新一代Windows Server的Hyper-V技術成關注焦點

對微軟Windows來說，2012是非常重要的一年。隨著智慧型手機與平板電腦應用的大幅成長，逐漸進逼到傳統以Windows作為作業系統平臺的x86架構個人電腦。雖然Windows 7一上市之後大獲好評，這幾年來開始陸續有許多用戶開始升級，但仍有不小比例的用戶仍在使用11年前發表的Windows XP，所有人都在關注Windows 7的下一版Windows 8能否大幅扭轉局勢，微軟所要面對的競爭對手，不只是軟硬體整合度更高的行動裝置平臺，也包括自己的舊系統，這場仗打起來格外艱辛。

在伺服器端方面，Windows Server 2003在2010年7月已經不再提供主流支援，現在大部分用戶都逐漸升級到Windows Server 2008，不過面對伺服器虛擬化平臺廠商VMware的進逼，微軟雖然也在產品內建相關功能，並持續改良，但在產品技術的成熟度與市場佔有率一直居於落後的局面。

微軟先是在Windows Server 2008推出後半年內，即推出他們的Hypervisor：Hyper-V（1.0），可建置內建在作業系統的角色或單獨架設Hyper-V Server 2008，並搭配System Center Virtual Machine Manager 2008作為主要管理平臺，可涵蓋以VMware伺服器虛擬化平臺的環境，加以整合管理。

該公司隨後於2009年所推出的Windows Server 2008 R2，也更新了Hyper-V（2.0），其中最重要的新功能是，終於支援了線上遷移（Live Migration）的功能──虛擬機器在不停機的情況下，即可遷移到其他實體伺服器，並提升處理器與網路方面的支援。System Center Virtual Machine Manager 2008也推出R2，不只是支援Live Migration，更重要的是，能基於這樣的功能搭配System Center Operations Manager，做到VM自動化移轉，這功能叫做Performance and Resource Optimization（PRO），與VMware Distributed Resource Scheduler（DRS）匹敵。

但這幾年來，VMware也沒有停下腳步。2009年推出vSphere 4、2011年vSphere 5上市，他們仍持續擴充伺服器虛擬化的技術規格，以及相關應用功能的整合。到了2012年，隨著微軟即將推出新一代Windows Server，當中的伺服器虛擬化平臺Hyper-V技術發展程度，以及與vSphere 5之間的差距是否縮小、甚至能超越，也備受關切。

伺服器虛擬化平臺發展得更成熟

在雲端運算環境大行其道的此刻，企業投入私有雲的建置需要基礎的系統來架設，而微軟一直期望能攻佔這部份的運用，因此在伺服器虛擬化技術上急起直追，到Windows Server 2012時，所提供的Hyper-V，可望突破以往的限制。同時，他們也想針對雲端的多租戶（multi-tenant）環境，才能進一步滿足私有雲共用服務與公有雲服務需求，因此微軟對Windows Server 2012與Hyper-V的發展，也著眼於此。

大幅提升虛擬機器的延展性

首先在伺服器虛擬化的規格方面，微軟在Windows Server 2012上的Hyper-V（3.0）企圖超越VMware vSphere，每臺虛擬機器所能配置的虛擬處理器最多到64顆，而記憶體可配置1TB，足足是Windows Server 2008 R2時期（64GB）的16倍，而且，這已經是比許多實體x86伺服器都還要高的規格。

以搭配Intel Xeon E5-2600系列處理器的2路伺服器來說，若啟用Hyper-Threading機制，整臺核心數可達32顆，記憶體最大到768GB。

若4路伺服器搭配的是8核心以上Xeon E7-4800系列處理器（並開啟Hyper-Threading），或16核心的AMD Opteron 6200系列處理器，才有機會相當或超過Hyper-V單臺虛擬機器的處理器與記憶體上限。

跟VMware vSphere相比又如何？以他們的Hypervisor──ESXi 5.0來說，目前單臺虛擬機器最多可配置32顆虛擬處理器，以及1TB記憶體。在VM的處理器資源的配置，最新版Hyper-V終於首次勝出，而記憶體方面雙方平手。

