Executar o SQL Server 2008 num Ambiente Hyper-V

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1 Executar o SQL Server 2008 num Ambiente Hyper-V Melhores práticas e considerações de desempenho Artigo técnico sobre o SQL Server Autores: Lindsey Allen, Mike Ruthruff, Prem Mehra Revisores técnicos: Cindy Gross, Burzin Petal, Denny Lee, Michael Thomassy, Sanjay Mishra, Savitha Padmanabhan, Tony Voellm, Bob Ward Data de publicação: Outubro de 2008 Aplica-se a: SQL Server 2008 Resumo: O Hyper-V no Windows Server 2008 é uma tecnologia de virtualização avançada que pode ser utilizada pelas TI empresariais para consolidar servidores de TI subutilizados, reduzindo o custo total de propriedade e mantendo ou melhorando a qualidade do serviço. Através de uma série de cenários de teste que representam os princípios básicos da aplicação SQL Server, este documento oferece recomendações de melhores práticas sobre a execução do SQL Server no ambiente Windows Hyper-V.

2 Direitos de autor A informação contida neste documento representa a visão actual da Microsoft Corporation sobre os assuntos discutidos, na data da publicação. Dado que a Microsoft tem de responder a condições de mercado em mutação constante, não deve ser interpretada como um compromisso da parte da Microsoft, não podendo a Microsoft garantir o rigor de qualquer informação apresentada após a data desta publicação. Este white paper serve apenas fins de informação. A MICROSOFT NÃO OFERECE GARANTIAS EXPRESSAS, IMPLÍCITAS OU DE ESTATUTO DAS INFORMAÇÕES CONTIDAS NESTE DOCUMENTO. A responsabilidade de cumprimento da legislação aplicável relativa a direitos de autor cabe totalmente ao utilizador. Sem prejuízo dos direitos definidos pelos direitos de autor, nenhuma parte deste documento pode ser reproduzida, guardada ou introduzida em sistemas de pesquisa, ou transmitida por qualquer forma e por qualquer meio (electrónico, mecânico, fotocópia, gravação, ou outro) ou para qualquer fim, sem a permissão escrita da Microsoft Corporation. A Microsoft pode ter patentes, projectos de patentes, marcas registadas, direitos de autor, ou outros direitos de propriedade intelectual a proteger elementos apresentados documento. Excepto no caso de garantia expressa pela Microsoft, através de acordo escrito, o acesso a este documento não dá qualquer autorização a usar estas patentes, marcas registadas, direitos de autor, ou outros direitos de propriedade intelectual. Excepto quando especificado em contrário, as empresas, organizações, produtos, nomes de domínio, endereços de correio electrónico, logótipos, pessoas, locais e eventos usados como exemplo neste documento são fictícios, não se pretendendo fazer nem devendo inferir-se qualquer associação a qualquer empresa real, organização, produto, nome de domínio, endereço de correio electrónico, logótipo, pessoa, local ou evento 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 registadas são propriedade dos respectivos proprietários.

3 Índice Introdução...4 Configurações do Hyper V...4 Lista de verificação e considerações pré instalação do Hyper V...4 Recomendações de configuração de armazenamento...5 Metodologia e cargas de trabalho de teste...6 Cargas de trabalho de teste...6 Monitorizar o SQL Server em Configurações do Hyper V...8 Resultados de Testes, Observações e Recomendações...11 Custos de Desempenho de Execução do SQL Server no Hyper V...11 Custos de E/S de Discos Pass Through SQLIO...12 Custos de Desempenho de Máquina Virtual: Carga de Trabalho OLTP...14 Comparação do Desempenho de Consultas de Relatório...18 Operações de Base de Dados...19 Cenários de Consolidação do SQL Server Utilizando o Hyper V...23 Comparação de Configurações de Armazenamento em Ambiente de Consolidação...24 Escalabilidade de Instância Virtual...26 Desempenho de Instância Virtual com Recursos de CPU Sobrecarregados...28 Comparação de Opções de Consolidação...29 Conclusão...30 Observações:...30 Recomendações:...31 Para Mais Informações...32 Apêndice 1: Arquitectura Hyper V...33 Apêndice 2: Requisitos de Hardware...36 Memória...36 Processadores...36 Rede...37 Armazenamento...37 Apêndice 3: Configuração de Hardware...38

4 Introdução Baseada na tecnologia hypervisor, a funcionalidade de virtualização Hyper-V no sistema operativo Windows Server 2008 é uma camada fina de software entre o hardware e o sistema operativo que permite que vários sistemas operativos sejam executados, sem alteração, num computador de alojamento em simultâneo. O Hyper-V é uma tecnologia de virtualização avançada que pode ser utilizada pelas TI empresariais para consolidar servidores subutilizados, reduzindo o custo total de propriedade e mantendo ou melhorando a qualidade do serviço. O Hyper-V abre mais tipos de ambiente de teste e desenvolvimento potenciais que, caso contrário, poderiam ser restringidos pela disponibilidade do hardware. De um modo geral, é suficientemente desafiante criar hardware de tamanho correcto para consolidar cargas de trabalho actuais e proporcionar espaço para crescimento. A adição de virtualização à mistura aumenta os potenciais desafios de planeamento de capacidade. O objectivo deste documento é ajudar a abordá-los focando duas áreas principais da execução do Microsoft SQL Server num ambiente Hyper-V: Custos de recursos de sistema impostos pela execução do SQL Server num ambiente Hyper-V Como o Hyper-V escala executado no SQL Server 2008 Este white paper descreve uma série de configurações de teste que executámos, que representaram uma variedade de cenários possíveis que envolvem o SQL Server executado no Hyper-V. O white paper aborda os nossos resultados e observações, e também apresenta as nossas recomendações. Os resultados dos testes mostraram que o SQL Server 2008 no Hyper-V proporciona um desempenho e escalabilidade fiáveis. Acreditamos que o Windows Server 2008 Hyper-V é uma plataforma sólida para o SQL Server 2008 para a carga de trabalho adequada. É prático executar cargas de trabalho de produção num ambiente Hyper-V, desde que a carga de trabalho esteja dentro da capacidade da máquina virtual de convidado Hyper-V. Configurações do Hyper-V Esta secção contém uma lista de verificação de instalação de Hyper-V simplificada. Para obter mais informações sobre o Hyper-V, consulte a lista de white papers adicionais no final deste white paper e no Apêndice 3, onde descrevemos o hardware utilizado para os testes. Lista de verificação e considerações pré-instalação do Hyper-V Utilize um processador de servidor que suporte virtualização assistida por hardware. Existem dois à escolha: o Inter VT o Virtualização AMD (AMD-V)

