Software Defined Storage Architektur umsetzen?

Datenspeicher spielen eine zentrale Rolle im Alltag von Unternehmen. Die Anforderungen an Speicherlösungen nehmen dabei immer weiter zu. Software Defined Storage oder kurz SDS ist eine Technologie, die mithilfe der Virtualisierung von Speicherressourcen eine flexible Option für die Bedürfnisse von Unternehmen bereitstellt.

Ein Software Defined Storage ist eine Technologie für die Datenspeicherung, bei der die Verwaltung von der physischen Ebene der Speicherung getrennt ist. Dies gelingt mithilfe einer Software, die die Steuerung der Datenplatzierung übernimmt. Alle Speichergeräte werden mit dieser Software verknüpft und dann zentral verwaltet. Ein softwaredefinierter Speicher ist somit grundlegend anders aufgebaut als ein hardwaredefiniertes Design.

SDS baut auf mehreren Ebenen auf. Wie beim Software Defined Networking, kurz SDN, erfolgt auch hier eine Trennung der Kontrollebene von der Datenebene. Dies sind die Management-, Steuerungs- und Datenebene. Jede dieser Ebenen steht für sich. Das vereinfacht die Bereitstellung neuer Ressourcen, in diesem Fall Systemen für die Datenspeicherung. Direkte Abhängigkeiten zwischen Systemen und den Anwendungen für die Verwaltung sind so nicht mehr vorhanden. Die Softwareschicht bildet das Gehirn der Architektur. Alle vorhandenen Speicherressourcen innerhalb einer Organisation, die als Datenspeicher zum Einsatz kommen sollen, werden über diese Ebene gesteuert und mit der Software verknüpft. Eine Lösung für die Umsetzung eines Software Defined Storages ist Ceph, eine quelloffene Anwendung mit einem verteilten Dateisystem. Steuerung und Zugriff auf die Speicherressourcen erfolgen über das Netzwerk. Dabei erfolgt eine Virtualisierung der Hardware als Speicherressourcen. So entsteht ein virtueller Speicherpool, der sich beliebig nutzen und einteilen lässt.

Die Datenebene besteht aus einer Sammlung unterschiedlichsten Speicherlösungen. Dies können Server, Festplatten, NAS, Cloud-Speicher, virtuelle Speicherressourcen und grundsätzliche alle Speichermedien sein, die mit der Steuerungssoftware kompatibel sind. SDS fasst diese Speicherressourcen zu einem Pool zusammen und spricht diese auch gemeinsam an. Es entsteht also eine monolithische und hyperkonvergente Speicherarchitektur, die heterogen aufgebaut ist. Dies weicht von anderen Speicherarchitekturen ab, die oftmals auf eine homogene Struktur setzen, beispielsweise durch den Einsatz von einer Vielzahl exakt baugleicher Festplatten in mehreren Systemen an einem Ort.

Dabei ist SDS keine klassische Speicherlösung mit direktem Zugriff und kein Datengrab. Alle Entscheidungen, wie und wo Daten abgelegt werden, übernimmt das Software Defined Storage selbst. Dabei agiert SDS intelligent und unterstützt das Data Tiering. Dies ist eine wichtige und zentrale Funktion. Über das Data Tiering erfolgt eine Kategorisierung der Daten. Hier lassen sich unterschiedliche Faktoren und Kriterien vorgeben oder auch kombinieren. Optionen sind der Datentyp, die Häufigkeit der Zugriffe, Anforderungen an die Sicherheit bei der Speicherungen oder auch Vorgaben für die Performance. Abhängig davon wählt SDS einen Speicherort, der die Anforderungen erfüllt.

Ein zentraler Vorteil von SDS ist, dass die Speicherinfrastruktur unabhängig von der Hardware wird. Das bedeutet, dass die spezifische Festplatte nicht mehr der zentrale Punkt in der Architektur ist, sondern vielmehr die Software diese Rolle übernimmt.

SDS stellt außerdem keine Ansprüche an die Art der Speicher. Es lässt sich somit jede Speicherhardware, die mit x86 oder dem Industriestandard kompatibel ist, verwenden. Die vorhandenen Speicherressourcen lassen sich mit einem Software Defined Storage zudem optimal ausnutzen. Sind auf mehreren Festplatten noch geringe Kapazitäten vorhanden, kann SDS diese durch die intelligente Verwaltung von Daten bestmöglich ausnutzen. Fällt eine Festplatte aus, lässt sich diese einfach austauschen, ohne dass die Einsatzbereitschaft des Speicher-Arrays beeinträchtigt ist.

Mit SDS reduzieren sich die Investitionen in neue Datenspeicher. Es reicht, einzelne, neue Server oder andere Lösungen für die Datenspeicherung dem Netzwerk und der Verwaltung hinzuzufügen, um die Speicherkapazität zu erhöhen. Dies lässt sich beliebig fortführen, ohne dass alte Speicher zwingend ausgetauscht werden müssten. Diese Skalierbarkeit zählt zu den großen Vorteilen der Speichertechnologie. 

Gleichzeitig punktet SDS durch seine Flexibilität. Im laufenden Betrieb ist eine solche Speicherlösung in der Lage, die Ressourcen dynamisch zu verteilen. Durch eine solche Lastverteilung setzt die Verwaltung bei Bedarf mehr Speicher ein, um die eingehenden Daten auf diese zu verteilen. Dies verhindert Latenzproblem und gewährleistet zu jedem Zeitpunkt eine hohe I/O Performance. Davon profitieren Anwendungen und Webserver. 