就整臺實體伺服器來說，上一版Hyper-V可支援的邏輯處理器數量只有64顆，而vSphere 5最多可達160顆，相當可觀，不過最新版Hyper-V更勝一籌，高達320顆；而在整臺伺服器可允許的虛擬處理器總數上，Hyper-V 2.0可允許512顆，vSphere 5和Hyper-V 3.0都是2048顆。記憶體容量方面的配置，Hyper-V 2.0可支援1TB，vSphere 5是2TB，Hyper-V 3.0則有4TB。至於單臺主機能負荷的虛擬機器數量上，Hyper-V 2.0可允許384臺，vSphere 5是512臺，Hyper-V 3.0是1024臺。

從這些規格大幅度的領先，可以看出微軟對於伺服器虛擬化平臺延展性的提升，表現出勢在必得的決心。VMware也不甘示弱，最近在他們網站上設了一個專區（Get the Facts, Not the Microsoft Hyper-bole），表達vSphere領先Hyper-V之處。此外，有傳言指出VMware在8月舉辦的VMworld大會上，可能會推出vSphere 5.1，到時候相關技術規格可能會更新。

增加新的虛擬磁碟格式VHDX與支援大磁區存放

在Hyper-V伺服器虛擬化環境中，除了上述VM的兩種即時移轉，Windows Server 2012有些特色是針對虛擬磁碟的儲存方式，例如新增了VHDX格式，虛擬磁碟可儲存到16 TB（原本的VHD格式最大只能儲存到2 TB）；VHDX也透過本身的中繼資料結構，去記錄異動的部份，因此可因應不正常關機所導致的資料損毀狀況，以及記錄作業系統版本或套用的修補程式資訊。

同時，VHDX也支援4KB大小的邏輯磁區（disk sectors）。過去，一般應用系統對於磁區設置的認定多為512 bytes（例如VHD的驅動程式），但未來會有越來越多以4096 bytes（4KB）作為實體磁區大小的新硬碟（像是採用AF先進格式化的硬碟），現在Hyper-V可在這種採用大型磁區格式的磁碟上，使用虛擬磁碟，以Read-Modify-Write（RMW）的演算法來轉換實體磁碟與VHD層的資料存取，並且對於那些專為4KB儲存環境所設計的應用程式，也能以原生支援的方式，增進存取效能。

不需搭配儲存設備，即可做到線上遷移

Live Migration（即時移轉）的功能是Windows Server 2008 R2時期開始提供的，它能讓虛擬機器在本身不停機的情況下，能遷移到另一臺啟用Hyper-V虛擬化功能的實體Windows伺服器上，類似這樣的功能，在VMware的伺服器虛擬化平臺上稱為vMotion，在2003年時已經推出。

但Hyper-V的VM即時轉移先前必須搭配Failover Clustering（容錯移轉叢集）的功能，並建立叢集、將Windows伺服器與共用的FC SAN或iSCSI SAN儲存設備加入其中，並設定叢集共用磁碟區（Cluster Shared Volume，CSV），才能夠做到，而且一次只能即時移轉一臺VM。到了Windows Server 2012，即時移轉可以在非叢集的環境下順利進行，而且能同時讓多個虛擬機器執行即時移轉作業（在相同的容錯移轉叢集），並運用到更高的網路頻寬（如10GbE）。

要做到這樣的即時移轉，VM可存放在網路共享資料夾，或是伺服器本機的磁碟儲存，而不需要額外架設FC SAN或iSCSI SAN，以供VM存放，這在實務上增加了不少彈性。

值得一提的是，上述的網路共享資料夾是存放在Windows Server 2012所架設的檔案伺服器，關鍵在於它支援SMB（Server Message Block）協定的最新版，也就是SMB 3。Hyper-V虛擬機器相關檔案，如設定檔、虛擬硬碟檔和快照檔，可以存放在使用SMB 3協定的檔案伺服器，並且同時支援叢集與非叢集的Hyper-V系統。SMB讓你能跨虛擬化環境去使用檔案儲存資源，將資料直接放在由Windows Server架設的檔案伺服器，而不需仰賴昂貴的SAN儲存設備。