5 Certifique-se de que a virtualização assistida por hardware e o Data Execution Prevention (DEP) estão presentes e activados. (Pode verificá-lo na definição da BIOS.) Execute a função do servidor Hyper-V apenas na partição de raiz do sistema operativo Windows. Defina quaisquer discos que são configurados como discos pass-through para a máquina virtual de convidado como offline na partição de raiz utilizando o DISKPART ou o gestor de volumes. Certifique-se de que os componentes de integração ( evoluções ) estão instalados na máquina virtual de convidado. Utilize um adaptador de rede em vez de um adaptador de rede antigo ao configurar a rede para a máquina virtual. Evite dispositivos emulados para implementações do SQL Server quando possível. Estes dispositivos podem resultar em custos de CPU significativamente maiores quando comparados com dispositivos sintéticos. Recomendações de configuração de armazenamento À semelhança de qualquer implementação do SQL Server, E/S devidamente configuradas e de tamanho adequado é um factor crítico para o desempenho. A configuração de armazenamento em ambientes virtualizados não é excepção, e o hardware de armazenamento deve fornecer débito de E/S suficiente, assim como capacidade de armazenamento para satisfazer necessidades actuais e futuras das máquinas virtuais planeadas. Certifique-se de que segue todas as melhores práticas de armazenamento pré-implementação ao configurar o armazenamento. O Hyper-V suporta vários tipos de opções de armazenamento diferentes. Cada uma das opções de armazenamento pode ser anexada através de um controlador IDE ou SCSI. Para dados SQL e ficheiros de registo, utilizámos a opção de configuração de controlador SCSI virtual. O SQL Server é intensivo em E/S, pelo que recomendamos que limite as suas escolhas às duas opções com melhor desempenho: Disco pass-through Discos rígidos virtuais (VHDs) de tamanho fixo - Os VHDs dinâmicos não são recomendados por motivos de desempenho. Tal deve-se ao facto de, para VHD dinâmicos, os blocos no disco começarem como blocos em zero, mas não são apoiados por qualquer espaço real no ficheiro. As leituras de tais blocos devolvem um bloco de zeros. A primeira vez que se escreve num bloco, a pilha de virtualização deve atribuir espaço para o bloco no ficheiro VHD e então actualizar os metadados. Além disso, sempre que um bloco existente é referenciado, o mapeamento do bloco deve ser procurado nos metadados. Tal aumenta o número de E/S de disco para actividades de leitura e escrita e utilização da CPU. O crescimento dinâmico requer também que o administrador de servidor monitorize a capacidade do disco para garantir que existe armazenamento em disco suficiente à medida que as necessidades de armazenamento aumentam. Os VHDs de tamanho fixo podem ser expandidos se necessário, mas tal requer que a máquina virtual de convidado seja encerrada durante a operação.

6 Nos cenários de teste para este white papel utilizámos configurações de armazenamento de VHD de tamanho fixo e pass-through. Em todas as configurações foram utilizados controladores SCSI sintéticos para as máquinas virtuais de convidado. Para obter mais informações sobre o hardware utilizado para estes testes, consulte o Apêndice 3. (Nota: O IDE sintético não foi testado.) Metodologia e cargas de trabalho de teste Escolhemos uma série de cenários de teste para determinar melhores práticas e considerações de desempenho para executar aplicações SQL Server 2008 num ambiente Hyper-V. O nosso primeiro conjunto de cenários de teste destina-se a compreender os custos de desempenho de ambiente nativo vs. ambiente de máquina virtual de convidado Hyper-V. O nosso segundo conjunto de cenários de teste destina-se a compreender as características de escalamento de uma máquina virtual de convidado num servidor de anfitrião. Cargas de trabalho de teste Foram utilizadas várias cargas de trabalho para avaliar o desempenho dos diferentes cenários. Neste white paper, nativo refere-se a uma instalação Windows sem o Hyper-V activado; raiz refere-se à partição principal numa configuração Windows Hyper-V com o Hyper-V activado; e máquina virtual de convidado refere-se à máquina virtual de convidado alojada na partição de raiz (ou principal) do Windows. O foco principal destes cenários foi o seguinte: Comparar o desempenho do SQL Server executado na raiz vs. numa máquina virtual de convidado. Comparar o desempenho de várias instâncias do SQL Server executadas numa instância Windows nativa com o SQL Server a executar instâncias únicas em várias máquinas virtuais de convidado. Observar a escalabilidade do débito da carga de trabalho do SQL Server à medida que o número de máquinas virtuais de convidado executadas numa única partição de raiz é aumentado. As cargas de trabalho utilizadas para estes testes, as suas características e cenários-alvo para cada carga de trabalho são descritos na tabela que se segue. Tabela 1: Cargas de trabalho e cenários Carga de Características gerais Cenários-alvo trabalho SQLIO Gera carga de trabalho de E/S. Comparação do desempenho de E/S nativo vs. máquina virtual de convidado. Carga de Carga de trabalho do tipo OLTP a Comparação do desempenho de

