Execução do SQL Server 2008 em um ambiente Hyper-V

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1 Execução do SQL Server 2008 em um ambiente Hyper-V Práticas recomendadas e considerações de desempenho. Artigo técnico sobre o SQL Server Escritores: Lindsey Allen, Mike Ruthruff, Prem Mehra Revisores Técnicos: Cindy Gross, Burzin Petal, Denny Lee, Michael Thomassy, Sanjay Mishra, Savitha Padmanabhan, Tony Voellm, Bob Ward Publicado em: outubro de 2008 Aplica-se a: SQL Server 2008 Resumo: A Hyper-V no Windows Server 2008 é uma poderosa tecnologia de virtualização que pode ser usada pela TI corporativa para consolidar serviços subutilizados, reduzindo o custo total de propriedade e mantendo ou melhorando a Qualidade de Serviço. Por meio de uma série de cenários de teste que representam os conceitos básicos do aplicativo SQL Server, este documento oferece as recomendações de práticas recomendadas para a execução do SQL Server em um ambiente Windows Hyper-V.

2 Direitos Autorais As informações contidas neste documento representam a visão atual da Microsoft Corporation em relação às questões discutidas na data de publicação. Como a Microsoft deve refletir as condições instáveis do mercado, ele não deve ser interpretado como um compromisso por parte da Microsoft, e a Microsoft não pode garantir a veracidade de quaisquer informações apresentadas após a data da publicação. Este informe oficial serve apenas para fins informativos. A MICROSOFT NÃO CONCEDE GARANTIAS EXPRESSAS, IMPLÍCITAS OU LEGAIS NO QUE DIZ RESPEITO ÀS INFORMAÇÕES NESTE DOCUMENTO. Obedecer às leis de copyright aplicáveis é responsabilidade do usuário. Sem limitar os direitos de copyright, nenhuma parte deste documento pode ser reproduzida, armazenada ou introduzida em um sistema de recuperação ou transmitida de qualquer forma ou por qualquer meio (eletrônico, mecânico, de fotocópia, de gravação ou qualquer outro), ou para qualquer fim, sem a permissão expressa, por escrito, da Microsoft Corporation. A Microsoft pode ter patentes ou requisições para obtenção de patente, marcas comerciais, direitos autorais ou outros direitos de propriedade intelectual que abrangem o conteúdo deste documento. A posse deste documento não lhe confere nenhum direito sobre essas patentes, marcas comerciais, direitos autorais ou outros direitos de propriedade intelectual, salvo aqueles expressamente mencionados em um contrato de licença, por escrito, da Microsoft. As empresas, as organizações, os produtos, os nomes de domínio, os endereços de , os logotipos, as pessoas, os locais e os eventos de exemplo aqui mencionados são fictícios, salvo indicação em contrário. Nenhuma associação com qualquer empresa, organização, produto, nome de domínio, endereço de , logotipo, pessoa, local ou evento real é intencional ou deve ser inferida Microsoft Corporation. Todos os direitos reservados. Microsoft, Hyper-V, SQL Server, Windows, e Windows Server são marcas comerciais do grupo de empresas Microsoft. Todas as outras marcas são de propriedade de seus respectivos detentores.

3 Conteúdo Introdução... 4 Instalação e definição das configurações Hyper-V... 4 Lista de verificação de pré-instalação e considerações de Hyper-V... 4 Recomendações de configuração de armazenamento... 5 Metodologia de teste e cargas de trabalho... 6 Cargas de trabalho de teste... 6 Monitoração do SQL Server em configurações Hyper-V... 8 Recomendações, observações e resultados de testes...11 Sobrecarga de desempenho durante a execução do SQL Server no Hyper-V...11 Sobrecarga de E/S de discos de passagem - SQLIO...11 Sobrecarga de desempenho da máquina virtual: carga de trabalho OLTP...13 Comparação de desempenho de consulta de relatório...17 Operações de banco de dados...18 Cenários de consolidação SQL Server usando Hyper-V...22 Comparação de configurações de armazenamento em um ambiente de consolidação...23 Escalabilidade da Instância Virtual...25 Desempenho da Instância Virtual com recursos de CPU altamente comprometidos...27 Comparação de opções de consolidação...28 Conclusão...29 Observações:...29 Recomendações:...30 Para obter mais informações...31 Apêndice 1: Arquitetura Hyper-V...32 Apêndice 2 Requisitos de hardware...35 Memória...35 Processadores...36 Rede...36 Armazenamento...36 Apêndice 3 Configuração de hardware...38

4 Introdução Com base na tecnologia de hipervisor, o recurso de virtualização Hyper-V do sistema operacional Windows Server 2008 é uma fina camada de software entre o hardware e o sistema operacional que permite que diversos sistemas operacionais sejam executados, sem modificação em um computador host ao mesmo tempo. A Hyper-V é uma poderosa tecnologia de virtualização que pode ser usada pela TI corporativa para consolidar serviços subutilizados, reduzindo o custo total de propriedade e mantendo ou melhorando a qualidade de serviço (QoS). A Hyper-V oferece mais tipos de desenvolvimento em potencial e de ambiente de teste que, do contrário, poderiam ser restringidos pela disponibilidade de hardware. Já é difícil normalmente estabelecer o tamanho correto do hardware para consolidar as cargas de trabalho e oferecer espaço para crescimento. A adição da virtualização aumenta a capacidade potencial de planejar os desafios. O objetivo deste documento é ajudar a abordar essas questões concentrando-se em duas áreas-chave da execução do Microsoft SQL Server em um ambiente Hyper-V: A sobrecarga do sistema imposta pela execução do SQL Server em um ambiente Hyper-V Qual o nível de escalabilidade do Hyper-V executando o SQL Server 2008 Este white paper descreve uma série de configurações de teste executadas, que representaram uma variedade de possíveis cenários envolvendo a execução do SQL Server no Hyper-V. O documento aborda nosso resultado e nossas observações e também apresenta nossas recomendações. Os resultados dos testes mostraram que o SQL Server 2008 no Hyper-V oferece um desempenho e uma escalabilidade estáveis. Acreditamos que o Windows Server 2008 Hyper- V é uma plataforma sólida para o SQL Server 2008 e para a carga de trabalho apropriada. É prático executar cargas de trabalho de produção em um ambiente Hyper-V, contanto que a carga de trabalho esteja dentro da capacidade de nossa máquina virtual Hyper-V convidada. Instalação e definição das configurações Hyper-V Esta ação contém uma lista de verificação simplificada de instalação do Hyper-V. Para obter mais informações sobre o Hyper-V, consulte a lista de white papers adicionais ao final deste white paper e do Apêndice 3, nos quais descrevemos o hardware que usamos para o teste. Lista de verificação de pré-instalação e considerações de Hyper-V Use um processador de servidor que ofereça suporte para virtualização assistida por hardware. Há duas escolhas: o Inter VT o AMD virtualization (AMD-V)

