einrichten von benutzerdefinierten Taktsignalen für die zu überwachenden Applikationen verwenden. Danach arbeitet die Anwendungsüberwachung ähnlich wie das VM-Monitoring. Wenn die Taktsignale für ein Programm nicht innerhalb einer angegebenen Frist ankommen, wird dessen virtuelle Maschine neu gestartet.

Eine weitere Option ist die Datenspeicherüberwachung. VMware nennt das mit Version 6.0 eingeführte Feature auch VM-Komponentenschutz (VMCP). Der Admin kann hier die gewünschte Response auf gängige Datenspeicherfehler wie APD oder PDL festlegen.

Zugangssteuerung für Failover-Kapazität
Im Folgenden noch ein paar Worte zur Failover-Kapazität. Im VMware-Cluster-Konstrukt stellt in der Regel jeder Host des Clusters aktiv Compute-Kapazität für HA und DRS bereit, ähnlich wie jeder Host im vSAN-Cluster Storage-Kapazität beisteuert. Daher muss vSphere HA dafür sorgen, dass auf jedem Einzel-Host im Alltagsbetrieb genügend Compute-Kapazität zur Verfügung steht, falls der betreffende Host im Fehlerfall VMs von anderen Hosts durch einen Neustart der VMs übernehmen muss. Die benötigte Menge an Compute-Kapazität lässt sich insbesondere bei VMs mit bestehenden CPU- oder Memory-Reservierungen ziemlich genau berechnen. Wie viel Failover-Kapazität Sie insgesamt freihalten möchten, können Sie bei markiertem Cluster in der Bestandsliste im Reiter "Konfigurieren" im Abschnitt "Dienste / vSphere HA" mit einem Klick auf "Bearbeiten" und dann im Dialog "Clustereinstellungen bearbeiten" im Reiter "Zugangssteuerung" selbst bestimmen. Zur Wahl stehen die "Richtlinie für Steckplatzgröße", "Prozentsatz der Clusterressourcen" und "Dedizierte Failover-Hosts".

Wer es sich leisten kann, einen oder mehrere ESXi-Hosts nur für Failover-Zwecke anzuschaffen und zu betreiben, wählt einfach die letzte Option. Am einfachsten zu konfigurieren ist die prozentuale Einstellung. Haben Sie zum Beispiel in einem Zwei-Knoten-Cluster wenige oder keine VMs mit Reservierungen, wählen Sie einfach "50 Prozent" und beobachten im Reiter "Überwachen" des markierten Clusters im Abschnitt "vSphere HA / Übersicht", ob alle aktiven VMs geschützt sind. Deaktivieren Sie die Zugangssteuerung, startet vSphere HA so viele VMs auf den verbleibenden Hosts im Cluster neu, wie Platz haben.

Abschließend noch ein paar Worte zu den sonstigen Voraussetzungen. Schon erwähnt wurde, dass jeder Host über mindestens einen VMkernel-Adapter vom Typ "Management" verfügen muss. Dieser muss zwingend eine statische IP-Adresse aufweisen, es sei denn es gibt eine zugehörige DHCP-Reservierung. Für die VM-Überwachung benötigen Sie auf den betreffenden VMs die VMware-Tools. Möchten Sie den VM-Komponentenschutz (VMCP) nutzen, müssen alle Hosts mindestens auf Version 6.0 sein. Ferner benötigen alle Hosts mindestens eine Essentials-Plus-Lizenz oder höher.

Lastausgleich mit vSphere DRS
Bei der Cluster-Funktion DRS geht es nicht um Verfügbarkeit, sondern um Lastausgleich. Voraussetzung für DRS ist eine Enterprise-Plus-Lizenz. Dazu hat VMware vSphere 7 mit einem neuen Lastausgleichs-Algorithmus für DRS ausgestattet. DRS aggregiert die Compute-Kapazität für die Cluster-Last in einem Cluster-Ressource-Pool. Diesen können Sie bei Bedarf auch in eine hierarchische Struktur von Child-Ressourcen-Pools unterteilen.

DRS kümmerst sich dann um die Erstplatzierung einer VM beim Einschalten, um das Migrieren von VMs, wenn ein ESXi-Host in den Wartungsmodus versetzt wird, und schließlich um den Lastausgleich. Und genau hier greift die Neuerung im Algorithmus. In früheren vSphere-Versionen migrierte vMotion VMs von einem spezifischen Host weg, wenn sich für den betreffenden Host gemäß der konfigurierten Schwellenwerte Engpässe im Bereich der drei überwachten Metriken "Host-CPU", "Host-Memory" und "Netzwerkbandbreite" andeuteten. Die neue Version vSphere 7 rückt die eigentliche Anwendung, sprich die virtuelle Maschine selbst, in den Mittelpunkt.

