Servervirtualisierung

MA-Thesis / Master von Anton Scheiber

Einleitung:

Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Thema Servervirtualisierung in der Hospitality Industry. Servervirtualisierung ist der Beginn einschneidender Änderungen am Informationstechnologiemarkt.

Die weltweite Marktdurchdringung bei Virtualisierungslösungen, die von 12% im Jahr 2008 auf 20% im Jahr 2009 wachsen wird, stellt laut Platespin kein ‘weiteres Projekt’ der Informationstechnologie(IT)-Abteilungen dar. Vielmehr bedeutet Servervirtualisierung die Ausrichtung auf eine neue, langfristige Strategie. Dabei geht es um das Bestreben der Realisierung von ‘Grüner IT’, die Konsolidierung der Serverlandschaft ebenso wie um effizientere Ressourcennutzung der verwendeten Hardware.

Laut VMware, einem Hersteller von Virtualisierungslösungen, erlaubt die Umsetzung einer Virtualisierung, die Total Cost of Ownership (TCO) der IT-Landschaft um durchschnittlich 67% der operativen Kosten zu senken. Eine Gartner Studie aus dem Jahr 2007 prognostiziert für das Jahr 2009 eine Gesamtzahl von 3 Millionen installierten virtuellen Servern und hebt eine signifikante Durchdringung der gesamten IT bis zum Jahr 2015 hervor: ‘…that virtualization would be part of nearly every aspect of IT by 2015’.

Bereits ein Jahr später, 2008, revidiert Gartner die Studie und spricht von 4 Millionen virtuellen Servern und einer signifikanten Durchdringung des Marktes bis 2012. ‘Virtualization Will Be [!] the Highest-Impact Trend in Infrastructure and Operations Market Through 2012’.

Um diese Trendvorhersage Realität werden zu lassen, müssen die nötigen Rahmenbedingungen und Voraussetzungen in der Infrastruktur der IT-Landschaft geschaffen werden.

Zielsetzung der Master Thesis:

Fraglich ist, ob virtualisierte Server einerseits sämtliche in der Hospitality Industry geforderten relevanten Applikationen, wie auch deren zugrundeliegenden Betriebssysteme abbilden können. Andererseits ist zu klären, ob in der virtualisierten Umgebung die Schnittstellenkommunikation und Interaktion dieser Server zumindest im gleichen Maß gegeben ist wie bisher.

Die Forschungsfrage für diese Untersuchung stellt sich daher wie folgt:

Inwiefern ist bei der InterContinental Hotels Group (IHG) zuverlässige Kommunikation unter Einsatz von virtualisierten Servern möglich, bezogen auf alle durch den Konzern vorgegebenen Standardanwendungen?

Das Ziel dieser Master Thesis stellt die Ausarbeitung der Möglichkeiten von Servervirtualisierungslösungen bezogen auf die IT-Umgebung eines Hotels dar. Dazu gehören die Möglichkeiten der Servervirtualisierung, die Mindestanforderungen an Hotel-Applikationssoftware und die Vorgaben an die jeweiligen Kommunikationsschnittstellen. Weiters wird anhand eines Fallbeispiels - am InterContinental Berchtesgaden Resort - eine Ausarbeitung des Ist-Standes und die Evaluierung der möglichen Migrationsfähigkeit von Applikationen erfolgen. Die Darstellung erfolgt in Form einer Virtualisierungsmatrix.

Kein Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die bestmögliche technische Virtualisierungslösung, auf die Hardware und reine Performancegesichtspunkte bezogen, zu finden. Der Ansatz wird vielmehr derart gewählt, dass auch bestehende Hardware der x86-Architektur weiterverwendet werden kann und in das Szenario einbezogen wird. Ebenfalls kein Ziel stellt die Aufbereitung des Themas aus betriebswirtschaftlicher Sicht dar. Allerdings wird das Thema Einsparungspotenzial durch Virtualisierung ebenfalls beleuchtet.

