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NetApp Cloud: OpenStack
Rob Esker
Senior Product Manager
Jeff Whitaker
Cloud Solutions Manager

Dies ist der zweite Artikel einer Themenreihe zur NetApp Cloud, in der Sie erfahren, wie wir Sie bei der optimalen Nutzung von Private, Public und Hyperscale Clouds unterstützen.

In den vergangenen Jahren hat sich OpenStack als führende offene Plattform für Infrastruktur als Service für Private und Public Clouds etabliert. In seinen Prognosen für 2014 betonte auch Jay Kidd, CTO von NetApp, dies sei „das Jahr, in dem OpenStack Distributionen sich von einem Projekt zu einem Produkt entwickeln“. Sofern Sie dies noch nicht getan haben, sollten Sie sich also schnellstmöglich mit OpenStack auseinandersetzen und überlegen, wie die Lösung in Ihr Unternehmen passt.

Als Gründungsmitglied der OpenStack Foundation ist NetApp bereits seit einigen Jahren an der Erweiterung der Storage-Funktionalität von OpenStack beteiligt, so auch an der Entwicklung von diversen Implementierungsoptionen und einzigartigen Funktionen für Block-Storage (Cinder) und optimierten Objekt-Storage (Swift). Zudem erarbeiten wir für den Manila File Share-Service weitere innovative Lösungen.

In diesem Artikel möchte ich OpenStack im Detail vorstellen und erläutern, wie NetApp sich an der Entwicklung von OpenStack beteiligt und welche Maßnahmen Ihr Unternehmen nun umsetzen sollte.

Was ist OpenStack?

Ein besseres Verständnis für OpenStack gewinnen Sie am besten durch einen Vergleich mit Linux. Im Prinzip spielt OpenStack dieselbe Rolle für die Cloud, die Linux für Server spielt. Linux bietet individuellen Servern eine offene und erweiterbare Betriebsumgebung, so wie OpenStack Cloud-Infrastrukturen eine offene und erweiterbare Betriebsumgebung bietet.

Das OpenStack Projekt wurde 2010 als gemeinsame Initiative von der NASA und Rackspace ins Leben gerufen. Seitdem haben sich über 300 Unternehmen – einschließlich NetApp – dem Projekt angeschlossen, wobei 188 einen aktiven Beitrag leisten.

Ein wesentliches Merkmal von OpenStack ist der Umstand, dass die verschiedenen bereitgestellten Services – Computing, Storage, Networking usw. – allesamt mit den jeweils äquivalenten Funktionen der Amazon Web Services (AWS) API-kompatibel sind. Das heißt, wenn Sie bereits eine Applikation haben oder neu erstellen, die auf AWS ausgeführt wird, können Sie diese Applikation auch in einer beliebigen Umgebung mit OpenStack ausführen, einschließlich Datacentern vor Ort. Die Möglichkeit zum Verschieben von Applikationen zwischen AWS und OpenStack ist äußerst interessant. NetApp hat mehrere Erstanwender von OpenStack dabei unterstützt, Applikationen von AWS aus Gründen der Wirtschaftlichkeit in unternehmensinterne Umgebungen zurückzuführen. Außerdem helfen wir bei der Verwendung von Applikationen, die standardmäßig unternehmensinterne Ressourcen nutzen, aber bei hoher Auslastung gelegentlich auf Cloud-Ressourcen zurückgreifen müssen.

Design von OpenStack

OpenStack zeichnet sich durch ein modulares Design aus und umfasst verschiedene separate Entwicklungsprojekte. Mithilfe der resultierenden OpenStack Services lassen sich große Pools mit Datenverarbeitungs-, Storage- und Netzwerkressourcen erzeugen, die allesamt über ein Dashboard gemanagt werden. So behalten Administratoren die Kontrolle, während Anwender Ressourcen bequem über eine webbasierte Benutzeroberfläche bereitstellen können. Mandanten einer OpenStack Cloud können Services manuell auswählen und konfigurieren. Die in einer OpenStack Cloud ausgeführten Applikationen können Services mittels OpenStack APIs (Programmierschnittstellen) programmatisch auswählen und konfigurieren.

