Windows Server 2012 - 超越虚拟化
近几年来，服务器虚拟化已经有了长足的演进，从刚萌芽的技术演变为成熟的 IT 功能。在演化过程中，各种规模的企业开始利用其强大的功能，满足日新月异的业务需求。组织通过将工作负载虚拟化，能够控制并降低成本，同时提升 IT 系统的扩展性、灵活性和涵盖范围。
但随着演进的发展，我们也逐渐地领悟到只凭虚拟化本身，无法使组织构建或利用云服务，而云服务正在不断成长，在业务工作中扮演日益重要的角色。
微软已经通过 Hyper-V，在大幅改进虚拟化技术方面稳居领导地位。Hyper-V 最初在 Windows Server 2008 中引入，然后在 Windows Server 2008 R2 中逐渐扩展并增强，它为组织提供了一项工具，可以将多个服务器角色整合为单一物理主机上运行的不同虚拟机，最大限度地利用服务器硬件的投资。组织也可以使用 Hyper-V，有效地运行多种操作系统，包括Windows以外的操作系统（如 Linux 等），这些操作系统可以在单一服务器上同时运行，充分利用 64 位的强大运算能力。
为何选择 Hyper- V?
虚拟化技术可帮助客户降低成本，并提供更高的灵活性和经济效益。不论是作为独立产品还是 Windows Server 中不可或缺的一部分，Hyper-V 都是当今领先的虚拟化平台，也提供迁移到云计算（Cloud Computing）的机会。
有了 Hyper-V，现在组织要利用虚拟化节省成本更加容易，并可通过它将多个服务器角色整合成单一物理机器上运行的不同虚拟机，最大限度地利用服务器硬件的投资。客户可以使用 Hyper-V，在单一服务器上，有效地并行运行 Windows、Linux 及其他多个操作系统。Windows Server 2012 以及更多的功能实现了更强的可扩展性，并且进一步提升内置的可靠性机制，优势更加明显。
无论是应用于数据中心、桌面系统还是现在的云服务，基于 Hyper-V 和管理工具的微软虚拟化平台都具有明显的竞争优势，让您获得更高的投资回报。
本文将在以下4个主要方面比较 Windows Server 2012 Hyper-V 与 VMware ESXi 5.0 和vSphere 5.0：
- 可扩展性、性能与密度
- 安全的多组织用户管理
- 可伸缩的基础架构
- 高可用性与备份功能
可扩展性、性能与密度
Windows Server 2012 中的 Hyper-V 大幅扩展了主机处理器和内存支持。新功能包括支持 Hyper-V 的每台虚拟机支持多达 64个虚拟处理器和 1 TB 内存、全新的 VHDX 虚拟硬盘格式配备更大的磁盘容量（高达 64 TB），还有额外的备份能力。这些功能有助于确保虚拟化基础架构支持大规模的高性能虚拟机设置，以支持可能需要大幅扩展的工作负载。
但这些并不是 Windows Server 2012 Hyper-V 唯一的改进功能，下表列出了其他一些改进：
| 系统 | 资源 | Windows Server 2008 R2 Hyper-V | Windows Server 2012 Hyper-V | 提升倍数 | |
| 主机 | 逻辑处理器 | 64 | 320 | 5 | |
| 物理内存 | 1 TB | 4 TB | 4x | ||
| 每台主机的虚拟 CPU | 512 | 2,048 | 4x | ||
| VM | 每台 VM 的虚拟 CPU | 4 | 64 | 16x | |
| 每台 VM 的内存 | 64 GB | 1 TB | 16x | ||
| 每台主机的有效 VM | 384 | 1,024 | 2.7x | ||
| 客户端 NUMA | 无 | 有 | - | ||
| 集群 | 最大节点数 | 16 | 64 | 4x | |
| 最高 VM | 1,000 | 4,000 | 4x | ||
整个系统整体大幅提升，Hyper-V 现在支持更大规模的集群、每台主机的有效虚拟机数目也大幅增加。此外，还有更多性能改进，如客户端的非一致性内存访问（NUMA）。这可让客户真正达到关键任务工作负载的最高可扩展性、性能和密度。
VMware 与 Windows Server 2012 Hyper-V 比较的结果如何？
下表显示了 Windows Server 2012Hyper-V 与 VMware ESXi 5.0（VMware 的独立 Hypervisor）及 VMware vSphere 5.0 Enterprise Plus（VMware 按 CPU 许可的最新版本）的比较结果。