Untersuchungsdimensionen:

Die Forschungsfrage wird folgendermaßen abgegrenzt: Die Eingrenzung der bewerteten Prozessdefinitionen bezieht sich auf die Hospitality Industry allgemein, das Fallbeispiel auf IHG. Es werden operative Prozesse bewertet. Die Migration konventioneller IT-Umgebungen auf virtuelle Server wird nach dem aktuellen Stand der Technik evaluiert. Der Umfang der zu virtualisierenden Standardanwendungen wird nach IHG Vorgaben ausgearbeitet.

Zuverlässige Kommunikation bezieht sich auf die ausgearbeiteten und bewerteten kritischen Kommunikationsbereiche oder Prozessschritte und deren Systemschnittstellen. Als Ergebnis liegt ein Erfüllungsgrad an virtualisierbaren Anwendungen in Form einer Tabelle vor.

Methodik und Aufbau der Arbeit:

Diese Master Thesis beinhaltet zum Ersten die Aufarbeitung des Themas der Servervirtualisierung in generischer Form, also mit Gültigkeit für die gesamte Hospitality Industry als solche. Danach erfolgt die Analyse anhand eines realen Fallbeispiels.

Das zentrale Kapitel behandelt die Modellierung und Visualisierung der operativen Geschäftsprozesse einer Hotelumgebung. Es gilt zu klären, inwieweit Servervirtualisierungen in diesem speziellen Umfeld möglich sind. Die dafür betrachteten relevanten Prozesse werden ausgearbeitet und abgebildet. Dazu erfolgt zunächst eine Diskussion möglicher Ansätze und wichtiger Definitionen zum vorliegenden Themenkomplex der Server-Virtualisierung und deren Kommunikationsanforderungen. Danach wird, unter Berücksichtigung von Mustern sowohl der hierarchischen als auch der heterarchischen Kommunikationsstruktur, eine Kritikalitätsbewertung der Prozesse erarbeitet. Daraus resultiert eine Virtualisierungsmatrix mit effektiven Serverkombinationen.

Im abschließenden Kapitel erfolgen die beispielhafte Darstellung einer realen Geschäftsumgebung und die Ausarbeitung der Ergebnisse in tabellarischer Form. Das InterContinental Berchtesgaden Resort wird dafür beispielhaft für Hotels dieser Kategorie herangezogen.

Die vorliegende Master Thesis ist als qualitative Arbeit ausgeführt und reflektiert die maßgeblichen Ergebnisse einer ausführlichen qualitativen Inhaltsanalyse. Zur Verfügung standen dafür Werke der deutsch- und englischsprachigen Fachliteratur. Auch Herstellerliteratur und Releasenotes zum Stand der Technik wurden genutzt sowie Onlinequellen.

Die Ausarbeitung des Fallbeispiels erfolgte in enger Zusammenarbeit mit Lieferanten und deren Entwicklungsabteilungen. Die fachliche Fundierung wurde mittels öffentlich verfügbarer Hersteller-Whitepapers und Releasenotes belegt.

Inhaltsverzeichnis:

Textprobe:

Kapitel 2.5, Evaluierung von Virtualisierungslösungen:

Nun folgend werden unterschiedliche Aspekte, Ansätze und Ausprägungen der Virtualisierung beleuchtet. Der Fokus liegt dabei auf den als ‘Echten’ Virtualisierungsverfahren oder auch Systemvirtualisierung bezeichneten Lösungen. Der Vollständigkeit wegen wird auch eine Hybridlösung betrachtet, die Paravirtualisierung.

Thorns bezeichnet Virtualisierungsverfahren dann als echt, wenn Anteile der vorhandenen Hardware virtuellen Maschinen zugewiesen werden. Sie entsprechen dabei in ihrer Architektur und in ihren Eigenschaften exakt dem Hostsystem. Somit ist gewährleistet, dass Befehle der virtuellen Maschine zum Hostsystem passen und nicht grundlegend geändert werden müssen. Die Virtualisierungskomponente muss als zentrale Aufgabe die bestehende Hardwareressource zwischen den virtuellen Maschinen aufteilen.

