Server-Virtualisierung als Basis eines modernen Rechenzentrums. Michael Korp Infrastruktur Architekt Microsoft Deutschland GmbH

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1 Server-Virtualisierung als Basis eines modernen Rechenzentrums Michael Korp Infrastruktur Architekt Microsoft Deutschland GmbH

2 Windows Virtualisierung Den meisten bekannt: VMware ESX, vcenter Viele Funktionen als einzelne Module zu lizenzieren Open Source = frei = Linux? KVM Xen (Citrix, freie und kommerzielle Lösung verfügbar) Windows: Hyper-V Kostenfreie Version verfügbar: Microsoft Hyper-V Server 2008 R2 Alle Funktionen für die Virtualisierung enthalten Verwaltung über MMC oder im größeren Unternehmen mit den Standard System Center Werkzeugen (kostenpflichtige Lizenzen)

3 Hyper-V Server 2008 R2 Unterstützt nur die Virtualisierung mit Hyper-V Reduzierter Server Core mit Hyper-V Micro-Kernel Alle relevanten Features enthalten, inkl. Clustering, also auch Live Migration und Failover Alle aktuellen Fähigkeiten wie SLAT, Core Parking, Vollständige Integration! Active Directory System Center Alle Hyper-V Tools und Skripte Gleiche Updates und Service Packs wie Windows Server 2008 R2

4 Hyper-V Server: Lokale Administration HVconfig Kommandozeile zur Konfiguration des Hyper-V Servers Automatischer Start nach dem Anmelden Lokalisiert in 11 Sprachen

5 Hyper-V Server: Fähigkeiten und Grenzen Hyper-V Server 2008 R2 CPU Arbeitsspeicher (Host) Arbeitsspeicher (VM) Live Migration Failover Clustering Verwaltung 8 CPUs 1 TB 64 GB pro VM Ja Ja Hyper-V Manager (MMC), System Center Virtual Machine Manager

6 Windows Server 2008 R2: Verbesserter Hypervisor Live Migration basiert auf dem Failover Cluster Prozessor Unterstützung Second Level Address Translation (SLAT) Core Parking Netzwerk Unterstützung TCP/IP Chimney Offload Jumbo Frames VM Queues erlaubt Direct Memory Access für VMs Dynamische Festplattenkonfiguration Hinzufügen und Entfernen von Disks (VHD und Pass-Through) während das Gastsystem online ist Bessere Skalierbarkeit

7 Stichwort: Live Migration Virtual Machine Virtual Machine User Cluster Node 1 Configuration Memory Content Sync Data VHD Cluster Node 2 Network Storage

8 Live Migration Steuerung Failover Cluster Manager (MMC) System Center Virtual Machine Manager Voraussetzungen für die Implementierung Einschränkungen für Gastsysteme: Änderungen an Gastsystemen: Änderungen an Storage Controller (SAN): Änderungen am Netzwerk: Nein! Nein! Nein! Nein!

9 Quick Migration vs. Live Migration Quick Migration (Hyper-V seit Windows Server 2008) 1. Save state a) Erstellen der VM auf Target Host b) Hibernate auf Shared Storage 2. Verschieben der VM a) Zugriff auf Shared Storage -> Target Host 3. Resume a) Resume von Shared Storage b) Ausführen der VM auf Target Host Live Migration (Hyper-V seit Windows Server 2008 R2) 1. VM State/Memory Transfer a) Erstellen der VM auf Target Host b) Kopieren des Speicher-Inhalts auf Ziel-VM 2. State Transfer a) Pausieren der VM b) Zugriff auf Cluster Shared Volume 3. Resume Host 1 Host 2 Host 1 Host 2

10 Stichwort: Cluster Shared Volumes Konsistenter Namensraum: Alle Server sehen die gleichen LUNs (Disks) Sehr einfache Installation Keine Änderung an bestehenden LUNs: verwendet NTFS Keine Probleme mit Laufwerksbuchstaben Bestehende Tools und Prozesse funktionieren weiterhin Ausfallsicherheit für Netzwerk und SAN-Anbindung!!!

