Arbeiten mit Microsofts neuem Hypervisor

Microsoft Hyper-V, Herausforderer in Sachen Virtualisierung

18.09.2008 von Elmar Török
Hyper-V heißt Microsofts neue Virtualisierungs-Engine. Der Hypervisor schiebt sich im Gegensatz zum Virtual Server als dünne Schicht zwischen Hardware und Betriebssystem. Wir zeigen, wie man im Bereich Virtualisierung mit einem Hypervisor wie dem neuen Hyper-V ohne Umweg zu schnellen virtuellen Maschinen kommt.

Offiziell gibt es Hyper-V erst seit ein paar Tagen, die Ready-to-Manufacture (RTM) Version steht allerdings schon seit Monaten zur Verfügung. Entsprechend groß ist die Verbreitung der Virtualisierungsplattform im Markt bereits. Deshalb beziehen sich allerdings auch die meisten Kommentare entweder auf die RTM oder auf die noch ältere Beta-Ausgabe.

Zum fertigen Produkt hat sich da meistens noch etwas getan, ohnehin dürfte Microsoft auch in Zukunft noch einige Bestandteile von Hyper-V fertig stellen oder ergänzen und auf den Markt bringen. So kamen gerade diese Woche die Linux Integration Components heraus, die optimierte Netzwerk, Grafik und Speichertreiber für Linux-Gäste enthalten. Work-in-Progress könnte man sagen, bei Microsoft bedeutet dass manchmal auch „Prinzip Banane“ – das Produkt reift beim Kunden. Allerdings ist der Hyper-V in seiner Release-Version ein durchaus ernst zu nehmendes und vollständiges Produkt, zumindest was den Hypervisor angeht.

Die beiden Konkurrenten um einen Platz an der Virtualisierungssonne Citrix und VMware hatten im Vorfeld immer mal wieder geunkt, dass zu einer kompletten Virtualisierungslösung für den Unternehmenseinsatz mehr gehört, als ein Hypervisor allein. Stimmt auch, in der Tat lässt Hyper-V einige der weitergehenden Funktionen wie Live-Migration von virtuellen Maschinen eines Hyper-V Servers zu einem anderen Hyper-V Server vermissen. Aber mit dem aktuellen Funktionsumfang kann man durchaus anfangen die ersten Erfahrungen im Virtualisierungsumfeld zu machen. Und durch die Integration in Windows Server 2008 ist Hyper-V nur ein paar Mausklicks von der Einsatzfähigkeit entfernt. Die 60-Tage Testversion des Windows Server 2008 samt Hyper-V findet sich übrigens hier.

Theoretisch ist der Windows Server 2008 auch ohne Virtualisierung erhältlich, im Moment liegt der Unterschied rechnerisch bei etwa 28 US-Dollar. Ob Firmen Windows Server 2008 tatsächlich ohne Virtualisierung kaufen werden, ist fraglich, die Summe ist zu gering, um sich merklich im Budget auszuwirken.

In den nächsten vier Wochen wird auch eine Version namens Hyper-V-Server 2008 heraus kommen, die für Kunden völlig kostenlos ist. Dabei soll es sich um eine, auf die Virtualisierungsfunktion reduzierte, Ausgabe von Windows Server 2008 handeln. Eine ganze Menge von Kunden dürfte also Hyper-V automatisch im Unternehmen vorfinden und durch die kostenlose Version gibt es auch keinerlei Hemmschwelle für das Ausprobieren. Vielleicht abgesehen von den recht knackigen Hardwareanforderungen.

