Mit dem dritten Release des 2008 eingeführten Hypervisors Hyper-V mach Microsoft Boden gut gegenüber dem Erzrivalen VMware und dessen vSphere-Paket. Die aktuelle Hyper-V-Version macht Windows Server 2012 zur Cloud-Plattform.
von Andrej Radonic (freier Autor in Köln)
Seit jeher sind die Release-Zyklen von Hyper-V an die Windows-Versionen gebunden, so dass Innovationen selten und dann in Schüben kommen. Mit Windows Server 2012, das Microsoft explizit als umfassende Plattform für die Private Cloud positioniert, gewinnt der Hypervisor an Bedeutung: Er ist der Motor für die Virtualisierung von Servern und Desktops auf Basis von Windows.
Um sich gegen den mächtigen Wettbewerb, allen voran VMware, behaupten zu können, hat Microsoft in die Erweiterung der Technik und die tiefere Integration von Hyper-V mit Betriebssystem, Infrastruktur- und Management-Lösungen investiert. In allen wichtigen Teilbereichen wurde Hyper-V stark aufgebohrt. Es bietet etwa verbesserte Live Migration Features, eine bessere Skalierung, höhere Flexibilität im Networking mit Netzwerkvirtualisierungs-Techniken, erweiterte Storage-Features sowie ein ganzes Paket von Neuerungen, die den Einsatz in Cloud-Umgebungen stark vereinfachen sollen.
Bislang ist es Microsoft nicht gelungen, VMware die Führung im Markt für x86-Server-Virtualisierung streitig zu machen. Das mit vier Jahren recht junge Produkt Hyper-V bot bislang vor allem mittelständischen Unternehmen eine gute Basis für den Einstieg in die Server-Virtualisierung, konnte sich jedoch in großen und größten Installationen nicht gegen VMware behaupten. So sieht der Magic Quadrant von Gartner Hyper-V auf Platz 2 am Markt hinter VMware positioniert. Aufgrund des neuen Releases und der Integration mit Windows Server 2012 beschleunige sich die Verfolgungsjagd aber aktuell.
Hyper-V - vollwertige Lösung für die Virtualisierung
Hyper-V Release 3 stellt sich den Herausforderungen großer Installationen, die oft unter der Bezeichnung Private Cloud firmieren und auf denen alle Arten von Anwendungen laufen, mit umfassenden Verbesserungen hinsichtlich Skalierung in Scale-up und Scale-out Szenarien. Die Leistungsdaten sind auf ein Niveau angehoben worden, das die Kapazitäten heutiger Server-Hardware weitaus besser ausschöpfen kann. Dies schlägt sich unter anderem in neuen Maximalwerten für virtuelle Ressourcen nieder:
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bis zu 160 logische Prozessoren und 2 TB RAM pro Host
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bis zu 64 virtuelle CPUs und 1 TB RAM pro virtueller Maschine
Der besseren Skalierbarkeit dient auch die Anhebung der maximalen Zahl an Knoten in einem Windows-Cluster von bisher 16 auf künftig 63. Ein solches voll ausgebautes Cluster kann bis zu 4000 VMs gleichzeitig ausführen.
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Ressource |
Hyper-V 2008 R2 |
Hyper-V 2012 |
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Host |
CPUs |
64 |
320 |
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RAM |
1 TB |
4 TB |
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Virtuelle CPUs pro Host |
512 |
2048 |
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VM |
Virtuelle CPUs je VM |
4 |
64 |
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RAM je VM |
64 GB |
1 TB |
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Aktive VMs je Host |
384 |
1024 |
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Cluster |
Max. Knoten |
16 |
64 |
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Max. VMs |
1000 |
4000 |
Abbildung 1 [Grafik: Radonic/Microsoft]: Hyper-V hat ein kräftiges Leistungstuning erfahren
Live Migration mit Hyper-V 2012
Virtuelle Maschinen bei Bedarf (zum Beispiel für eine Wartung) oder automatisch (für das Loadbalancing) flexibel von einem Rechner zum anderen wandern zu lassen, gehört zu den Schlüsselfunktionen der sogenannten Live Migration. Erst diese Technik macht Server-Virtualisierung zu einem probaten Konzept für geschäftskritische Server. Bislang waren die technologischen Hürden hierfür sehr hoch. Das neue Hyper-V-Release hat die technischen Anforderungen nun deutlich herabgesetzt, um die Technik auch für kleinere Firmen erschwinglich und beherrschbar zu machen.