5 Assegura que a virtualização assistida por hardware e a Prevenção de Execução de Dados (DEP) estejam presentes e habilitadas. (Você pode verificar isso na configuração do BIOS.) Execute a função de servidor Hyper-V apenas na partição raiz do sistema operacional Windows. Defina os discos que serão configurados como discos de passagem para a máquina virtual convidada como off-line na partição raiz usando o DISKPART ou o Gerenciador de Volumes. Verifique se os componentes de integração ( otimizações ) estão instalados na máquina virtual convidada. Use um adaptador de rede em vez de um adaptador de rede herdado ao configurar a rede da máquina virtual. Quando possível, evite dispositivos emulados para as implantações de SQL Server. Esses dispositivos poderão causar uma sobrecarga de CPU significativamente maior quando comparados aos dispositivos sintéticos. Recomendações de configuração de armazenamento Como em qualquer implantação do SQL Server, a E/S dimensionada e configurada de forma adequada é fundamental para o desempenho. A configuração do armazenamento em ambientes virtualizados não é uma exceção e o hardware de armazenamento deve oferecer uma taxa de transferência de E/S suficiente, assim como uma capacidade de armazenamento que atenda às necessidades atuais e futuras das máquinas virtuais planejadas. Verifique se seguiu todas as práticas recomendadas de pré-implantação de armazenamento ao configurar o armazenamento. O Hyper-V oferece suporte para diversos tipos diferentes de opções de armazenamento. Cada uma das opções de armazenamento pode ser conectada por meio de um controlador IDE ou SCSI. Nos arquivos de dados e de log do SQL Server, usamos a opção de configuração do controlador SCSI virtual. O SQL Server faz uso intenso de E/S, sendo assim recomendamos que você limite suas escolhas às duas opções de melhor desempenho: Disco de passagem Discos Rígidos Virtuais (VHDs) de tamanho fixo e VHDs Dinâmicos não são recomendados por razões de desempenho. Isso se deve ao fato de que, no VHD dinâmico, os blocos do disco são iniciados como blocos zerados, mas seu backup não é efetuado em nenhum espaço real no disco. As leituras desses blocos retornam um bloco de zeros. Quando a primeira gravação é efetuada em um bloco, a pilha de virtualização deve alocar espaço no arquivo VHD para esse bloco e atualizar os metadados. Além disso, a cada vez que for feita referência a um bloco existente, o mapeamento de blocos deverá ser procurado nos metadados. Isso aumenta tanto o número de E/Ss do disco para leitura e gravação quando a utilização da CPU. O crescimento dinâmico também requer que o administrador do servidor monitore a capacidade do disco para assegurarse de que haja armazenamento em disco suficiente já que as exigências de armazenamento aumentam. VHDs de tamanho fixo podem ser expandidos se necessário, mas isso requer que a máquina virtual convidada seja desligada durante a operação.

6 Usamos ambas as configurações de armazenamento, com discos de passagem e com VHDs de tamanho fixo neste documento. Em todas as configurações, foram usados controladores SCSI sintéticos para as máquinas virtuais convidadas. Para obter mais informações sobre o hardware usado para esses testes, consulte Anexo 3. (Observação: o IDE sintético não foi testado.) Metodologia de teste e cargas de trabalho Escolhemos uma série de cenários de teste para determinar as práticas recomendadas e as configurações de desempenho para a execução de aplicativos do SQL Server 2008 em um ambiente Hyper-V. Nosso primeiro conjunto de cenários de teste foi projetado para entender a sobrecarga de desempenho do ambiente nativo em relação ao ambiente de máquina virtual convidada Hyper-V. Nosso segundo conjunto de cenários de teste foi projetado para entender as características do dimensionamento de uma máquina virtual convidada em um servidor host. Cargas de trabalho de teste Diversas cargas de trabalho foram usadas para medir o desempenho nos diversos cenários. Neste white paper, nativo se refere a uma instalação do Windows sem Hyper-V habilitado; raiz referese à partição pai em uma configuração Windows Hyper-V com Hyper-V habilitado e máquinas virtuais convidadas referem-se a maquina virtual hospedada na partição raiz (ou pai) do Windows. O foco principal desses cenários foi o seguinte: Comparar o desempenho da execução do SQL Server no raiz em relação à em uma máquina virtual convidada. Comparar o desempenho de várias instâncias de SQL Server em execução em uma instância nativa do Windows com o SQL Server executando instâncias únicas em várias máquinas virtuais convidadas. Observar a escalabilidade da taxa de transferência de carga de trabalho do SQL Server conforme o número de máquinas virtuais convidadas em execução em uma única partição raiz aumenta. As cargas de trabalho usadas para esse teste, suas características e os cenários de destino de cada carga de trabalho são descritos na seguinte tabela. Tabela 1: Cargas de trabalho e cenários Carga de Características gerais Cenários de destino trabalho SQLIO Gera carga de trabalho de E/S. Comparação de desempenho de E/S em nativo em relação à máquina virtual convidada. Carga de trabalho OLTP Carga de trabalho do tipo OLTP simulando um cliente diante de comparação de desempenho de carga de trabalho entre nativo,