Microsoft Hyper-V im Überblick
Microsoft Hyper-V
Hyper-V: Der Hypervisor setzt sich zwischen die Hardware und das Server-Betriebssystem. Die Kommunikation erfolgt über den VMBus.
Rolle: Hyper-V ist eine Server-Rolle und wird dementsprechend über den Server-Manager durchgeführt.
Connectivity: Netzwerkverbindungen für die virtuellen Maschinen.
Neustart: Der Neustart ist erforderlich, damit sich der Hyper-V zwischen Hardware und Server-Betriebssystem setzen kann.
Neue NICs: Hyper-V richtet neue Netzwerkkarten ein.
Geregelt: Hyper-V nimmt die notwendigen Einstellungen in der Firewall automatisch vor.
Verwaltung: Virtuelle Maschinen und der Hyper-V werden im Servermanager verwaltet.
Snapshots: Snapshots lassen sich schnell und komfortabel erstellen.
Wizard für VMs: Schritt für Schritt wird der Benutzer durch die Einrichtung einer VM geführt.
Schritt 2: Namen vergeben.
Schritt 3: Speicher zuweisen.
Schritt 4: Netzwerk konfigurieren.
Schritt 5: Optionen für die Installation eines Betriebssystems.
Schritt 6: Maschine startet - auch per PXE.
Hardware für VMs: Über diesen Dialog legen Sie die Hardware für die VM fest.
Maus-Freigabe: Die Maus wird automatisch in der VM gefangen.
Installation des Gastes: Das Fenster sehen Sie nur, wenn Sie sich mit der VM
WDS: Dieser XP-Gast wurde über die Windows Deployment Services ausgerollt.
Virtual Machine Bus: Die Integration Components erlauben direkteren Zugriff auf bestimmte Hardware-Komponenten.

Anforderungen des Hyper-V: Hardware und Lizenzen

Eine CPU mit Virtualisierungsunterstützung, also Intels-VT oder AMD-V, muss es schon sein, laut Minimalanforderung mit einem Gigahertz, zwei GHz sind empfohlen. Auch die 2 GByte RAM muss man eher als Beruhigungspille denn als realistische Arbeitskonfiguration betrachten. Überhaupt: nur weil der Server an sich läuft sind ja noch keine Ressourcen an die virtuellen Maschinen verteilt. Damit man vor allem beim knappen RAM-Adressraum nicht ganz schnell in die Limits läuft, ist eine 64-Bit Version des Serverbetriebssystems sehr zu empfehlen. Dann gibt es auch hinsichtlich des Arbeitsspeichers (fast) keine Grenzen nach oben.

Als leistungsfähige Testkonfiguration für den Artikel kam ein Dell R905 mit 16 GByte RAM und vier AMD Opteron Quad-Core CPUs zum Einsatz. Hyper-V erlaubt bei genügend physikalisch vorhandenen Kernen die Zuordnung von bis zu vier virtuellen CPUs und 64 GByte RAM pro virtueller Maschine. Für Anwender der Standard-Edition des Betriebssystems stehen 32 GByte pro VM zur Verfügung. Mehr als genug in jedem Fall, auch wenn man leistungshungrige Anwendungen virtualisieren will.

Die Edition des Server-Betriebssystems haben noch weitere Auswirkungen auf Hyper-V, vor allem, was die Lizenzen angeht: So ist in der Standard-Edition der Einsatz eines weiteren Windows 2008 Servers in einer virtuellen Maschine abgedeckt, bei der Enterprise Edition sind des deren vier und mit der Datacenter-Edition kann man aus dem Vollen schöpfen, dann sind unbegrenzt viele virtuelle Windows 2008 Server auf dem physikalischen Host erlaubt. Dabei dürfen auch andere Editionen als die des Hosts in einer VM laufen, beispielsweise eine Standard-Edition auf einem Datacenter-Host. Anlegen kann der Anwender übrigens beliebig viele VMs, nur gleichzeitig in Betrieb sein darf nur die maximale Menge der lizenzierten virtuellen Maschinen.

