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IT-Symposium 2005 7.4.2005
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Vortrag 1H02:
IT-Kosten senkenmit virtuellen Maschinen
Funktionalität, Einsatz und Vorteile von VMware
Stefan HaaseProject ConsultantEmail: stefan.haase@janz.de
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Janz Unternehmensgruppe
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Kurzprofil Janz Informationssysteme
Seit mehr als 23 Jahrenerfolgreiche Realisierung von komplexen IT-Projekten im Mittelstand und bei GroßkonzernenHochqualifizierte und zertifizierte MitarbeiterLangjährige Partnerschaften mit weltweit führenden Unternehmen der Hardware-, Software- und Beratungsbranche
Qualitätsmanagement nach ISO 9001-2000Teil der international agierenden Janz UnternehmensgruppeInsgesamt 103 Mitarbeiter, davon 42 in der Janz Informationssysteme AG
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Bundesweite Präsenz
Hamburg
Bremen
Hamburg
München
Bremen
PaderbornLüdenscheid
Hannover
Saarbrücken
• Zentrale PaderbornWilhelm StuteIm Dörener Feld 833100 PaderbornFon: +49.52 51.15 50.0
• IT Competence Center HamburgReinhard SchroersFriesenstraße 13a20097 HamburgFon: +49.40.85 17 17.0
• Service Center HannoverLothar BrüggemannRotenburger Straße 28a30659 HannoverFon: +49.511.6 16 59 27.0
• Geschäftsstelle BremenUwe DierksHaferwende 3a28357 BremenFon: +49.421.3 22 61.0
• Geschäftsstelle MünchenMatthias UerkvitzLandsberger Straße 30280687 MünchenFon: +89. 580. 98 29.0
• Vertriebsbüro Lüdenscheid Fon: +49.23 51.98 16 88
• Vertriebsbüro SaarbrückenFon: +49.6 81.96 97 130
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Janz und VMware
• Mitte 2002 Konsolidierung bestehender Server mittels VMware für die Sycor GmbH, einer Tochter der Otto Bock Gruppe
• Einrichtung von 30 virtuellen Servern auf einer IBM x440 und Anschluss an eine IBM SAN Storage FAST T 700
Nutzen:Intensivere Nutzung der Rechnerleistung und Einsparung von ca. 10.000 € Betriebskosten pro Jahr
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Kurzprofil VMware
1998 als VMware Inc. in Palo Alto, Kalifornien gegründetZiel: virtuelle Maschinentechnologie der Mainframe-Klasse zur Nutzung auf standard-mäßigen Computern zu entwickeln1999 erstes Produkt VMware Workstation
Mehr als 325 MitarbeiterMehr als 80 % der Fortune 100 Unternehmen setzen VMware ein1,2 Mio. registrierte User,über 5.000 Firmenkunden
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Produktpalette
VMware GSX Server
- Serverkonsolidierung für Abteilungen oder Filialen
- Remote Management
- Performance:70 – 90% der nativen Maschine
VMware ESX Server
- Serverkonsolidierung für Datacenter
- Remote Management
- Erweitertes Ressourcenmanagement
- Performance:83 – 98% der nativen Maschine
Server / EnterpriseDesktop / Personal
VMware Workstation
- Produktivitäts Tool
- Performance: 70 – 90% der nativen Maschine
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Serverprodukte
VMware GSX Server
- Wird in Linux oder Windows Umgebunginstalliert
- Maximale Hardware Kompatibilität- Bis zu 3,6 GB RAM pro Gast Betriebssystem- Bis zu 64 virtuelle Maschinen pro GSX
Server- Günstigerer Preis
VMware ESX Server
- Läuft direkt auf der Hardware- Maximale Skalierbarkeit und Performance- Bis zu 3,6 GB RAM pro Gast Betriebssytem- Bis zu 80 virtuelle Maschinen (10 pro CPU)- SMP Unterstützung- Erweiterertes Speichermanagement- Dynamische Ressourcenzuteilung
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Computer System Architektur
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Virtuelle Maschinen Monitor
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Was ist eine virtuelle Maschine?
1 – 4 Adapter
1 – 4 Adapter
Je 1 – 15 Geräte
1 – 4 Ports 1 – 4 Ports
Bis zu 2 CD-ROMs
Bis zu 2 Laufwerke
- Bis zu 3,6 GB RAM
- 1 CPU
- 2 mit SMP Lizenz
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GuestOS
GuestOS
GuestOS
MemoryCPUCPUCPU
Host OS
VMware Application
NICNICdisk
diskDisk
Exchange
Windows2000
SQL Server
WindowsNT 4.0
Apache
Red Hat7.3
VirtualMachineMonitor
VirtualMachineMonitor
VirtualMachineMonitorScheduler
Mem Mgmt
GSX ServerArchitektur
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ESX Server Architektur
MemoryIntel x86hardware
GuestOS
Exchange
Windows2000
VMkernelIntel Processor Virtualization
Scheduler Memory Mgmt. SCSI Ethernet
CPUCPUCPU NICNICNICNICNICNICNICNICdiskdiskDisk
NIC CPUCPUotherdevices
Service Console
SNMP AgentOther
Devices
PerlScripting
RemoteKVM
MgmtWeb Server
Security
GuestOS
SQLServer
Windows NT4
GuestOS
Web Server
Linux
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Was sieht das Gast Betriebssystem an Hardware ?