7 trabalho OLTP Carga de trabalho de relatório Carga de trabalho operacional do SQL Server simular uma aplicação de corretagem direccionada para o cliente. Para obter mais informações sobre a configuração de hardware, consulte o Apêndice 3. Consultas de relatório, que consomem grandes quantidades de recursos da CPU e de E/S. Cópia de segurança/restauro, recriação de índice, DBCC CHECKDB. carga de trabalho entre nativo, raiz e máquina virtual de convidado. Comparação de várias instâncias do SQL Server executadas numa instância nativa do Windows vs. várias máquinas virtuais de convidado, cada uma a executar uma única instância do SQL Server. Escalamento do débito de carga de trabalho à medida que o número de convidados é aumentado. Comparação do desempenho de consultas de relatório entre nativo, raiz e máquina virtual de convidado. Comparação do desempenho de operações de bases de dados entre nativo, raiz e máquina virtual de convidado. A lista que se segue contém informações mais específicas acerca dos cenários-alvo de cada execução de cargas de trabalho: Teste SQLIO: SQLIO é uma ferramenta para determinar a capacidade de E/S de determinada configuração. Este cenário de teste foi concebido para determinar os custos de E/S ao executar uma máquina virtual de convidado utilizando discos pass-through para a configuração de armazenamento. Carga de trabalho OLTP. Este cenário de teste: o Compara o desempenho do SQL Server executado de forma nativa no Windows com o desempenho executado numa máquina virtual de convidado. Para esta comparação, tanto a instância nativa como a máquina virtual de convidado foram configuradas com configurações de hardware equivalentes. o Compara o desempenho do SQL Server a utilizar várias configurações de armazenamento para ficheiros de dados e de registo. Comparações de configurações de discos pass-through vs. configurações VHD, assim como diferentes configurações de conjunto de armazenamento subjacentes (i.e., configurações de armazenamento partilhadas vs. dedicadas). o Compara o desempenho de várias instâncias de SQL Server executadas de forma nativa no Windows a um número equivalente de máquinas virtuais de convidado, cada uma delas configurada com uma única instância do SQL Server.

8 o Observa o escalamento da carga de trabalho à medida que são adicionadas mais máquinas virtuais de convidado à partição de raiz de um único servidor físico. Neste caso, observámos casos em que: O número de núcleos de CPU físicos era igual à soma de núcleos de CPU lógicos para todas as máquinas virtuais de convidado. O número de núcleos de CPU física era inferior à soma de todos os núcleos de CPU lógicos em todas as máquinas virtuais de convidado (referidas como recursos de CPU sobrecarregados ). Carga de trabalho de relatório: Este cenário compara o desempenho do SQL Server executado de forma nativa no Windows ao desempenho do SQL Server executado numa máquina virtual de convidado com uma configuração de hardware equivalente. Operações de base de dados: Este cenário compara o desempenho do SQL Server executado de forma nativa no Windows ao desempenho do SQL Server executado numa máquina virtual de convidado com uma configuração de hardware equivalente. Para os cenários que utilizaram a carga de trabalho OLTP, foram utilizados vários níveis de carga de trabalho diferentes para observar diferenças comportamentais sob diferentes níveis de CPU. Os detalhes destes diferentes níveis de carga de trabalho serão abordados posteriormente neste white paper. Monitorizar o SQL Server em Configurações do Hyper-V Existem várias considerações ao monitorizar o desempenho de cargas de trabalho do SQL Server executadas em configurações Hyper-V utilizando o Windows System Monitor (frequentemente referido como perfmon). Para obter uma medição real da utilização de recursos, é necessário utilizar contadores Hyper-V expostos pelo Windows na partição de raiz. Uma discussão aprofundada da monitorização Hyper-V está para além do âmbito deste white paper. Para mais informações, consulte o Apêndice 3. Durante este teste foram efectuadas várias observações relativas à monitorização do desempenho. A maioria das considerações está relacionada com medições da utilização da CPU. Ao monitorizar a utilização da CPU num servidor a executar o Hyper-V, deve utilizar os contadores Hyper-V Processor expostos na partição de raiz. O Hyper-V expõe três contadores principais relacionados com a utilização da CPU: Processador Lógico Hyper-V Hypervisor: Fornece com maior precisão o total de recursos de CPU consumidos em todo o servidor físico. Processador de Raiz Hyper-V Hypervisor: Fornece a medição mais precisa dos recursos de CPU consumidos pela partição de raiz. Processador Virtual Hyper-V Hypervisor: Fornece a medição mais precisa do consumo de CPU para máquinas virtuais de convidado específicas. Os contadores de % Tempo de Processador tradicionais podem ser monitorizados na partição de raiz; no entanto, devido ao facto de existirem camadas de virtualização não expostas a estes contadores de processador, poderão não reflectir recursos de CPU precisos utilizados. Ao monitorizar o desempenho, meça a utilização da CPU utilizando contadores Hyper-V em

9 qualquer servidor a executar a função Hyper-V com o hypervisor activado. Encontra mais informações na série Blogue de Tony Voellm sobre a monitorização do desempenho do Hyper-V. A Figura 1 ilustra cada um destes contadores. Nesta imagem, o conjunto de contadores superior (\\SQLBP08R900) é monitorizado na partição de raiz, e o conjunto inferior (\\sqlhv1) é monitorizado da perspectiva do convidado. Tenha em mente que para este exemplo existem 16 núcleos de CPU físicos visíveis pela partição de raiz e quatro núcleos de CPU lógicos visíveis pela máquina virtual de convidado. Note também que embora existissem duas máquinas virtuais de convidado executadas na raiz, por questões de espaço é apresentada apenas uma no gráfico. Os quatro contadores de processador lógico para a segunda máquina virtual continuam no lado direito do gráfico. Figura 1: Contadores Hyper V perfmon Para obter mais informações sobre monitorização e estas questões específicas, consulte a secção de virtualização das orientações de monitorização de desempenho Windows 2008 e dos blogues de contadores de desempenho Hyper-V. No que diz respeito à monitorização do SQL Server, não existem considerações especiais ao executar numa máquina virtual de convidado. Os contadores SQL Server são, de um modo geral, uma medida de consumo (recursos específicos do SQL Server) ou débito. Além disso, os contadores SQL Server não são expostos à partição de raiz quando executados numa máquina virtual de convidado; devem ser monitorizados a partir de máquina virtual de convidado. A medição do desempenho de E/S é diferente dependendo da forma como o armazenamento de convidado é configurado. A latência é uma medição do tempo decorrido, e pode ser medida com bastante precisão a partir da raiz ou do convidado. Seguem-se algumas considerações gerais relativas à monitorização do desempenho de disco:

10 Pode utilizar os contadores de disco lógicos ou físicos na máquina virtual de convidado para monitorizar o desempenho de E/S. Foi verificada uma diferença reduzida entre os valores relatados pelos contadores da partição de raiz e os relatados pela máquina virtual de convidado; no entanto, observaram-se valores de latência ligeiramente superiores (Leitura e escrita de disco/seg média) ao monitorizar a partir da máquina virtual de convidado do que a partir da raiz. Tal deve-se ao facto de a E/S demorar ligeiramente mais tempo a ser concluída da perspectiva da máquina virtual. Se o armazenamento da máquina virtual de convidado estiver configurado como passthrough, o disco estará offline ao nível da partição de raiz e não será apresentado nos contadores de disco lógicos na partição de raiz. Para monitorizar o desempenho de discos pass-through na partição de raiz devem ser utilizados os contadores de discos físicos. Aquando dos testes, existem questões conhecidas nos contadores de disco físico Windows Server 2008 quando são utilizadas soluções multi-pathing. As questões foram corrigidas no GDR mais recente do Gestor de Máquina Virtual de Centro de Sistema Microsoft. Quando as máquinas virtuais de convidado são configuradas para utilizar ficheiros VHD para armazenamento e esses ficheiros VHD residem em discos físicos comuns, a monitorização dos contadores de disco a partir da máquina virtual de convidado irá fornecer detalhes sobre a E/S para o VHD específico. A monitorização do volume com todos os ficheiros VHD na partição de raiz irá fornecer valores agregados para todas as E/S emitidas contra o disco ou volume. A tabela 2 mostra os tipos de contadores reunidos durante execuções de cargas de trabalho para a porção de carga de trabalho OLTP dos nossos testes. Ilustra as diferenças reportadas nos contadores de desempenho ao monitorizar a partir da máquina virtual de convidado vs. partição de raiz. Tabela 2: Contadores e Cargas de trabalho Contadores medidos a partir de Máquina virtual de convidado Partição de raiz Contador Carga de trabalho OLTP baixa Carga de trabalho OLTP média Carga de trabalho OLTP elevada Transacções/seg Lotes/seg % Tempo de Processador 34,2 65,3 84,2 % Tempo de Privilégio 5,1 8 8,4 Lógico Leitura de Disco/seg Média (_Total) 0,005 0,006 0,007 Lógico Leitura 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 Hypervisor 4 4,8 4,3 Processador Lógico Hyper V %Tempo de Execução Total 39,1 68,7 86,5

11 Processador Lógico Hyper V %Tempo de Execução de Máquina virtual de convidado 35,1 63,9 82,1 Físico Leitura de Disco/seg Média (_Total) 0,005 0,006 0,006 Físico Leituras de Disco/seg (_Total) Lotes por % de CPU (Lotes, seg / %Tempo de Execução de Máquina virtual de convidado) 16, ,1 Nota: Os contadores Hyper-V medidos na partição de raiz são a agregação de todas as máquinas virtuais de convidado em execução. Resultados de Testes, Observações e Recomendações Nesta secção apresentamos e analisamos os resultados do teste e fornecemos pormenores sobre as nossas recomendações e observações para executar o SQL Server num ambiente virtualizado. A secção está estruturada em duas categorias: A primeira aborda os custos de recursos básicos criados ao executar o SQL Server num ambiente Hyper-V, e o segundo grupo aborda o impacto da consolidação do SQL Server como instâncias virtuais. Custos de Desempenho de Execução do SQL Server no Hyper-V O primeiro grupo de cenários de teste destinou-se a compreender os custos de desempenho da execução do SQL Server num ambiente Hyper-V esterilizado. Os testes de linha de base foram executados de três formas: num ambiente Windows nativo com o Hyper-V desactivado, na partição de raiz com o Hyper-V activado, e na máquina virtual de convidado único. Em casa caso, a configuração de hardware é idêntica. Nota: Instância nativa refere-se a uma instância de SQL Server executada num ambiente Windows nativo, e instância virtual refere-se a uma instância SQL Server executada na máquina virtual de convidado. Esta secção inclui os seguintes cenários de teste: Determinar os custos de E/S de discos pass-through utilizando o SQLIO Comparar o desempenho de carga de trabalho OLTP numa instância nativa única e numa instância virtual Comparar a comparação do desempenho de consultas de relatório numa instância nativa única e numa instância virtual Observar o impacto da virtualização em operações de base de dados comuns: o Cópia de segurança e restauro comprimidos o Recriação de índice o DBCC CHECKDB

12 Custos de E/S de Discos Pass-Through - SQLIO Os custos de E/S costumavam ser um desafio em ambientes virtualizados. Poderiam representar um impedimento para aplicações intensivas em E/S, como o SQL Server. Com o Hyper-V, a tecnologia é diferente. Para compreender o cenário de melhor caso, o nosso primeiro cenário de teste observou os custos de E/S utilizando a configuração de E/S mais optimizada discos passthrough dedicados. Escolhemos a configuração de disco pass-through porque tem o caminho de código mais curto do anfitrião para o subsistema de E/S. Nos testes, foi atribuído o mesmo número de eixos físicos à partição de raiz e à máquina virtual de convidado. Através de testes repetidos de várias E/S aleatórias e sequenciais, descobrimos que os custos de E/S do Hyper-V a utilizar discos pass-through é de nove a valores mínimos. Para mais informações, incluindo uma análise de desempenho pormenorizada de disco pass-through e disco rígido virtual, consulte o futuro white paper de Tony Voellm e Liang Yang, Desempenho de Disco Rígido Virtual e Disco Pass-through Windows Server 2008 Hyper-V. Pode também encontrar mais informações sobre a análise de desempenho de armazenamento Hyper-V aqui ( hyper v storage is best for you show methe numbers.aspx). Configuração de Armazenamento A configuração de disco pass-through para a raiz e máquina virtual era idêntica. Cada configuração foi apresentada com números de unidade lógica (LUNs) do conjunto de armazenamento que utilizou o mesmo número de recursos de discos físicos. Não houve partilha ao nível do disco entre quaisquer LUNs; por outras palavras, não existe partilha de eixos entre as LUNs. A figura 2 mostra a configuração apresentada a cada um. Figura 2: Pass through de configuração de armazenamento

13 Desempenho de Configuração Pass-Through Para base de referência do débito, foram executados os mesmos testes SQLIO em todas as máquinas virtuais de convidado e na raiz. As figuras 3 e 4 ilustram os resultados de testes de E/S aleatória e sequencial utilizando o SQLIO. Para este cenário de teste escolhemos os dois tamanhos de E/S SQL comuns (8 K e 64 K). Figura 3: E/S pass through 8 K aleatória Figura 4: E/S pass through 64 K sequencial