至於另一種靠本機磁碟就可做到VM即時移轉的作法，也有人稱之為Shared Nothing Live Migration，要即時移轉虛擬機器的實體伺服器也有一些條件限制，例如必須都隸屬於同網域內，而且伺服器所用的處理器都必須是同間廠商製造的（例如都是Intel Xeon或AMD Opteron）。

不需搭配特定型態儲存設備，也能為伺服器虛擬化環境做到異地備援

在災難備援機制的搭配上，VMware ESX/vSphere有Site Recovery Manager（SRM），現在微軟在Windows Server 2012上，終於也推出類似功能，稱為Hyper-V Replica（HVR），它能在主要機房與備援機房的架構下，為Hyper-V虛擬機器，為兩端（site-to-site）提供非同步、可定期執行的遠端複製功能，可橫跨不同的儲存系統、叢集與資料中心。而且HDR是免費內建在Hyper-V上，不像VMware SRM需要額外購買。

HDR可在一般IP網路上運作，能用在區域網路環境或連線速度有限的廣域網路環境，而且能運用在不同型態的儲存系統上。同時，它也不需要搭配共享儲存設備或昂貴的磁碟陣列設備。

架構上，它能提供基於主機層次的資料複製，能夠在主要伺服器（Primary Server/Site）遭遇災難等緊急狀況時，讓備援的伺服器（Replica Server/Site）接手運作，提供容錯機制（failover），使應用系統不停擺。

HDR執行時，備援的伺服器是從虛擬機器的角度去做，裡面的應用系統並不會察覺（workload-agnostic）。此外，儲放虛擬機器的位置可以是SAN、DAS或SMB檔案伺服器，不必採用特定的架構（storage-agnostic），而且能同時適用叢集與非叢集的環境，因此甚至能做到將一臺共享叢集中的主機資料，複製到遠端另一臺獨立的主機。同時，這樣的機制，還可以和Live Migration、Live Storage Migration搭配。

而這兩臺伺服器的網路連線，主要是透過HTTP或HTTPS協定，並且身分驗證方式上，支援Kerberos（HTTP）和數位憑證（HTTPS）。其中，數位憑證的驗證會將透過網路傳送資料加密。

VM的儲存系統也能線上即時移轉

在Windows Server 2008 R2時，Hyper-V虛擬機器所存放的儲存設備若要搬移，必須要先讓虛擬機器關機才能進行，而Windows Server這次改版，也幫Hyper-V首次突破了這項限制，當使用者可在虛擬機器正常運作的狀態下，去搬移它所連接的虛擬磁碟，這稱為儲存即時移轉（Live Storage Migration）。VMware vSphere也有類似的功能，增為Storage vMotion，在2006年時推出。

有了這項機制，IT人員可以獲得更多管理上的彈性，不需讓虛擬機器停機，即可對儲存設備進行升級、搬移、維護或調整負載的作業。而這對雲端環境的管理是相當重要的功能。

而且，儲存即時移轉也提供三種作法，第一種是將虛擬機器的所有資料（VHD/VHDX的虛擬磁碟檔和組態檔），全部搬移到另一個目標位置，第二種是將虛擬機器的所有資料，分別依管理者所指定的位置，搬移到不同的地方，第三種是只搬移虛擬磁碟。

在實際的操作上也很簡易，儲存即時移轉和虛擬機器的即時移轉與都是整合在Hyper-V管理員裡面──在每臺虛擬機器上的設定上，可以執行「移動」功能，選擇其中的「移動虛擬機器的儲存裝置」，就可以看到上述三種作法。