7 Carga de trabalho de relatórios Carga de trabalho operacional do SQL Server um aplicativo de corretagem. Para obter mais informações sobre a configuração de hardware, consulte o Apêndice 3. Consultas de relatório, que consomem grandes quantidades de recursos de CPU e de E/S. Backup/restaurar, reconstrução de índice, DBCC CHECKDB. raiz e máquina virtual convidada. Comparação de várias instâncias do SQL Server em execução em uma instância nativa do Windows em relação a diversas máquinas virtuais convidadas, cada uma executando uma única instância do SQL Server. Dimensionamento da taxa de transferência de carga de trabalho conforme o número de convidados aumenta. Comparação do desempenho da consulta de relatório entre nativo, raiz e máquina virtual convidada. Comparação do desempenho de operações de banco de dados entre nativo, raiz e máquina virtual convidada. A lista a seguir contém informações mais específicas dos cenários de destino de cada uma das cargas de trabalho: Teste SQLIO: SQLIO é uma ferramenta para determinar a capacidade de E/S de uma determinada configuração. Esse cenário de teste foi projetado para determinar a sobrecarga de E/S ao executar uma máquina virtual convidada usando discos de passagem na configuração de armazenamento. Carga de trabalho OLTP. Este cenário de teste: o Compara o desempenho de um SQL Server sendo executado de forma nativa no Windows ao desempenho da execução em uma máquina virtual convidada. Nessa comparação, tanto a instância nativa quanto a máquina virtual convidada possuem configurações de hardware equivalentes. o Compara o desempenho do SQL Server usando diversas configurações de armazenamento para arquivos de dados e de log. Comparações de discos da configuração de discos de passagem com configurações VHD, assim como diferentes configurações de matrizes de armazenamento subjacentes (ou seja, configurações de armazenamento dedicado vs. armazenamento compartilhado). o Compara o desempenho de várias instâncias do SQL Server em execução nativa no Windows a um número equivalente de máquinas virtuais convidadas, cada uma delas configurada com uma única instância do SQL Server.

8 o Observa o dimensionamento da carga de trabalho conforme mais máquinas virtuais convidadas são adicionadas à partição raiz de um único servidor físico. Nesse caso, observamos situações nas quais: O número de núcleos físicos de CPU era igual à soma de núcleos de CPU lógicos em todas as máquinas virtuais convidadas. O número de núcleos físicos de CPU era inferior à soma de todos os núcleos de CPU lógicos em todas as máquinas virtuais convidadas (mencionado como recursos de CPU altamente comprometidos ). Carga de trabalho de relatórios: Este cenário compara o desempenho do SQL Server em execução de forma nativa no Windows ao desempenho do SQL Server em execução em uma máquina virtual convidada com uma configuração de hardware equivalente. Operações de banco de dados: Este cenário compara o desempenho do SQL Server em execução de forma nativa no Windows ao desempenho do SQL Server em execução em uma máquina virtual convidada com uma configuração de hardware equivalente. Nos cenários que usamos a carga de trabalho OLTP, vários níveis de cargas de trabalho diferentes foram usados para observar as diferenças de comportamento entre os diferentes níveis de CPU. Os detalhes desses diferentes níveis de carga de trabalho serão discutidos posteriormente neste white paper. Monitoração do SQL Server em configurações Hyper-V Há diversas considerações ao monitorar o desempenho das cargas de trabalho do SQL Server em execução em configurações Hyper-V usando o Monitor do Sistema Windows (frequentemente chamado de perfmon). Para obter uma medição verdadeira da utilização de recursos, será necessário usar contadores Hyper-V expostos pelo Windows na partição raiz. Uma discussão detalhada sobre o monitoramento de Hyper-V está além do escopo deste documento. Para obter mais informações, consulte o Apêndice 3. Durante esse teste, fizemos diversas observações relacionadas ao monitoramento de desempenho. A maioria das considerações está relacionada às medições do uso da CPU. Ao monitorar a utilização da CPU em um servidor com Hyper-V em execução, você deve usar os contadores do Processador Hyper-V expostos na partição raiz. O Hyper-V expõe os três principais contadores relacionados à utilização da CPU: Processador Lógico do Hipervisor do Hyper-V: Oferece o total mais preciso de recursos de CPU consumidos em todo o servidor físico. Processador Virtual Raiz do Hipervisor do Hyper-V: Oferece a medida mais precisa de recursos de CPU consumidos pela partição raiz. Processador Virtual de Hipervisor do Hyper-V: Oferece a medida mais precisa de consumo de CPU de máquinas virtuais convidadas específicas. Os contadores % Tempo do Processador tradicionais podem ser monitorados na partição raiz. No entanto, devido à existência de camadas de virtualização que não são expostas a esses contadores de processador, eles poderão não refletir precisamente os recursos de CPU utilizados. Quando você monitora o desempenho, mede a utilização de CPU usando contadores Hyper-V únicos em

9 qualquer servidor com a função Hyper-V em execução com o hipervisor habilitado. Mais detalhes podem ser encontrados na série do blog de Tony Voellm sobre o monitoramento do desempenho de Hyper-V. A Figura 1 ilustra cada um desses contadores. Nesta imagem, o conjunto superior de contadores (\\SQLBP08R900) é monitorado na partição raiz e o conjunto inferior (\\sqlhv1) é dos contadores monitorados pela perspectiva do convidado. Tenha em mente que, neste exemplo, há 16 núcleos físicos de CPU visíveis na partição raiz e quatro núcleos lógicos de CPU visíveis para a máquina virtual convidada. Observe também que, ainda que haja duas máquinas virtuais convidadas em execução na raiz, por razões de espaço, apenas uma é mostrada no gráfico. Os quatro contadores de processador lógico da segunda máquina virtual continuam à direita no gráfico. Figura 1: Contadores perfmon Hyper-V Para obter mais informações sobre o monitoramento e essas questões específicas, consulte a seção de virtualização das diretrizes de ajuste de desempenho do Windows 2008 e os blogs de contadores de desempenho Hyper-V. Quando falamos da monitoração do SQL Server, não há considerações especiais ao executar em uma máquina virtual convidada. Os contadores do SQL Server são normalmente uma medida de consumo (recursos específicos do SQL Server) ou de taxa de transferência. Além disso, os contadores do SQL Server não são expostos à partição raiz quando executados em uma máquina virtual convidada. Eles precisam ser monitorados de dentro da máquina virtual convidada. A medição do desempenho de E/S é diferente dependendo de como o armazenamento convidado está configurado. A latência é a medida do tempo decorrido e pode ser medida com razoável precisão pelo raiz ou pelo convidado. A seguir encontram-se algumas considerações gerais de monitoramento de desempenho de disco:

10 Você pode usar os contadores de disco físico ou lógico na máquina virtual convidada para monitorar o desempenho de E/S. Observamos muito pouca diferença entre os valores informados pelos contadores da partição raiz e aqueles informados pela máquina virtual convidada. No entanto, observamos valores de latência ligeiramente mais altos (Méd. Disco/seg Leitura e Gravação) quando monitoramos pela máquina virtual convidada do que quando monitoramos pelo raiz. Isso se deve ao fato de que a E/S pode levar um pouco mais de tempo para ser concluída na perspectiva da máquina virtual. Se o armazenamento da máquina virtual convidada estiver configurado como de passagem, o disco estará off-line no nível da partição raiz e não aparecerá nos contadores de disco lógico na partição raiz. Para monitorar o desempenho dos discos de passagem na partição raiz, os contadores de disco físico precisam ser usados. No momento dos testes, existem problemas conhecido nos contadores de disco físico do Windows Server 2008 quando são usadas soluções de múltiplos caminhos. Os problemas foram corrigidos na GDR do System Center Virtual Machine Manager. Quando as máquinas virtuais convidadas são configuradas para usar arquivos VHD para armazenamento e esses arquivos residem em discos físicos comuns, a monitoração dos contadores de disco da máquina virtual convidada oferecerá detalhes de E/S do VHD específico. Monitorar o volume que contém todos os arquivos VHD na partição raiz oferecerá valores agregados de todos os E/S emitidas no disco ou no volume. A tabela 2 mostra os tipos de contadores coletados durante as execuções de carga de trabalho da parte de carga de trabalho OLTP de nossos testes. Ela ilustra as diferenças informadas pelos contadores de desempenho ao monitorar da máquina virtual convidada e da partição raiz. Tabela 2: Contadores e cargas de trabalho Contadores medidos de Máquina virtual convidada Partição raiz Contador Carga de trabalho OLTP baixa Carga de trabalho OLTP média Carga de trabalho OLTP alta Transações/seg Lotes/seg % Tempo de Processador 34,2 65,3 84,2 % Tempo de Privilégio ,4 Lógico - Méd. Disco seg/leitura (_Total) 0,005 0,006 0,007 Lógico - Leituras de disco/seg (_Total) % Tempo de Processador 4,9 7,8 11,2 % Tempo de Privilégio 3,6 6,1 7,3 Processador Lógico Hyper-V - %Tempo de Execução do Hipervisor 4 4,8 4,3 Processador Lógico Hyper-V - %Tempo Total de Execução 39,1 68,7 86,5 Processador Lógico Hyper-V - %Tempo de Execução da máquina virtual convidada 35,1 63,9 82,1 Físico - Méd. Disco seg/leitura (_Total) 0,005 0,006 0,006

11 Físico - Leituras de disco/seg (_Total) Lotes por CPU % (Lotes/seg / %Tempo de Execução da máquina virtual convidada) 16, ,1 Observação: Os contadores Hyper-V medidos na partição raiz são a agregação de todas as máquinas virtuais convidadas em execução. Recomendações, observações e resultados de testes Nesta seção mostraremos e analisaremos os resultados dos testes e ofereceremos detalhes sobre nossas recomendações e observações sobre a execução do SQL Server em um ambiente virtualizado. A seção é estruturada em duas categorias: A primeira discute a sobrecarga de recursos básicos criada pela execução do SQL Server em um ambiente Hyper-V e o segundo grupo discute os efeitos da consolidação do SQL Server como instâncias virtuais. Sobrecarga de desempenho durante a execução do SQL Server no Hyper-V O primeiro grupo de cenários de testes foi projetado para entender a sobrecarga de desempenho ao executar o SQL Server em um ambiente Hyper-V "corrigido". Testes de linha de base foram executados de três maneiras: em um ambiente nativo do Windows com Hyper-V desabilitado, na partição raiz com Hyper-V habilitado e com uma única máquina virtual convidada. Em cada um dos casos, a configuração de hardware é idêntica. Observação: Instância nativa refere-se a uma instância do SQL Server em execução em um ambiente nativo do Windows e instância virtual se refere a uma instância do SQL Server em execução em uma máquina virtual convidada. Esta seção conta com os seguintes cenários de teste: Determinar a sobrecarga de E/S dos discos de passagem usando SQLIO Comparar o desempenho da carga de trabalho OLTP em uma única instância nativa e em uma instância virtual Analisar a comparação do desempenho de uma consulta de relatórios em uma instância nativa e em uma instância virtual Observar o efeito da virtualização em operações comuns de banco de dados: o Backup e restauração compactados o Reconstrução de índice o DBCC CHECKDB Sobrecarga de E/S de discos de passagem - SQLIO A sobrecarga de E/S costumava ser um desafio para os ambientes virtualizados. Poderia ser um empecilho para aplicativos com E/S intensa como o SQL Server. Com Hyper-V, a tecnologia é diferente. Para entender a melhor opção de cenário, o primeiro cenário observou a sobrecarga de

12 E/S usando a configuração de E/S mais otimizada discos de passagem dedicados. Escolhemos a configuração de discos de passagem, pois ela possui o menor caminho de código do host para o subsistema E/S. Nos testes, o mesmo número fusos físicos foi alocado para a partição raiz e para a máquina virtual convidada. Por meio de testes repetidos de vários E/S aleatórios e sequenciais, descobrimos que a sobrecarga de E/S no Hyper-V usando discos de passagem varia de nenhuma a mínima. Para obter mais informações, incluindo uma análise de desempenho detalhada do disco de passagem e do disco rígido virtual, consulte o futuro white paper de Tony Voellm e Liang Yang, Desempenho de disco de passagem e disco rígido virtual no Windows Server 2008 Hyper-V. Mais detalhes sobre a análise de desempenho de armazenamento Hyper-V podem ser encontrados aqui ( Configuração de armazenamento A configuração de disco de passagem para o raiz e para a máquina virtual eram idênticas. Cada configuração foi apresentada com números de unidade lógica (LUNs) da matriz de armazenamento que usou o mesmo número de recursos do disco físico. Não houve compartilhamento entre os LUNs no nível de disco. Em outras palavras, não houve compartilhamento de fusos entre os LUNs. A figura 2 mostra a configuração apresentada em cada um deles. Figura 2: Configuração de armazenamento, passagem Desempenho da configuração de passagem Para possibilitar um parâmetro de taxa de transferência, os mesmos testes SQLIO foram executados em todas as máquinas virtuais convidadas e no raiz. As figuras 3 e 4 ilustram os resultados dos testes aleatórios e sequenciais de E/S usando SQLIO. Escolhemos dois tamanhos comuns de SQL IO (8K e 64K) para esse cenário de teste.