Auch wenn die Komponentenmodule für eine gemeinsame Nutzung konzipiert wurden, können Sie jedoch ganz nach Bedarf auch nur einzelne Komponenten auswählen. Beispielsweise kann ein Service-Provider nur ein oder zwei Module hinzufügen, um seinen bereits angebotenen Funktionsumfang zu erweitern.

Logische Architektur von OpenStack und Darstellung der Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Modulen

Abbildung 1) Logische Architektur von OpenStack und Darstellung der Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Modulen

OpenStack Havana wurde im Oktober 2013 vorgestellt und umfasst die folgenden Hauptmodule:

  • OpenStack Compute (Nova) – bietet On-Demand-Computing-Ressourcen durch Bereitstellung und Management von Virtual Machines über einen beliebigen Hypervisor
  • OpenStack Image Service (Glance) – bietet eine Registry mit bootfähigen Festplatten-Images sowie einen Service zum Speichern und Abrufen dieser Images
  • OpenStack Block Storage (Cinder) – bietet eine „Block-Storage als Service“-Funktionalität, wobei persistente Blockgeräte auf Computing-Instanzen von OpenStack abgebildet und eine Vielzahl an Storage-Lösungen unterstützt werden
  • OpenStack Object Storage (Swift) – bietet eine vollständig dezentralisierte, horizontal skalierbare und per API zugängliche Storage-Plattform, die direkt in Applikationen integriert oder zum Backup, zur Archivierung und zur Datenhaltung genutzt werden kann
  • OpenStack Identity (Keystone) – bietet ein zentrales Anwenderverzeichnis mit Zuordnung zu den OpenStack Services, auf die sie zugreifen können, und dient somit als gemeinsames Authentifizierungssystem für das Cloud-Betriebssystem. Außerdem kann dieses Modul in vorhandene Back-End-Verzeichnisdienste integriert werden.
  • OpenStack Network Service (Neutron) – bietet ein anschlussfähiges, skalierbares und API-gesteuertes System zum Management von Netzwerken und IP-Adressen. Dank der steckbaren Back-End-Architektur können Anwender sowohl einfache Standardlösungen als auch erweiterte Netzwerkservices von unterstützten Anbietern nutzen.
  • OpenStack Dashboard (Horizon) – bietet Administratoren und Anwendern eine grafische Oberfläche, über die sie Cloud-Ressourcen abrufen, bereitstellen und automatisieren können. Das erweiterbare Design erleichtert das Einbinden und Anzeigen von Produkten und Services von Drittanbietern, beispielsweise Abrechnungs-, Monitoring- und zusätzliche Managementtools.
  • OpenStack Telemetry (Ceilometer) – bietet eine gemeinsame Infrastruktur zum Erfassen von Nutzungs- und Performance-Kennzahlen innerhalb einer OpenStack Cloud und konzentriert sich zunächst auf Monitoring, Nutzungsmessung und Eingaben zur Abrechnung.
  • OpenStack Orchestration (Heat) – implementiert einen Service zum Orchestrieren mehrerer zusammengesetzter Cloud-Applikationen und verwendet dabei das Musterformat von Amazon Web Services (AWS) CloudFormation, und zwar über eine API, die nativer Bestandteil von OpenStack und kompatibel mit CloudFormation ist. Dieses Modul wurde teilweise zum Verschieben von Workloads von AWS in OpenStack Implementierungen konzipiert.

OpenStack Versionen

OpenStack verfolgt einen straffen Release-Zeitplan – im Abstand von jeweils sechs Monaten erscheint eine neue Version. (Alle Versionen sind in alphabetischer Reihenfolge benannt: Den Anfang machte Austin, gefolgt von Bexar, Cactus und so weiter.) Jede Version umfasst in der Regel neue Funktionen und Module sowie unter Umständen „Inkubator-Projekte“ für zukünftige Releases.