大幅提升儲存與檔案管理相關技術

針對整臺伺服器的資料儲存與存取網路儲存設備方式，Windows Server 2012也有許多機制可應用，例如針對Hyper-V虛擬化環境，有新的VHDX虛擬磁碟格式、虛擬光纖通道介面卡（Virtual Fibre Channel），以及卸載式資料傳輸（Offloaded Data Transfer，ODX）；在儲存技術應用上相當熱門的重複資料刪除，微軟也開發新的作法，並直接內建在Windows Server 2012上；同時，SMB 3的推出，也讓Windows檔案伺服器的應用方式變得更多元，足以承載Hyper-V和SQL Server等系統的搭配。

提供虛擬光纖通道介面卡，增加Hyper-V環境的儲存處理能力

Windows Server 2012的Hyper-V有了虛擬光纖通道介面卡，虛擬機器就可以直接連上那些SAN儲存設備上的LUN，並整合到SAN上，如此一來，除了可將那些必須存取光纖通道儲存設備的應用系統加以虛擬化，也能在Hyper-V虛擬機器叢集架構上，去運用光纖通道（fiber channel-based Hyper-V Guest Clusters）。這方面的功能在VMware vSphere也有，但微軟在先前Windows Server 2008 R2上是缺乏的。

值得一提的是，假如要用虛擬光纖通道，Hyper-V虛擬機器所使用的作業系統，必須是Windows Server 2008、2008 R2或2012，而且每臺虛擬機器最多只能配置4個光纖通道介面卡。虛擬機器以這種方式存取SAN環境上，也要採用全域名（World Wide Name，WWN）的方式進行。

要實作出這些，HBA卡的驅動程式需要支援虛擬光纖通道，目前Brocade、Emulex和QLogic有些HBA卡可以支援這項機制，或已將驅動程式更新。因為這是透過虛擬機器上的HBA埠來達到連接埠虛擬化的效果，也就是NPIV（N_Port ID Virtualization）標準，將多個虛擬N_Port ID對應到單一的實體光纖通道的N_port，而且每次當你啟動一個設定了虛擬HBA卡的虛擬機器，新的NPIV埠就會產生出來。

當虛擬機器以這種方式存取光纖通道的儲存設備，也可以應用多路徑I/O（Multipath I/O，MPIO）來確保連線，例如在一臺虛擬機器設定多個虛擬光纖通道介面卡，並設定獨立的MPIO，讓虛擬機器可連接到LUN上；或是從實體的部份下手，在Hyper-V伺服器上直接安裝多個光纖通道連接埠，來提供高可用性的儲存連線。

單臺Hyper-V伺服器安裝多個光纖通道埠，也可以用來存取多個SAN，進而形成虛擬的SAN，而虛擬機器上所用的虛擬光纖通道介面卡，也可以和這些虛擬SAN建立關聯（一張卡對一個SAN），而且每張卡能用一個或兩個全球名稱，以便應用在虛擬機器的即時移轉。

新增卸載式資料傳輸的機制，大幅加快伺服器之間資料複製速度

在不同儲存設備之間，要複製大量資料起來往往相當花時間，因此大家都想如何才能更快完成，而Windows Server 2012（Hyper-V）新增的功能中，有一項就是與此有關的，稱為卸載式資料傳輸（ODX），Hyper-V可以利用硬體設備和虛擬儲存的堆疊，在那些需要複製大量資料虛擬磁碟之間，能執行特定的內部作業，以加快複製速度、提升儲存設備利用的效率。

ODX算是一種硬體設備（高階磁碟陣列）上的特色，能讓大量資料從一個地方複製到另一個地方，其中也使用了Token的方式，以便在這些設備之間執行資料讀取、寫入的作業。在這樣的架構下，會在來源伺服器與目的伺服器之間複製一個小Token，而不是透過主機來處理資料傳送的路徑。因此當我們要將虛擬機器在支援ODX的磁碟陣列之間移轉時，只需要複製Token（代表虛擬機器的檔案），而不需要檔案裡面的底層資料，同時也可以適用於非虛擬化的環境。

