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Hyper-V深度评测五:存储方面新的改进

给正在运行的虚拟机创建快照将其恢复到之前的状态,可以节省管理员的时间以及最小化故障时间。自从微软在2008年引入这个功能,至今Hyper-V快照工作原理基本上没有变化。

一:Hyper-V虚拟硬盘格式:

Windows Server
2012引入了许多改进功能,使得Hyper-V快照功能相比VMware的快照功能更具竞争性。

到目前为止,我们通过前面一系列文章,已相当深入地介绍了Hyper-V在可扩展性方面的改进、NUMA、虚拟机监控和复制等特性。现在不妨把注意力转到一个热门话题,看看Hyper-V在存储方面有什么改进:将虚拟机存储在文件共享区上、集群共享卷(CSV)方面的改进、访客光纤通道、DirectDMA和卸载数据传输,另外还有新的VHDX格式。

虚拟硬盘为虚拟机提供存储空间,在虚拟机中,虚拟硬盘功能相当于物理硬盘,被虚拟机当作物理硬盘使用。微软主要提供两种虚拟硬盘格式,即VHD和VHDX。WindowsServer2012以前,Hyper-V虚拟硬盘格式主要为.VHD格式,这种格式突破了2TB的限制,最大可支持64TB,也是微软建议的虚拟硬盘格式。VHDX格式主要功能如下:

微软Hyper-V快照最佳实践

不妨先从文件共享说起;如果我非要从Windows Server
2012中选择一项迎来最大飞跃发展的根本性技术,那就是SMB
3.0。这项出色的文件共享技术自Windows问世以来就存在了,但是Server
2012(和Windows
8)里面的文件共享技术较之前几代技术大不一样。它的性能可以达到直接连接存储(DAS)的97%至98%,并且针对在普通的文件共享区托管运行应用服务器的应用程序工作负载(如SQL
Server 2012和Hyper-V虚拟机磁盘)进行了优化,从而提供了前所未有的灵活性。

1):支持的虚拟硬盘的存储容量高达16TB;

Hyper-V快照不是一项综合备份选项,其对于解决由软件补丁或者配置改变引发的问题很有帮助。使用快照做任何事情之前,关键是要记着拍快照和培养应用型人才。

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2):通过记录对VHDX元数据结构的更新,可以在电源发生故障时保护数据不会被损坏;

因为快照使用.AVHD/.AVHDX文件,该文件的大小随着追踪的变化而增长。一旦测试完应用程序后,删除快照很重要。因为随着快照的增大,会占据更多的物理空间。如果不删除旧快照,大量文件会使VM性能下降。

图1:如果你打算将虚拟机存储在文件共享区上,就要确保你创建了合适类型的文件共享区。

3):改进了虚拟硬盘格式的对齐方式,可在大型扇区磁盘上更好地工作;

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将VHD(X)文件存储在SMB
3.0文件共享区上的虚拟机可以在Hyper-V主机之间进行实时迁移,但是别扔掉你的集群架构——这项特性并不意味着它就能提供高可用性。要是某个Hyper-V主机出现了故障,其他主机不会接到通知(因为它们不在同一个集群中),因而虚拟机也就不会自动重启。

4):动态磁盘和差异磁盘较大的数据块大小,可让这些磁盘满足工作负荷的需求;

从动态虚拟机获取快照

虽然微软概述了融合集群的设计:在这种集群中,一些节点是存储节点,为Hyper-V主机节点提供了共享式存储,但是要注意的是,一个主机既是文件共享区主机,同时又是Hyper-V主机,这并未得到支持。如果Hyper-V主机与其存储系统的联系临时受到了中断,Hyper-V在两端都会缓存输入/输出流量,缓存时间长达1分钟。SMB
3.0多通道技术会充分利用主机与文件共享区之间所有可用的网络路径,不需要任何额外的配置(只有你需要聚合其他协议时,才需要我在前面介绍的网卡聚合这种配置),为防范不小心断开的网线提供了保护。

5):一个4KB的逻辑扇区虚拟磁盘,可以在为4KB扇区设计的应用程序和工作负荷使用该磁盘时提供较高的性能;