Installation

Genug der Theorie, die Installation von Hyper-V steht an. Weil ab Windows Server 2008 alle Funktionsgruppen des Servers in so genannte Rollen aufgeteilt sind, ist auch Hyper-V als Rolle integriert. Diese wählt man über den Server-Manager aus, wenn Sie Hyper-V als volle Variante auf einem bestehenden Server installieren wollen. Voll bedeutet, und hier deuten die Mitbewerber hämisch mit dem Finger, etwa 10 GByte Speicherplatz auf der Platte. Verglichen mit anderen Hypervisoren, die teilweise extrem auf das Wesentliche reduziert wurden und mit 32 MByte(!) Platz auskommen, ist das natürlich ein schwerer Brocken.

Rolle: Hyper-V ist eine Server-Rolle und wird dementsprechend über den Server-Manager durchgeführt.

Bei einer kompletten Neuinstallation des Serverbetriebssystems hat man zusätzlich die Option, Hyper-V als Core-Variante zu installieren. Diese verzichtet auf viele Komponenten wie den größten Teil des grafischen Benutzer-Interface und spart deshalb massiv Speicherplatz, bleibt aber mit 2 GByte immer noch weit über den kleinen Hypervisoren der Konkurrenz. Möglicherweise ändert sich das mit der Verfügbarkeit von Hyper-V-Server 2008. Der eigentliche Hypervisor Microkernel ist nur etwa ein Megabyte groß, das könnte zu einem sehr kompakten und noch dazu kostenlosen Hyper-V Paket führen.

Nach dem Neustart

Die Auswahl und Installation läuft jedenfalls Windows-typisch problemlos ab und ist nach etwa zwei Minuten und einem Neustart erledigt.

Connectivity: Netzwerkverbindungen für die virtuellen Maschinen.

Danach sieht man nach dem Anmelden den Windows-Desktop vor sich, als wäre nichts gewesen. Dennoch ist eine ganze Menge passiert: Während der Installation ist das komplette Windows Betriebssystem sozusagen ein Stückchen nach oben gerutscht. Zwischen dem Betriebssystem und der Hardware sitzt nun der Hypervisor. Was nun läuft, sieht zwar aus wie der normale Windows Server 2008, ist aber eigentlich bereits ein virtualisiertes Betriebssytem – die so genannte Parent-Partition. Die komplette Verbindung mit der Hardware läuft ab jetzt über die Virtualisierungsschicht, genauso wie bei virtuellen Gästen. Sichtbar wird das vor allem bei der Netzwerkverbindung.

Neustart: Der Neustart ist erforderlich, damit sich der Hyper-V zwischen Hardware und Server-Betriebssystem setzen kann.

Bevor man an die Konfiguration der Software geht und die ersten virtuellen Maschinen erstellt, sollten Sie aber die Aktualität aller Komponenten sicher stellen. Am einfachsten erledigen Sie das über Windows Update. Seit Windows Server 2008 ist im Bildschirm „Erstkonfiguration“ eine Sofortabfrage der Update-Quellen im Internet und für einen WSUS-Updateserver im eigenen Netz vorgesehen. Sind alle Updates herunter geladen und installiert, kann es an die erste virtuelle Maschine gehen.

Virtuelle Maschinen

Verwaltet werden Hypervisor und Gäste über den „Hyper-V Manager“. Er steht im Menü „Verwaltung“ als eigener Eintrag bereit oder ist über den Server-Manager erreichbar. Die Managementoberfläche ist eigentlich ein Snap-In für die MMC (Microsoft Management Console) und unterscheidet sich nun recht deutlich von der Web-basierten GUI der Vorgängerversionen.

Verwaltung: Virtuelle Maschinen und der Hyper-V werden im Servermanager verwaltet.

Der Hyper-V Manager hält für die Erstellung neuer VMs einen Installationswizard bereit, der auch unerfahrenen Nutzern die Aufgabe sehr leicht macht:

Einrichtung einer VM mit Microsoft Hyper-V
Wizard für VMs: Schritt für Schritt wird der Benutzer durch die Einrichtung einer VM geführt.
Schritt 2: Namen vergeben.
Schritt 3: Speicher zuweisen.
Schritt 4: Netzwerk konfigurieren.
Schritt 5: Optionen für die Installation eines Betriebssystems.
Schritt 6: Maschine startet - auch per PXE.