Live Migration bietet Hyper-V erst seit Windows Server 2008 R2, welches das dafür nötige Cluster Filesystem Cluster Shared Volumes (CSV) bereitstellte. Storage-seitig mussten hierfür ein SAN sowie ein Windows-Cluster vorhanden sein. Das neue Hyper-V-Release führt einfachere Alternativen ein. Dazu gehört zum einen, dass sich dank SMB 3 File-Server unter Windows Server 2012 als Shared Storage einsetzen lassen und dafür kein SAN mehr nötig ist. Außerdem entfällt der Zwang zum Einrichten eines Clusters, weil eine Migration von VMs auch zwischen einzelnen Hosts möglich ist.
Eine weitere Neuerung, von der primär kleine Installationen profitieren, ist die Möglichkeit, VMs komplett ohne Shared Storage zu migrieren. Diese Shared Nothing Live Migration funktioniert auf Basis von lokalen Festplatten. VMware etwa verfügt seit vSphere 5.1 über die Option Enhanced Vmotion, die die gleiche Funktionalität realisiert.
Bei der Live Migration holt Microsoft in Windows Server 2012 einiges nach, was VMware schon länger bietet. Dazu gehört die Option, mehrere VMs parallel zu migrieren. Zusätzlich lässt sich die Migration von bestimmten VMs mit einer höheren Priorität ausstatten. Das neue Hyper-V zieht mit der Einführung von Storage Live Migration auch in diesem Punkt mit VMware gleich.
Mit der VM-Replikation (Hyper-V Replica) implementiert Microsoft zudem ein Feature für Desaster Recovery: Dabei werden ausgewählte VMs auf einen anderen Host, der sich typischerweise in einer anderen Lokation befindet, übertragen. Dieser Transfer erfolgt auf Basis von Snapshots und stellt geringe technische Anforderungen (kein SAN erforderlich), so dass diese Technik auch von kleineren Firmen praktiziert werden kann.
Hyper-V 2012 Technik und Architektur
Der Kern von Hyper-V ist der Hypervisor - eine schlanke Abstraktionsschicht, welche direkt auf der Hardware läuft („bare metal virtualization“). Für die Steuerung sowie die Bereitstellung der Treiber ist das Parent-OS oder Root-Partition zuständig - eine schlanke Windows Server 2012-Betriebssysteminstallation mit allen benötigten Tools, welche vom Hypervisor während des Bootvorgangs gestartet wird.
Die VMs oder Gastsysteme – von Microsoft auch Child Partitions genannt – werden von der privilegierten Root-Partition aus gesteuert und administriert. Die virtuellen Maschinen werden mittels des Integration Services-Softwarepaket für den virtuellen Betrieb optimiert. Der Kernel der VMs wird dabei geringfügig modifiziert, so dass Memory- und CPU-Funktionen direkt über die Hypercall API an die reelle Hardware weitergereicht werden. Festplatten- und Netzwerkzugriffe laufen dabei via VMBUS und das Root-OS und werden dort über die normalen Gerätetreiber an die Hardware durchgereicht.
Alternativ zu diesem Paravirtualisierungsmodus können die Gäste auch vollständig virtualisiert laufen, Hyper-V bedient sich dabei der Virtualisierungsunterstützung der CPU. Mit deren Hilfe lassen sich die Child Partitions somit auch unmodifiziert, aber mit gewissen Performance-Einbußen betreiben.
Netzwerk-Virtualisierung optimiert Cloud-Fähigkeiten und Hochverfügbarkeit
Cloud-Umgebungen stellen besondere Anforderungen an die sichere Ausgestaltung und das flexible Management der zugrunde liegenden Netzwerke. Die hierzu weit verbreitete VLAN-Technik greift gerade bei komplexen Setups mit mehreren Mandanten oder Kunden meist zu kurz.
