Hyper-V 2.0 sous Windows Server 2008 R2

Quelques rappels concernant Hyper-V sur Windows Server 2008

Pré-requis

Hyper-V est une plateforme de virtualisation basée sur un hyperviseur. Elle fonctionne exclusivement sur Windows Server 2008 Edition Standard, Enterprise ou Datacenter en installation complète ou Core.

On peut retrouver ce moteur dans une édition spéciale et gratuite appelée Microsoft Hyper-V Server 2008.

Elle nécessite un processeur 64bits avec assistance pour la virtualisation (AMD AMD-V or Intel VT) et prévention d’exécution des données (AMD - NX no execute bit ou Intel - XD execute disable).

Caractéristiques

Cette plateforme permet l’exécution de machine virtuelle 32-bit (x86) & 64-bit (x64). Chaque machine virtuelle supporte jusqu’à 64 Go de mémoire et jusqu’à 4 processeurs (SMP).

Windows Server 2008 intègre un support natif du cluster pour assurer la tolérance de panne et la migration rapide (Quick Migration).

Le système supporte les sauvegardes à chaud grâce à l’intégration de clichés instantanés (Shadow Copy) et des snapshots (50 snapshots maximum par machine).

Chaque disque virtuel  peut atteindre jusqu’à 2 To. Il est possible en cumulant l’interface IDE (4 disques) et les 4 interfaces SCSI (64 disques) d’atteindre les 260 disques durs au total.

Les machines virtuelles ont un accès direct aux disques pour de meilleures performances I/O (Entrées-Sorties).

Chaque machine virtuelle peut avoir jusqu’à 12 interface réseau qui intègre les possibilités de VLAN.

Panorama d’Hyper-V sur Windows Server 2008 R2

Basé sur l’architecture éprouvée d’Hyper-V sur Windows Server 2008, ce nouvel opus d’hyper-v  intègre de nouvelles technologies comme Live motion (migration à chaud), TSV (couplage avec Terminal Server) mais aussi des améliorations d’architecture que nous allons détaillés comme l’allocation dynamique de mémoire, le support des améliorations des instructions d’assistance à la virtualisation d’Intel et AMD, le principe de parquement des cœurs de processeur, etc ….

Coté caractéristique, il pourra gérer jusqu’à 32 processeurs sur la machine physique avec un maximum de 1 To de mémoire par machine virtuelle pour un maximum de 256 machines virtuelles.

Live Migration

Live Migration est sans aucun doute la fonctionnalité la plus attendue sur Windows Server 2008 R2 concernant Hyper-V. Elle vient se positionner en concurrence direct avec son équivalence chez VMware et son produit VMotion.

L’objectif est d’offrir la possibilité aux administrateurs de déplacer une machine virtuelle d’un serveur physique à un autre sans déconnexion des clients de la machine virtuelle.  Cela permet la mise en place de nouveau scénario d’implémentation :

·  Continuité de service pendant les phases de maintenance des serveurs physique.

·  Répartition des machines virtuelles afin d’optimiser la consommation d’énergétique.

·   Répartition des machines virtuelles afin de repartir la charge des processeurs.

Quick Migration (Windows Server 2008 Hyper-V)

Actuellement avec Windows Server 2008, le déplacement d’une machine virtuelle passe par le processus Quick Migration.

Le principe de fonctionnement est le suivant :

1.       Sauvegarder l’état en sauvegardant la machine virtuelle sur la cible puis en enregistrant la mémoire de la machine virtuelle sur un espace de stockage partagé.

2.       Déplacer la gestion du stockage de la source à la destination pour déplacer la machine virtuelle.

3.       Restaurer l’état en chargeant la mémoire de la machine virtuelle à partir de l’espace de stockage partagé et lancer la machine virtuelle.

Ce processus est très couteux en temps car il impose des étapes très longues qui peuvent induire un temps de déplacement prenant plusieurs minutes donc autant en indisponibilités.

Live Migration (Windows Server 2008 R2 Hyper-V)

Le passage de Quick Migration à Live Migration n’impose pas de mise à jour du système d’exploitation invité, ni de la machine virtuelle, ni de l’infrastructure de stockage ou de l’infrastructure réseau. Il est seulement nécessaire de migrer les machines virtuelles sur Hyper-V 2.0 et c’est tout.

