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Veröffentlicht: 4. September 2012

Windows Server 2012 – Technische Daten

zur Virtualisierung

Modul 1A: Skalierung virtueller Computer

Modulhandbuch Autor: David Coombes, Content Master

Microsoft Virtual Academy – Teilnehmerhandbuch ii

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Microsoft Virtual Academy – Teilnehmerhandbuch iii

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......................................................................................................................................................................................... 10

PHYSISCHE NUMA ................................................................................................................................................................................................. 11

OPTIMALE PHYSISCHE NUMA ........................................................................................................................................................................... 12

NICHT OPTIMALE PHYSISCHE NUMA ............................................................................................................................................................ 13

GAST-NUMA ............................................................................................................................................................................................................. 14

Verwenden der Gast-NUMA ................................................................................................................................................... 15 Gast-NUMA und Failovercluster ........................................................................................................................................... 15

LEKTION 3: VERGLEICH DER HYPER-V-SKALIERUNG ............................................................................................................................... 16

VERGLEICH DER HYPER-V-SKALIERUNG ....................................................................................................................................................... 17


Microsoft Virtual Academy – Teilnehmerhandbuch 4


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.



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.



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. E-Mail und Messaging,

Datenbanken und große Webanwendungen.



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 2012. 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.



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 Kein verfügbarer physischer Speicher

o 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.



Lektion 2: NUMA

In dieser Lektion wird NUMA vorgestellt. Hierbei handelt es sich um die wichtigste Technologie für

das Skalieren virtueller Computer in Windows 2012. 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.



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.



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 CPU-

und 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.



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.



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.



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.



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.



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.



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.



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.

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