13 Figura 3: Disco de passagem de 8K E/S aleatório Figura 4: Disco de passagem 64K E/S sequencial Sobrecarga de desempenho da máquina virtual: carga de trabalho OLTP O objetivo deste cenário de teste era medir o impacto da execução do SQL Server 2008 em uma máquina virtual usando uma carga de trabalho OLTP que simula um aplicativo de corretagem. Para obter mais informações sobre a configuração de hardware usada nesse teste, consulte o Apêndice 3. Três níveis das cargas de trabalho foram executados na linha de base, na raiz e na máquina virtual convidada. Linha de base está executando a instância SQL Server no servidor

14 nativo com Hyper-V desabilitado. Isso foi feito usando-se a configuração hypervisorlaunchtype off (ou seja, bcdedit /set hypervisorlaunchtype off), que precisa de uma reinicialização do Windows para entrar em vigor. Os níveis de estresse do cenário de teste foram definidos pelo percentual de utilização da CPU. Como uma CPU totalmente saturada não é um cenário comum nos ambientes de produção, almejamos uma faixa de nível de estresse de CPU de 20% a 80%. As metas de utilização de CPU de cada um dos níveis de carga de trabalho estão definidas na Tabela 3. Tabela 3: Metas de utilização de CPU Carga de trabalho de teste Meta aproximada da CPU OLTP Baixa 30% OLTP Méd. 50% a 60% OLTP Alta 80% Como as máquinas virtuais convidadas Hyper-V oferecem suporte para quatro processadores lógicos, para obter uma comparação direta, o host foi configurado para usar quatro cores pela configuração do BIOS (NUMPROC=4). Para entender o efeito da configuração de armazenamento, duas máquinas virtuais foram configuradas usando os dois tipos de configuração de armazenamento Hyper-V recomendados para a carga de trabalho do SQL Server (discos de passagem e VHD fixo). Taxa de transferência e impacto do processador Os testes de linha de base dos três níveis de carga foram executados em um ambiente nativo do Windows Server 2008 com a função Hyper-V desabilitada. O mesmo conjunto de cargas de trabalho foi executado na partição raiz com o Hyper-V habilitado, uma máquina virtual convidada configurada usando um armazenamento de disco de passagem e, em seguida, uma máquina virtual convidada usando armazenamento VHD fixo. A tabela 4 mostra as solicitações de lote relativas por CPU% e a sobrecarga em todos os casos de teste. A escalabilidade do sistema foi muito boa em todos os casos de teste nesse cenário. Cada configuração atingiu a mesma taxa de transferência, com a máquina virtual apresentando um custo mais alto de CPU para chegar à mesma taxa de transferência. O desempenho dos discos de passagem e do VHD fixo foram bastante similares, com menos de um ponto percentual de variação de sobrecarga. A tabela 4 também mostra a sobrecarga da CPU incidente pela execução da carga de trabalho OLTP na máquina virtual. Observamos que a sobrecarga como um percentual foi mais alta com a carga de trabalho mais baixa. Há uma determinada quantidade de trabalho fixo e CPUs associadas à máquina virtual. Caso seja distribuído em uma quantidade menor de trabalho, então o percentual de sobrecarga será mais alto. Usamos a seguinte fórmula como uma medida de desempenho:

15 Lote/CPU% = Solicitações de lote/seg divididas pelo percentual de utilização da CPU Tabela 4: Sobrecarga da CPU da máquina virtual com cargas de trabalho OLTP em execução Sol. de lote/s Baixa Média Alta Lote/C PU% Sobrecarga Sol. de lote/s Lote/C PU% Sobrecar ga Sol. de lote/s Lote/C PU% Sobrecarga 5 Linha de base ,2 0,00% ,00% ,8 0,00% Raiz ,5 8,85% ,8 7,50% ,5 8,78% VM_PT ,1 16,15% ,50% ,1 11,49% VM_VHD ,7 18,23% ,9 13,13% ,2 10,81% 1. Linha de base: um ambiente nativo do Windows Server 2008 com a função Hyper-V desabilitada. O comutador de rede virtual não foi desligado. 2. Partição raiz: uma partição raiz no Windows Server 2008 com Hyper-V habilitado. 3. VM_PT: uma máquina virtual convidada configurada com discos de passagem, quatro processadores lógicos e 14 GB de RAM. 4. VM_VHD: uma máquina virtual convidada configurada com discos VHD fixos, quatro processadores lógicos e 14 GB de RAM. 5. A sobrecarga é calculada pela comparação com a Linha de Base ((Lotes de Linha de Base/CPU Lotes VM/CPU)/ Lotes de Linha de Base/CPU) Figura 5: Taxa de transferência relativa solicitação de lote por CPU%

16 Desempenho e configuração de armazenamento Ambas as máquinas virtuais usaram a mesma configuração de disco subjacente de arquivos de log e dados SQL Server, sendo assim, elas podem ser comparadas de forma direta (os detalhes da configuração física podem ser encontrados anteriormente neste documento e são os mesmos usados no teste SQLIO). No caso dos arquivos VHD, eles eram os únicos arquivos colocados nos discos físicos expostos na partição raiz. Observamos um leve aumento da latência quando usamos VHDs para o armazenamento de dados e arquivos de log SQL Server e isso se converteu em um impacto leve na taxa de transferência da carga de trabalho conforme mostrado na Figura 5. Usar VHD para configurações de máquina virtual convidada possui vantagens tanto de provisionamento quanto de gerenciamento. De uma perspectiva de taxa de transferência/desempenho, em um caso de estresse baixo, não há diferença entre discos de passagem e VHD fixos. Conforme a carga de trabalho aumenta, um disco de passagem começa a mostrar uma ligeira vantagem de desempenho. A figura 6 mostra o desempenho de Leitura registrado nesse cenário de teste OLTP. Figura 6: Volumes de dados (leituras por segundo) A figura 7 mostra a latência média do disco durante a execução do teste. Conforme esperado, o VHD possui a latência maior, enquanto a latências do disco de passagem se igualam à latência do armazenamento nativo. Os valores de latência de disco informados para a latência do caso

17 VHD foram relatados como contadores de máquinas virtuais convidadas. No entanto, não observamos diferenças entre esses valores e os valores mostrados pela partição raiz. Figura 7: Latência média do disco Comparação de desempenho de consulta de relatório As consultas de relatório normalmente são consultas somente leitura de longa duração que consomem uma grande quantidade de recursos de CPU e E/S. Comparado às cargas de trabalho OLTP, as consultas desse tipo normalmente são emitidas em um caso de baixa simultaneidade de usuários. Neste cenário de teste, quatro consultas de relatório foram executadas em sequência para medir o consumo de recursos e o tempo para conclusão. Essas quatro consultas apresentam E/S intensa e uma significativa utilização de CPU devido a agregações. A configuração sp_configure grau máx. de paralelismo está definida como 0 para que as consultas utilizem todos os recursos de CPU disponíveis. A diferença entre a execução das consultas em máquinas virtuais convidadas e sua execução de forma nativa na partição raiz foi mínima. Observamos um aumento relativamente pequeno na sobrecarga com as máquinas virtuais convidadas. A figura 8 mostra o tempo de conclusão e o consumo de CPU das consultas.