| 系统 | 资源 | Windows Server 2012 Hyper-V | VMware ESXi 5.0 | VMware vSphere 5.0 Enterprise Plus |
| 主机 | 逻辑处理器 | 320 | 160 | 160 |
| 物理内存 | 4 TB | 32 GB | 2 TB | |
| 每台主机的虚拟 CPU | 2,048 | 2,048 | 2,048 | |
| VM | 每台 VM 的虚拟 CPU | 64 | 8 | 32 |
| 每台 VM 的内存 | 1 TB | 32 GB | 1 TB | |
| 每台主机的有效 VM | 1,024 | 512 | 512 | |
| 集群 | 客户端 NUMA | 有 | 有 | 有 |
| 最大节点数 | 64 | 不适用 | 32 | |
| 最高 VM | 4,000 | 不适用 | 3,000 |
上表显示了与 VMware ESXi 5.0 相比，Hyper-V 跨主机、VM 和集群提供的更高可扩展性。VMware 将ESXi 5.0 定位为简单的入门级解决方案，设计目标在于让用户无需任何成本就能体验 VMware 虚拟平台的强大功能，但是进一步仔细研究后，我们发现其中有某些限制，妨碍客户大规模利用该解决方案。也就是说，客户必须以相当高的成本购买其中一种 vSphere 版本。该解决方案还将ESXi的物理内存限制为 32 GB，结果导致可扩展性受限，进而也限制虚拟机大小的上限。
自从推出 vSphere 5.0 以来，VMware 一度宣称要将虚拟机提高到支持 32 个虚拟处理器，但这是专属 Enterprise Plus 版vSphere的功能，并不在ESXi 5.0、vSphere 5.0 Essentials、EssentialsPlus、标准版或企业版等版本中提供，这些版本全部限制为每个虚拟机支持 8 个虚拟处理器。与 Windows Server 2012 中的 Hyper-V 相比，客户会发现后者没有这种限制。客户可以在 Hyper-V 上自由执行要求最苛刻的工作负载，而不会有额外的成本或昂贵的版本升级。
表中也显示了 Windows Server 2012 Hyper-V 与vSphere 5.0 Enterprise Plus 都提供高达 1 TB 的内存给各个虚拟机，但建立这种大小的虚拟机时，必须仔细考虑vSphere 5.0 的vRAM（虚拟机内存）授权。
- 每份 vSphere 5.0 Enterprise Plus CPU 许可带有 96 GB vRAM的vRAM授权，在 2 CPU 物理主机上，这等于增加了 192 GB vRAM。
- 1 TB 虚拟机会耗用 96 GB vRAM 配置（这是为各个 VM 设定的上限，是按原始vRAM 授权公告的客户意见反馈结果而设定的。）
- 如此一来，就只剩下 96 GB vRAM可供其他虚拟机使用，这限制了可扩展性。客户克服这个问题的唯一选项是，以相当高的价格另外购买 vSphere 5.0 许可。这是在监控及管理 vRAM 授权的管理负担之上，额外增加的负担。
当客户通过将更多应用程序虚拟化（包括业务关键应用程序或采用向上扩展的情形），在 VMware 上扩展基础架构时，最终结果可能是在未来大幅提高要支付 VMware 许可的成本。除此之外 vSphere 5 按内存许可的模式还有几项限制。
- vRAM 计算的是配置的内存，而不是物理内存或实际使用的内存。按这种新型授权模式，客户将无法通过内存过量使用（Memory Overcommit）技术（和更高的 VM 密度）来降低其 VMware 成本。从上面的范例来看，也证明确实是这样。
- 需要海量内存的工作负载和第一层关键业务应用程序都很可能需要更多vSphere 5 许可，以便增加整体vRAM，结果他们的 vSphere 成本可能就会增加。
Windows Server 2012 中的 Hyper-V 没有这种限制，客户可按需向上扩展，完全不会有任何额外的许可成本。
虽然在数据中心之内，虚拟化本身是极其重要的方面，但工作负载的备份能力和高可用性也同样重要。Windows Server 2012 也包含故障转移集群，可使客户达到极高的可扩展性，集群支持更多节点，每个集群也支持更多的虚拟机。遗憾的是，单凭 ESXi 无法提供任何高可用性或还原功能，客户必须购买 vSphere 5.0 才能拥有这些功能，即使购买后，集群大小也仅局限于 32 个节点，而且每个集群限于 3000 台虚拟机。