Virtualisierte Hardware aus Sicht des Betriebssystems
Im Beispiel Windows Geräte Manager
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Feature: Partitioning
• Mehrere OS gleichzeitig auf einem physikalischen Server• Bessere Ausnutzung der Serverresourcen• SCSI Reservierungen ermöglichen Clustering (auf einem
ESX-Server)
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Feature: Isolation
• Fehler, Performance, und Sicherheits-isolation
• Kontrolle über CPU, RAM, Disk, und Netzwerkressourcen
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System Kapselung
• Clonen bestehender Maschinen- Datensicherung- Desaster Recovery- Tests (Updates, Patches,
Entwicklung…)
• Deployment- Erstellung von Schablonen
(Templates)
• Der Status einer virtuellen Maschine ist gekapselt- Speicher, disk images, I/O device Status
• Der Status einer virtuellen Maschine kann in einer Datei gespeichert werden- “Checkpointing”
• VM kann entweder auf Faktor Zeit oder Platz transferiert werden- Zeit: Speicherung in einer Datei- Platz: Transfer über Netzwerk
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Jede VM hat ihren eigenen Ordner
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Möglichkeiten der Performanceoptimierung
• Virtual SMP • Minimum Rate• Maximum Rate• Share Allocation• CPU Load Balancing• Processor Affinity
• Minimum Size• Maximum Size• Share Allocation• Dynamic Allocation• Memory Overcommitment• Memory Sharing
• Traffic Shaping• NIC Teaming
• Share Allocation
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CPUs zuteilen
• Virtual SMP • Minimale Rate• Maximale Rate• Share Allocation• CPU Load Balancing
Individuell für jede einzelne VM
Dynamische Kontrolle über die Zuweisung von CPU-Zeiten und physikalischen CPUs
Automatische Lastverteilung über alle physikalischen CPUs
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Proportional Share System -Funktionsweise
VM C17%
VM A50%
VM B33%
• 3 active VMs– 300 shares VM A– 200 shares VM B– 100 shares VM C– 600 shares total
• Entitlement = share fraction– 50% VM A (300 / 600)– 33% VM B (200 / 600)– 17% VM C (100 / 600)
• Relative allocations• Guaranteed minimums
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Propotional Share System -Beispiele
• Change VM shares- Dynamic reallocation
• Add new VM- Graceful degradation
• Remove VM- Remaining VMs exploit
available resources
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Transparent Page Sharing
Hardware RAM
VM RAM VM RAM VM RAM• Das VMKernel scannt
regelmässig den Haupt-speicher und löscht Duplikate
• Stattdessen werden Referenzen gesetzt
• Wird eine Speicherstelle geändert, wird diese kopiert
• Keinerlei Änderungen am Gastbetriebssystem notwendig
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Balloon Mechanismus
• Bis zu 50% des Speichers einer VM kann durch aufblähen eines Fake-Prozesses zurückgewonnen werden.
• Die virtuelle Maschine swappt selbst, anstatt das das VMKernel machen zu lassen, was in einer höheren Geschwindigkeit bemerkbar ist.
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Beispiel
Guest OS
Guest OS
Guest OS
Aufblasen desBalloons (Treiber im Gast OSFordert Speicher an.)
Gast OS lagert aus,freigegebener SpeicherWird VMKernel übergeben
Zusammenfalten desBalloons bei genügendfreiem Speicher(Treiber gibt Speicher wieder zurück)
Genug Speicher vorhanden,Balloon benötigt keinen Speicher
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Speicherübersicht
Von 182 MB benötigtem Speicher werden 180 MB zwischen VMs
geteilt und nur 2 MB tatsächlich belegt.
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Werkzeuge
• Umfangreiche Management Möglichkeiten über Web MUI• Remote Konsole• ESX unterstützt SNMP• MIBs werden mitgeliefert• System Management Tools der Hersteller werden
unterstützt (IBM Director 4.11)• Separates Produkt „Virtual Center“ gibt einen kompletten
Überblick über die Struktur und die einzelnen VMs
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• Verwaltung von hunderten von Servern von einem Standpunktaus
• Sofortige Einrichtung neuerServer mittels standardisierterTemplates
• Eliminierung von geplanterDowntime durch eine zero-downtime Wartung
• Dynamische Verteilung von Workloads ohne Service Unterbrechung
• Sicherung der IT-Umgebungmittels starker Zugangskontrolle
VMware Virtual Center Überblick
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• Zentralisiertes Management– Monitoring, Automation, Integration, Sicherheit.
• Sofortige Einrichtung von Servern– Viel schnellere Betankung von Servern.