Die Version OpenStack Icehouse wurde am 17. April 2014 veröffentlicht. Sie umfasst nicht nur signifikante Verbesserungen aller zuvor beschriebenen Module, sondern auch ein neues Projektmodul:

  • OpenStack Database as a Service (Trove) – bietet die Möglichkeit zur Implementierung von Datenbankservices in Umgebungen mit OpenStack

Icehouse beinhaltet folgende Inkubator-Projekte:

  • OpenStack Bare Metal (Ironic)
  • OpenStack Messaging (Marconi)
  • Data Processing (Sahara)

Im Anschluss an die Veröffentlichung einer neuen Version folgt jeweils eine Konferenz zum Design, auf der über die Funktionen für die nächste Version besprochen werden. (Im Infobereich am Seitenrand finden Sie weitere Informationen zur nächsten Konferenz.)

OpenStack Distributionen

OpenStack fällt unter eine Apache 2.0 Lizenz und ist somit kommerziell attraktiver als andere große Open-Source-Projekte, sodass unterschiedlichste Unternehmen das Produkt bereits frühzeitig nutzen und dazu beitragen können.

Die Analogie zwischen OpenStack und Linux erstreckt sich auch auf ein sehr ähnliches Distributionsmodell. Genau wie Red Hat, SUSE und andere Unternehmen einsatzbereite Linux Distributionen basierend auf dem öffentlichen Quellcode von Linux erstellt haben, erstellen nun auch ein Dutzend oder mehr OpenStack Provider, einschließlich Red Hat, SUSE, Mirantis, Rackspace und Metacloud, einsatzbereite Versionen von OpenStack. Die OpenStack Foundation hat die Kernfunktionen von OpenStack hervorragend definiert, sodass alle Distributionen dieselbe grundlegende Funktionalität bieten und Fragmentierung vermieden wird.

NetApp arbeitet aktiv mit vielen der OpenStack Distributoren zusammen. Ein aktuelles Beispiel enthält der technische Bericht TR-4284: Reference Architecture: Deploying Red Hat Enterprise Linux OpenStack Platform 4 on NetApp Clustered Data ONTAP.

Welchen Beitrag leistet NetApp zu OpenStack?

NetApp ist Gründungsmitglied der OpenStack Foundation und seit dem Frühjahr 2011 auch ein aktives Mitglied von OpenStack. Neben der Sicherstellung der Integration in NetApp Produkte übernehmen wir dank der Entwicklung eines wichtigen neuen Service in der Community eine Führungsrolle und haben bei den letzten sieben OpenStack Summits als Sponsor fungiert.

NetApp hat entscheidend zur Storage-Funktionalität aktueller Versionen von OpenStack beigetragen, einschließlich Essex, Folsom, Grizzly, Havana und nun auch Icehouse. Mithilfe entsprechender Integrationsoptionen innerhalb von OpenStack möchten wir sicherstellen, dass Sie alle Funktionen von NetApp FAS und E-Series Storage optimal nutzen können. Zudem ist es unser Ziel, diese Integrationsoptionen zu einem festen Bestandteil des Upstream-Quellcodes zu machen, sodass sie in jeder Distribution zur Verfügung stehen.

Es gibt viele Gründe, warum sich Großunternehmen für NetApp FAS Storage entscheiden. Diese Gründe gelten gleichermaßen für die Cloud und umfassen erweiterte Storage-Effizienz mit Datendeduplizierung, Komprimierung, Klonen und Thin Provisioning, integrierte Datensicherung mit einer über viele Jahre hinweg entwickelten Produktpalette, kontinuierliche Verfügbarkeit, zuverlässige Performance dank QoS sowie die inhärente Skalierbarkeit des Betriebssystems Clustered Data ONTAP. NetApp erfüllt geschäftskritische Cloud-Anforderungen mit Funktionen, die den Ansprüchen von Großunternehmen vollständig gerecht werden. Auch wenn Sie den Wechsel zu einem „IT als Service“-Modell vollziehen, möchten wir sicherstellen, dass Sie weiterhin sämtliche Funktionen nutzen können, mit denen Sie den höchsten Mehrwert für Ihr Storage-System erzielen.