高可用性与备份功能
Windows Server 2012 中有多项新的增强功能，可确保主要工作负载有备份功能而且受到保护。
- 增量备份：真正的虚拟硬盘差异磁盘备份，帮助确保根据需要来备份和还原数据。同时降低储存成本，因为只备份已变更的内容，而不是备份整个磁盘。
- Hyper-V 副本：异步应用程序一致的虚拟机复制功能已内置于 Windows Server 2012 中。允许两个位置间 Hyper-V 虚拟机的异步复制，以确保业务的不间断运行和故障恢复。Hyper-V 副本可与任何服务器厂商、任何网络厂商和任何储存厂商的产品兼容。
- NIC Teaming：为虚拟机提供更高的可靠性和性能。
- Hyper-V 集群增强功能：进行虚拟化平台集群作业，客户可以提高可用性，并可在计划或非计划的停机时间内，访问服务器应用程序。Windows Server 2012 提供许多新的增强功能，可用于 Hyper-V 集群环境。
谈到集群，Windows Server 2012 为虚拟化的基础架构提供无与伦比的可扩展性和可伸缩性：
- 无与伦比的可扩展性：Windows Server 2012 现在将在单一集群中支持多达 64 个物理节点，以及多达 4,000 台虚拟机，为主要的虚拟化工作负载提供最优越的可扩展性和可伸缩性。
- 可伸缩的虚拟机客户端集群：Windows Server 2012 不但支持 iSCSI 集群（包括 MPIO），还支持使用虚拟机中的虚拟光纤通道适配卡，允许工作负载使用光纤通道结构来访问局域网。此外，虚拟光纤通道也能让 IT 通过光纤通道集群客户端操作系统，在 VM 之中为工作负载提供 HA，并利用内置 Windows 多通路 I/O（MPIO），在储存路径上实现高可用性及负载平衡。结合运用 MPIO 和故障转移集群作为互补技术，用户能够在硬件和应用层降低系统中断的风险。
- 高度安全的集群储存：现在 Hyper-V、故障转移集群和 BitLocker 可协调运行，为私有云基础架构建立理想而安全的平台。使用 BitLocker 磁盘驱动器加密的 Windows Server 2012 集群磁盘，能够在安全数据中心之外部署时达到更高的信息安全，为云提供重要的安全防护，并有助防范数据无意中外泄。
- 增强的集群共享磁盘：Cluster Share Volume (CSV) 2.0。CSV 已经在很多方面大幅增强。从可用性观点来看，CSV 现在是核心故障转移集群功能，并简化系统管理与一般管理任务。为了在集群中支持多达 64 个节点，CSV 不论在性能或可扩展性方面都已大幅改进。就与合作伙伴整合而言，CSV 已明确增强为立即可用，而且配备储存筛选驱动程序，如防病毒、数据保护、备份和储存复制所使用的驱动程序，以确保与现有投资更加紧密地整合。
- 3 个等级的可用性：在 Windows Server 2012 中，Hyper-V 与故障转移集群结合使用，为不支持集群的工作负载提供高可用性。这是通过提供轻量级简单的解决方案、监控在 VM 中执行的应用程序，并与主机整合来实现的。通过在虚拟机中监控服务和事件日志，Hyper-V 与故障转移集群可监视虚拟机所提供的主要服务是否正常运行，并提供重新启动虚拟机或 VM 中的服务等自动化的修正操作。这是在主机故障或虚拟机本身无响应时，现有的虚拟机故障转移功能之外增加的功能。
- 集群感知更新：可更新 Windows Server 2012 Hyper-V 故障转移集群的内置端到端解决方案，帮助客户在预览、复制及报告更新时，不会使虚拟机有任何停机的时间。
- 虚拟机故障转移优先级：虚拟机现在可以设定优先级，以控制特定虚拟机故障转移或启动的顺序。这可确保首先为优先级较高的虚拟机提供必要的资源。而资源可供使用时，再提供给优先级较低的虚拟机。
- 虚拟机的亲和性 （ 与反亲和性 ） 规则：现在系统管理员可以设定协作的虚拟机，以便在进行故障转移时，协作的机器也可以同时移转。例如，系统管理员可以设定其 SharePoint 虚拟机与协作的 SQL Server 虚拟机，始终一起故障转移至相同的节点。系统管理员也可以指定两台特定的虚拟机不能在相同节点的故障转移情形中共存。
与 VMware 比较的结果
| 功能 | Windows Server 2012 Hyper-V | VMware ESXi 5.0 | VMware vSphere 5.0 Enterprise Plus |
