Windows Server 2012 Technische Daten zur Virtualisierung

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1 Windows Server 2012 Technische Daten zur Virtualisierung Modul 1A: Skalierung virtueller Computer Modulhandbuch Autor: David Coombes, Content Master Veröffentlicht: 4. September 2012

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3 Inhalt INHALT... III MODUL 1A: SKALIERUNG VIRTUELLER COMPUTER... 4 Modulübersicht... 4 LEKTION 1: ÜBERSICHT ÜBER DIE SKALIERUNGEN... 5 VORAUSSETZUNGEN FÜR DIE SKALIERUNGEN... 6 SKALIERUNGSTECHNOLOGIEN... 7 NUMA... 7 Dynamischer Arbeitsspeicher... 7 Ressourcenmessung... 8 SR-IOV... 8 LEKTION 2: NUMA... 9 NUMA EINFÜHRUNG PHYSISCHE NUMA OPTIMALE PHYSISCHE NUMA NICHT OPTIMALE PHYSISCHE NUMA GAST-NUMA Verwenden der Gast-NUMA Gast-NUMA und Failovercluster LEKTION 3: VERGLEICH DER HYPER-V-SKALIERUNG VERGLEICH DER HYPER-V-SKALIERUNG Microsoft Virtual Academy Teilnehmerhandbuch iii

4 Modul 1A: Skalierung virtueller Computer Modulübersicht In diesem Modul werden die Skalierungstechnologien von Windows Server 2012 für die Bereitstellung virtueller Computer beschrieben. Das Modul enthält Einzelheiten zum nicht einheitlichen Speicherzugriff (Non-Uniform Memory Access, NUMA), dem wichtigsten neuen Element. Außerdem werden die erweiterten Optionen von Windows Server 2012 mit den Optionen verglichen, die in vorherigen Versionen von Windows Server enthalten sind. Microsoft Virtual Academy Teilnehmerhandbuch 4

5 Lektion 1: Übersicht über die Skalierungen In dieser Lektion werden die Voraussetzungen für die Skalierung virtueller Computer in Windows Server 2012 hinsichtlich des Designs beschrieben. Darüber hinaus werden die in Windows Server 2012 implementierten Technologien erläutert, die eine Skalierung virtueller Computer ermöglichen. Microsoft Virtual Academy Teilnehmerhandbuch 5

6 Voraussetzungen für die Skalierungen Es gibt mehrere wichtige Voraussetzungen für die Skalierung, die bei der Verwendung von Hyper-V in Windows Server 2012 erforderlich sind: Skalierung: Die Virtualisierungsplattform muss mehr als nur einen virtuellen Prozessor skalieren können. Hierzu gehören Speicherunterstützung, Leistung, Netzwerke und Kommunikation sowie Speicherzugriff. Livemigration: Die Skalierungstechnologien dürfen sich nicht negativ auf die Funktionen der Livemigration auswirken. Leistung: Die Leistung muss sich deutlich und nachweisbar erhöhen, sobald sich die Anzahl der Hostprozessorkerne erhöht. Eine Leistungserhöhung von 75 % ist beispielsweise nicht akzeptabel, wenn sich die Anzahl der Prozessorkerne um 100 % erhöht hat. Virtualisierte Arbeitsauslastungen: Die Virtualisierungsplattform muss die Virtualisierung aller Arbeitsauslastungen unterstützen und diese Arbeitsauslastungen bei Bedarf skalieren können. Dazu gehören alle Arbeitsauslastungen, wie z. B. und Messaging, Datenbanken und große Webanwendungen. Microsoft Virtual Academy Teilnehmerhandbuch 6