NetApp bietet folgende Integrationen für OpenStack:

  • spezifische NetApp Treiber für Data ONTAP und Systeme der E-Series und EF-Series
  • Funktionen für Storage-Service-Kataloge
  • Erzeugung erweiterter und persistenter Instanzen mit Copy-Offload
  • pNFS-Unterstützung
  • optimierte Implementierung von OpenStack Object Storage (Swift)

Zusätzlich beteiligt sich NetApp aktiv an der Entwicklung eines Service für Shared-Filesysteme mit dem Codenamen Manila.

Treiber zur Nutzung von NetApp Storage in OpenStack Umgebungen

NetApp hat eine Reihe von Treibern beigesteuert, mit deren Hilfe Storage- und Datenmanagement-Funktionen von NetApp über OpenStack Block Storage (Cinder) bereitgestellt werden können. Neben den iSCSI-Optionen unterstützt NetApp auch die Verwendung von NFS. Durch ein dateiorientiertes Protokoll wie NFS als Back-End für den blockorientierten Cinder Service lässt sich eine höhere Skalierung realisieren. Diese Treiber bieten NFS-Mounts für individuelle Hypervisoren, wobei die Dateien dem Hypervisor wiederum als virtuelle Blockgeräte bereitgestellt werden.

Die OpenStack Treiber für NetApp Clustered Data ONTAP stehen in zwei verschiedenen Modi zur Verfügung: entweder mit Direktverbindung zur Storage Virtual Machine oder optional mit zusätzlicher Automatisierung und Anpassbarkeit der Service-Implementierung. Auch für NetApp Data ONTAP 7-Mode sind Treiber verfügbar.

Eine vielversprechende neue Funktion von Icehouse stellen die Cinder Treiber für die NetApp E-Series und EF-Series dar, die zusätzliche Optionen für anspruchsvolle Anforderungen hinsichtlich hoher Dichte und hoher Performance bieten.

Funktionen für Storage-Service-Kataloge

Mithilfe der NetApp Cinder Treiber können Sie einen Katalog aus unterschiedlichen Storage-Funktionen zusammenstellen, um verschiedenste Applikations- und Mandantenanforderungen zu erfüllen. Der Cinder Storage-Service-Katalog kann dabei eine Vielzahl an Effizienz-, Performance-, Verfügbarkeits- und Sicherheitsattributen umfassen. Die Katalogeinträge selbst (die als Cinder Volume-Typen bezeichnet werden) lassen sich in äußerst granularer Form definieren oder können allgemein eine Sammlung an Funktionen darstellen, die sich für ein spezifisches Mandantenszenario am besten eignen, wie in Abbildung 2 dargestellt.

NetApp bietet Storage-Service-Katalogfunktionen für OpenStack Cinder.

Abbildung 2) NetApp bietet Storage-Service-Katalogfunktionen für OpenStack Cinder.

Erzeugung erweiterter und persistenter Instanzen mit Copy-Offload

Die NetApp Cinder Treiber für Clustered Data ONTAP nutzen die Klontechnologie von NetApp, um schnell und effizient mehrere Instanzen (Guest Virtual Machines) von Glance Images zu erstellen. Das Resultat ähnelt stark dem Ergebnis, das mit den schnellen Klonfunktionen erzielt wird, die NetApp in den verschiedenen Versionen der Virtual Storage Console zur Verfügung gestellt hat.

Es kommen mehrere Optimierungsebenen zum Einsatz. Das erste anhand eines Image erzeugte Volume erfordert standardmäßig eine vollständige Kopie von Glance. Da die Konfiguration von Glance jedoch das Speichern von Images auf einem NetApp NFS-Share vorsieht, kann sogar die erste Kopie durch einen effizienten Klonvorgang oder einen hardwaregestützten Kopiervorgang erzeugt werden.