| 增量备份 | 有 | 无 | 有 |
| VM 复制 | 有 | 无 | vCenter SRM |
| NIC Teaming | 有 | 有 | 有 |
| 整合的高可用性 | 有 | 无 | 有 |
| 客户端操作系统应用程序监控 | 有 | 不适用 | 无 |
| 集群感知更新 | 有 | 不适用 | 有 |
| 故障转移优先级 | 有 | 不适用 | 有 |
| 亲和性与反亲和性规则 | 有 | 不适用 | 有 |
上表中显示在比较 Windows Server 2012 Hyper-V 与ESXi 5.0 的集群和高可用性功能时，VMware 免费版本的限制很快地显现。虽然 ESXi 5.0 确实支持整合的 NIC Teaming 功能，具备网络备份功能，但却缺乏其他任何恢复功能，也就是说，若客户要在平台上虚拟化重要的工作负载，必须升级至价格更贵的版本，才能为该重要工作负载提供某种备份功能和保护。
相反，Windows Server 2012 Hyper-V 提供了多项内置的备份功能与高可用性功能。整体故障转移集群在主机和虚拟机失败时，提供虚拟机的恢复基础，并且在这个版本中，也将本地保护扩展到客户端操作系统，确保当应用程序服务开始显现出问题的迹象时，能够采取修正操作。VMware 提供 API 以便提供类似功能，但仅限于此。客户可以购买第三方技术以提供专用的恢复功能，但必须要额外付出成本开销，并增加了复杂度。
对寻找高可用性的客户来说，不但在数据中心内要有高可用性，在数据中心之间也要有高可用性。Windows Server 2012 的 Hyper-V，内置了 Hyper-V 副本功能，提供简化、有效且富有弹性的方式。在网站之间进行异步复制虚拟机，而且在灾难恢复的情况下，只需几分钟时间就能在替代网站上启动备份的虚拟机。对已经通过 SAN 厂商投资于储存副本技术的客户来说，Windows Server 2012 中的 Hyper-V 与故障转移集群的改进，确保对这些投资的控制能有简化的整合方式。VMware 通过 vCenter Site Recovery Manager 5.0（SRM）提供类似的功能，但在 vSphere 5.0 之外还要支付相当高的额外成本。没有 SRM，VMware vSphere 5.0 就不能提供其他内置功能，让组织无法保护主要工作负载和关键任务应用程序、防范网站完全失败。
说到集群可扩展性，从物理集群和客户端集群的观点来看，Windows Server 2012Hyper-V 要比 VMware 略胜一筹：
| 功能 | Windows Server 2012 Hyper-V | VMware ESXi 5.0 | VMware vSphere 5.0 Enterprise Plus |
| 每集群的节点数 | 64 | 不适用 | 32 |
| 每集群的 VM 数 | 4,000 | 不适用 | 3,000 |
| 客户端集群大小上限 （ iSCSI ） | 64 个节点 | 0 | 0 |
| 客户端集群大小上限 （ 光纤 ） | 64 个节点 | 2 | 2 |
| 客户端集群大小上限 （ 基于文件系统 ） | 64 个节点 | 0 | 0 |
| 配备实时迁移的客户端集群 | 有 | 不适用 | 无 |
| 配备易失存储器的客户端集群 | 有 | 无 | 无 |
如上表所示，Windows Server 2012 Hyper-V 与vSphere 5.0 相比，在单一集群中提供双倍数量的节点，而且可在单一集群中将虚拟机数量扩充到 4,000 个，比 vSphere 5.0 多 33% 以上。这可为大型企业和服务提供商提供空前的可扩展性，运行数量庞大的工作负载。VMware 声称，通过双 32 节点的 vSphere 5.0 集群，组织可以运行 6,000 台虚拟机，然而 Windows Server 2012 Hyper-V 每个节点支持多达 1,024 台虚拟机，根本不需要用到全部 64 个节点，就能支持 4,000 台虚拟机集群。但是 VMware 却限制客户每台主机最多只能有 512 台虚拟机，比 Windows Server 2012 Hyper-V 主机整整少了 50%。