Einrichtung von VMs im Detail

Bei der Auswahl der Netzwerkkarte für die VM geht es zunächst um die Repräsentation der früher einmal physikalischen Netzwerkkarte. Die ist zwar mittlerweile durch die Installation von Hyper-V in einen virtuellen Adapter verwandelt worden, wird aber nach wie vor als Hardware angezeigt. Welche Netzwerkkarte die virtuelle Maschine sieht, entscheidet sich erst später.

Hyper-V verwendet für Massenspeicher das .vhd-Format, es ist kompatibel mit den vhds von Virtual Server 2007, vorhandene Dateien können Sie problemlos mit Hyper-V einsetzen. Die Datei, denn nichts anderes ist eine virtuelle Festplatte, kann entweder eine fixe Größe haben oder dynamisch wachsen. Dann wird der virtuellen Maschinen die maximale mögliche Gesamtgröße vorgetäuscht, während die Datei selbst nur so groß ist, um alle darin zu speichernden Daten abzulegen.

Dynamische Platten sind praktisch, weil sie nicht von haus aus Speicherplatz horten. Sie sind aber langsamer als statische virtuelle Festplatten. Hyper-V erlaubt die nachträgliche Konvertierung von dynamisch in statisch, falls das zu einem späteren Zeitpunkt gewünscht wird. Per Default ist „dynamisch“ eingestellt. Ebenfalls möglich: das Limit für dynamische Platten zu erhöhen und frei gewordenen Bereiche innerhalb einer dynamischen Platte komprimieren. Natürlich kann der VM auch eine bereits bestehende Datei zugeordnet werden. Microsoft bietet übrigens bereits fertige VHDs von Windows Server 2008 und Core Server 2008 zum Download an.

Die frische VM

Zwei Dinge sind bei der neuen virtuellen Maschine noch zu beachten. Zum einen ist die grafische Repräsentation als Fenster optional. Eine gestartete VM kann auch ohne eigene Bildschirmausgabe auf dem Host laufen. Die Funktion „Start“ bezieht sich nur auf den „Einschalter“ des virtuellen Computers. Wer dazu auch noch ein Bild sehen will, nutzt die Funktion „Verbinden“. Erst diese öffnet ein Fenster, in dem Sie Tastatur- und Mauseingaben machen können.

Ohne die Integration Components „fängt“ das Fenster Maus und Tastatur ein. Um aus diesem „Gefängnis“ zu entkommen, verwenden Sie die Tastenkombination Ctrl-Alt-„Pfeil-nach-Links“. In den Einstellungen zu Hyper-V können Sie auch eine andere Kombination auswählen.

Maus-Freigabe: Die Maus wird automatisch in der VM gefangen und muss per Hotkey befreit werden.

Jede VM lässt sich mit einer ganzen Reihe von Parametern konfigurieren. Die meisten können Sie allerdings nur im abgeschalteten Zustand ändern. Arbeitsspeicher, Bootreihenfolge oder serielle Schnittstellen gehören dazu.

Hardware für VMs: Über diesen Dialog legen Sie die Hardware für die VM fest.

USB in der VM

USB-Support ist für virtuelle Maschinen nicht vorgesehen. Das ist im Serverbereich zwar kein großer Beinbruch, kann aber gelegentlich stören, beispielsweise bei USB-Dongles für Anwendungs-Software. In diesem Fall helfen USB-Netzwerkadapter wie der AnywhereUSB von Digi International weiter.