14 Custos de Desempenho de Máquina Virtual: Carga de Trabalho OLTP O objectivo deste cenário de teste era avaliar o impacto da execução do SQL Server 2008 numa máquina virtual utilizando uma carga de trabalho OLTP que simule uma aplicação de corretagem. Para obter mais informações sobre a configuração de hardware utilizada para este teste, consulte o Apêndice 3. Foram executados três níveis das cargas de trabalho contra a linha de base, raiz e máquina virtual de convidado. Linha de base é executar a instância SQL Server no servidor nativo com o Hyper-V desactivado. Tal foi efectuado utilizando a definição hypervisorlaunchtype desactivada (i.e., bcdedit /set hypervisorlaunchtype off), que requer um reinício do Windows. Os níveis de tensão do cenário de teste foram definidos pela percentagem de utilização da CPU. Uma vez que uma CPU totalmente saturada não é um cenário comum em ambientes de produção, atribuímos um intervalo de nível de tensão de CPU entre 20% e 80%. A utilização de CPU para cada nível de carga de trabalho é definida na Tabela 3. Tabela 3: Utilização de CPU Utilização aproximada da Carga de trabalho de teste CPU OLTP Baixo 30% OLTP Médio 50% 60% OLTP Elevado 80% Uma vez que as máquinas virtuais de convidado Hyper-V suportam até quatro processadores lógicos, para comparação directa, o anfitrião foi configurado para utilizar quatro núcleos através da definição da BIOS (NUMPROC=4). Para compreender o impacto da configuração de armazenamento, foram configuradas duas máquinas virtuais utilizando os dois tipos de configuração de armazenamento Hyper-V recomendados para a carga de trabalho SQL Server (discos pass-through e VHD fixos). Débito e Impacto de Processador Os testes de linha de base de três níveis de carga foram executados num ambiente nativo Windows Server 2008 com a função Hyper-V desactivada. O mesmo conjunto de cargas de trabalho foi executado contra a partição de raiz com o Hyper-V activado, uma máquina virtual de convidado configurada utilizando armazenamento de disco pass-through, e então uma máquina virtual de convidado utilizando armazenamento VHD fixo. A tabela 4 mostra os pedidos de lote relativos por CPU% e os custos em todos os casos de teste. O sistema escalou bastante bem com todos os casos de teste neste cenário; cada configuração alcançou o mesmo débito, com a máquina virtual a incorrer um maior custo de CPU para atingir o mesmo débito. O desempenho de discos pass-through e VHD fixos foi bastante semelhante com mesmos de um ponto percentual de variação de custos.

15 A tabela 4 também mostra os custos de CPU incorridos pela execução da carga de trabalho OLTP na máquina virtual. Observámos que o custo em percentagem era superior na carga de trabalho inferior. Existe uma determinada quantidade de trabalho fixo e CPU associada à máquina virtual. Se for distribuído por uma quantidade de trabalho inferior, então a percentagem de custos será maior. Utilizámos a fórmula seguinte para medição do desempenho: Lote/CPU% = Pedidos de lote/seg divididos por percentagem de utilização da CPU Tabela 4: Custos de CPU de máquina virtual a executar cargas de trabalho OLTP Pedidos de lote/s Baixo Médio Elevado Lote/C PU% Custos Pedidos de lote/s Lote/C PU% Custos Pedidos de lote/s Lote/C PU% Custos 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 Windows Server 2008 nativo com a função Hyper-V desactivada. O comutador de rede virtual não está desligado. 2. Partição de raiz: uma partição de raiz no Windows Server 2008 com o Hyper-V activado. 3. VM_PT: uma máquina virtual de convidado configurada com discos pass-through, quatro processadores lógicos e 14 GB de RAM. 4. VM_VHD: máquina virtual de convidado configurada com discos VHD fixos, quatro processadores lógicos e 14 GB de RAM. 5. Os custos são calculados em comparação com a linha de base ((Lotes de linha de base/cpu Lotes de VM/CPU)/ Lotes de linha de base/cpu)

16 Figura 5: Débito relativo pedido de lote por CPU% Configuração de Armazenamento e Desempenho Ambas as máquinas virtuais de convidado utilizaram a mesma configuração de disco subjacente para dados SQL Server e ficheiros de registo, pelo que são directamente comparáveis (os dados da configuração física de cada uma delas foram já referidos neste documento, e são os mesmos que os utilizadores para o teste SQLIO). No caso dos ficheiros VHD, eram os únicos ficheiros colocados nos discos físicos expostos na partição de raiz. Observámos um ligeiro aumento na latência quando utilizámos VHDs para armazenamento de ficheiros de dados e registo SQL Server, o que se traduziu num pequeno impacto no débito de carga de trabalho, conforme apresentado na Figura 5. A utilização de VHD para configurações de máquina virtual de convidado tem vantagens de aprovisionamento e gestão. Numa perspectiva de débito/desempenho, num caso de baixa tensão, não existe diferença entre pass-through e VHD fixo. À medida que a carga de trabalho aumenta, um disco pass-through começa a mostrar uma ligeira vantagem em termos de desempenho. A figura 6 apresenta o desempenho de leitura registado neste cenário de teste OLTP.

17 Figura 6: Volumes de dados (leituras por segundo) A figura 7 mostra a latência de disco média ao longo de execuções de teste. Como esperado, o VHD tem a maior latência, enquanto que a latência do disco pass-through é igual à latência de armazenamento nativo. Os valores de latência de disco relatados para a latência do caso VHD foram relatados a partir dos contadores de máquina virtual de convidado; no entanto, não verificámos qualquer diferença entre estes e os valores relatados pela partição de raiz.