微軟聲稱，若原本建立一個10 GB的固定大小VHD虛擬磁碟需要3分鐘，若有ODX，同樣的動作不到一秒就可以完成。ODX還可以輔助包括動態VHD磁碟的擴充、VHD合併與即時移轉，以及在伺服器之間搬移大型檔案（如資料庫或視訊檔）。

要應用這樣的功能，儲存設備必須以實體磁碟或虛擬SCSI磁碟裝置的方式，掛載在虛擬機器上，若硬碟是直接連接或採用VHDX格式的虛擬磁碟，可做到最佳化。從微軟公布的文件來看，若是VHD或VHDX磁碟掛載在虛擬IDE控制器上，會沒辦法支援ODX。

目前會有那些儲存設備的廠商支援ODX？5月時，SCSI商業協會（STA）舉辦的Technology Showcase大會上，微軟與Dell、HP、IBM和NetApp聯合展示了支援ODX的磁碟陣列設備，EMC也在6月宣布支援Windows Server 2012的SMB與ODX。

免費內建重複資料刪除功能

在抑制資料成長的機制上，Windows Server過去有NTFS壓縮（NTFS Compression）和單一實例儲存（Single Instance Storage，SIS），而Windows Server 2012現在也新增了重複資料刪除（Data Deduplication）。微軟認為這項功能，可以比上述兩種技術做到更好的空間節省效果，來因應企業裡面日益成長的資料儲存空間需求。

而它所用的方式是可變式容量的資料區塊（sub-file variable size chunking，大約是32到128 KB）與壓縮，針對一般檔案伺服器的儲存，微軟表示可以做到2比1的縮減，若是虛擬化應用型態的資料，甚至可以達到20比1。

在適用的環境上，它可以同時運作在大型volume上，不會影響到伺服器上其他的作業程序，因為重複資料刪除功能執行上，可以控制處理器與記憶體資源的耗用量，管理者也可以預先設定執行的時間與套用該功能的檔案範圍。而在資料完整性上，Windows Server 2012會透過資料的同位元檢查碼、一致性和身分來驗證，而且重複資料刪除功能會備份所有中繼資料和最常參考的資料，在資料毀壞時能藉此修復。

重複資料刪除除了能節省磁碟空間之餘，也可以搭配Windows Server的BranchCache網路快取機制，透過重複資料刪除的區塊處理技術，只更新檔案內容異動的部份，加速總公司與分公司之間透過廣域網路傳送檔案的速度，進而節省網路頻寬耗用。

這功能在操作上也相當簡易，我們可以利用Windows Server 2012的伺服器管理員或Windows PowerShell的cmdlet來操作。

採用SMB 3協定提升檔案伺服器的性能與應用

在檔案伺服器的功能上，Windows Server 2012開始支援第三版SMB的網路檔案分享協定，SMB 3的主要訴求是提升Windows伺服器在檔案分享的效能、可靠度與管理便利性，看得出來與光纖通道儲存設備一較高下的企圖。

例如SMB Direct（SMB 3.0 over RDMA），就是利用支援各種RDMA（Remote Direct Memory Access）機制的網路卡，來提供全速、低延遲的網路傳輸，並且只會用到一點點的伺服器端的處理器資源，這些RDMA技術的實作，包括iWARP、Infiniband和RoCE（RDMA over Converged Ethernet）。微軟表示，若搭配這樣的網路卡，Hyper-V伺服器存取檔案伺服器上的虛擬機器檔案，就像在本機存取一樣快。

若能做到這樣的效果，Windows Server 2012等於替軟體式檔案伺服器的應用，打開新的局面，因為搭配支援iWARP、Infiniband和RoCE的高速網路卡，就能達到和光纖通道儲存設備同樣的效果，而且成本較低。此外，這樣的架構也能用在資料中心環境的聚合式網路中，在建置和管理上變得更容易。