在Windows Server
2012中使用Hyper-V快照很简单。打开Hyper-V管理器,右击你想要拍快照的虚拟机,并选择快照。

如果你考虑使用存储区域网(SAN)作为SMB
3.0文件共享区的后端存储基础设施,并且使用微软的集群共享卷(CSV)文件系统的新版本CSV
2.0,潜在的数据中心设计变得更加令人关注了。这种架构名为横向扩展文件服务器(SOFS),适合服务器的应用程序工作负载(SQL
Server和Hyper-V),但不适合一般的文档文件共享(传统的文件共享区集群角色应该适合这种共享)。在这种场景下,每个文件共享区主机可以访问同一后端数据,并将该数据提供给Hyper-V节点。如果一个文件共享区主机出现了故障,它就会以透明的方式,故障切换至另一个文件共享区主机。

6):够存储有关用户可能想记录的文件的自定义元数据,如操作系统版本或应用的修补程序;

你可以在Hyper-V管理器的状态栏看到快照的进展。快照的处理时间取决于VM总体可用I/O以及IOPS即每秒进行读写(I/O)操作的次数。快照完成时会有提示。

CHKDSK在Windows Server
2012服务器中已得到了改进,它将耗费大量时间的磁盘分析操作从修复阶段中分离出来,使分析阶段能够在磁盘正常工作的时候运行。这意味着,CHKDSK现在可以检查并修复大容量卷,而停机时间极短(只有几分钟,而非几小时)。不过在SOFS中,快速修复阶段可以由一个节点来执行,而其他节点仍可以访问该卷。结果就是,磁盘检查期间停机时间为零。

7):高效地表示数据也称为“剪裁”),使文件大小更小并且允许基础物理存储设备回收未使用的空间。剪裁需要直接连接到虚拟机或SCSI磁盘的物理磁盘以及与剪裁兼容的硬件。)

移除和删除Hyper-V快照

既然我们讨论Windows Server
2012中Hyper-V的存储方面,免不了要提到存储空间(Storage
Spaces),这项特性让你可以使用大众化的硬件服务器和存储设备,构建“类似SAN”的可扩展存储环境,又有内置的数据保护机制。虽然存储空间并不取代高端SAN,但是在许多场景下(包括在中小企业和大企业环境),这种类型的存储卓有成效。实现高可用性Hyper-V存储的另一个选择就是内置支持共享式SAS底座,每个主机里面的RAID控制器可以同步其信息。这项技术名为集群PCI
RAID。

二:虚拟硬盘类型:

使用Hyper-V旧版本合并快照的话,你需要关闭虚拟机,删除快照,然后等待.AVDH文件合并进程完成。如果你是几天前拍的快照或是虚拟机正运行高事务应用程序,.AVDH文件会增长特别大。

高速文件共享方面的最后一部分是SMB
Direct,具有远程直接内存访问(RDMA)功能的网卡可提供异常出色的存储访问性能。Hyper-V里面的种种改进都帮助提高了性能级别,比如虚拟机里面每16个虚拟处理器有一条输入/输出通道(Windows
Server 2008
R2只为整个虚拟机提供一条输入/输出通道),每只SCSI磁盘有一个输入/输出队列(Windows
Server 2008
R2局限于每个控制器有一个队列),以及跨虚拟处理器实现输入/输出中断的动态扩展,而不是像之前版本中那样只使用一个。微软演示了单个虚拟机可以达到每秒100万次输入/输出操作。

WindowsServer2012主要提供四种虚拟硬盘类型:“固定大小”、“动态扩展”、“差分磁盘”、直通硬盘。

合并进程将变化写入虚拟机的主虚拟磁盘,会花费几分钟到几小时的时间。在这个进程开始之前,要关闭应用程序。

卷影复制服务(VSS)同样得到了改进,因而有可能从远程共享区备份状态一致的数据源,就像你用Windows
Server 2008 R2里面的本地存储来备份那样。

固定大小:这种类型的磁盘可提供更好的性能,建议用于运行具有高级磁盘活动的应用程序的服务器。最初创建的虚拟吗硬盘文件使用虚拟硬盘的大小,并且当删除或添加数据时不会发生更改。

因为快照将系统返回到前一个版本的VM,这个是一个很有用的紧急救助选项。然而,这些合并操作经常造成故障,浪费的时间比一个糟糕的补丁或更新还要长。但是,如果你的时间安全正确,传统的快照还是比较有效益的。管理员通常需要在非高峰时间(白天较晚或者早上较早的时候)制定快照合并操作,以避免服务中断。

CSV:另一种文件系统?

动态扩展:这种类型的磁盘可更好地利用物理存储空间,建议用于不含有密集使用磁盘的应用程序的服务器。虚拟硬盘在最初创建时很小,但随着向其中添加数据会逐渐变大。