11 Cluster Shared Volumes Gleichzeitiger Zugriff auf das Dateisystem SAN VHD VHD VHD Nur noch ein Volume

12 Cluster Fault Tolerances I/O Connectivity Fault Tolerance I/O Redirected via network VM running on Node 2 is unaffected Volume mounted on Node 1 SAN SAN Connectivity Failure VHD

13 Cluster Fault Tolerances Node Fault Tolerance Node Failure Volume relocates to a healthy node SAN VM running on Node 2 is unaffected Brief queuing of I/O while volume ownership is changed VHD

14 Cluster Fault Tolerances Network Fault Tolerance Routed to Redundant Network VM running on Node 2 is unaffected SAN Network Path Connectivity Failure VHD

15 Stichwort Netzwerk I/O: Datenpfad klassisch Parent Partition VM1 VM2 Virtual Machine Switch Routing VLAN Filtering Data Copy Port 2 Port 1 Miniport Driver TCP/IP VM NIC 1 TCP/IP VM NIC 2 NIC VM BUS Ethernet

16 Netzwerk I/O Datenpfad mit VMQ Parent Partition VM1 VM2 Virtual Machine Switch Routing VLAN filtering Data Copy Port 2 Port 1 Miniport Driver TCP/IP VM NIC 1 TCP/IP VM NIC 2 Q1 Q2 Default Queue VM BUS Switch/Routing unit NIC Ethernet

17 Stichwort SLAT: VM Memory Management Ein Hypervisor muss zwei Ebenen von Speicher-Virtualisierung abwickeln -> Shadow Page Table VM definiert GVA - > GPA-Zuordnung Hypervisor definiert GPA -> SPA-Zuordnung Guest Virtual Address Guest Physical Address System Physical Address Guest Virtual Address System Physical Address CPU unterstützt nur eine Ebene der Speicheradressen- Virtualisierung

18 Second Level Address Translation (SLAT) Verschiedene Bezeichnungen Intel: Extended Page Tables (EPT) AMD: Nested Page Tables (NPT) oder Rapid Virtualization Indexing (RVI) CPU unterstützt zwei Ebenen der Adress-Virtualisierung Kein Hypervisor-Code benötigt Signifikante Einsparungen CPU Nutzung des Hypervisor : 2% (vorher: 10%)

19 Windows Server 2008 R2 SP1 Hyper-V Aktualisierungen durch das SP1 Dynamic Memory Dynamische Arbeitsspeicher- Verwaltung für Hyper-V Aktive Abstimmung zwischen Hyper-V Host und Gastsystem Kein Verlust an Leistung RemoteFX Hardware-basierte Grafikbeschleunigung für Hosted Desktops Virtuelles Gerät: GPU Unterstützt Rich Clients und Thin Clients Applikationsunabhängig!!!

20 SP1 Update: Dynamic Memory Dynamische Arbeitsspeicher- Verwaltung für Hyper-V Aktive Abstimmung zwischen Hyper-V Host und Gastsystemen Kein Performanz-Verlust

21 Dynamic Memory Memory Overcommit Gibt es nicht als Technologie Bedeutung: Mehr RAM zuweisen, als physikalisch vorhanden ist Technologien zur Speicherverwaltung Page Sharing Second Level Paging Dynamic Memory Balancing (Ballooning)

22 Page Sharing So funktioniert s: Hash aller RAM-Seiten, speichern in Tabelle Identische Hashes identifizieren Bit-Vergleich Das bedeutet Page Sharing ist nicht dynamisch Benötigt Stunden, bis erste Wirkung spürbar ist Funktioniert am besten bei Zero Pages

23 Page Sharing: Begrenzung der Effektivität Ältere Betriebssysteme nutzen RAM nicht aus Aktuelle Windows-Versionen: SuperFetch ASLR (zufällige Adressen für DLL + EXE) Large Memory Pages!!!

24 Second Level Paging (1/3) Problem #1: Swapping Guest Kernel Resources the guest operating system will never page out its kernel pages since those pages are critical to ensure guest kernel performance. The hypervisor, however, cannot identify those guest kernel pages, so it may swap them out. In addition, the guest operating system reclaims the clean buffer pages by dropping them. Again, since the hypervisor cannot identify the clean guest buffer pages, it will unnecessarily swap them out to the hypervisor swap device in order to reclaim the mapped host physical memory. Understanding Memory Resource Management in VMware ESX Server p. 9-10;

25 Second Level Paging (2/3) Problem #2: Double Paging Assuming the hypervisor swaps out a guest physical page, it is possible that the guest operating system pages out the same physical page, if the guest is also under memory pressure. This causes the page to be swapped in from the hypervisor swap device and immediately to be paged out to the virtual machine s virtual swap device. Note that it is impossible to find an algorithm to handle all these pathological cases properly. ESX attempts to mitigate the impact of interacting with guest operating system memory management by randomly selecting the swapped guest physical pages. Understanding Memory Resource Management in VMware ESX Server p. 9-10;