7 Skalierungstechnologien Hyper-V in Windows Server 2012 verwendet mehrere Technologien zum Skalieren von virtuellen Computern. NUMA NUMA ist eine der wichtigsten Technologien zum Skalieren von Bereitstellungen virtueller Computer in Windows Server Dies wird in Lektion 2 dieses Handbuchs beschrieben. Dynamischer Arbeitsspeicher Mithilfe des dynamischen Arbeitsspeichers kann Hyper-V den virtuellen Computern spontan eine höhere Arbeitsspeicherkapazität ohne Ausfallzeiten zuweisen. In Windows Server 2012 wurde der dynamische Arbeitsspeicher verbessert und enthält nun einen Mindestarbeitsspeicher sowie Smart Paging-Funktionen: Mindestarbeitsspeicher: Dies ermöglicht Hyper-V, nicht verwendeten Arbeitsspeicher von virtuellen Computern freizugeben. Microsoft Virtual Academy Teilnehmerhandbuch 7

8 Hyper-V Smart Paging: Hierbei handelt es sich um eine Speicherverwaltungsmethode, bei der Datenträgerressourcen als zusätzlicher, temporärer Arbeitsspeicher verwendet werden, sobald mehr physischer Arbeitsspeicher als aktuell verfügbar zum Neustarten eines virtuellen Computers erforderlich ist. Um die Auswirkung auf die Leistung von Hyper-V Smart Paging zu minimieren, wird dies nur verwendet, wenn alle der folgenden Bedingungen zutreffen: o Neustart des virtuellen Computers o o Kein verfügbarer physischer Speicher Speicher von anderen virtuellen Computern, die auf dem Host ausgeführt werden, kann nicht freigegeben werden Ressourcenmessung Die Messung der Ressourcennutzung sammelt historische Daten zur Ressourcennutzung der virtuellen Computer. Sie können diese Daten zur Kapazitätsplanung verwenden, um die entsprechenden Ressourcen beim Skalieren von Bereitstellungen virtueller Computer zuzuweisen. SR-IOV Durch die Unterstützung von Single Root I/O Virtualization (SR-IOV) in Windows Server 2012 kann Hyper-V eine virtuelle SR-IOV-Funktion eines physischen Netzwerkadapters, der SR-IOV unterstützt, direkt einem virtuellen Computer zuweisen. Dies erhöht den Netzwerkdurchsatz und verringert gleichzeitig die Netzwerklatenz sowie den für die Verarbeitung des Netzwerkverkehrs erforderlichen Mehraufwand für Zentralprozessoren. Microsoft Virtual Academy Teilnehmerhandbuch 8

9 Lektion 2: NUMA In dieser Lektion wird NUMA vorgestellt. Hierbei handelt es sich um die wichtigste Technologie für das Skalieren virtueller Computer in Windows In der Lektion wird die physische NUMA auf dem Hyper-V-Hostserver und ihre Optimierung erläutert. Anschließend wird die Verwendung der Gast- NUMA auf virtuellen Computern beschrieben. Microsoft Virtual Academy Teilnehmerhandbuch 9

10 NUMA Einführung NUMA ist eine Technologie zum Verwalten des potenziellen Konflikts, der auftreten kann, sobald Multiprozessor-Computer versuchen, über den Systembus auf den Speicher zuzugreifen. Mit NUMA werden Speicher und Prozessoren in Knoten gruppiert: Der lokale Speicher wird direkt mit dem Prozessor verbunden. Der Remotespeicher ist der lokale Speicher eines anderen Prozessors im System. Prozessoren können schneller auf lokale Speicher als auf Remotespeicher zugreifen. In einer optimalen NUMA-Architektur wird der Speicherzugriff über Knoten minimiert oder eliminiert. Microsoft Virtual Academy Teilnehmerhandbuch 10