Avec Live Migration sous Windows Server 2008 R2, voici le processus exécuté à chaque demande de basculement d’un administrateur (ou d’un script) :

1.       Le premier serveur physique contenant la machine virtuelle auquel sont connectés les clients copie l’ensemble du contenu de la mémoire de la machine virtuelle sur le serveur de destination.

2.       La machine virtuelle est ensuite pré-chargée en mémoire dans le serveur de destination prête à être démarrée.

3.       Pendant cette copie, les clients continuent d’accéder à la machine virtuelle sur le premier serveur et modifient le contenu de sa mémoire vive. Les emplacements mémoire modifiés sont ainsi repérés pour être copié à leur tour de manière incrémentiel (donc uniquement les changements) sur le serveur de destination. Dans la mesure où il y aura moins de donnée à copier (uniquement ce qui a été modifié depuis la copie précédente) la copie sera beaucoup plus rapide.

4.       La machine virtuelle sur le premier serveur est alors mise en pause et une copie de l’état de la partition est transmise du premier serveur vers le serveur de destination.

5.       On lance la machine virtuelle (qui est déjà en mémoire) sur le serveur de destination. Le laps de temps d’indisponibilité est donc très court.

6.       Des requêtes ARP permettent alors de rediriger les clients sur le serveur de destination et dans la mesure où l’état de session est maintenu, aucune reconnexion n’est nécessaire pour le client.

Avec ce processus, le temps de basculement est réduit à quelques secondes donc une quasi-transparence pour les clients.

Cluster Shared Volume

Jusqu’à présent sur Hyper-V, il était nécessaire de mettre en place l’architecture de cluster suivante pour bénéficier d’une solution de basculement :

Chaque disque de stockage (principalement des SAN) contenant les vhd (disques des machines virtuels) était contrôlé de manière exclusive par un nœud. Seul ce nœud pouvait accéder au contenu du disque de stockage.

Ainsi il était obligatoire que chaque Machine Virtuelle soit hébergée sur sa propre LUN (Unité de Disque Logique) afin de les isoler en cas de basculement. Cette limite posait des soucis multiples d’administration des SAN (le LUN étant alors l’unité la plus petite de basculement, difficulté avec la gestion des lettres de lecteurs, l’espace de stockage sous exploité, …)

Pour résoudre ce problème, un nouveau modèle de cluster a été mis au point : le Cluster Shared Volume (CSV).

Le Cluster Shared Volume permet un accès concurrentiel (donc simultané) à un même système de fichier. Cela permet donc à plusieurs serveurs d’accéder au même contenu simultanément.

La différence avec un partage de fichier réseau classique est qu’il n’est pas nécessaire aux serveurs d’être client d’une tiers machine donc même si l’une des machines tombe en panne, quelque soit cette machine, les autres pourront continuer à accéder au contenu du disque.

Dans la mesure où l’accès est simultané pour tous les nœuds, une machine virtuelle peut être déplacée sans avoir à perdre le temps de prise de possession du disque et sans démontage et remontage de celui-ci.

Cela permet donc de simplifier la mise en place de l’infrastructure en réduisant le nombre de LUN à une poignée et ceci même pour des dizaines de machines virtuelles.

La configuration du cluster ainsi que la gestion des SAN et des machines virtuelles est elle aussi simplifiée et les performances lors des scénarios de tolérance de panne sont améliorées en simplifiant le processus de remonté des machines.

Un chemin consolidé pour les espaces de stockage des machines virtuelles peut être utilisé afin que les fichiers ai les mêmes noms et chemins quelque soit le nœud du cluster. Les volumes CSV sont mis à disposition sous la forme de répertoires et de sous-répertoires sous le répertoire racine (ex : C:\ClusterStorage\Volume1\<root>, C:\ClusterStorage\Volume2\<root>, C:\ClusterStorage\Volume3\<root>, …)

Aucun matériel ni logiciel spécifique n’est nécessaire, le système est compatible avec tous les types de fichiers sans limitation de structure ou de profondeur de l’arborescence. Aucun agent, installations supplémentaires ou système de fichiers spécifique n’est nécessaire pour sa mise en place.

Le gestionnaire de cluster prend en charge directement Live Migration et SCVMM 2008 à partir du SP1 (System Center Virtual Machine Manager 2008 SP1), et permet même la mise en place de scénario de migration via stratégie.