Bild 3: Im manuellen Modus gibt es nur Empfehlungen für die Erstplatzierung der VM beim Einschalten.
Bild 3: Im manuellen Modus gibt es nur Empfehlungen für die Erstplatzierung der VM beim Einschalten.
 

So lässt sich zu jedem Zeitpunkt sicherstellen, dass die Ressourcenanforderungen des Workloads und damit der spezifischen VM immer erfüllt sind. In vSphere 7 gibt es dazu den "DRS-Score" auf VM- und Cluster-Ebene. Die Metrik berücksichtigt sämtliche Ressourcenanforderungen des Workloads einschließlich etwaiger Reservierungen. Diese DRS-Punktzahl wird für jede einzelne eingeschaltete VM ermittelt und überwacht. Ferner bietet DRS Empfehlungen zur Erfüllung der Ressourcenanforderungen der VM. Je nachdem, welche DRS-Betriebsart in der Bestandsliste unter "Konfigurieren" im Abschnitt "Dienste / vSphere DRS" bei "DRS-Automatisierung" ausgewählt ist, werden diese Empfehlungen nur angezeigt (Manuell, Teilautomatisiert) oder VMs direkt via vMotion auf einen anderen Host verschoben. Modifizieren lassen sich die DRS-Einstellungen, ähnlich wie bei vSphere HA, wenn Sie rechts neben "vSphere DRS ist aktiviert" auf "Bearbeiten" klicken. Die "Betriebsart" finden Sie im Reiter "Automatisierung".

Empfehlungen für den Lastausgleich müssen Sie dann aktiv abrufen, indem Sie in der Bestandsliste im Reiter "Überwachen" im Abschnitt "vSphere DRS / Empfehlungen" rechts unter der Liste der gegebenenfalls vorhandenen "DRS-Empfehlungen" auf "DRS Jetzt Ausführen" klicken. Im teilautomatisierten Modus gibt es keine Empfehlungen bei der Erstplatzierung, da diese automatisch umgesetzt werden. Im vollautomatisierten Modus finden Sie die historischen und automatisch via vMotion umgesetzten Empfehlungen unter "vSphere DRS / Verlauf".

Der DRS-Algorithmus empfiehlt also, wohin Sie einzelne VMs verschieben sollten, um maximale Effizienz zu erzielen. Die Empfehlungen setzt entweder vMotion automatisch um oder dies geschieht auf Initiative des Benutzers. Aufgrund des neuen Fokus auf den VM-DRS-Score sind nach dem Aktivieren von DRS in vSphere 7 mehr Migrationen zu erwarten als früher. Den DRS-Score sehen Sie an zwei Stellen. Eine Übersicht finden Sie bei markiertem Cluster-Objekt im Reiter "Übersicht" im ausklappbaren Abschnitt "vSphere DRS".

Bild 4: Die Übersicht zeigt die DRS-Punktzahl des Clusters.
Bild 4: Die Übersicht zeigt die DRS-Punktzahl des Clusters.
 

Die linke Seite zeigt die DRS-Punktzahl des Clusters (in unserem Beispiel 97 Prozent) an, die rechte Seite die gruppierten DRS-Scores der VMs. Diese sind in Buckets von je 20 Prozent unterteilt. In Bild 4 haben alle laufenden VMs derzeit einen DRS-Score im Bereich 80 Prozent bis 100 Prozent. Klicken Sie hier auf "Alle VMs anzeigen", gelangen Sie im vSphere Client zur gleichen Position, wie wenn Sie bei markiertem Cluster im Reiter "Überwachen" zum Abschnitt "vSphere DRS / DRS-Punktzahl der VM" wechseln. Die Ansicht zeigt bei allen laufenden VMs den DRS-Score sowie eine Reihe weiterer wichtiger Metriken wie "Aktive CPU", "Verwendete CPU", "CPU-Bereitschaft", "Gewählter Arbeitsspeicher", "Ausgelagerter Arbeitsspeicher" und "Ballooning-Arbeitsspeicher".

