Windows Server 2016 Virtualization Hyper-V 巢狀虛擬化虛擬化雲端

實作Hyper-V巢狀虛擬化　測試研發效率大提升

2017-03-01

王偉任

最新的Windows Server 2016雲端作業系統所建構的Hyper-V虛擬化平台，已經能夠原生內建支援巢狀式虛擬化運作的機制，善用這個機制，管理人員只要利用少量的實體伺服器，就能夠建構出複雜的測試研發環境。

‧ 作業系統的部分，必須採用Windows 10年度更新版（Enterprise、Professional、Education）或Windows Server 2016（Standard、Datacenter）等版本。

VM虛擬主機（Guest Hypervisor）

‧ 必須採用「第2世代」以及新版「8.0」的VM虛擬主機格式。

‧ 作業系統的部分，必須採用Windows 10年度更新版（Enterprise、Professional、Education）或Windows Server 2016 （Standard、Datacenter）等版本。

‧ 必須「啟用」vCPU虛擬處理器的虛擬化擴充功能，才能夠順利接收由底層Hyper-V虛擬化平台所傳遞的硬體輔助虛擬化技術。

‧ 建議「停用」動態記憶體功能。雖然，啟用動態記憶體功能仍然不影響VM虛擬主機的運作，但倘若嘗試調整記憶體空間大小時（也就是執行Runtime Memory Resize的動作），將會發生失敗的情況。

‧ 必須「啟用」MAC Address Spoofing機制，或建立具備NAT功能的vSwitch虛擬網路交換器，否則屆時建立的Nested VM虛擬主機，將會發生無法與實體網路環境連通或連線至網際網路的情況。

上述Hyper-V巢狀式虛擬化的運作環境需求僅為大方向的重點規劃要項，下列將針對Hyper-V實體伺服器在CPU處理器及記憶體方面的選擇及規劃給予建議。

CPU處理器的選擇

事實上，從Windows Server 2008 R2作業系統版本開始，Windows Server便僅提供64位元的作業系統版本，當然Windows Server 2012和2012 R2以及新世代的雲端作業系統Windows Server 2016也不例外。

因此，在選擇原生64位元的CPU處理器時，請選擇具備更多「定址空間」及具備大容量「L2/L3快取」空間的CPU處理器，甚至較新世代的處理器如Intel Haswell、Broadwell更支援L4快取，當擔任Hyper-V角色的硬體伺服器配置這樣的CPU處理器時，將能夠讓Hyper-V伺服器擁有更強大的運算資源。

至於，在選擇CPU處理器時，應該選擇追求「高時脈」以得到高效能的運算速度，或者是著重在選擇「多核心」以達到平行運算，則應該視屆時運作於Hyper-V虛擬化平台上VM虛擬主機當中的工作負載類型而定。

舉例來說，倘若VM虛擬主機當中的應用程式是屬於「單線程」（Single-Thread）類型，那麼便應該選擇採用「高時脈」類型的CPU處理器，倘若VM虛擬主機當中的應用程式是屬於「多線程」（Multi-Thread）類型，則應該選擇採用「多核心」類型的CPU處理器，如此一來才能夠讓VM虛擬主機當中的工作負載得到最佳化的運算效能。

此外，在選擇CPU處理器硬體輔助虛擬化技術時，目前主流的CPU處理器皆已經支援第一代硬體輔助虛擬化技術（例如Intel VT-x或AMD-V），以及第二代硬體輔助虛擬化技術或稱第二層位址轉譯SLAT（例如Intel EPT或AMD NPT），以便降低因為虛擬化技術所造成的硬體資源耗損。

Memory記憶體的選擇

在建構Hyper-V虛擬化平台的硬體伺服器上，針對實體記憶體的部分當然是越多越好。因為，當實體伺服器記憶體空間不足時，便會迫使Windows Server透過硬碟空間產生「分頁檔案」，以便嘗試度過記憶體空間不敷使用的情況，此時將會直接影響並降低實體伺服器的運作效能。

倘若，因為IT預算的關係在短期之內真的無法購足實體記憶體時，則會建議應該依照如下準則來優化分頁檔案的運作效率：

‧ 將分頁檔案產生在實體隔離的硬碟環境，也就是不要跟作業系統或應用程式共用同一個硬碟空間。

‧ 雖然將分頁檔案建立在具備容錯機制的硬碟空間中（例如RAID1），可能會導致更慢的儲存I/O效能，但是倘若將分頁檔案存放於「未」具備容錯機制的硬碟空間時，雖然會獲得較快的儲存I/O效能，然而一旦該硬碟發生災難事件時可能會導致「系統崩潰」的情況發生。

‧ 請保持分頁檔案隔離原則，不要將「多個」分頁檔案同時建立在同一個硬碟內。

此外，應該要選擇支援NUMA架構的實體伺服器，以避免CPU處理器與記憶體之間的資料存取行為，因為匯流排頻寬不足的問題而產生存取瓶頸。

值得注意的是，當採用支援NUMA架構的實體伺服器時，要注意實體記憶體空間必須平均分配到不同的NUMA節點，以避免CPU處理器仍須跨越NUMA節點進行記憶體空間的存取。

了解上述Hyper-V伺服器在CPU處理器和記憶體的選擇規劃，以及實作Hyper-V巢狀式虛擬化的運作環境需求及限制等準則之後，接著便可以開始實作Nested VM巢狀式虛擬化運作環境。

Guest Hypervisor安裝Hyper-V角色

首先，在實體伺服器所建構的Hyper-V虛擬化平台中，建立擔任Guest Hypervisor角色名稱為「WS2016-Outer」的VM虛擬主機，同時採用第2世代以及新版8.0的VM虛擬主機格式，在客體作業系統的部分則是採用Windows Server 2016 DataCenter版本，如圖4所示。