Affectation dynamique de la mémoire

Cette fonctionnalité très prometteuse permet d’affecter un pool de mémoire à un ensemble de machine afin de la distribuer dynamiquement. Ainsi la mémoire est ajoutée/retirée à chaud sur les machines virtuelles sans interruption de production des services.

Ce mécanisme est très encourageant car il permet d’administrer plus efficacement le principale  facteur de limitation à la consolidation c'est-à-dire la quantité de mémoire allouée à chaque machine.

Pour mettre en place cette fonctionnalité, il sera nécessaire de définir dans la configuration de la machine virtuelle les informations suivantes :

·         La taille mémoire initiale (au démarrage de la machine virtuelle).

·         La taille mémoire minimum (quantité mémoire minimum garantie).

·         La taille mémoire maximum (quantité mémoire maximum utilisable).

La mémoire sera ajoutée par l’intermédiaire de la fonctionnalité d’ajout de mémoire à chaud qui devra être supporté par le système d’exploitation de la machine virtuelle.

Attention cette fonctionnalité n’est pas présente dans la bêta 1 de Windows Server 2008 R2 car cette option est encore en cours d’évaluation par Microsoft pour la rendre disponible dans la release candidate. Espérons que cette fonctionnalité ne disparaisse pas …

Prise en charge du matériel

Gestion de la mémoire (SLAT)

Hyper-V v2 supportera les dernières évolutions en matière d’assistance matérielle à la virtualisation avec le support du second niveau de translation d’adresse (SLAT - Second Level Address Translation).

Cette nouveauté améliore les performances de gestion de la mémoire des machines virtuelles en affectant un espace mémoire dédié afin que les zones de mémoire physiques soient directement accessibles par les environnements virtuels. Ceci permet de réduire aussi la quantité de mémoire associé à cette gestion de 5% à 1%.

Cette technologie est appelé Nested Page Tables (NPT) chez AMD et Extended Page Tables (EPT) chez Intel.

Optimisation de l’utilisation des processeurs

La nouvelle version d’Hyper-V exploite jusqu’à 32 processeur sur la machine physique qui n’en supportait que 24 sur Windows Server 2008 grâce à la mise à jour KB956710 (16 à l’origine).

Windows Server 2008 R2 est le premier système d’exploitation serveur de Microsoft qui intégre de manière aussi poussée la gestion de l’énergie. Dans cette optique, il introduit une gestion avancée de l’affinité Processeur/Machine virtuelle en consolidant le traitement sur un nombre minimum de cœur processeur et en stoppant les cœurs inactifs.

On bénéficie donc directement d’une économie d’énergie lié à l’utilisation d’un nombre minimum de processeur.

Stockage virtuel

Il est maintenant possible d’ajouter ou de retirer à la volée sans éteindre la machine virtuelle des disques virtuels (VHD) ou physique (partition) par l’intermédiaire du contrôleur SCSI virtuel.

Cette nouvelle fonctionnalité permet d’améliorer le niveau de disponibilité des machines virtuelles, de mettre en place de nouveau scénario de sauvegarde, …

L’ajout ou la suppression de contrôleur de stockage (IDE ou SCSI) à chaud n’étant pas supporté.

Réseau

La prise en charge étendue du déchargement du traitement TCP/IP (TCP Offload) sur la carte réseau physique va permettre de diminuer la charge du processeur et ainsi améliorer les performances.

Le système supporte aussi maintenant le Virtual Machine Queue (VMQ). Cette technologie permet de distribuer le traitement du trafic réseau de plusieurs machines virtuelles entre plusieurs processeurs permettant ainsi une diminution de l’utilisation CPU.

Les “Jumbo Frame” sont aussi supportés avec des trames Ethernet de plus de 1500 octets (généralement de 9000 octets donc 6x plus d’informations par paquet).

Interaction avec Terminal Server

Hyper-v s’interface aussi maintenant avec Terminal server pour proposer des sessions Terminal serveur –TS (une session par utilisateur) et des machines virtuelles – TSV (une machine virtuelle par utilisateur).

Cette nouvelle notion permet par l’intermédiaire du système de répartition de charge de TS Broker d’affecter une machine virtuelle prédéfinie lorsqu’un utilisateur se connecte.

Cette architecture propose une expérience utilisateur unifiée pour les utilisateurs qu’ils se connectent sur une machine virtuelle ou sur une session Terminal Server.

Il est possible d’affecter la machine virtuelle de manière temporaire à l’utilisateur (jusqu’à la fermeture de session) ou de manière permanente.