Hyper-V auf Basis von Windows Server 2012 stellt eine Komponente für die flexible Netzwerk-Virtualisierung zur Verfügung, um bekannte Unzulänglichkeiten gerade bei VLANs auszumerzen: Beim Hyper-V-Switch handelt es sich um ein Funktionspaket, mit dem sich private, interne und externe Netzwerke konfigurieren lassen, die VMs mit anderen VMs, dem Host oder physikalischen Netzen verbinden. Diese Abstraktionsschicht hilft, virtuelle Workloads von internen IP-Adressen abzukoppeln, trennt Server- von Netzwerkadministration und ermöglicht die flexible Zuordnung von Workloads auf Servern.
Ein zentrales Feature des Hyper-V Networkings ist die so genannte Address Mobility, die dafür sorgt, dass die interne IP-Adresse einer VM auch dann beibehalten werden kann, wenn sie auf einen Host bei einem externen Cloud-Provider verschoben wird. Die neue Mandantenfähigkeit von Hyper-V garantiert dabei, dass keine Konflikte mit VMs anderer Kunden auftreten, die dieselbe IP-Adresse verwenden.
Bisher war der Funktionsumfang des virtuellen Switches unveränderlich festgelegt, in Hyper-V 3.0 dagegen lässt er sich durch Plugins erweitern. Dies ermöglicht Partnern, diese Netzwerkkomponente um zusätzliche Dienste zu erweitern, beispielsweise um Add-ons für das Monitoring oder für Sicherheit, etwa Firewalls oder Tools zur Abwehr von DoS-Attacken.
Das neue Hyper-V kümmert sich auch um die sehr entscheidende Netzwerk-Performance: Der Datendurchsatz wurde soweit verbessert, dass laut Microsoft Hyper-V-VMs bis zu 95 Prozent der Leistung der physischen Infrastruktur erreichen können. Mittels des neuen NIC-Teamings lassen sich mehrere Netzwerkverbindungen zusammenfassen, was Loadbalancing über mehrere Netzwerkkarten ermöglicht, sowie die Ausfallsicherheit erhöhen kann, zumal sich die Teams wahlweise auf VM- oder Host-Ebene einrichten lassen.
Microsoft hat brandneue Technologien in den neuen Hypervisor einfließen lassen. Dazu zählt Single Root I/O Virtualization. Diese Technik, die sowohl vom BIOS als auch vom Hypervisor unterstützt werden muss, lässt ein PCI-Gerät als multiple Instanzen seiner selbst erscheinen. Beispielsweise kann eine Gigabit-Netzwerkkarte damit als 256 virtuelle NICs erscheinen, von denen jede als separate Netzwerkverbindung nutzbar ist. Neben mehr Flexibilität werden so höhere Durchsatzraten erreicht.
Das Bundle aus Hyper- V und Windows 2012 sorgt mit der entsprechenden Konfiguration für komplette Redundanz über alle Schichten: von der redundanten Hardware-Auslegung innerhalb von Clustern in Verbindung mit Live Migration über IO-Redundanz mittels Loadbalancing und Multipathing auf Netzwerk- und Speicherebene über Application-/Service-Failover bis hin zur Out-of-the-Box Disaster Recovery Lösung mittels Hyper-V Replica.
Hyper-V: Umfangreiche Optimierungen bei Hochverfügbarkeit
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Windows NIC Teaming
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Continuously Available File Server (SMB) Speicher
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CSV 2.0 Integration mit Storage Arrays für Replication & HW Snapshots
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Gast-Cluster via Fiber Channel
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Parallele Live Migration, Live Storage Migration
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Failover Cluster Verbesserungen
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Cluster-Aware Updates
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VM-Failover Prioritäten konfigurierbar
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Anti-Affinity VM Regelkonfiguration
Moderne Storage-Technologien ab Werk
In kaum einem anderen Bereich entwickeln sich Techniken zur Virtualisierung derzeit schneller weiter als in puncto Storage. Auch Microsoft hat sich den Themen Speicherkapazität, IO-Performance und Flexibilität beim Management gewidmet:
VHDX löst VHD als Format für virtuelle Festplatten ab. Es unterstützt Dateien bis zu 16 TB statt bisher 2 TB, soll robuster sein und dabei deutlich bessere Lese- und Schreibraten bieten.