18 Figura 8: Desempenho de consulta de relatório Operações de banco de dados Algumas operações de banco de dados comuns são relativamente intensas para a CPU. Os resultados dos testes nesta seção abordam o efeito da virtualização nas operações de banco de dados como o backup e a restauração com compactação, a reconstrução de índice e DBCC CHECKDB. Backup e Restauração As operações de backup e restauração foram executadas com o uso de um compartilhamento de arquivo em um servidor físico diferente como um destino para os arquivos de backup. Neste caso, o backup e a restauração estavam limitados pela largura de banda da rede, não pelo disco ou pelo processador. Usamos a compactação de backup nativa do SQL Server 2008 no teste de operação de backup. Comparado com a mesma operação em um sistema operacional nativo, houve uma degradação de desempenho de 10 a 15% na taxa de transferência de backup com um aumento notável de CPU. Uma degradação similar foi observada na taxa de transferência de restauração. Essa degradação na taxa de transferência é explicada pela sobrecarga de rede incidente quando as operações da máquina virtual convidada usam muito os recursos de rede. Em nosso teste, descobrimos que essa é a área que gera mais preocupação quando consideramos a sobrecarga introduzida pela execução do SQL Server em uma máquina virtual convidada Hyper-V. Era mais significativo do que qualquer sobrecarga observada em operações E/S ou de CPU.

19 Neste cenário de teste, observamos que a taxa de transferência de rede estava no intervalo de 50 a 60 MB por segundo durante as operações de backup e restauração. Havia um único adaptador de rede de 1Gbs/seg no servidor usado para o SQL Server e no servidor que expunha o compartilhamento de arquivos de rede para o destino de backup. A taxa de transferência de backup e restauração era de cerca de 100 MB por segundo. As medidas são do resultado do backup e da restauração no SQL Server. A compactação foi usada durante essa operação e isso explica porque a taxa de transferência informada era significativamente mais alta do que a taxa de transferência de rede que pode ser suportada pela configuração de rede. As figuras 9, 10 e 11 mostram a taxa de transferência de backup e restauração da partição raiz e das máquinas virtuais configuradas com o uso de discos de passagem e VHD fixos. A taxa de transferência relativa do eixo Y é calculada como o total de megabytes por segundo dividido pela média total do percentual da CPU. A taxa de transferência de restauração ligeiramente mais alta pode ser explicada pelo desempenho de gravação do compartilhamento de arquivos de destino (o desempenho de leitura desse compartilhamento é um pouco melhor devido à utilização de RAID5). Figura 9: Comparação da taxa de transferência de backup e restauração

20 Figura 10: Uso de rede de backup e de CPU Figura 11: Uso de rede de restauração e de CPU A tabela 5 contém os dados que recolhemos neste cenário de teste.

21 Tabela 5: Taxa de transferência de backup e restauração Máquina virtual convidada (passagem) Máquina virtual convidada (VHD fixo) Linha de Base Partição raiz Taxa de transferência de backup (MB/s) 181,00 158,00 154,00 157,00 Tempo total de backup (segundos) 764,00 875,00 874,00 874,00 Taxa de transferência de restauração (MB/s) 241,00 218,00 173,00 167,00 Tempo total de restauração (segundos) Reconstrução de índice A reconstrução de índice é uma operação de banco de dados bastante comum é faz uso intenso tanto da CPU quanto de E/S. O objetivo deste caso de teste era entender o impacto da virtualização na operação de reconstrução de índice. Três grandes índices foram reconstruídos de maneira sequencial com a compactação PAGE habilitada (um novo recurso do SQL Server 2008 que compacta as páginas de dados em um índice). Criamos o índice com a compactação PAGE para aumentar a pressão da CPU. A utilização de recursos e o tempo para conclusão foram capturados. Foi observada uma sobrecarga muito pequena quando a mesma operação foi executada nas máquinas virtuais. A figura 12 mostra o tempo de reconstrução do índice vs. o percentual de CPU no sistema operacional nativo, na partição raiz e nas máquinas virtuais convidadas. Figura 12: Três índices reconstruídos sequencialmente com a compactação PAGE

22 DBCC CHECKDB Também testamos a DBCC CHECKDB, outra operação que faz uso intenso de CPU e E/S. Leva mais tempo para concluir a operação na máquina virtual convidada do que no sistema operacional base. A figura 13 mostra o tempo de conclusão vs. o total de recursos da CPU consumidos pela operação. Como com os testes de reconstrução de índice, encontramos um aumento pequeno no tempo de conclusão. Figura 13: DBCC CHECKDB com MAXDOP 0 Cenários de consolidação SQL Server usando Hyper-V Este grupo de cenários de teste foi projetado para responder a algumas das perguntas fundamentais sobre a consolidação do SQL Server no ambiente Hyper-V: O impacto da configuração de armazenamento de várias instâncias no desempenho O objetivo desse cenário de teste era entender o impacto no desempenho do armazenamento dedicado vs. o armazenamento compartilhado em um ambiente de consolidação. Escalabilidade da Instância Virtual