Diese Funktion ermöglicht die Nutzung von NetApp Copy-Offload zum Erstellen neuer Cinder Volumes anhand von Glance Images oder vorhandenen Cinder Volumes. Eine NetApp spezifische NFS-Client-Binärdatei wird zur Kommunikation zwischen dem Cinder Treiber und NetApp Storage verwendet.

pNFS-Unterstützung

Parallel NFS (pNFS) ist eine Erweiterung von NFS 4.1 und bietet insbesondere mit Clustered Data ONTAP eine höhere Performance. Zur Aktivierung von pNFS ist keine spezielle Konfiguration in Nova oder Cinder erforderlich – Mount-Optionen werden in der Datei cinder.conf definiert.

OpenStack Object Storage (Swift) – optimierte Implementierung

Der NetApp Implementierungs- und Betriebsleitfaden für OpenStack enthält eine Referenzarchitektur für die Implementierung von OpenStack Object Storage auf Systemen der NetApp E-Series zur Senkung der Betriebskosten und Verbesserung der Skalierbarkeit. Standardmäßig erstellt Swift von jedem gespeicherten Objekt drei Kopien innerhalb eines Standorts, wohingegen E-Series Dynamic Disk Pools dies auf ein Vielfaches von unter 1,3 reduzieren. Die E-Series fungiert als bevorzugtes Back-End für Swift zur Verbesserung der Skalierbarkeit durch Verringern der Anzahl an Replikaten (Datenkopien), die für jedes Objekt im Speicher erforderlich sind.

Manila

Ein Großteil des weltweit ausgelieferten Storage unterstützt zwar Shared-Filesysteme, allerdings beinhaltet OpenStack bisher noch keinen entsprechenden Service. Für NetApp stellte dies einen erheblichen Mangel dar. Aus diesem Grund hat NetApp unter dem Codenamen Manila einen neuen Service entworfen und als Prototypen implementiert, der quasi das Gegenstück zu Cinder für verteilte oder Shared-Filesysteme darstellt. Ebenso wie Cinder ist auch Manila eine Bereitstellungskontrollebene zur Orchestrierung, Kapazitätszuweisung usw.

NetApp entwickelt Manila als Service für Shared-Filesysteme, der in einer kommenden Version von OpenStack eingeführt werden soll.

Abbildung 3) NetApp entwickelt Manila als Service für Shared-Filesysteme, der in einer kommenden Version von OpenStack eingeführt werden soll.

Manila ist also nicht das eigentliche Shared-Filesystem, sondern die Kontrollebene, über die beispielsweise der Zugriff auf vorhandene CIFS-Shares ermöglicht oder ein neuer NFS-Export erzeugt und zwischen den VM-Instanzen X, Y und Z zugewiesen wird. NetApp arbeitet innerhalb der OpenStack Community daran, Manila in die für Oktober 2014 vorgesehene Version namens Juno aufzunehmen.

Welche Schritte sollten Sie als Nächstes unternehmen?

Unternehmen interessieren sich aus verschiedenen Gründen für OpenStack:

  • OpenStack ist kein proprietäres System und somit nicht an einen einzelnen Anbieter gebunden.
  • OpenStack lässt sich mit einem breiten Spektrum an Hypervisoren nutzen.
  • OpenStack wird durch zahlreiche unabhängige Software- und Hardwareanbieter umfassend unterstützt.
  • Herkömmliche Applikationen werden ebenso unterstützt wie Lösungen, die eher für die Cloud entwickelt wurden.
  • Vorhandene AWS Applikationen können an den Unternehmensstandort zurückgeführt werden.
  • Das vielfältige und wachsende Angebot an Entwicklungstools für AWS ist äußerst attraktiv.
  • OpenStack eignet sich insbesondere für Unternehmen, die den Wechsel zu einer für die Cloud optimierten (als Service-) Infrastruktur vollziehen oder planen.