拥有独立 ESXi 的客户无法构建具有备份功能的集群基础架构，除非升级至成本更高的vSphere 5.0 版本，不过想要构建虚拟机客户端集群的客户可以使用独立的 ESXi 5.0，也可以使用 vSphere 5.0。VMware 的所有版本中都严重缺乏客户端集群支持。如果客户已投资于 VMware 的 iSCSI或网络文件系统（NFS），在虚拟机中创建内置客户端集群时，很遗憾不能得到支持。即使使用 VMware 的虚拟光纤通道，直接提供虚拟机光纤通道 LUN，虚拟化的客户端集群大小也仅限于 2 个节点。与 Windows Server 2012 Hyper-V 相比，一个 Windows Server 2012 客户端集群通过 iSCSI、虚拟光纤通道或 SMB 2.2，可支持多达 64 个节点，而且具有完整的可伸缩性和无与伦比的可扩展性。
值得注意的是，Windows Server 2012 Hyper-V 不但在储存整合与支持方面提供大幅超越 VMware 的完整客户端集群功能，同时也不需要客户端牺牲其他功能，就能有效地运行。Windows Server 2012 Hyper-V 上的虚拟化客户端集群支持虚拟机实时迁移功能，可获得可伸缩性和灵活性，也支持易失存储器，以确保最高的密度。与 VMware 相比，VMware 不但限制客户最多只能有 2 个节点，而且只能使用光纤通道储存。这也限制了客户无法使用 vMotion 迁移客户端集群节点，并导致客户在这些客户端集群节点上失去内存过量使用（Memory Overcommit）功能，牺牲了密度。这只是 VMware vSphere客户端集群的两种限制。
性能比较
测试目的： 使用相同的硬件测试 Microsoft Hyper-V 3.0 与 VMware 在64 v-core 环境下的运行能力。
结果： 当为 VM 配制 64 v-core 时, 微软速度达到 100 万 IOPS。这是 VMware 的 3 倍。这证明微软Hyper-V 可以达到 100 万 IOPS。而相同情况 VMware 是达不到的，100 万 IOPS 也表示微软 Hyper-V可以运行几乎任何重要的关键任务工作负载（例如 SQL Server、Exchange Server 等）。
Windows Server 2008 R2 |
VMware vSphere 5 |
Windows Server 2012 |
250,000 IOPs |
300,000 IOPs |
1,000,000+ IOPs |
测试环境硬件规格：
行业标准 4 插槽服务器
– 80 个逻辑处理器（10 核心 + SMT）
– 256 GB 物理内存
– 直接附加存储
– 5 LSI HBA（安装了 40 块 SSD 固态硬盘）
VM 配置：
– 64 个虚拟处理器
– 64 GB 内存
IOmeter
– 4k，随机 IO，队列深度 =32, 40 个并发线程
说明：
- 结果表明 Microsoft Windows Server Hyper-V 在 Windows Server 2008 R2 版本中的表现与 VMWare 相近，但在 Windows Server 2012 版本中，因为整体 I/O 性能随着 Virtual CPU 指派数量增加而变快（呈线性增加）。所以当为单一的 VM 配置 64 core时，速度比 VMware 快3倍。
- 结果证明 Windows Server Hyper-V 3.0 在 VM 中的数据存取速度几乎达到直接在硬盘上存取的速度。所以已经可以满足几乎全世界 99% 的 SQL Server 工作负载需求。
总结： Windows Server 2012 不仅仅比 VMware 功能强大，而且在性能等方面也远远超越了 VMWare。
结论
在本文中，我们探讨了很多 Windows Server 2012 Hyper-V 的新功能，涵盖 4 大主要投资领域：
- 可扩展性、性能与密度
- 安全的多组织用户管理
- 可伸缩的基础架构
- 高可用性与备份功能
针对这些领域中的每一项，我们都详细说明了 Windows Server 2012 Hyper-V 如何提供比 VMware ESXi 5.0 或 VMware vSphere 5.0 更高的扩展性、更完整的一系列客户端功能，以及更强的可扩展能力和可伸缩性。通过 Hyper-V 副本、多达 64 个节点集群大小和 4,000 台虚拟机、储存和分布式实时迁移、Hyper-V 可扩展式交换机、网络虚拟化，以及功能强大的客户端集群功能，您可以清楚地发现，Windows Server 2012Hyper-V 能为新一代的云优化基础架构提供最全面、最完整的虚拟化平台。