Die neue Snapshot-Funktion erlaubt nun das Zusammenführen der in Snapshots gespeicherten Änderungen mit einer Eltern-VM (Online Merge), ohne dass die virtuelle Maschine zu diesem Zweck heruntergefahren werden muss, wie es in der vorigen Version der Fall war.
Zu den weiteren Neuerungen zählt der so genannte Offloaded Data Transfer (ODX), bei dem der Hypervisor bestimmte Aufgaben wie das Kopieren oder Verschieben von VMs an kompatible Speichersysteme übergeben kann. Diese kommunizieren dann direkt miteinander (siehe Grafik ODX), der Hyper-V-Host wird auf diese Weise weitgehend entlastet, zudem können enorme Geschwindigkeitszuwächse bei verschiedenen Schreiboperationen erzielt werden, zum Beispiel beim Erstellen einer virtuellen Festplatte. VMware stellt diese Technik über die vStorage API bereit. In beiden Fällen müssen die Speicherhersteller diese Funktionen explizit unterstützen.
Neu hinzugekommen ist zudem die Unterstützung für Fibre Channel in Hyper-V-VMs mit bis zu vier virtuellen HBAs je Gast. Bisher konnten ihnen Disks nur über iSCSI direkt zugeordnet werden. VMs können zudem sowohl von SANs über iSCSI als auch via Fibre Channel booten. Mit DSM und SMB unterstützt Microsoft auch Multipath-IO.
Hyper V 2012: Editionen mit kostenfreier Option
Auch 2013 gilt: Hyper-V ist in zwei Geschmacksrichtungen verfügbar – als kostenfreies Standalone System Microsoft Hyper-V Server 2012 sowie als installierbare Server-Rolle auf Basis von Windows Server 2012 oder Server 2008.
Die Hypervisor-Technik ist in beiden Fällen identisch und die kostenfreie Edition verfügt dazu über alle Features des Vollprodukts. Da es sich bei dem Hyper-V-Server um eine Variante von Server Core handelt, die auf die Hyper-V-Rolle beschränkt ist, läuft auch die Installation bei beiden Alternativen ähnlich ab, die erste Einrichtung erfolgt über eine textbasierte grafische Oberfläche (sconfig).
Im Wesentlichen sind die Management-Möglichkeiten beim kostenfreien Hypervisor beschnitten. Für das Remote-Management von VMs auf Hyper-V Server 2012 steht der Hyper-V Manager unter Windows 8 oder einem vollwertigen Windows Server 2012 zur Verfügung.
Da Windows Server 2012 die Rechte zur Ausführung des Betriebssystems in virtuellen Maschinen enthält, diese beim kostenlosen Hyper-V Server 2012 aber extra erworben werden müssten, eignet sich das Produkt primär zu Virtualisierung von Desktops oder von Linux. Andererseits kann sich für manche Anwender ein interessantes, da kostengünstiges Szenario ergeben, indem sie ihre vorhandenen, lizenzierten Windows Server 2008/2008 R2 ohne zusätzliche Lizenzkosten auf Basis von Hyper-V Server 2012 virtualisieren und von allen neuen Features profitieren können.
Hyper-V Server 2012 kann nach der Registrierung kostenlos von Microsofts Website heruntergeladen werden.
Flexiblere Installation
Hyper-V als Rolle unter Windows Server 2012 bietet verschiedene flexible Installationsmöglichkeiten. Neben der Installation als Rolle über den in Windows Server 2012 integrierten Server Manager ist es nun auch möglich, Hyper-V über das Netzwerk zu installieren. Mit den Remote-Verwaltungs-Tools lässt sich dies auch von einem Windows 8-PC (Pro/Enterprise) aus bewerkstelligen.
Alternativ kann Hyper-V auch über das Befehlszeilen-Programm dism.exe installiert werden. Dies bietet sich vor allem auf Core-Servern oder zum Automatisieren der Installation an. Ähnliche Möglichkeiten bietet zudem die Windows Powershell mit speziellen Hyper-V cmdlets. So installiert das Kommando „Install-WindowsFeature“ Hyper-V die entsprechende Serverrolle.