• VMotion™ Technologie– Zero-Downtime Wartung: Verschieben von Servern im
laufenden Betrieb– Konsolidierung auf konstanten Workload hin: Konstante
Optimierung
Drei Schlüsselaspekte von Virtual Center
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• Monitor system Verfügbarkeit und Performance
• AutomatischeBenachrichtigung und Alarmierung per email
• SDK für die Integration in bestehende Management-Tools
• Sicherung der IT-Umgebungmittels starker Zugangskontrolle
Zentralisiertes Management
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1) Start Deployment Wizard2) Auswahl Server Template3) Auswahl Server location4) Click Next, Next, Done
• Dauer: weniger als 10 Minuten• Geschwindigkeit eines
Kopiervorgangs• hardwareunabhängig• Template basiert• Wirksamer Einsatz im SAN• Automatisiert and standardisiert
VirtualCenter Provisioning Process
Sofortige Einrichtung neuer Server
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• 1 hour migration with P2V
• 2 - 5 minutes using VMotion™ (no service interruption)
• 4 - 6 hours for migration
• Service interrupted for duration of maintenance window
• Requires days/weeks of change management preparation
Ongoing Consolidation of ServersMoving Servers to optimize Workloads
• Zero downtimehardware upgrades with VMotion™
• Requires 1 - 3 hourmaintenance window
• Requires days/weeks of change management preparation
Hardware maintenance
• 5 - 10 minutes provisioning new VM
• 3 - 10 days hardware procurement
• 1 - 4 hours provisioning new server
Provision a new server
VirtualCenterApproachTraditional ApproachKey Task
Traditional Process vs. VirtualCenter
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Upgrade and service production hardware through VM migration with zero downtime and 100% customer transparency
Call for Upgrade
SQL Server
WM Server Win2K AS
DNS / DHCP
ESX Server 1 ESX Server 2Call for Upgrade
ESX Server 3
Zero-Downtime Maintenance
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WM Server
DNS / DHCP SQL Server
Win2K ASWM Server
SQL Server
ESX Server 1 ESX Server 2Call for Upgrade
ESX Server 3
Zero-Downtime MaintenanceUpgrade and service production hardware through VM migration with zero downtime and 100% customer transparency
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-Experten im Dialog –
Always Powered On
Win2K AS
SQL ServerDNS / DHCP
WM Server
ESX Server 1 ESX Server 2Powered Off
ESX Server 3
Zero-Downtime MaintenanceUpgrade and service production hardware through VM migration with zero downtime and 100% customer transparency
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Upgrade Finished Powered On Again
SQL Server
Win2K ASWM Server
DNS / DHCP
WM Server
SQL Server
ESX Server 1 ESX Server 2Upgraded
ESX Server 3
Zero-Downtime MaintenanceUpgrade and service production hardware through VM migration with zero downtime and 100% customer transparency
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ESX Server 1 ESX Server 2 ESX Server 3
DNS / DHCP SQL Server
WM Server Win2K AS
Upgrade and service production hardware through VM migration with zero downtime and 100% customer transparency
Zero-Downtime Maintenance
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Technical Advantages
Business Results• Resource Management • Cross-hardware optimization• Load Balancing
ESX Server 1(HP)
ESX Server 2 (IBM)
ESX Server 3 (Dell)
Apache
SAP
Citrix
DNS/DHCP
Oracle
SQL Server
Active Dir
VMotion Enables High Utilization Across the Data Center
Continuous Workload Consolidation
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ESX Server 1(HP)
ESX Server 2 (IBM)
ESX Server 3 (Dell)
Dynamically manage workloads across a heterogeneous environment, in response to an unexpected increase in SAP utilization
Apache
SAP
ExchServer
Citrix
DNS/DHCP
Oracle
SQL Server
Continuous Workload Consolidation
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ESX Server 1(HP)
ESX Server 2 (IBM)
ESX Server 3 (Dell)
Apache
SAP
ExchServer
Citrix
DNS/DHCP
Oracle
SQL Server
Dynamically manage workloads across a heterogeneous environment, in response to an unexpected increase in SAP utilization
Continuous Workload Consolidation
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VMotion™ Technology Changes The Game
VMotion technology lets you move live, running virtual machines from one host to another while maintaining continuous service availability.
• Optimal Utilization
• Zero-downtime maintenance
• Fast Reconfiguration
• Continuous Workload Consolidation
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-Experten im Dialog –
2003
Utility Architectures
Evol
utio
n of
Dat
a C
ente
r
2004 2005 2006
Building the Next Generation Data Center
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Mail System BeispielTraditional Ansatz
1U, 2-Wege Rackmount
Apache auf Linux
1U, 2-Wege Rackmount
SendmailGateway auf Linux
1U, 2-Wege Rackmount
Exchange + IIS auf
Windows 2000
Mail System ExampleKonsolidierte Umgebung
3U, 4-WegeRackmount
Vorteile des Kunden:
• No standardization on one OS
• Removes concerns about application interaction or dependencies
• VMware resource governing guarantees that critical apps will get the resources they need
• Reduced system setup and management costs
Physical to Virtual Server Consolidation
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Fragen?
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-Experten im Dialog –
Und was können wir für Sie tun?
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