Wenn einige oder alle dieser Gründe auch auf Ihr Unternehmen zutreffen, sollten Sie eine Implementierung von OpenStack ernsthaft in Erwägung ziehen, sofern Sie dies nicht bereits getan haben. NetApp arbeitet mit mehr als drei Dutzend Kunden an Produktionsimplementierungen von OpenStack sowie an ebenso vielen Implementierungen für Machbarkeitsstudien.

Sie sollten zumindest die aktuellen Entwicklungen im Auge behalten und sich über die neuen Funktionen der jeweiligen OpenStack Versionen informieren. Neuigkeiten und aktuelle Meldungen finden Sie unter OpenStack.org und netapp.com/openstack. Außerdem sollten Sie nach Möglichkeit eine Machbarkeitsstudie initiieren, damit Sie mit der Technologie experimentieren und sich die nötigen Kenntnisse und Fähigkeiten aneignen können.

NetApp wird sich auch weiterhin für die Entwicklung und Unterstützung von OpenStack engagieren. Zu diesem Zweck festigen wir unsere Partnerschaften mit führenden Integratoren und OpenStack Distributoren. Gleichzeitig möchten wir Ihnen zusätzlich zu OpenStack auch vielfältige Cloud-Optionen bieten, sodass Sie die optimale Software und Hardware für Ihre individuellen Anforderungen wählen können. Weitere Informationen zu allen Cloud-Optionen von NetApp finden Sie hier.

 Ihre Meinung zu OpenStack

Stellen Sie Fragen, tauschen Sie Ideen aus und diskutieren Sie online – in der NetApp Community!

Von Rob Esker, Senior Product Manager, und Jeff Whitaker, Cloud Solutions Manager

Rob Esker arbeitet bereits seit den Anfängen der Community im Jahre 2010 an OpenStack. Er hat die Initiativen von NetApp in diesem Bereich vorangetrieben und übernimmt auch heute noch eine Führungsrolle. Er wurde als Implementierungsarchitekt und ATC (technischer Experte in der Community) angestellt, repräsentiert NetApp in der OpenStack Foundation und tritt regelmäßig als Referent auf OpenStack Summits, Konferenzen und in Benutzergruppen auf. Sein Verantwortungsbereich umfasst die Strategieplanung, Integration und Entwicklung von NetApp Portfoliotechnologien im Zusammenhang mit OpenStack sowie die geschäftliche Entwicklung und die organisatorische und prozessbezogene Koordination für die Markteinführung. Als ehemaliger U.S. Marine lebt er mit seiner Frau und zwei Töchtern in Austin, Texas (USA).

Jeff Whitaker konzentriert sich als Cloud Solutions Manager auf OpenStack und auf das Cloud-Softwaremanagement. Er arbeitet bereits seit über fünf Jahren bei NetApp und ist für die Produktreihe NetApp Virtual Storage Appliances, einschließlich Data ONTAP Edge (die erste VM-Version von Data ONTAP), verantwortlich. In den vergangenen Jahren war er intensiv an der Strategieplanung und Positionierung von Cloud-Produkten beteiligt und hat direkt mit Kunden Lösungen für ihre Anforderungen an Public und Private Clouds erarbeitet. Er verfügt über fast zwanzig Jahre Erfahrung in der Branche, insbesondere auch im Marketing und Vertrieb von Storage- und Netzwerkprodukten für Service-Provider im Bereich High-Performance Computing.

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Juni 2014

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OpenStack Summit in Atlanta

Der OpenStack Summit ist eine fünftägige Konferenz für Entwickler, Anwender und Administratoren von OpenStack Cloud-Software. Der nächste OpenStack Summit findet vom 12. bis 16. Mai in Atlanta, Georgia (USA) statt. NetApp moderiert mehrere technische Vorträge, unter anderem mit allgemeinen Vorstellungen verschiedener Lösungen sowie mit detaillierten Informationen zu Manila, Implementierungen mit OpenStack und mehr. Besuchen Sie NetApp und nehmen Sie an der Verlosung eines iPad mini teil.

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