Die Virtualisierungskomponenten bedienen sich auch weiterer, nicht zwingend vorhandener Ressourcen der Host-Hardware. Im Falle der Verfügbarkeit von solchen Features sind sie somit in der Lage, die Gesamtperformance des Systems zu verbessern. Eine dieser Fähigkeiten stellt die Unterstützung des Prozessors für Virtualisierung dar.

2.5.1, Virtualisierungsunterstützung des Prozessors:

Der herstellerübergreifende, maßgebliche Ansatz der Prozessorvirtualisierung beschreibt das Bestreben, Performancenachteile in virtuellen Umgebungen zu minimieren oder diese durch Integration von Elementen in die Prozessorarchitektur auszuschalten.

Sowohl AMD als auch Intel bieten Lösungen, die es Softwareherstellern leichter macht, Virtualisierungslösungen performanter zu gestalten. Diese Prozessortechnologieerweiterungen bieten zusätzliche Hardwareunterstützung, die bestimmte Anwendungsszenarien beschleunigt. Hauptsächlich handelt es sich dabei um Serveranwendungen, die gleichzeitiges Laufen von vielen Prozessen erfordern.

Beispielsweise hat AMD eine Technologie in seine Serverprozessoren implementiert, die als ‘I/O Memory Mapping Unit’ (IOMMU) bezeichnet wird. Diese Technologie hilft I/O Anforderungen overhead-minimiert direkt durch den Prozessor zu bedienen, ohne den Umweg über die Virtualisierungssoftware gehen zu müssen. Dadurch kann für Anwendungen, die hohe I/O Anforderungen stellen, ein deutlicher Geschwindigkeitszuwachs erreicht werden: ‘Performance issues in virtualized server environments are often the result of a mismatch between the front-end workloads and the back-end’.

Prozessorvirtualisierung ist ein weiterer Mosaikstein, um optimale Bedingungen für die Virtualisierung zu schaffen. Virtualisierungssoftware wird laufend hinsichtlich vorhandener Hardwaremöglichkeiten optimiert; allerdings entbindet es nicht von einer exakten Systemanalyse im Vorfeld des Virtualisierungsprozesses. Weiters ergibt sich daraus beim aktuellen Stand der Technik nur für spezielle Anforderungen ein Performancevorteil.

2.5.2, Datenspeichervirtualisierung:

Dieser Themenbereich behandelt die Abbildung und Bereitstellung von Speichermedien oder Speicherreservoires für einzelne Server, was nicht zwingend deren eigene Virtualisierung voraussetzt. Speichervirtualisierung zielt vielmehr auf die Notwendigkeit der dynamischen Anpassungsfähigkeit von Speicherkapazitäten für einzelne Server ab. Die physikalische Lagerung der Daten erfolgt dabei an zentraler Stelle, systemunabhängig und entfernt von der jeweiligen Serverhardware.

Diese Entkoppelung von Rechenkapazität und Speicherkapazität findet ihre Abbildung in als Storage Area Network (SAN) bezeichneten Speicherumgebungen. Der Einsatz eines Storage Area Networks schafft die Basis, heterogene Betriebsumgebungen zu konsolidieren. Es entsteht dadurch eine Betriebsumgebung, die erlaubt, Altsysteme auf virtuelle Serverumgebungen zu migrieren.

Die Anbindung der einzelnen Server an ein SAN erfolgt entweder über Host Bus Adapter (HBA) mittels Glasfasertechnologie, oder über herkömmliche GigaBit Adapter mit der als Internet Small Computer System Interface (iSCSI) bezeichneten Technologie.

Die Struktur der bereits vorhandenen Betriebsumgebung und das zu erwartende Speicherwachstum im Unternehmen stellen die Entscheidungsgrundlagen für Speichervirtualisierung dar. Mit Einschränkungen in Bezug auf die Virtualisierung der Serverumgebung ist bei Einsatzverzicht von SANs nicht zu rechnen.

Herstellerbezogen sind allerdings Lösungen verfügbar, welche die Vorteile der Speichervirtualisierung nutzen und somit beispielsweise Sicherungsmaßnahmen oder das Erstellen von virtuellen Clustern vereinfachen.