Kleine und mittelständische Unternehmen, die extrem von der IT abhängig sind, können sich Server-Ausfälle nicht leisten. Doch dem Crash eines Servers kann man vorbeugen. Es gibt hierzu verschiedene technische Ansätze. So können etwa kritische Hardwarekomponenten in einem System redundant ausgelegt sein oder fehlertolerante Technologien eingesetzt werden. Dazu zählen zum Beispiel beim Storage die RAID-Funktionen oder beim Hauptspeicher die ECC oder Mirroring-Technologie.
Noch mehr Ausfallsicherheit bieten redundante Server-Systeme wie etwa Hochverfügbarkeits-Cluster. Diese bestehen in der Regel aus mindestens zwei identischen Servern, die miteinander verschaltet sind. Alle Funktionen und Anwendungen laufen simultan ab, und jedes System kann im Notfall autark weiterarbeiten. Ist das defekte System wieder betriebsbereit, synchronisieren sich die Server automatisch und arbeiten anschließend wieder parallel weiter. Dazu gehört neben der Hardware auch eine entsprechende Steuersoftware.
Wir haben die Cluster-Lösung “Avance“ von Stratus unter die Lupe genommen und diese detailliert untersucht. Dieses System soll extrem fehlertolerant und besonders für SMB-Unternehmen geeignet sein. Unser ausführlicher Test informiert über Funktionsweise, Installation und Handhabung sowie die Ausfallsicherheit des Cluster-Systems.
Testsystem: 2x Dell PowerEdge 1950
Unser Server-Cluster-Testsystem besteht aus zwei 1HE-Rack-Servern von Dell, die miteinander „verschaltet“ sind. Bei den Systemen handelt es sich um identische PowerEdge-1950-Server. Laut Stratus sind diese Geräte für die Avance-Software zertifiziert und eignen sich somit für unseren Test. Da die zwei Systeme identisch aufgebaut sind, beschränkt sich unsere Hardwarebeschreibung auf ein Gerät.
Für die Rechenleistung unserer Testkandidaten sorgen zwei Dual-Core-Xeon-Prozessoren des Typs E5140 mit 2,33 GHz und je vier MByte L2-Cache. Als Unterbau fungiert das Server-Mainboard S5000PAL von Intel. In den insgesamt acht DIMM-Slots unseres Testgeräts steckt mit vier je 1-GByte-FB-DIMM nur die Minimalkonfiguration an Hauptspeicher. Um Systemabstürze durch Speicherfehler zu vermeiden, beherrscht der Server die Memory-Security-Funktionen ECC, Memory Mirroring und Memory Spare.
Mit zwei Steckkartenplätzen für PCI-Riser-Module lässt der Server einen ausreichenden Spielraum für Erweiterungen. Um den Server in ein Netzwerk einzubinden, verfügt dieser über zwei Gigabit-Onboard-Controller samt ausgeführten Schnittstellen. Für den Anschluss externer Geräte stehen dem User auf der Rückseite zwei USB-2.0-Ports sowie zwei serielle Schnittstellen zur Verfügung. Zusätzlich kann der Anwender zwei USB-2.0-Schnittstellen an der Frontseite benutzen. Darüber hinaus ist je ein Display-Anschluss auf der Rück- und Vorderseite verfügbar. Einen Remote-Management-Controller zum Managen des Servers besitzt das System nicht – dieser ist aber optional erhältlich.
Unser Testsystem ist mit zwei 80 GByte großen SATA-II-Festplatten von Seagate ausgestattet, die nicht als RAID-Verbund arbeiten. Die Verwaltung der HDDs übernimmt der Onboard-SATA-II-Controller. Die Laufwerkskonfiguration des Servers rundet ein Slim-DVD-ROM ab.
Um die Temperatur im Inneren des Server-Gehäuses möglichst gering zu halten, besitzt der Server redundante Lüfter. Ebenfalls Hotswap-fähig und redundant sind die zwei 670-Watt-Netzteile ausgelegt.
