Virtual Machine File System (VMFS)

In unserer Diskussion über NAS haben wir kurz erwähnt, dass die Daten durch ein „Dateisystem“ organisiert werden. Ohne eine Methode zur Dateiverwaltung wären die Daten auf einem Speichergerät eine unverständliche Masse, die nicht erkennen lässt, wo ein Datensatz endet und der nächste beginnt. Sie können sich vorstellen, wie verwirrend es wäre, wenn die 70.000 Musiktitel auf Ihrer 1-TB-Festplatte alle in einen Topf geworfen würden, ohne Namen und Titelinformationen. Nur wenn die Daten in einzelne Stücke aufgeteilt sind, können sie identifiziert und abgerufen werden.

Diese einzelnen Datenstücke werden in Dateien gruppiert, die wiederum in Verzeichnissen gruppiert sind (die Unterverzeichnisse enthalten können – Verzeichnisse in Verzeichnissen). Diese hierarchische Anordnung ermöglicht es den Benutzern, je nach Bedarf durch die verschiedenen Ebenen eines Dateisystems zu navigieren. Dateisysteme bieten „Metadaten“ für jede Datei (z. B. Dateinamen, Zeitstempel, Berechtigungen) und Indizes, die dem Betriebssystem mitteilen, welche Dateien sich auf einem Laufwerk befinden und wo sie sich befinden.

Es gibt viele Arten von Dateisystemen, einschließlich Dateisystemen für Festplatten, für Datenbanken und für Netzwerke. Beispiele für Dateisysteme, von denen Sie vielleicht schon gehört haben, sind NTFS (unterstützt von Windows), ext (z. B. ext2, ext3 und ext4) und ReiserFS (beide unterstützt von Linux), HFS+ und APFS (beide unterstützt von Apples macOS) sowie UDF und ISO 9660 für optische Festplatten. Auf einer Festplatte wird das Dateisystem erstellt, wenn die Festplatte initialisiert (wenn sie neu ist) oder formatiert wird (ob neu oder nicht).

Virtualisierter Speicher wurde entwickelt, um virtuellen Maschinen (VMs) den Speicher zur Verfügung zu stellen, den sie zum Hosten ihrer Betriebssysteme und Anwendungen benötigen. In einer virtualisierten Umgebung werden die virtuellen Festplatten einer virtuellen Maschine auf einem „Datastore“ gespeichert. (Bei der Virtualisierung wird eine Partition auf einem physischen Laufwerk erstellt, um einen Speicherplatz zu bilden, der als „Logical Unit Number“ oder LUN bezeichnet wird; eine oder mehrere LUNs bilden ein „Volume“; eine Reihe von Volumes bilden einen Datenspeicher). Auf einem Datenspeicher muss in der Regel ein Dateisystem installiert sein, damit auf ihn zugegriffen werden kann. Bei der Cloud-Computing-Virtualisierungsplattform von VMware, vSphere, werden Datenspeicher mit einem von zwei Dateisystemformaten eingerichtet: dem „Virtual Machine File System“ (VMFS) oder dem „Network File System“ (NFS). NFS wird im nächsten Abschnitt besprochen.

VMware war Vorreiter bei den Virtualisierungstechnologien und hat sein eigenes Dateisystem, VMFS, entwickelt, um mit ihnen zu arbeiten. Herkömmliche Dateisysteme erlauben nur einem Server den Lese-/Schreibzugriff auf eine bestimmte Datei zu einem bestimmten Zeitpunkt. Im Gegensatz dazu ermöglicht VMFS mehreren Servern den gleichzeitigen Lese- und Schreibzugriff auf dieselben Speicherressourcen. Dies liegt daran, dass VMFS ein hochleistungsfähiges Cluster-Dateisystem (CFS) ist, wobei „Cluster“ bedeutet, dass es auf mehreren Servern gleichzeitig gemountet (zugänglich gemacht) wird.

VMwares Virtualisierungstechnologie ermöglicht VMFS die Einrichtung und Zuweisung von virtualisiertem Speicher für virtuelle Maschinen und Server. VMFS ermöglicht es auch mehreren VMs, ein einziges Dateisystem gemeinsam zu nutzen. In einer einfachen Konfiguration werden die Festplatten der virtuellen Maschinen als Dateien in VMFS gespeichert. Damit VMFS die von einem SCSI-Gerät angeforderten Dateivorgänge versteht, übersetzt die Virtualisierungsschicht die von einem Gastbetriebssystem ausgegebenen SCSI-Befehle.

Eine virtuelle Maschine „sieht“ eine virtuelle Festplatte, die auf einem VMFS-Datenspeicher gespeichert ist, als eingehängtes SCSI-Gerät. Das Betriebssystem, das in der VM läuft, ’sieht‘ VMFS nicht – es ’sieht‘ stattdessen sein eigenes Dateisystem.

Ein VMFS-Datenspeicher kann mit einer einzelnen SAN-LUN verknüpft werden oder sich über mehrere SAN-LUNs erstrecken. Sie können einen Datenspeicher sogar erweitern, während virtuelle Maschinen darauf ausgeführt werden, indem Sie entweder den Datenspeicher vergrößern oder einen neuen Speicherbereich hinzufügen. Der VMFS-Datenspeicher kann über 32 physische Speicherbereiche desselben Speichertyps erweitert werden. (VMFS kann auf einer Vielzahl von Blockspeichergeräten verwendet werden, einschließlich Fibre Channel-SANs, iSCSI-SANs, lokalem Speicher und Fibre Channel over Ethernet.)

Bei mehreren ESXi-Servern in einem Cluster werden virtuelle Maschinen eingeschaltet, die Funktion VMFS-Sperrmechanismus stellt sicher, dass die VMs nicht von allen ESXi-Servern in einem Cluster eingeschaltet werden. Mehrere ESXi-Hosts können in einer Shared Storage-Umgebung auf denselben VMFS-Datenspeicher zugreifen, daher der Grund für die Festplattensperre. Bei VMware High Availability ist der On-Disk Locking-Mechanismus jedoch deaktiviert, so dass die ESXi-Hosts im Cluster ein erfolgreiches Failover durchführen können, wenn sie versuchen, die virtuelle Maschine auf einem anderen funktionierenden physischen Server einzuschalten. Wie alle Hypervisoren erstellt und betreibt ESXi (kurz für „Elastic Sky X Integrated“) VMs. Es handelt sich um einen Hypervisor des Typs 1, d. h. er ist nicht auf das Betriebssystem des Hosts angewiesen, sondern läuft direkt auf der Hardware des Hosts und enthält in sich selbst ein Basisbetriebssystem (OS), das den Kernel enthält. (Der Kernel ist die Kernkomponente eines Betriebssystems und verwaltet die Systemressourcen.) VMware HA (oder „High Availability“) fasst VMs und die Hosts, auf denen sie sich befinden, in einem Cluster zusammen. Die Hosts im Cluster werden überwacht, und im Falle eines Ausfalls werden die VMs auf einem ausgefallenen Host auf anderen Hosts neu gestartet. VMware HA ermöglicht es Unternehmen, jeder Anwendung, die in einer VM läuft, hohe Verfügbarkeit zu bieten.

Jede virtuelle Maschine ist in einer kleinen Gruppe von Dateien in einem einzigen Verzeichnis gekapselt. Die Wiederherstellung im Katastrophenfall wird dadurch stark vereinfacht; die gesamte VM kann aus der Ferne gespiegelt und im Katastrophenfall leicht wiederhergestellt werden.