VMM 2012 SP1 erschließt neue Hyper-V-Funktionen
Mit dem unlängst erschienenen Service Pack 1 für den Virtual Machine Manager (VMM) 2012 als Teil von System Center 2012 erschließt Microsoft alle fortgeschrittenen Virtualisierungsfunktionen, die VMM vorher schon im Zusammenspiel mit Hyper-V 2008 R2 lieferte.
Dazu zählt die generell höhere Skalierbarkeit, so dass sich VMs mit mehr vCPUs und vRAM einrichten lassen als bisher. Hinzu kommen die Verwendung des neuen Formats für virtuelle Festplatten (VHDX) oder die Cluster mit bis zu 64 Knoten. Das SP1 aktualisiert zudem die Multiplattform-Unterstützung des VMM, indem es die Verwaltung von vSphere 5.1 und Citrix XenServer 6.0 erlaubt. Mit System Center spielt Microsoft eine wichtige Management-Stärke gegenüber VMware und Citrix aus, denn damit beherrscht der Administrator die zentrale Verwaltung nicht nur der virtuellen, sondern auch der physischen Ressourcen (Hosts und Netzwerk).
Bisher galten die fehlenden Automatisierungsmöglichkeiten von Hyper-V als große Schwäche in puncto Management. Auch hier hat Microsoft nachgebessert: Die existierende Powershell wird seitens Hyper-V nun um gut 160 sogenannte cmdlets ergänzt, die typische Administrationsaufgaben in wenigen Kommandos zusammenfassen und damit über einfache Scripts automatisierbar machen – eine Technik, wie sie schon lange von VMware und Citrix bekannt ist. Beispiel: Das Kommando „New-VM –Name Test“ erzeugt eine neue VM mit Namen „Test“.
Baremetal Hypervisor auch auf dem Windows-Desktop
Eine interessante Neuerung auf dem Desktop ist die Option, Hyper-V nun als Baremetal Hypervisor auf einem Windows 8 PC installieren zu können. Hyper-V ersetzt damit den veralteten VirtualPC-Virtualisierer, der sich auf Windows 8 nicht mehr installieren lässt. Windows 8 Hyper-V basiert auf dem gleichen Code wie sein Gegenstück in Windows Server 2012, bietet aber nicht alle seine Features. So mangelt es ihm am Support für Live Migration oder Hyper-V Replica. Von der Server-Technik hat der Client-Hypervisor jedoch die hohe Skalierbarkeit geerbt, so dass er bei der maximal möglichen Ressourcen-Ausstattung von VMs beispielsweise die VMware Workstation deutlich übertrifft.
Hyper V 2012: Lizenzierung
An den Lizenzierungsverfahren ändert sich gegenüber den bisherigen Windows und Hyper-V Editionen nichts:
„Hyper-V Server 2012“ ist kostenfrei verfügbar. Für die virtualisierten Windows-Systeme müssen jeweils entsprechende Lizenzen vorliegen.
„Windows Server 2012 Standard“ enthält Lizenzen für zwei VMs, sofern der Rechner nur für Virtualisierung genutzt wird. Werden auf dem Server weitere Rollen oder Dienste außer dem Hypervisor genutzt, reduziert sich die Anzahl der VM-Lizenzen auf eins.
Die „Windows Server 2012 Datacenter Edition“ erlaubt eine unbegrenzte Anzahl von Hyper-V-VMs. Die Datacenter Edition ist dann die günstigere Alternative, wenn eine Standard Edition um mehr als 10 VM-Lizenzen erweitert werden müsste.
Beide Editionen sind lizenztechnisch limitiert auf zwei physische CPUs.
Bei Betrieb eines Hyper-V Clusters mit Nutzung von Live Migration ist zu berücksichtigen, dass eine hochverfügbare VM auf jedem beteiligten Server lizenziert sein muss. Beispiel: Für zwei Server mit jeweils zwei physischen Prozessoren und insgesamt fünf VMs im Hyper-V Cluster sind insgesamt 10 Lizenzen nötig bzw. 5 Lizenzen Windows Server 2012 Standard.