18 Figura 7: Latência de disco média Comparação do Desempenho de Consultas de Relatório As consultas de relatório são normalmente consultas apenas de leitura e de longa execução que consomem uma grande quantidade de recursos de CPU e E/S. Em comparação com cargas de trabalho, as consultas deste tipo são normalmente emitidas sob baixa concorrência de utilizadores. Neste cenário de teste foram executados quatro consultas de relatório sequencialmente para medir o consumo de recursos e tempo até à conclusão. Estas quatro consultas são intensivas em E/S e consomem uma utilização significativa da CPU devido a agregações. A definição sp_configure grau máx. de paralelismo é definida para 0 para que as consultas utilizem todos os recursos de CPU disponíveis. A diferença entre executar consultas em máquinas virtuais de convidado e as executar de forma nativa na partição de raiz era mínima; observámos um aumento relativamente reduzido nos custos de desempenho com as máquinas virtuais de convidado. A figura 8 mostra o tempo para a conclusão e o consumo da CPU das consultas.

19 Figura 8: Desempenho de consultas de relatório Operações de Base de Dados Algumas operações de base de dados são relativamente intensivas em termos de CPU. Os resultados do teste nesta secção abordam o impacto da virtualização em operações de base de dados como cópia de segurança e restauro com compressão, recriação de índice e DBCC CHECKDB. Cópia de segurança e restauro As operações de cópia de segurança e restauro foram efectuadas utilizando uma partilha de ficheiros num servidor físico diferente como destino para os ficheiros de cópia de segurança. Neste caso, a cópia de segurança e restauro foram ligadas pela largura de banda da rede, não pelo disco ou processador. Utilizámos a compressão de cópia de segurança nativa do SQL Server 2008 para o teste da operação de cópia de segurança. Em comparação com a mesma operação num sistema operativo nativo, houve uma degradação de 10-15% no desempenho de débito de cópia de segurança com um aumento de CPU substancial. Foi observada uma degradação semelhante com o débito de restauro. Esta degradação no débito é explicada pelos custos de rede incorridos quando as operações a partir da máquina virtual de convidado fazem uma utilização intensiva dos recursos de rede. Nos nossos testes descobrimos que esta é a área de maior preocupação ao considerar os custos introduzidos pela execução do SQL Server a partir de uma máquina virtual de convidado Hyper-V. Foi muito mais significativo do que quaisquer custos observados para operações de CPU ou E/S.

20 Neste cenário de teste, observámos que o débito de rede estava na gama dos MB por segundo durante a operação de cópia de segurança e restauro. Existia um único adaptador de rede de 1 Gbs/seg no servidor utilizado para o SQL Server e no servidor que expôs a partilha de ficheiro de rede para o destino da cópia de segurança. O débito de cópia de segurança e restauro é de cerca de 100 MB por segundo. As medições são da saída de cópia de segurança e restauro do SQL Server. A compressão foi utilizada durante esta operação, o que explica porque o débito relatado é significativamente superior ao débito de rede que pode ser suportado dada a configuração de rede. As figuras 9, 10 e 11 mostram o débito de cópia de segurança e restauro de máquinas virtuais, partição de raiz e nativo utilizando discos pass-through e VHD fixos. O débito relativo no eixo Y é calculado como megabytes totais por segundo divididos pela percentagem de CPU média total. O débito de restauro ligeiramente superior pode ser explicado pelo desempenho de escrita da partilha de ficheiros de destino (o desempenho de leitura dessa partilha é ligeiramente melhor devido à utilização de RAID5). Figura 9: Comparação de débito de cópia de segurança e restauro

21 Figura 10: Cópia de segurança de utilização de rede e CPU Figura 11: Restauro de utilização de rede e CPU A tabela 5 contém os dados reunidos deste cenário de teste.

22 Tabela 5: Débito de cópia de segurança e restauro Linha de base Partição de raiz Máquina virtual de convidado (pass through) Máquina virtual de convidado (VHD fixo) Débito de cópia de segurança (MB/s) 181,00 158,00 154,00 157,00 Tempo total para cópia de segurança (segundos) 764,00 875,00 874,00 874,00 Débito de restauro (MB/s) 241,00 218,00 173,00 167,00 Tempo total para restauro (segundos) Recriação de índice A recriação de base de dados é uma operação de base de dados bastante comum, intensiva em CPU e E/S. O objectivo deste caso de teste foi compreender o impacto da virtualização na operação de recriação de índice. Foram recriados três índices grandes de forma sequencial com a compressão de página activada (uma nova funcionalidade do SQL Server 2008 que comprime as páginas de dados num índice). Criámos o índice com compressão de página para aumentar a pressão na CPU. Foram capturados a utilização de recursos e o tempo para a conclusão. Verificaram-se poucos custos quando a mesma operação foi executada nas máquinas virtuais. A figura 12 mostra o tempo de criação do índice vs. percentagem de CPU no sistema operativo nativo, partição de raiz e nas máquinas virtuais de convidado. Figura 12: Três índices recriados sequencialmente com compressão de página

23 DBCC CHECKDB Também testámos o DBCC CHECKDB, uma outra operação intensiva em CPU e E/S. Demora mais tempo a concluir a operação na máquina virtual de convidado do que no sistema operativo de base. A figura 13 mostra o tempo para a conclusão vs. os recursos de CPU totais consumidos pela operação. À semelhança dos testes de recriação de índice, verificámos um aumento relativamente pequeno no tempo para a conclusão. Figura 13: DBCC CHECKDB com MAXDOP 0 Cenários de Consolidação do SQL Server Utilizando o Hyper-V Este grupo de cenários de teste foi concebido para responder a algumas das principais questões em torno da consolidação do SQL Server num ambiente Hyper-V: Impacto no desempenho da configuração de armazenamento de várias instâncias O objectivo deste cenário de teste foi compreender o impacto no desempenho de armazenamento dedicado vs. partilhado num ambiente de consolidação. Escalabilidade de Instância Virtual