Funktionsweise des Avance-HA-Cluster
Bei der Avance-Cluster-Lösung von Stratus handelt es sich um ein auf Citrix XenServer basierendes Hochverfügbarkeits-Cluster. Im Allgemeinen besteht ein Cluster aus mindestens zwei Servern, den sogenannten Knoten. Fällt ein Knoten aus, übernimmt automatisch der zweite Knoten die Arbeit (Failover). Zusätzlich können Wartungsarbeiten am System durchgeführt werden, ohne dass die Verfügbarkeit der laufenden Dienste darunter leidet.
Stratus Avance macht aus zwei Standard-x86-Servern ein hochverfügbares System. Dabei installiert die Avance-Software auf beiden Servern jeweils einen "logischen" Server auf Basis der Open-Source-Virtualisierungssoftware Citrix XenServer. Darauf lassen sich beliebig viele virtuelle Server einrichten, auf denen Anwendungs-Server und Applikationen unter Windows oder Linux betrieben werden können. Sobald die VMs eingerichtet sind, repliziert sie Avance auf die andere Node im System; ein gemeinsamer Speicher über iSCSI oder Fibre-Channel SAN ist nicht notwendig.
Die beiden Rechner werden über eine Netzwerkverbindung gekoppelt und durch Avance permanent überwacht und synchronisiert. Beim Ausfall eines Servers kann der jeweils andere den Betrieb automatisch übernehmen.
Die Software kann von einer Managementkonsole aus gesteuert werden. Die Lösung verfügt über integrierte Prognosewerkzeuge, die die meisten Hardware- und Softwareprobleme schnell identifizieren. IT-Personal kann die virtuellen Maschinen, die physikalischen x86-Server und die Netzwerkschnittstellen aus der Ferne überwachen und verwalten. Damit eignet sich Avance auch für den Einsatz an entfernten Standorten ohne Fachpersonal vor Ort.
Installation der Avance-Cluster-Software
Für die schnelle und einfache Inbetriebnahme beziehungsweise Konfiguration des Hochverfügbarkeits-Clusters offeriert Stratus dem Anwender einen Installation and Configuration Guide und einen User Guide. Diese Anleitungen erklären Schritt für Schritt die Hardwareinstallation und die Netzwerkkonfiguration sowie die Funktionsweise der Avance-Software.
Vor dem Starten des Clusters müssen die beiden Server-Einheiten über ein direktes Netzwerkkabel (Direkt Link) miteinander verbunden werden. Zusätzlich benötigt das System eine Verbindung ins „externe“ Netzwerk. Diese Kommunikationspfade dienen dem Cluster-Manager zur Überwachung der beiden Cluster-Knoten. Darüber hinaus ist eine Web-Konsole in Form eines Client-PCs (Managementkonsole) erforderlich; sie übernimmt die Ansteuerung und Kontrolle des Clusters über das Netzwerk.
Vor der Installation von Avance muss der Anwender das Server-BIOS entsprechend den Stratus-Vorgaben modifizieren. Dazu ist zwingend erforderlich, dass im CPU-Setup die Funktionen Execute Disable und die Option Virtualization Technology auf Enable gestellt werden. Zusätzlich muss die Boot-Sequenz des Servers mit dem integrierten NIC1 beginnen, dann folgen die Festplatte und das CD-ROM-Laufwerk. Darüber hinaus sollten das Datum und die Zeit korrekt eingestellt sein sowie kein System-Passwort vergeben sein. Wichtig vor dem ersten Boot-Vorgang ist die Onbaord-Storage-Konfiguration des Servers. Diese sollte zwei logische Laufwerke enthalten, und zwar unabhängig von der “internen“ Konfiguration der physikalischen Festplatten.
Die Installation von Avance erfolgt explizit über das CD-ROM-Laufwerk von einem der beiden Node-Server. Hierzu sind ein Monitor und eine Tastatur am Server erforderlich. Per PXE-Option lässt sich die Avance-Software zurzeit noch nicht installieren, so der Hersteller. Nach dem Boot-Vorgang von der Avance-CD verlangt der Server die Eingabe des Install-Kommandos inklusive der anwenderspezifischen Netzwerkvorgaben. Unser Testsystem initialisierten wir mit dem Eingabe: install ip=192.168.1.1/24. Danach startete der Installationsvorgang.