USB-Massenspeicher werden auf Wunsch wie andere physikalische Massenspeicher am Host „durchgeschleift“. Dazu muss der Datenträger am Host angeschlossen, aber offline sein. Das erledigen Sie über die Datenträgerverwaltung von Windows Server 2008. Mit einem kleinen Umweg ermöglichen Sie USB-Geräte aber trotzdem. Wenn Sie unter Vista mit dem neuesten RDP-Client eine Verbindung zu einer VM aufbauen, können Sie im Tab „Lokale Ressourcen“ ein am Computer angestecktes USB-Gerät in die VM einblenden. Für das Dongle-Problem stellt dieser Weg jedoch keine Lösung dar.

Netzwerke

Interessant könnten noch die Netzwerkverbindungen sein. Nach der Hyper-V Installation fügt das System weitere Adapter in die Netzwerkverbindungen ein.

Neue NICs: Hyper-V richtet neue Netzwerkkarten ein.

Im Bild ist ganz rechts die physikalische Netzwerkkarte zu sehen, die aber mittlerweile auch durch den Hypervisor geleitet wird. Links sieht man die genauso genannte, virtuelle Netzwerkkarte, an die wir im Test die VMs gebunden haben. Deren Verbindungsgeschwindigkeit wird als 10 Gigabit angezeigt, egal welche physikalische Geschwindigkeit möglich wäre. Innerhalb der VM steht im Gerätemanager die bereits beschriebene synthetische VMBus Netzwerkkarte.

Virtual Machine Bus: Die Integration Components erlauben direkteren Zugriff auf bestimmte Hardware-Komponenten.

Ebenfalls zu beachten: nur die virtuelle Netzwerkkarte ist in den Eigenschaften an den virtuellen Switch gebunden, die physikalische Karte hat an dieser Stelle kein Häkchen. Im Prinzip kann man bei der virtuellen Netzwerkkonfiguration sehr wenig falsch machen, Hyper-V lässt dem Benutzer auch weniger Möglichkeiten, als beispielsweise der VMware Server.

Geregelt: Hyper-V nimmt die notwendigen Einstellungen in der Firewall automatisch vor.

Es gibt nur drei Netzwerktypen: extern, intern und privat. Dabei kann ersteres auch auf den physikalischen Adapter zugreifen, bei intern sind der Host und die VMs unter sich und im privaten Netz sprechen nur die VMs miteinander. NAT, Hosted oder Bridged wie beispielsweise bei VMware gibt es nicht, eine Fehlerquelle weniger bei der Konfiguration. Die Einstellungen für die Firewall von Windows Server 2008 übernimmt Hyper-V bei der Installation selbst.

Einrichtung des Betriebssystems

Wer die VM sofort bei der Einrichtung mit einem Betriebssystem bestücken will, hat im Prinzip drei Möglichkeiten:

Entweder nutzen Sie ein ISO-Image und mappen das virtuelle DVD- oder CD-Laufwerk auf das Image. Oder Sie legen eine physikalische DVD oder CD ein und verbinden das physikalische DVD-Laufwerk des Hosts mit der VM. Wenn Sie einen Deployment-Server im Netzwerk haben, zum Beispiel die Remote-Installation Services (RIS) oder Windows Deployment Services (WDS) von Windows, können Sie die VM direkt vom Verteilungsserver booten und sich das Betriebssystem als Image schicken lassen. Erfreulicherweise unterstützt Hyper-V hier den PXE-Standard (PreBoot Execution Environment), so dass auch Deployment- und Imaging-Lösungen anderer Hersteller funktionieren. Im Test klappte es (fast) problemlos mit Acronis Snap Deploy für Server sowie dessen OEM-Variante Scriptlogic Image Center 2.5.

WDS: Dieser XP-Gast wurde über die Windows Deployment Services ausgerollt.
Installation des Gastes: Das Fenster sehen Sie nur, wenn Sie sich mit der VM "verbunden" haben.