另一個比較特別的部分是SMB Transparent Failover，它可以讓叢集環境中的檔案伺服器，不會因為其中一個節點的軟硬體故障，而讓使用者端無法存取檔案伺服器──SMB服務的個人端可以重新連接到另一個叢集中的節點，並且資料儲存到遠端伺服器的過程不會因此被中斷。這樣的功能需要搭配Windows Server 2012的容錯移轉叢集，應用程式端的伺服器與檔案伺服器都要安裝。

重新設計部分功能的操作介面，企圖提升管理便利性

第一次進入Windows Server 2012的桌面，很多人可能會很手足無措，因為映入眼中的畫面是Metro Style的使用環境，你找不到從Windows NT時代就沿用至今的開始選單，甚至可能不知道從哪裡關機，等到你點選了名為桌面的應用程式磚或按下Windows鍵，才出現比較熟悉的Windows 7風格的桌面，但還是看不到開始選單。

原來，關鍵在於我們要用滑鼠移到桌面最右上角或最右下角，才會出現新型態的側邊工具列（Charm Bar），所有原本Windows環境的基本設定選單與項目，都可以在這裡找到。

新系統操作上的另一個關鍵特色，在於微軟提供了一個更實用的伺服器管理員，超出我們的預期。就像SQL Server的Management Studio，它可以不只可以管理本機伺服器，還可以一次集中管理多臺位於遠端的Windows伺服器，這裡主要是應用了一些微軟原本就有的系統管理技術，例如WMI（Windows Management Instrumentation）、PowerShell和DCOM（Distributed Component Object Model）。

以前你若要遠端管理Windows伺服器，只能走到每一臺伺服器前面操作，或者透過遠端桌面連線，而且一次只能處理一臺，現在可以用伺服器管理員，去整合管理多臺Windows伺服器的日常作業。雖然它的功能不像System Center系列產品那麼強大，但系統內建的這套機制，已經比過去乏人問津的狀況好得太多。

在自動化管理上，管理者可透過Windows PowerShell去執行，一般而言它是架構在.NET Framework和CLR（Common Language Runtime）上，而Windows Server 2012整合的是最新版的PowerShell（3.0），它是架構在Windows Management Framework 3.0上，這個框架提供了新的WMI資料提供者模型，減少對COM的依賴，以及新的API，以便對CIM模型（Common Information Model）能執行標準存取，同時也能用原生程式碼的方式撰寫PowerShell cmd-let程式。

整體而言，Windows Server 2012增加的功能很多，IT人員所要面對的，並不只是使用介面與操作習慣的改變能否接受的議題。我們認為微軟在這一版的設計上，更認知到本身系統上原有的功能與特色，在當前IT基礎架構下能夠發揮的部分，並以此發展，因此針對伺服器虛擬化、儲存系統與檔案伺服器等領域的應用，都有相當大的改進，而且設計上看起來都相當務實，有許多功能都是裝上去之後立即可用，例如重複資料刪除，但部分功能的改變，可能需要參考一些文件和教學，才有辦法上手，這也在日常使用上帶來了新的挑戰與機會。

再加上這幾年以來，微軟在Exchange Server、SQL Server的改版，不斷提升系統的高可用性功能，以及本身持續發展雲端服務，例如Windows Azure、Office 365，再對照Windows Server 2012的功能變化，看得出來他們已經逐漸在產品裡面融合了這些方面的實務經驗，並用「軟體」的方式去做到很多事情，是原本必須額外建置專屬硬體設備才能擁有的成效。

但Windows Server有了這麼多功能，關鍵仍在於使用端的IT人員能否充分了解，以及懂得運用在實務環境上，這些價值才能發揮出來。

[圖表]Windows Server 2012的4大安裝模式與可使用的應用程式項目 (點此看圖)

可立即使用在本機磁碟的重複資料刪除

在伺服器管理員的新增／移除角色及功能中，我們可以勾選刪除重複資料，即可安裝相關功能。之後，在伺服器管理員的檔案存放服務下的磁碟區，我們能對指定磁碟設定重複資料刪除。

相關報導請參考「Windows Server 2012：微軟的大逆襲」