26 Second Level Paging (3/3) Problem #3: Ram vs. Festplatte RAM-Zugriff: DDR = 5 ns; DDR = 6 ns DDR = 7.5 ns; DDR3-800 = 10 ns Festplatte: Seek Zeit ~8 ms Und nochmal im direkten Vergleich DDR Ram ist 1,600,000 mal schneller als die Festplatte DDR Ram ist 1,333,333 mal schneller als die Festplatte DDR Ram ist 1,066,666 mal schneller als die Festplatte DDR3-800 Ram ist 800,000 mal schneller als die Festplatte Fazit: Je mehr es benutzt wird, desto langsamer wird es

27 Benchmark Fakten Understanding Memory Resource Management in VMware ESX Server p. 16;

28 Dynamic Memory: Konfiguration Startup: Boot RAM BIOS weiß nichts von Dynamic Memory Gastsystem weiß vielleicht nichts von Dynamic Memory Maximum Obere Grenze Nur auf Anfrage des Gastsystems

29 Dynamic Memory: In Betrieb

30 Dynamic Memory: Beteiligte Komponenten Provided by: VMMS Memory Balancer Memory Balancer Interface VMWP GMO Memory Manager DM VDEV/VSP Guest Applications OS Microsoft Hyper-V Dynamic Memory Components User Mode Windows Kernel VID DM VSC Windows Kernel Kernel Mode VMBus VMBus Hypervisor

31 SP1 Update: RemoteFX Hardwarebasierte Grafikbeschleunigung für Hosted Desktops Virtuelles Gerät: GPU Unterstützt Rich Clients und Thin Clients Applikationsunabhängig! WAN-Beschleunigung z.b. mit Citrix HDX

32 RemoteFX: Komponenten Endgerät Benutzer startet grafikintensive Applikation RemoteFX Hardware oder Software Decoder auf dem Endgerät Server Hardwarebeschleunigung (GPU) GPU im Server, Zugriff für alle VMs RemoteFX Hardware Encoder optional Primitive Remoting (optional) Client mit Decoder (SW/HW) Hardware Encoder (optional) Server GPUs

33 RemoteFX in VDI Solutions RemoteFX in Remote Session Solutions -Accelerated -Enhanced -Accelerated -Enhanced RemoteFX Software Encoding RemoteFX Encoder and Decoder in ASIC Graphics Processor Windows Client Traditional Thin Client Ultra-Light Thin Clients With RemoteFX ASIC -Enabled Clients LCD Panel With RemoteFX ASIC

34 RemoteFX USB vs. High-Level Redirection RemoteFX USB RDP High-Level Treiber auf Endgerät? Nein Ja Treiber auf Server? Ja Nein Gleiche Methode der USB- Umleitung für alle Geräte? USB-Geräte von mehreren Sitzungen verwendbar? Ja Nein Nein Ja Netzwerk Anforderungen LAN LAN/WAN

35 Voraussetzungen auf dem Client RDP 7.1 USB Redirection aktivieren per Gruppenrichtlinie Computer Configuration\Administrative Templates\Windows Components\Remote Desktop Services\Remote Desktop Connection Client\RemoteFX USB Device Redirection

36 Voraussetzungen auf dem Hosted Desktop RemoteFX aktiviert auf Host und VM Konfiguration per Gruppenrichtlinie Computer Configuration\Administrative Templates\Windows Components\Remote Desktop Services\Remote Desktop Session Host\Device and Resource Redirection

37 Funktionsweise ohne RemoteFX Anwendung User 4 Win32 I/O API Kernel Windows Kernel (I/O Mgr, PnP) 3 2 USB Device Driver USB HUB Provided by: Microsoft 1 IHV/ISV

38 Funktionsweise mit RemoteFX (1) RDP Client 6 RDP VM RDP Server User Kernel 3 4 Windows Kernel (I/O Mgr, PnP) Bereitgestellt von : Microsoft IHV/ISV 2 1 Remote FX USB Generic Device USB Driver Driver RemoteFX USB Hub Filter USB HUB 5

39 Funktionsweise mit RemoteFX (2) Anwendung VM RDP Server 10 User Win32 I/O API Kernel 7 USB Device Driver 9 Bereitgestellt von: Microsoft IHV/ISV 8 RemoteFX Device Proxy RemoteFX USB HUB

40 Weitere Informationen TechNet Webcasts TechNet Edge TechNet Blogs Informationen virtualisierung.mspx

41 Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit Michael Korp

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