24 O objectivo deste cenário de teste foi compreender a escalabilidade da instância virtual quando havia processador físico suficiente para suportar o mapeamento 1:1 para o processador lógico configurado para a máquina virtual de convidado. Desempenho de Instância Virtual com Recursos de CPU Sobrecarregados O objectivo deste cenário de teste foi compreender o impacto no desempenho quando o número total de processadores lógicos configurados para as instâncias virtuais era superior ao dos processadores físicos disponíveis no servidor. Comparação de Configurações de Armazenamento em Ambiente de Consolidação Até agora determinámos que os discos pass-through e VHD fixos são boas configurações de armazenamento para a carga de trabalho SQL Server. Para uma maior compreensão do impacto destas duas configurações de armazenamento diferentes na carga de trabalho OLTP, criámos dois conjuntos de testes para comparar os seguintes métodos de armazenamento: Armazenamento dedicado (i.e., sem partilha ao nível do disco) utilizando discos passthrough Um agrupamento comum de recursos de disco com ficheiros VHD para ficheiros de dados e registo SQL Server A primeira configuração de armazenamento utilizou discos pass-through com armazenamento dedicado para cada uma das máquinas virtuais, conforme apresentado na figura 14. Cada máquina virtual de convidado foi apresentada com esta configuração, que consistiu em dois LUNs (150 GB) para ficheiros de dados e um LUN (50 GB) para o registo. Não houve partilha ao nível do disco físico entre as máquinas virtuais de convidado, e cada LUN tinha um conjunto de discos físicos dedicados. Figura 14: Configuração de disco por máquina/raiz virtual

25 A segunda configuração de armazenamento foi configurada utilizando um agrupamento comum de discos, conforme apresentado na Figura 15. Neste caso, foi utilizado um agrupamento único de recursos de disco para ficheiros VHD com ficheiros de dados SQL Server, e um agrupamento de recursos de disco em separado para ficheiros VHD com ficheiros de registo SQL Server. Para ambientes de armazenamento virtualizados, esta configuração fornece uma abordagem mais flexível. Figura 15: Agrupamentos únicos A mesma carga de trabalho de tipo OLTP foi então executada a diferentes níveis de débito em relação a cada uma das duas configurações. As figuras 16 e 17 apresentam a comparação do débito de E/S e latência entre a configuração de armazenamento dedicado utilizando discos passthrough e de armazenamento partilhado utilizando ficheiros VHD. Figura 16: Débito de E/S e latência utilizando pass through vs. VHD fixo

26 Figura 17: Débito de LUNS pass through dedicados vs. VHD fixos em discos partilhados O desempenho foi semelhante para as duas configurações de armazenamento. Em média, a configuração de VHD fixo foi cerca de 3,5% mais lenta do que os discos pass-through dedicados. Se o desempenho de E/S e a previsibilidade forem críticos para a aplicação, recomendamos que utilize discos pass-through em recursos de disco dedicados. No entanto, existe apenas um pequeno conflito de escolha pela flexibilidade oferecida por ficheiros VHD. Escalabilidade de Instância Virtual É um dado adquirido que executar várias máquinas virtuais no mesmo anfitrião será o cenário de implementação mais comum. Incluímos este cenário de teste para compreender as características do escalamento de carga de trabalho de base de dados com máquinas virtuais. O Dell R900 utilizado para este cenário de teste tem 16 núcleos físicos. Foram executados dois conjuntos de casos de teste. O primeiro conjunto foi configurado para utilizar 8 núcleos (NUMPROC=8). O segundo conjunto foi configurado para utilizar os 16 núcleos físicos (NUMPROC=16). Todas as máquinas virtuais de convidado foram configuradas com quatro processadores lógicos e 14 GB de RAM. O SQL Server foi configurado para utilizar 12 GB, deixando 2 GB para o sistema operativo. Duas máquinas virtuais de convidado concorrentes Este caso de teste envolveu duas máquinas virtuais executadas concorrentemente no anfitrião configurado utilizando oito processadores físicos. Cada máquina virtual foi configurada com quatro processadores lógicos. As máquinas virtuais foram configuradas com armazenamento subjacente idêntico.

27 O gráfico de resultados na Figura 18 mostra que a configuração é bem escalada à medida que a carga de trabalho aumenta. Figura 18: Escalabilidade de máquinas virtuais de convidado concorrentes Quatro máquinas virtuais de convidado concorrentes Executámos este teste para compreender a escalabilidade das máquinas virtuais a executar carga de trabalho OLTP quando existe recurso de processador suficiente para suportar o mapeamento de um para um de processadores físicos para processadores lógicos. O anfitrião tinha 16 CPUs disponíveis, e cada máquina virtual foi configurada com quatro processadores lógicos. O armazenamento subjacente foi idêntico para as quatro máquinas virtuais. Os resultados apresentados na Figura 19 mostraram que as máquinas virtuais escalam bastante bem quando a CPU não está sobrecarregada. Poderão verificar-se maiores custos com quatro máquinas virtuais de convidado concorrentes, em comparação com duas máquinas virtuais de convidado concorrentes, o que é expectável devido à maior concorrência.

28 Figura 19: Escalabilidade de máquina virtual sem CPUs sobrecarregadas Desempenho de Instância Virtual com Recursos de CPU Sobrecarregados O Hyper V suporta uma CPU sobrecarregada até 1:8 de mapeamento de processador lógico para virtual. Os processadores sobrecarregados podem ser utilizados em consolidação para maximizar os recursos de CPU disponíveis no servidor físico. No entanto, esta técnica apresenta custos de CPU adicionais significativos. Os testes descritos nesta secção exploraram o impacto de executar o SQL Server num ambiente virtualizado com recursos de CPU sobrecarregados. Quatro Máquinas Virtuais de Convidado Concorrentes com Recursos de CPU Sobrecarregados Para o nosso cenário de processador sobrecarregado foram configuradas quatro máquinas virtuais de convidado para serem executadas concorrentemente. Cada máquina virtual foi configurada com quatro processadores lógicos, 14 GB de RAM e 12 GB utilizados pelo SQL Server. O armazenamento subjacente foi idêntico para as quatro máquinas virtuais. A figura 16 mostra os resultados da escalabilidade à medida que a carga de trabalho aumenta. A escala é bastante plana à medida que a carga de trabalho aumenta, e chega próximo dos 90%. A execução de quatro máquinas virtuais com quatro processadores virtuais cada resultou numa CPU sobrecarregada: 16 processadores virtuais com apenas 8 núcleos de CPU físicos tornaramse um recurso restringido pela CPU. O Hyper-V expõe as opções de gestão de recursos da CPU ao nível da máquina virtual que podem ser utilizadas nestes tipos de cenário. Essas opções serão abordadas num futuro white paper.