11 Physische NUMA Die physische NUMA bezieht sich auf die Verwendung der NUMA-Technologie, um Prozessorkerne und Speicher für alle Serverauslastungen effizient zu verwenden. Durch die Gruppierung von Speicher und Prozessoren in Knoten erfolgt die Zuweisung von CPUund Speicherressourcen unter Berücksichtigung des besten Orts. Das System versucht immer den Speicher zu verwenden, der sich im selben lokalen Knoten wie der Prozessor befindet. Hochleistungsanwendungen, wie Microsoft SQL Server 2012 und Internet Information Services (IIS) 8 in Windows Server 2012, sind NUMA-fähig und ermöglichen eine wesentliche Leistungssteigerung im Vergleich zu Anwendungen, die nicht NUMA-fähig sind. Mit Windows Server 2012 Hyper-V ist die Virtualisierung nun auch eine NUMA-fähige Arbeitsauslastung. Beispielsweise wird beim Start des SQL-Servers die zugrundeliegende Topologie geprüft. Des Weiteren wird die beste Thread- und Speicherzuweisung ermittelt, um sicherzustellen, dass keine Weiterleitung zwischen NUMA-Knoten besteht. Microsoft Virtual Academy Teilnehmerhandbuch 11

12 Optimale physische NUMA Mit einer optimalen NUMA finden die Speicher- und Thread-Zuweisungen im selben NUMA-Knoten statt, und der Speicher wird jedem NUMA-Knoten hinzugefügt. Das heißt, dass alle NUMA-Transaktionen und alle Speicher- und CPU-Zuweisungen innerhalb desselben NUMA-Knotens stattfinden. Microsoft Virtual Academy Teilnehmerhandbuch 12

13 Nicht optimale physische NUMA Bei einer nicht optimalen NUMA ist das System nicht ausgeglichen. Das Beispiel in der Abbildung enthält mehrere nicht optimale Konfigurationen: Speicher- und Thread-Zuweisungen finden in verschiedenen NUMA-Knoten statt. Es sind mehrere Knotenweiterleitungen vorhanden. NUMA-Knoten 2 enthält eine ungerade Anzahl an Speichermodulen. Eine ungerade Anzahl an Modulen kann abhängig von der Systemkonfiguration eine Arbeitsspeicherüberlappung verhindern. NUMA-Knoten 3 enthält nicht genug Speicher. NUMA-Knoten 4 enthält keinen lokalen Speicher. Dies ist das wichtigste Problem, weil der gesamte Speicherzugriff remote erfolgt und sich dies auf die Leistung auswirkt und die Skalierbarkeit einschränkt. Obwohl der Remotespeicherzugriff ein größeres Problem war, als die Systeme für die Kommunikation zwischen Prozessor und Speicher noch vom Frontside-Bus abhängig waren, sollte trotz der Entwicklung von Speichercontrollern auf dem Prozessor die Knotenweiterleitung möglichst vermieden werden. Microsoft Virtual Academy Teilnehmerhandbuch 13

14 Gast-NUMA Windows Server 2012 unterstützt innerhalb des virtuellen Computers eine Gast-NUMA. Die Gast- NUMA nutzt eine NUMA-Technologie innerhalb des virtuellen Computers, die mit der physischen NUMA-Topologie konsistent ist. Insbesondere die virtuelle NUMA-Standardtopologie wurde optimiert, um die NUMA-Topologie des Hosts zu berücksichtigen (siehe Abbildung). Durch die Projektion der Host-NUMA-Topologie auf den virtuellen Computer kann das Betriebssystem des virtuellen Computers die NUMA mithilfe von Standardabfragen abfragen. Das heißt, dass das Betriebssystem des virtuellen Computers für jedes unterstützte Betriebssystem in Hyper-V (einschließlich Linux) automatisch angepasst und so am effizientesten für diese NUMA-Technologie genutzt werden kann. Darüber hinaus können auch skalierte Anwendungen, die auf diesem virtuellen Computer installiert werden, die Vorteile von NUMA nutzen. Hyper-V verwendet Advanced Configuration and Power Interface (ACPI) Static Resource Affinity Table (SRAT) als Mechanismus zum Anzeigen von Topologieinformationen für alle Prozessoren und Speicher, die die physischen Standorte der Prozessoren und Speicher im System beschreiben. Wichtig: Die Gast-NUMA für virtuelle Computer in Windows Server 2012 wird nur unterstützt, wenn der dynamische Arbeitsspeicher nicht auf dem Hyper-V-Host konfiguriert wurde. Microsoft Virtual Academy Teilnehmerhandbuch 14