Nach zirka zehn Minuten führt der Installations-Server einen selbstständigen Reboot durch, und nach weiteren acht Minuten konnten wir den Node-Server erstmals über eine entsprechend konfigurierte Konsole (http://192.168.1.1) erreichen. Jetzt muss der User grundlegende Konfigurationen wie Lizenzierung der Software, Anlegen eines User-Accounts sowie Einstellen des Datums und der Uhrzeit durchführen. Anschließend bootet das System erneut, und nach acht Minuten erscheint auf der Managementkonsole zum ersten Mal der Login-Bildschirm. Damit ist die Installation des ersten Node-Servers abgeschlossen.
Nach dem Login wird der zweite Node-Server automatisch installiert. Während dieser Zeit kann noch keine virtuelle Maschine konfiguriert werden. Dieser Vorgang dauerte in unserem Test rund 17 Minuten und muss vom Anwender mit dem Umschalten des Nodes vom Maintenance- in den Running-Mode mit dem Finalize-Button abgeschlossen werden. Erst jetzt, nach insgesamt etwa 45 Minuten, ist der Server Cluster für die Installation von VMs und den entsprechenden Applikationen bereit.
Die Bedienerführung der Avance-Cluster-Software ist intuitiv und leicht verständlich. Sind alle Grundeinstellungen vorgenommen worden und alle notwendigen Netzwerkparameter bekannt, lässt sich die Installationsprozedur auch ohne tiefgreifendes technische Know-how problemlos bewältigen.
Installation und Verwaltung von virtuellen Maschinen (VM)
Die Virtualisierungssoftware Avance bietet die Möglichkeit, über ISO-Images isolierte Virtual Machines (VMs) auf dem Cluster-Server zu installieren. Die Stratus-Lösung unterstützt dabei alle gängigen Windows- und Linux-Betriebssysteme außer Windows Server 2008. Dieser Support soll erst in der Avance-Version 1.6 integriert werden. Die einzelnen unabhängig voneinander agierenden VMs arbeiten als selbstständige virtuelle Server. Aktuell unterstützt der Hersteller maximal zwei virtuelle Prozessoren pro physischen CPU-Kern. Diese können als virtuelle Prozessoren (vCPU) auf eine oder auf mehrere virtuelle Maschinen verteilt werden. Die Anzahl der maximal unterstützten virtuellen Maschinen ist 16. In unserem Test (2x Dual-Core-CPUs) können nicht mehr als acht Instanzen (VMs) auf unserem Testsystem installiert werden.
Das Erstellen einer VM auf dem Avance-Cluster-System ist denkbar einfach. Der Anwender wechselt dafür in die Virtual Resources der Avance-Software und betätigt den Create-Button. Die selbsterklärende Menüführung leitet den User dann durch die Installation. So wird im ersten Schritt nach dem Betriebssystem der zu installieren VM gefragt (Linux oder Windows) und der Quell-Ort des ISO-Images festgelegt. Ein Manko der Avance-Software ist, dass es explizit nur ISO-Images verarbeitet und diese nur über das Netzwerk oder direkt vom Cluster-Server-CD-ROM-Laufwerk (Node0) installiert werden können. Eine IDE-Redirect-Funktion auf das lokale Laufwerk der Managementkonsole fehlt.
Nach Festlegung des VM-Namens, der virtuellen CPUs und des Hauptspeichers erfolgen die Definition des Storage-Systems und die Konfiguration des Netzwerks. Vor dem Start der VM-Installation kann der Anwender in einer Übersicht die Einstellungen nochmals überprüfen. Danach geht der Vorgang den gewohnten Weg einer standardmäßigen Betriebssysteminstallation – allerdings ohne die paravirtuellen Treiber. Diese müssen noch, nach der Erstellung der VM, in einem zweiten Durchgang nachinstallierte werden. Erst dann steht die VM fehlerfrei zur weiteren Nutzung auf dem Cluster zur Verfügung. Der gesamte Vorgang der VM-Installation dauerte auf unserem Testsystem etwa 21 Minuten. Um weitere VMs zu installieren, muss die oben beschriebene Verfahrensweise wiederholt werden. Eine Kloning-Funktion für VMs bietet die Avance-Software leider noch nicht.