29 Figura 20: Escalabilidade de quatro máquinas virtuais concorrentes com CPU sobrecarregada Comparação de Opções de Consolidação A virtualização apresenta muitos benefícios para cenários de consolidação. Um dos principais benefícios é que as máquinas virtuais fornecem vários ambientes isolados no mesmo computador anfitrião. Em termos de desempenho, a milhagem irá variar consoante a aplicação, carga de trabalho e hardware. É importante testar e avaliar pormenorizadamente os prós e contras da utilização de uma instância nativa vs. instância virtual para o projecto de consolidação. A tabela 6 compara as opções para instâncias nativas e instâncias virtuais em termos de consolidação. Tabela 6: Opções de Consolidação Isolamento Recursos de CPU Memória Armazenamento Gestão de recursos Várias instâncias do SQL Server Instância Windows partilhada Número de CPUs visíveis à instância Windows Limite de servidor flexível (memória de servidor máx.) Ficheiros de dados SQL Server com opções de armazenamento padrão WSRM (nível do processo) Várias máquinas virtuais Instância Windows dedicada Máximo Windows 2008 até 4 CPUs virtuais Windows 2003 até 2 CPUs virtuais Estaticamente atribuída à máquina virtual Apenas alterações offline Sem capacidade para sobrecarregar recursos da memória Limite de 64 GB por máquina virtual Limite de 2 terabytes (TB) por anfitrião Ficheiros de dados SQL Server a utilizar discos rígidos pass-through ou virtuais expostos à máquina virtual Máquina virtual de convidado Hyper-V

30 Número de 50 Limite prático determinado por recursos físicos instâncias Suporte Aplicam-se regras normais SQL Server 2008 e SQL Server 2005 Alta disponibilidade Aplicam-se regras normais Clustering de convidado não suportado Duplicação de bases de dados, envio de registos (suportado) Conclusão De uma perspectiva do desempenho, o Hyper-V é uma opção viável para cenários de consolidação do SQL Server. O desempenho geral do SQL Server executado num ambiente virtualizado Hyper-V é razoável comparado com o ambiente Windows Server 2008 nativo equivalente. Com capacidade e configuração de E/S adequadas, os custos de E/S são mínimos. Para o melhor desempenho, deverá ter processadores físicos suficientes para suportar diversos processadores físicos configurados no servidor para evitar recursos de CPU sobrecarregados. Os custos de CPU aumentam significativamente quando os recursos de CPU estão sobrecarregados. É importante testar pormenorizadamente cada aplicação antes de a implementar num ambiente Hyper-V em produção. Seguem-se algumas das nossas considerações e recomendações gerais ao executar o SQL Server em ambientes Hyper-V. Observações As máquinas virtuais de convidado Hyper-V estão limitadas a um máximo de quatro núcleos de CPU; como tal, deverá executar o SQL Server em máquinas virtuais de convidado Hyper-V apenas se o desempenho de carga de trabalho puder ser satisfeito por um máximo de quatro CPUs. Em comparação com configurações nativas com recursos de hardware equiparáveis, pode ser alcançado o mesmo débito numa máquina virtual de convidado com um custo de utilização de CPU ligeiramente superior. Com o Hyper-V é possível sobrecarregar os recursos de CPU quando o número total de núcleos de CPU lógicos configurados em todas as máquinas virtuais é superior ao número de núcleos de CPU físicos disponíveis no servidor. Nestes casos, verificámos mais custos de CPU e desempenho quando executámos cargas de trabalho SQL Server. Um tamanho de hardware adequado é crítico para o desempenho do SQL Server. Deve certificar-se de que os recursos de CPU física cumulativos num servidor são adequados para satisfazer as necessidades das máquinas virtuais de convidado testando a carga de trabalho no ambiente virtualizado planeado.

31 As cargas de trabalho intensivas em rede verão um maior custo de CPU e, consequentemente, um maior impacto do desempenho. A informação captada até agora é específica de considerações de desempenho; para implementação, tenha em conta as considerações funcionais (i.e., configurações suportadas, opções para alcançar uma elevada disponibilidade, etc.). Encontra mais informações na secção de apêndice deste white paper, que abrange a funcionalidade geral do Hyper-V e actuais políticas de suporte relacionadas com a execução do SQL Server em configurações Hyper-V. Descobrimos que havia custos mínimos de desempenho de E/S ao executar o SQL Server a partir de uma máquina virtual de convidado. A configuração de disco passthrough proporcionou o melhor desempenho de E/S; no entanto, observámos custos mínimos ao executar utilizando VHDs de tamanho fixo. A decisão relativamente à configuração de armazenamento a utilizar deve ser tomada com base no que faz sentido para a implementação em particular; as máquinas virtuais que utilizam VHDs são mais fáceis de mover do que discos pass-through. Para cenários de consolidação, a quantidade de recursos de armazenamento disponíveis, assim como o cenário, irão orientar a decisão. Nos nossos testes, encontrámos um desempenho aceitável nas configurações partilhadas e dedicadas. Em qualquer dos casos, deverá decidir o tamanho do armazenamento tendo em conta a carga de trabalho e os requisitos de tempo de resposta. Siga sempre as melhores práticas relativamente ao armazenamento subjacente em ambientes Hyper-V, tal como faria com qualquer implementação do SQL Server. Para mais informações, consulte Melhores Práticas de E/S Pré-Implementação para o SQL Server. Recomendações Utilize discos pass-through ou VHDs fixos para armazenamento de máquina virtual de convidado. Estes constituem a melhor opção para desempenho, e devem proporcionar os melhores resultados para cargas de trabalho SQL Server. Os VHDs dinâmicos não são recomendados por motivos de desempenho. Evite utilizar dispositivos emulados e, em vez disso, certifique-se de que os componentes de integração para o Hyper-V foram instalados e que os dispositivos sintéticos estão a ser utilizados para E/S, rede, etc. Os dispositivos sintéticos vão proporcionar o melhor desempenho com os menores custos de CPU. A capacidade para utilizar algumas destas técnicas irá depender das capacidades do hardware. Para cargas de trabalho com uma utilização intensiva dos recursos de rede, consulte as secções de virtualização e rede do guia de monitorização de desempenho Windows para as melhores práticas para optimização da rede para a sua configuração em particular. Teste o desempenho da carga de trabalho, uma vez que as características da mesma podem variar bastante.