Microsoft Hyper-V Server 2012開啓虛擬化-SMB 3.0

 

 

題外話:Microsoft Hyper-V Server 2012開啓虛擬化從4月份開始寫，因爲期間將其整理爲書籍，預計在10月份左右出版，因此在5月8號以後就沒有更新，因此在這裏補全剩下的內容。因爲Windows Server 2012 R2，citrix XenDesktop 7 和VMware vsphere 5.5相繼發佈，因此我會盡可能遇上進度，能力有限，只能全力以赴。

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1、SMB 3.0簡介

        服務器消息塊 (SMB) 協議是網絡文件共享協議，其讓計算機上的應用程序可讀取和寫入文件，以及從計算機網絡的服務器程序中請求服務。SMB 協議可在其 TCP/IP 協議或其餘網絡協議上使用。使用SMB協議時，應用程序（或應用程序用戶）可訪問遠程服務器上的文件或其餘資源。這讓應用程序能夠讀取、建立和更新遠程服務器上的文件。它還能夠與任何設置爲接收SMB客戶端請求的服務器的程序通訊。Windows Server 2012 引入了全新3.0版的SMB協議。Windows Server 2012經過更新的SMB協議 (SMB 3.0) 提供了不少新SMB功能，大大提升了文件服務器的可靠性、可用性、可管理性和其它性能。

        SMB3.0部分新功能或更新功能

特性/功能	新功能或更新功能	摘要
SMB 透明故障轉移	新功能	讓管理員可執行羣集文件服務器中節點的硬件或軟件維護，且不會中斷將數據存儲在這些文件共享上的服務器應用程序。此外，若是羣集節點出現硬件或軟件故障，SMB 客戶端將以透明方式從新鏈接到其餘羣集節點，且不會中斷將數據存儲在這些文件共享上的服務器應用程序
SMB 橫向擴展	新功能	使用羣集共享卷 (CSV) 版本 2 時，管理員能夠經過文件服務器羣集中的全部節點，建立可供同時訪問含直接 I/O 的數據文件的文件共享。這可更好地利用文件服務器客戶端的網絡帶寬和負載平衡，以及優化服務器應用程序的性能
SMB 多通道	新功能	若是在 SMB 3.0 客戶端和 SMB 3.0 服務器之間提供多條路徑，則支持網絡帶寬和網絡容錯的聚合。這讓服務器應用程序能夠充分利用可用網絡帶寬並在發生網絡故障時恢復
SMB 直接	新功能	支持使用具備 RDMA功能且可全速運行的網絡適配器，其中延遲很是低且CPU很是少。對於 Hyper-V 或 Microsoft SQL Server 等工做負載，這讓遠程文件服務器如同本地存儲同樣
用於服務器應用程序的性能計數器	新功能	全新 SMB 性能計數器提供有關吞吐量、延遲和 I/O/秒 (IOPS) 的、按共享列出的詳細信息，從而讓管理員能夠分析用於存儲數據的 SMB 3.0 文件共享的性能。這些計數器專爲將文件存儲在遠程文件共享上的服務器應用程序而設計，如 Hyper-V 和 SQL Server
性能優化	更新功能	SMB 3.0 客戶端和 SMB 3.0 服務器均已針對小型隨機讀/寫的I/O 提供了優化，這種 I/O 在 SQL Server OLTP 等服務器應用程序中很常見。此外，默認狀況下打開大型最大傳輸單元 (MTU)，這將大幅提升大型連續傳輸性能，如 SQL Server 數據倉庫、數據庫備份或還原、部署或複製虛擬硬盤
SMB-專用 Windows PowerShell cmdlet	新功能	藉助用於 SMB 的 Windows PowerShell cmdlet，管理員能夠從命令行以端對端的方式管理文件服務器上的文件共享
SMB 加密	新功能	提供 SMB 數據的端對端加密並防止數據在未受信任網絡中遭受竊聽。無需新部署成本，且無需 Internet 協議安全性 (IPsec)、專用硬件或 WAN 加速器。它可按共享配置，也可針對整個文件服務器配置，而且可針對數據遍歷未受信任網絡的各類方案啓用