15 Verwenden der Gast-NUMA Wenn mit Windows Server 2012 Hyper-V ein neuer virtueller Computer erstellt wird, ermittelt Hyper- V die zugrundeliegende Host-NUMA-Topologie und erstellt automatisch eine optimale Gast-NUMA. Mithilfe der erweiterten Optionen können Administratoren die Gast-NUMA-Topologie jedoch manuell konfigurieren und NUMA-Knoten neu konfigurieren. Es gibt auch eine Option zum Zurücksetzen, sodass die manuellen Einstellungen automatisch auf die vom System erstellte automatische Konfiguration zurückgesetzt werden kann. Gast-NUMA und Failovercluster Die Gast-NUMA unterstützt mit dem Failovercluster von Windows Server 2012 auch Lösungen für hohe Verfügbarkeit. Failovercluster bewerten die NUMA-Konfiguration eines Knoten vor dem Verschieben eines virtuellen Computers, um zu gewährleisten, dass der Zielknoten die Arbeitsauslastung des virtuellen Computers unterstützt. Diese NUMA-Fähigkeit verringert die Anzahl der Failovervorgänge und erhöht somit die Betriebszeit des virtuellen Computers. Microsoft Virtual Academy Teilnehmerhandbuch 15

16 Lektion 3: Vergleich der Hyper-V-Skalierung In dieser Lektion werden die neuen Funktionen von Windows Server 2012 Hyper-V beschrieben, die, im Vergleich zu vorherigen Versionen von Hyper-V, wesentlich zur Verbesserung der Skalierung virtueller Computer beitragen. Microsoft Virtual Academy Teilnehmerhandbuch 16

17 Vergleich der Hyper-V-Skalierung Neue und verbesserte Funktionen von Windows Server 2012 Hyper-V verbessern die Skalierung von virtuellen Computern im Vergleich zu vorherigen Versionen von Hyper-V. Prozessoren und Speicher Hyper-V in Windows Server 2008 R2 unterstützte das Konfigurieren von virtuellen Computern mit maximal vier virtuellen Prozessoren und maximal 64 GB Speicher. Um große, anspruchsvolle Arbeitsauslastungen zu unterstützen, wie z. B. OLTP-Datenbanken und OLTA-Lösungen, werden in Hyper-V von Windows Server 2012 auch Hostprozessoren und Speicher sowie virtuelle Computer mit maximal 64 Prozessoren und 1 TB Speicher unterstützt. Die Unterstützung von logischen Prozessoren auf dem Hyper-V-Host wurde von 64 Prozessoren in Windows Server 2008 R2 auf 320 Prozessoren in Windows Server 2012 erhöht. Außerdem wird nun ein Hostspeicher von 4 TB unterstützt. In Windows Server 2008 R2 betrug das empfohlene Verhältnis von virtuellen und Hostprozessoren 8:1 für Server und 12:1 für Bereitstellungen von Client-Virtual Desktop Infrastructure (VDI). Mit Hyper-V von Windows Server 2012 gelten diese Einschränkungen nicht mehr. Microsoft Virtual Academy Teilnehmerhandbuch 17

18 Cluster Die Anzahl der Server in einem Cluster wurde von 16 in Windows Server 2008 R2 auf 64 in Windows Server 2012 erhöht. Dies gilt für physische und virtuelle Computer, sodass Sie jetzt maximal 64 virtuelle Computer clustern können. Livemigrationen Windows Server 2012 unterstützt erstmals die Live-Speichermigration. Für die Livemigration als auch für die Live-Speichermigration gelten keine Einschränkungen bezüglich der Anzahl gleichzeitiger Migrationen. Sie können so viele Computer migrieren, wie die Hosthardware unterstützen kann. Microsoft Virtual Academy Teilnehmerhandbuch 18