Fast problemlos deshalb, weil die PXE-Unterstützung bei Hyper-V stellenweise noch unrund läuft. Um die VM bootfähig zu machen, emuliert die Software eine so genannte emulierte „Ältere Netzwerkkarte“, des Typs Digital Equipment 21140. Damit kann die VM zwar Verbindung mit dem Deployment-Server aufnehmen, der Treiber gehört aber nicht zu der neuen Generation, die explizit für die Zusammenarbeit mit virtuellen Maschinen entwickelt wurde. Diese nutzen den internen VMBus von Hyper-V, eine Art Abkürzung und Schnellstraße für die Inter-Prozess Kommunikation.

Microsoft nennt diese Treiber „synthetisch“, sie werden auch über die Hyper-V Integrationsdienste installiert. Die Integrationsdienste heißen bei anderen Herstellern Gasterweiterungen und sorgen für schnellere Bildschirmupdates, höhere Videoauflösungen und nahtlose Maus- und Tastaturumschaltung zwischen Host und VM.

Mit Einschränkungen: Die Maschine startet auch per PXE.

Die „ältere Netzwerkkarte“ gehört nicht zu den synthetischen sondern zu den emulierten Treibern und ist geradezu erbärmlich langsam. Wer sich ein mehrere Gigabyte großes Serverimage per PXE in die VM holen möchte, sollte trotz Gigabit-Ethernet viel Geduld mitbringen. Immerhin, wenn das Image als eigenständige VM läuft, kann der Anwender die emulierte Netzwerkkarte gegen eine synthetische austauschen, dann klappt es auch mit der Geschwindigkeit im Netzwerk.

Integrationsdienste für Windows und Linux

Die Integration Services waren in den RTM- und Beta-Versionen nur für eine Handvoll Betriebssysteme verfügbar. Inzwischen hat Microsoft deutlich aufgestockt. Neben allen Ausführungen von Windows Server 2003 und 2008 (sowohl x64 als auch x86) sind nun Windows 2000 SP4, Windows XP SP2 und SP3 sowie Windows Vista mit von der Partie. Unterschiede beim Funktionsumfang gibt es eigentlich nur bei den Online-Kopien von aktiven Partitionen. Die neueren Betriebssysteme unterstützen Volumenschattenkopien, die älteren nicht.

Bei Linux sieht die Situation deutlich schlechter aus, nur SUSE Linux Enterprise Server 10 SP2 x86 und SUSE Linux Enterprise Server 10 SP2 x64 werden komplett unterstützt, alle anderen Betriebssysteme müssen sich mit den emulierten Treibern herum schlagen. Der Download-Pfad für die Linux Integration Components läuft im Moment noch über Microsoft Connect, man benötigt einen Account und muss sich für die entsprechende Gruppe eintragen. Das Paket ist im ISO-Format abgelegt, um die Einbindung in einen Linux-Gast zu vereinfachen. Enthalten sind synthetische Netzwerk- und Speichercontroller sowie ein Hypercall-Adapter für Xen. Damit lassen sich Xen-spezifische Funktionsaufrufe ohne Umweg in ihr Hyper-V Pendant umsetzen, was zu sehr schnellen virtuellen Linux Maschinen führt.

Fazit

Im Prinzip ähneln der Umgang und die Verwaltung von Hyper-V dem Konzept von VMware oder Xen-basierten Lösungen. Der Funktionsumfang des Grundpakets, wie es Microsoft jetzt veröffentlicht hat, reicht für die Virtualisierung von Basisdiensten im Netzwerk aus. Für Redundanz muss der Anwender selbst sorgen, beispielsweise mit einem Shared-Storage und Cluster-Diensten.

Microsoft bietet viele Schritt-für-Schritt Anleitungen zu häufig vorkommenden Szenarien an, allerdings auf Englisch. Auch der Planing und Deployment Guide kann zum Einstieg sehr hilfreich sein und ist mit 30 Seiten überschaubar kurz. (Elmar Török/mha)