Mit einem SDS lassen sich auch für die Performance der Daten bestimmten Grundregeln festlegen. Das betrifft zum Beispiel die Geschwindigkeit der Datenträger, auf denen Informationen abgelegt werden. Es ist möglich, die Konfiguration so zu gestalten, dass wichtige Informationen, wie Datenbanken, ausschließlich auf den schnellsten Datenträgern, beispielsweise einer NVMe, abgelegt werden. Daten, bei denen die Performance hingegen weniger wichtig ist, landen automatisch auf einem weniger schnellen Speicher, zum Beispiel einem Server mit mechanischen Festplatten, die dafür viel Kapazität besitzen.

Diese Automatisierung ist eine weitere Stärke der Speichertechnologie. Durch den richtliniengesteuerten Ansatz übernimmt das Software Defined Storage eigenständig die Verwaltung der Datenspeicherung. Dabei ist die Skalierbarkeit in einer enormen Bandbreite gegeben, sodass selbst verteilte Netzwerke mit einer enormen Anzahl an Datenspeichern nach diesem Konzept verwaltet werden können.

Schlussendlich gehört SDS auch zu den besonders kosteneffizienten Speichertechnologien, was ebenfalls zu den Vorteilen zählt. Die Kosten, auf die Speicherkapazität gerechnet, liegen deutlich unter denen von anderen Konzepten der zentralen Speicherung. Mit allen seinen Vorteilen und seiner Flexibilität ist die Speichertechnologie für viele Unternehmen sowie Szenarien eine interessante Lösung.

Die Integration einer Software Defined Storage Architektur im laufenden Betrieb eines Unternehmens ist ein durchaus komplexes Projekt. Das liegt auch an der speziellen Art dieser Speichertechnologie, die auf einer Virtualisierung aller Speicherressourcen aufbaut. Zudem kann ein SDS als Objektspeicher, Rich-Media-Storage, für das Container-Management oder auch als Big-Data-Speicher konfiguriert werden. Es kommen also keine klassischen Dateisysteme zum Einsatz, sondern beispielsweise CephFS.

Das erfordert eigene Workloads für Anwendungen, die auf diesen Speicher zugreifen, und eine Umstrukturierung der Prozesse. In den meisten Fällen ist die Infrastruktur für die Speicherung von Daten in Unternehmen ganz anders organisiert, beispielsweise mit einem zentralen Server, der als klassischer Datenspeicher dient. Ebenfalls bringt dies neue Herausforderungen für die Administration mit sich. Gefragt sind neue Fähigkeiten im Umgang mit dieser Technologie, den Anwendungen und Lösungen wie IOLAN, um dieses komplexe Speichernetzwerk sicher zu verwalten und zu konfigurieren.

Es gibt alternativ die Option, einen Software Defined Storage extern aufzubauen. Dies gelingt mit einem Anbieter in der Cloud wie TelemaxX und einem Dedicated Managed Storage. Auf diese Weise ist es möglich, simultan weiterhin einen klassischen Datenspeicher mit den eigenen Systemen zu betreiben. Der Anbieter übernimmt die Administration des Systems, sodass die Hürden für den Einsatz auf Unternehmensebene sinken. TelemaxX bietet auch Objektspeicher wie den S3 Storage Service in dieser Form an.

Eine Herausforderung bei der Integration ist die Einrichtung der Datensicherung. Der Ausfall von Speichergeräten gehört in IT-Infrastrukturen zum Alltag dazu. Aus diesem Grund gibt es verschiedene Ansätze, mit denen einem Datenverlust vorgebeugt wird. Neben der laufenden Datensicherung ist dies vor allem eine Spiegelung der Daten in Echtzeit. Die Replikation ist gerade bei einem Software Defined Storage ratsam, um zu verhindern, dass ein Datenverlust durch den Defekt eines einzelnen Speichers auftritt.

Die Datensicherheit hängt maßgeblich von den Fähigkeiten der Administration sowie von der eingesetzten Hardware ab. Wer Cloud-Speicher oder externe Festplatten als Hardware in sein SDS integriert, muss sich den Gefahren bewusst sein oder seinen Speicher so konfigurieren, dass kritische Daten nicht auf diesen Speicherlösungen abgelegt werden.

Der Trend geht klar hin zu Speicherkonzepten, die maximale Flexibilität und Skalierbarkeit bieten, kosteneffizient sind und dabei möglichst effektiv mit den wachsenden Datenmengen umgehen. Ein Software Defined Storage bringt die notwendigen Eigenschaften mit, um diesen Herausforderungen gewachsen zu sein. Bereits bei anderen Ressourcen wie der Rechenleistung hat die Virtualisierung gezeigt, welche Stärken und Vorteile diese Technologie besitzt. Dies gilt ebenfalls für die Verwaltung von Speicherressourcen.

Ist ein solcher Software Defined Storage einmal konfiguriert und eingerichtet, ist die Administration vergleichsweise einfach. Durch den hohen Grad der Automatisierung laufen die Systeme selbstständig und effizient. Das macht die Speichertechnologie auch für kleinere Unternehmen interessant, die mit wachsenden Datenmengen kämpfen. Gerade im Bereich Big-Data-Analysen und als Objektspeicher für unstrukturierte Daten sind die Flexibilität sowie Skalierbarkeit große Vorteile.

Aus diesen Gründen lohnt es sich für Unternehmen, sich genauer mit dieser Speichertechnologie zu befassen. IT-Dienstleister, die sich auf Speicherlösungen fokussieren, können hier konkrete Hilfestellung geben, wie sich SDS im eigenen Bereich sinnvoll einsetzen lässt. Grundsätzlich sorgt der Wechsel auf eine solche hyperkonvergente Infrastruktur dafür, dass Unternehmen besser für die Zukunft aufgestellt sind, Kosten senken und die vorhandenen Ressourcen effektiver einsetzen.