Fazit
Hyper-V ist erwachsen geworden. Mit dem jüngsten Release bietet es eine sehr gute Alternative für die Virtualisierung von Windows-Systemen – seien es Server oder Desktops. Andere Betriebssysteme wie beispielsweise Linux gehören indes nicht zum Schwerpunkt, das können andere weitaus besser.
Mit den Erweiterungen und Verbesserungen vor allem in den Bereichen Skalierung, Storage- und Netzwerk-Unterstützung sowie beim Management holt Microsoft Im Feld der Virtualisierungstechnologien mächtig auf. Hyper-V empfiehlt sich nun auch für größere und komplexere Virtualisierungsvorhaben und Cloud-Projekte.
Der Streit um die Vormachtstellung wird damit immer mehr zum Kopf-an-Kopf Rennen. Während der Feature-Vergleich von vSphere 5 mit Hyper-V 2008 R2 noch klar zugunsten von VMware ausging, holt Microsoft mit der neuesten Version seiner Software deutlich auf. Ohne Blick ins Detail lässt sich aber kaum feststellen, wo VMware noch die Nase vorne hat oder wo Hyper-V bereits mehr bietet. Den Dschungel aus unterschiedlichen Editionen, Feature-Bezeichnungen und Marketing-Aussagen hilft die Virtualization Matrix von Andreas Grothe zu lichten. (wh)
Pro Hyper-V 2012
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Integration mit der Windows-Server-Plattform, dadurch einfache Installation und geläufige Verwaltungsoptionen,
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umfangreiche Features,
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umfassende Management-Optionen,
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kostenfreie Optionen und
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Preisvorteile gegenüber anderen Anbietern durch Integration mit dem Betriebssystem.
Contra Hyper-V 2012
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Kaum Unterstützung für Nicht-Windows Betriebssysteme,
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wenig Interoperabilität mit anderen Virtualisierungsanbietern/-technologien,
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zentrales Management (System Center 2012/VMM) muss separat erworben werden,
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lange Innovations-/Release-Zyklen.
Hyper V 2012: Features im Überblick
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Ressource |
Hyper-V 2012 |
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Kapazität |
CPUs je Host |
64 |
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RAM je Host |
1 TB |
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Virtuelle CPUs pro Host |
512 |
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Virtuelle CPUs je VM |
4 |
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RAM je VM |
64 GB |
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Aktive VMs je Host |
384 |
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Gast-OS Support |
Windows Server 2000/2003/2008/2008 R2/2012 |
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Windows XP / Vista / 7 / 8 |
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Linux SLES 10 SP3, RHEL 5/6, CentOS 5.2-6 |
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Management |
Lokal |
Hyper-V Manager, sconfig, dism, Powershell |
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Zentral/Remote |
SC 2012 / VMM, Hyper-V Manager, Powershell, Remote Desktop, MMC snap-in |
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VM Updates |
Ja |
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Live VM Snapshots |
Ja |
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Backup API |
VSS |
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|
Backup |
WSB, DPM |
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|
Automatisiertes Deployment |
Bare Metal (VMM) |
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|
VM Templates |
Ja |
|
|
P2V |
Ja |
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|
VM Mobility |
Live Migration |
Ja, auch shared-nothing |
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Power Management |
Ja |
|
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Automatisierte Live Migration |
Ja, für dynamische Ressourcenoptimierung (CPU, Load, IO) |
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|
Storage Migration |
Ja, auch shared-nothing |
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Speicher |
Speichertechniken |
SAS, Fibre Channel, iSCSI, SATA, SMB 3 |
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SAN Multipath |
Ja |
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Shared Filesystem |
CSV |
|
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SAN Boot |
Ja |
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|
USB Boot |
Nein |
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Speicher Replikation |
Ja, Hyper-V Replica |
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Netzwerk |
Virtueller Switch |
Ja, erweiterbar |
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NIC Teaming |
Ja |
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VLAN |
Ja |
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IO Passthrough |
Ja, SR-IOV (setzt entspr. Hardware voraus) |
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Offload Support |
Ja |
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QoS |
Ja |
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Mandantenfähigkeit |
Ja |
(Dieser Beitrag wurde von der CP-Schwesterpublikation TecChannel übernommen / rb)