Praxistests: Ausfallsicherheit
Um die Hochverfügbarkeit des Clusters zu testen, integrieren wir die Geräte in unser abgeschlossenes Labornetzwerk. Darin befinden sich drei Windows-Clients sowie ein Domänen-Controller. Die Clients sind an einem Gbit-Switch angeschlossen: Das getestete Cluster verwendet für jeden Knoten jeweils einen Gbit-Link zum Switch.
Wie lang der Cluster bei einem provozierten Ausfall wie Ziehen des Netzsteckers oder des Netzwerkkabels, Ausfall einer Festplatte und Totalausfall eines Servers benötigt, um eine VM auf den sicheren Knoten zu migrieren, haben wir detailliert getestet:
Das Ergebnis: Der Server-Cluster benötigt beim Ausfall eines Netzteils oder eines Netzwerkkabels des aktiven Nodes wenige Sekunden, bis die VM wieder funktionsfähig auf dem “sicheren“ Node arbeitet. In unserem Test ermittelten wir einen Wert von 20 Sekunden. In dieser Zeit migriert die Avance-Software im laufenden Betrieb alle VMs von dem “defekten“ Server auf den Ersatz-Node. Nach dem Austausch des Netzteils benötigt das System weitere 27 Sekunden, bis das Cluster wieder seine Redundanz erreicht hat.
Alle Fehler, die nur den Node1 betreffen, haben auf die Funktion der VMs auf dem “aktiven“ Node keinen Einfluss. Allerdings wird das ganze System in einen Warnmodus versetzt, der den Administrator informiert, dass er das Cluster schnellstmöglich instandsetzen soll. Eine Hochverfügbarkeit ist in diesem Modus nicht mehr gewährleistet. In unserem Test benötigte ein Festplattenausfall auf dem passiven Node etwa 18 Minuten – inklusive eines Reboots, um das System wieder in den ursprünglichen redundanten Zustand zu bringen.
Fazit
Das Hochverfügbarkeits-Cluster-System Avance von Stratus ist zwar nicht in 15 Minuten vollständig installiert, wie dies der Hersteller suggeriert, doch es erfüllt die Anforderungen an ein HA-System, das eine Ausfallsicherheit von 99,99 Prozent verspricht.
Den zentralen Bestandteil der Cluster-Lösung von Stratus bildet die Avance-Software. Sie hat der Hersteller für bestimmte Server-Modelle zertifiziert, und nur auf diesen Geräten garantiert Stratus auch eine sichere Funktion. Vorerst unterstützt Avance 1.5 nur gängige Server von Dell und HP, weitere Hersteller sollen mit den nächsten Updates dazukommen.
Die Installation der Avance-Software ist, wie der Hersteller versprochen hat, sehr einfach und problemlos durchzuführen. In unserem Test benötigten wir bis zur vollständigen Lauffähigkeit des Avance-Systems auf der vorgegebenen Hardware rund 45 Minuten. Erst dann können die entsprechenden VMs für die Anwendungen installiert werden.
Die getestete Stratus-Lösung der Version 1.5 unterstützt pro installierter VM maximal zwei virtuelle Prozessoren sowie insgesamt nur acht Instanzen. Darüber hinaus bietet Avance zurzeit keinen Support für Nehalem-Prozessoren sowie Windows Server 2008; diese werden erst mit der Version 1.6 unterstützt.
Die Ausfallszenarien in unserem Test bewältigte das Cluster-System rasch und fehlerfrei. Je nach Systemfehler und Node bemerkt der Anwender den Systemausfall gar nicht oder er muss auf seine Applikation nur wenige Sekunden warten. Allerdings können bis zur vollständigen Wiederherstellung der Ausfallsicherheit – abhängig vom Fehler – mehrere Minuten vergehen.
In puncto Funktionalität und Handhabung bietet die Stratus-Lösung umfangreiche Features, die dem Administrator die Arbeit und die Überwachung des Systems erleichtern. Ein Preis von 4000 Euro für ein 2-x-2-Wege-System oder 5000 Euro für ein 2-x-4-Wege-System sind für das Avance-HA-Cluster-System angemessen. Es fallen aber noch zusätzliche Kosten in Höhe von 960 Euro für Support und Updates pro Jahr an. Darüber hinaus muss der Anwender die entsprechenden Hardwarekosten auch noch extra dazurechnen. (hal)