Migrationsschwellenwert für DRS festlegen
Den Migrationsschwellenwert für DRS stellen Sie genau wie die beschriebene "Automatisierungsebene" in der Bestandsliste im Reiter "Konfigurieren" im Abschnitt "Dienste / vSphere DRS" mit einem Klick auf "Bearbeiten" im Tab "Automatisierung" bei "Migrationsschwellenwert" ein. Es gibt fünf Stufen von "Konservativ" bis "Aggressiv". Je aggressiver der Schwellenwert, desto häufiger kommt es zu Migrationsvorgängen schon bei geringsten Abweichungen vom Clustergleichgewicht, wobei der jeweilige vMotion-Vorgang dann aber nur kleine Verbesserungen bringt. In Stufe 1 werden nur bestehende DRS-Regeln umgesetzt, also etwa, dass bestimme VMs immer auf bestimmten Hosts liegen oder mit anderen VMs am besten auf dem gleichen Host positioniert werden.

Wer über ein schnelles vMotion-Netzwerk verfügt (10 GBit/s oder höher), stellt die Automatisierungsebene am besten auf "Vollautomatisiert" und den "Migrationsschwellenwert" auf 2 oder 3. vSphere verfügt noch über viele weitere Funktionen und Konfigurationsmöglichkeiten wie zum Beispiel "Predictive DRS" oder "Energieverwaltung", deren Erläuterung den Rahmen des Beitrags sprengen würden.

Predictive DRS migriert VMs beispielsweise schon, bevor es zu einem Cluster-Ungleichgewicht kommt und bezieht seine Informationen aus der Zusammenarbeit mit dem Operations Manager, der das historische Lastverhalten kennt und das künftige dank Machine Learning voraussagen kann. Mit DRM kann DRS einzelnen Hosts zum Zweck des Energiesparens bei entspannter Lastsituation in den Suspend-Mode schicken und die betreffenden VMs migrieren. Auch zu den DRS-Regeln, der Zusammenarbeit beziehungsweise Abhängigkeit von DRS mit HA, vSAN und Fault Tolerance (FT) sowie zu Ressouren-Pools, Dynamic Direct Path I/O und anderen Funktionen ließe sich noch einiges sagen, allerdings funktioniert DRS genau wie HA mit der Standardkonfiguration sehr gut.

Fazit
Obwohl das eigentliche Cluster-Konstrukt in vSphere eher simpel aufgebaut und schnell eingerichtet ist, funktionieren gerade High Availability und Loadbalancing im Sinne der jeweiligen recht eigenwilligen Definition dieser Eigenschaft im vSphere-Kontext gut und zuverlässig, sodass es daran wenig auszusetzen gibt. Deutlich aufwendiger sind Konfiguration und Betrieb einer HCI-Umgebung mit vSAN-Cluster.

Übrigens bietet vSphere für Einzel-VMs auch echte, hundertprozentige Hochverfügbarkeit. Das Features heißt dann Fault Tolerance und implementiert für ausgewählte VMs mit bis zu acht vCPUs im Cluster echte Fehlertoleranz durch ein Fast-Checkpointing-Verfahren, dass eine primäre und sekundäre Spiegel-VM auf CPU-Instruction-Level permanent synchron hält. Das Feature kostet aber Performance und oft sind für solche unternehmenskritische Workloads wie zum Beispiel Datenbanken native Cluster-Lösungen besser geeignet.

Darüber hinaus kennt auch vSphere echte Hochverfügbarkeit mit Cluster-Quorum, nämlich bei der mit Version 6.5 eingeführten Funktion "vCenter HA". Dieses Feature schützt die vCenter-VM selbst durch ein Drei-Knoten-Konstrukt (Zeuge, primäres vCenter und Standby-vCenter) auf VM-Level und lässt sich gut mit vSphere-HA und DRS kombinieren. Dies sorgt dann dafür, dass die drei vCenter-HA-VMs immer auf unterschiedlichen Hosts liegen.

jm/ln/Thomas Drilling

Im ersten Teil des Workshops erklären wir, was vSphere 7 überhaupt unter einem Cluster versteht und wie Sie mithilfe des Schnellstart-Assistenten die Erstkonfiguration vornehmen. Im zweiten Teil schließen wir die Erstkonfiguration ab und schildern das Einrichten von vSphere HA. Im dritten und letzten Teil des Workshops geht es vor allem um Failover-Kapazität und Lastausgleich mit vSphere DRS.

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