23 O objetivo deste cenário de teste era entender a escalabilidade da instância virtual quando havia um processador físico suficiente para suportar um mapeamento 1:1 para o processador lógico configurado na máquina virtual convidada. O desempenho da instância virtual com recursos de CPU altamente comprometidos O objetivo desse cenário de teste era entender o impacto do desempenho quando o número total de processadores lógicos configurados nas instâncias virtuais era maior do que o de processadores físicos disponíveis no servidor. Comparação de configurações de armazenamento em um ambiente de consolidação Até aqui, estabelecemos que os discos de passagem e os VHD fixos são boas opções de configuração de armazenamento para a carga de trabalho do SQL Server. Para entender melhor o impacto dessas duas diferentes configurações de armazenamento em uma carga de trabalho OLTP, configuramos dois conjuntos de testes para serem comparados aos seguintes métodos de armazenamento: Armazenamento dedicado (ou seja, sem compartilhamento no nível de disco) usando discos de passagem Um pool comum de recursos de disco com arquivos VHD para os arquivos de dados e de log do SQL Server A primeira configuração de armazenamento usava discos de passagem com armazenamento dedicado para cada uma das máquinas virtuais, como mostrado na Figura 14. Cada máquina virtual convidada foi apresentada com essa configuração, que consistia em dois LUNs (150 GB) para arquivos de dados e um LUN (50 GB) para o log. Não havia compartilhamento no nível de disco físico entre as máquinas virtuais convidadas e cada LUN possuía um conjunto de discos físicos dedicados. Figura 14: Configuração de disco por máquina virtual/raiz

24 A segunda configuração de armazenamento foi definida usando-se um pool comum de discos como mostrado na Figura 15. Nesse caso, um único pool de recursos de disco foi usado para os arquivos VHD que contém os arquivos de dados do SQL Server e um outro pool de recursos de disco foi usado para os arquivos VHD contendo os arquivos de log do SQL Server. Nos ambientes de armazenamento virtualizados, essa configuração oferece uma abordagem mais flexível. Figura 15: Pools únicos O mesmo tipo de carga de trabalho OLTP foi então executado em diferentes níveis de taxa de transferência em cada uma das duas configurações. As Figuras 16 e 17 mostram a comparação da taxa de transferência e de latência de E/S entre a configuração de armazenamento dedicado usando discos de passagem e a configuração de armazenamento compartilhado usando arquivos VHD.

25 Figura 16: Taxa de transferência e latência de E/S usando discos de passagem vs. VHD fixo Figura 17: Taxa de transferências de LUNs de passagem dedicados vs. VHDs fixos em discos compartilhados O desempenho foi similar em ambas as configurações de armazenamento. Na média, a configuração de VHD fixo foi cerca de 3,5% mais lenta do que os discos de passagem dedicados. Se o desempenho e a previsibilidade de E/S forem fundamentais para seu aplicativo, recomendamos a utilização de discos de passagem em recursos de disco dedicados. No entanto, há apenas uma pequena compensação pela flexibilidade oferecida pelos arquivos VHD. Escalabilidade da Instância Virtual É certo que a execução de diversas máquinas virtuais no mesmo host será o cenário de implantação mais comum. Incluímos este cenário de teste para entender as características da escalabilidade da carga de trabalho do banco de dados com máquinas virtuais. O Dell R900 usado neste cenário de teste possui 16 núcleos físicos. Dois conjuntos de casos de teste foram executados. O primeiro conjunto foi configurado para usar 8 núcleos (NUMPROC=8). O segundo conjunto foi configurado para usar todos os 16 núcleos físicos (NUMPROC=16). Todas as máquinas virtuais convidadas foram configuradas com quatro processadores lógicos e 14 GB de RAM. O SQL Server foi configurado para usar 12 GB, deixando 2 GB para o sistema operacional. Duas máquinas virtuais convidadas simultâneas Este caso de teste envolveu duas máquinas virtuais em execução simultânea no host configurado usando oito processadores físicos. Cada máquina virtual foi configurada com quatro

26 processadores lógicos. As máquinas virtuais foram configuradas com armazenamentos subjacentes idênticos. O gráfico resultante na Figura 18 mostra que a configuração se dimensiona muito bem conforme a carga de trabalho aumenta. Figura 18: Escalabilidade de máquinas virtuais simultâneas Quatro máquinas virtuais convidadas simultâneas Executamos este teste para entender a escalabilidade das máquinas virtuais com carga de trabalho OLTP em execução, nas quais há recursos de processador suficientes para suportar o mapeamento 1:1 de processadores físicos para processadores lógicos. O host possuía 16 CPUs disponíveis e cada máquina virtual estava configurada com quatro processadores lógicos. O armazenamento subjacente era idêntico para todas as máquinas virtuais. Os resultados exibidos na Figura 19 nos mostraram que as máquinas virtuais se dimensionam muito bem quando a CPU não está altamente comprometida. Você poderá observar uma sobrecarga maior com quatro máquinas virtuais convidadas simultâneas comparadas a duas máquinas virtuais convidadas, o que deverá ser esperado, devido ao aumento da simultaneidade.

27 Figura 19: Escalabilidade das máquinas virtuais com CPUs altamente comprometidas Desempenho da instância virtual com recursos de CPU altamente comprometidos O Hyper-V suporta CPU altamente comprometida até um mapeamento de 1:8 de processador lógico para virtual. Processadores altamente comprometidos podem ser usados na consolidação para maximizar os recursos de CPU disponíveis no servidor físico. No entanto, essa técnica apresenta uma sobrecarga adicional de CPU significativa. Os testes descritos nesta seção exploraram o impacto da execução do SQL Server em um ambiente virtualizado com recursos de CPU altamente comprometidos. Quatro máquinas virtuais convidadas com recursos de CPU altamente comprometidos Em nosso cenário de processador altamente comprometido, quatro máquinas virtuais convidadas foram configuradas para funcionarem de forma simultânea. Cada máquina virtual foi configurada com quatro processadores lógicos, 14 GB de RAM e 12 GB usados pelo SQL Server. O armazenamento subjacente era idêntico para todas as máquinas virtuais. A Figura 16 mostra os resultados de escalabilidade conforme a carga de trabalho aumenta. A escala é bem simples conforme a carga de trabalho aumenta e ela afunila perto de 90%. A execução de quatro máquinas virtuais com quatro processadores virtuais cada uma resultou em uma CPU: altamente comprometida 16 processadores virtuais com apenas 8 núcleos físicos de CPU se tornaram restritas em recursos pela CPU. A Hyper-V expõe as opções de gerenciamento de recursos de CPU no nível de máquina virtual que pode ser usada nesses tipos de cenários. Essas opções serão discutidas em um documento posterior.

28 Figura 20: Escalabilidade de quatro máquinas virtuais convidadas simultâneas com CPU altamente comprometida Comparação de opções de consolidação A virtualização apresenta diversos benefícios para os cenários de consolidação. Um dos principais benefícios é o que as máquinas virtuais oferecem diversos ambientes isolados no mesmo computador host. Com relação ao desempenho, sua milhagem variará dependendo do aplicativo, da carga de trabalho e do hardware. É importante testar e avaliar totalmente os prós e os contras do uso de uma instância nativa vs. uma instância virtual em seu projeto de consolidação. A Tabela 6 compara as opções de instâncias nativas e virtuais, já que elas são relevantes para a consolidação. Tabela 6: Opções de consolidação Isolamento Recursos de CPU Memória Armazenamento Várias instâncias do SQL Server Instância compartilhada do Windows Número de CPUs visíveis para a instância do Windows Limite de servidor flexível (máx. de memória do servidor) Arquivos de dados do SQL Server com opções padrão de armazenamento Várias máquinas virtuais Instância dedicada do Windows Máximo Windows 2008 até 4 CPUs virtuais Windows 2003 até 2 CPUs virtuais Alocado de forma estática para a máquina virtual Somente alterações off-line Sem capacidade de suporte a recursos de memória altamente comprometidos Limite de 64 GB por máquina virtual Limite de 2 terabytes (TB) por host Arquivos de dados do SQL Server usando discos rígidos virtuais ou de passagem expostos à máquina virtual

29 Gerenciamento de recursos WSRM (nível de processo) Máquina virtual convidada Hyper-V Número de 50 Limite prático determinado por recursos físicos instâncias Suporte As regras normais se aplicam SQL Server 2008 e SQL Server 2005 Alta disponibilidade As regras normais se aplicam O clustering de convidado não é suportado Espelhamento de Banco de Dados, envio de logs (suportado) Conclusão De uma perspectiva de desempenho, o Hyper-V é uma opção viável para cenários de consolidação do SQL Server. O desempenho geral do SQL Server em execução em um ambiente Hyper-V virtualizado pode ser comparado de forma razoável ao desempenho no ambiente Windows Server 2008 nativo equivalente. Com a capacidade e a configuração de E/S apropriada, a sobrecarga de E/S é mínima. Para obter um melhor desempenho, você deverá possuir processadores físicos suficientes para oferecer suporte os vários processadores virtuais configurados no servidor para evitar recursos de CPU altamente comprometidos. A sobrecarga de CPU aumenta de forma significativa quando os recursos da CPU estão altamente comprometidos. É importante testar cada aplicativo completamente antes de implantar um ambiente Hyper-V na produção. A seguir encontram-se algumas de nossas considerações e recomendações gerais durante a execução do SQL Server no Hyper-V. Observações As máquinas virtuais convidadas Hyper-V se limitam a um máximo de quatro núcleos de CPU. Portanto, você deverá executar o SQL Server nas máquinas virtuais convidadas Hyper-V apenas se seu desempenho de carga de trabalho puder ser atingido por não mais do que quatro CPUs. Quando comparada às configurações nativas com recursos de hardware semelhantes, a mesma taxa de transferência poderá ser obtida em uma máquina virtual convidada pelo preço de um ligeiro aumento na utilização da CPU. Com o Hyper-V, é possível que os recursos de CPU sejam altamente comprometidos quando o número total de núcleos de CPU lógicas configurados em todas as máquinas virtuais configuradas for maior do que o número real de núcleos de CPUs físicas disponíveis no servidor. Nesses casos, observamos mais sobrecarga e desempenho de CPU do que durante a execução de cargas de trabalho do SQL Server. O dimensionamento apropriado do hardware é fundamental para o desempenho do SQL Server. Você deve verificar se os recursos de CPU físicos cumulativos em um servidor são adequados para atender às

30 necessidades das máquinas virtuais convidadas testando a carga de trabalho no ambiente virtualizado planejado Cargas de trabalho que fazem uso intenso da rede enfrentarão uma sobrecarga de CPU mais elevada e, assim, mais efeitos no desempenho. As informações obtidas até o momento são específicas para as considerações de desempenho. Em sua implantação, observe também as considerações funcionais (ou seja, configurações suportadas, opções para atingir a alta disponibilidade e assim por diante). Há mais informações na seção de apêndices deste documento, que aborda a funcionalidade Hyper-V geral e as atuais diretivas de suporte relacionadas à execução do SQL Server em configurações Hyper-V. Descobrimos que havia uma sobrecarga mínima no desempenho de E/S na execução do SQL Server em uma máquina virtual convidada. A configuração de disco de passagem ofereceu o melhor desempenho de E/S. No entanto, observamos uma sobrecarga mínima quando usamos VHDs de tamanho fixo. A decisão de qual a configuração de armazenamento usar deverá ser tomada com base no que faz sentido para essa implantação específica: máquinas virtuais usando VHDs são mais fáceis de movimentar do que os discos de passagem. Nos cenários de consolidação, a quantidade de recursos de armazenamento disponíveis, assim como o cenário, conduzirá sua decisão. Em nosso teste, descobrimos um desempenho aceitável tanto na consideração compartilhada quando na configuração dedicada. Nos dois casos, você deverá dimensionar seu armazenamento de acordo com seus requisitos de carga de trabalho e tempo de resposta. Sempre siga as práticas recomendadas no que diz respeito ao armazenamento subjacente em ambientes Hyper-V, da mesma maneira que faria com qualquer implantação do SQL Server. Para obter mais informações, consulte Práticas recomendadas de pré-implantação E/S no SQL Server. Recomendações Use discos de passagem ou VHDs fixos no armazenamento da máquina virtual convidada. Essas são as melhores opções em relação a desempenho e deverão oferecer os mesmos resultados para as cargas de trabalho do SQL Server. VHDs dinâmicos não são recomendados devido a questões de desempenho. Evite usar dispositivos emulados. Em vez disso, verifique se os componentes de integração Hyper-V foram instalados e se os dispositivos sintéticos estão sendo usados para E/S, rede e assim por diante. Os dispositivos sintéticos oferecerão o melhor desempenho com a menor quantidade de sobrecarga de CPU. A capacidade de usar algumas dessas técnicas dependerá dos recursos de hardware. Nas cargas de trabalho que fazem uso intenso dos recursos de rede, consulte as seções Virtualização e Rede do guia de Ajuste de Desempenho do Windows para obter as melhores práticas de otimização de rede para sua configuração específica. Teste o desempenho com a carga de trabalho, já que as características de carga de trabalho podem variar bastante.