 

        下面咱們具體介紹SMB的一些重要新功能。

1.SMB連續可用性

        連續可用性是指連續可用軟件和硬件平臺，指在支持不會形成任何數據損失的透明故障轉移。而透明的故障轉移是指進行計劃內移動或處理計劃外故障的能力，它不會出錯，也不會丟失數據，並且在任何規模上都能很好地執行。SMB連續可用性主要是提供對SQL Server 數據庫或 Hyper-V應用程序的很好的支持。經過SMB連續可用性能夠在執行存儲的維護時不中止存儲的服務，並且能應對計劃外的故障，從而使SQL Server 或 Hyper-V 等應用程序能連續運行，而無論存儲層是否出現故障。

2. SMB透明故障轉移

SMB 透明故障轉移可讓羣集配置中的文件服務器以這樣的方式進行故障轉移：沒有停機，且在故障轉移期間只有很小的 I/O 延遲。故障轉移對於將羣集用做文件存儲的應用程序（例如，SQL Server 或 Hyper-V）而言是徹底透明的。

        SMB 透明故障轉移支持各類狀況，包括計劃內移動、負載平衡、操做系統從新啓動、計劃外故障和用於擴展羣集的客戶端重定向。SMB 透明故障轉移支持文件級別和目錄級別的操做。例如，訪問 SMB 文件服務器羣集的計算機（運行 SQL Server）在正常操做中會打開不少文件，這須要能以透明方式進行故障轉移。目錄操做也必須能以透明方式進行故障轉移。例如，在虛擬機存儲爲文件服務器羣集的Hyper-V環境中，當部署新VM時，Hyper-V將在每一個羣集節點上建立文件夾結構。這些文件夾建立操做須要以透明方式進行，以即可以部署VM，即便在計劃外故障轉移中也應如此。要支持 SMB 透明故障轉移，文件服務器羣集必須爲Windows Server 2012 羣集。SQL Server 或 Hyper-V 之類的應用程序也必須運行在 Windows Server 2012 服務器上。SMB 透明故障轉移工做原理示意圖如圖所示。

 

        完成透明故障轉移涉及不少組件，用以確保文件句柄和SMB鏈接在兩個服務器之間的實際移動對於應用程序而言徹底透明。這些組件中的一部分是SMB 3.0中新增的組件。

3. 性能優化與DAS等效

        性能對於運行SQL Server或Hyper-V的組織特別重要。當前不少組織在直接鏈接存儲 (DAS)、Internet小型計算機系統接口 (iSCSI) 或光纖通道存儲區域網絡 (SAN) 上運行 SQL Server或Hyper-V來幫助最大化 I/O 性能。SMB 3.0 的一個性能目標是在以太網上擁有1Gbps的文件訪問速度，從而能匹配DAS的性能。Microsoft已展開自上而下的性能分析和調節，包括SMB服務器優化、添加新跟蹤設備來幫助識別瓶頸和實質性重構 SMB 2 客戶端。Windows Server 2012中的 SMB 3.0在如下條件下能夠發揮大約98%的DAS提供的事務性能。SMB 3.0可讓管理員利用基於文件的遠程存儲的靈活性。存儲能夠輕鬆移動，由於它對於應用程序服務器來講屬於遠程存儲，而應用程序服務器能夠位於不一樣的物理機器上來充分利用其性能優點。性能優化與DAS等效示意如圖所示。

 

4. SMB 多通道

        SMB多通道爲每一個可用SMB會話使用多個TCP鏈接。例如，若是服務器配置在運行 SQL Server和後端文件存儲的計算機之間具備多個1 G網絡接口卡 (NIC)，則SMB多通道將自動聚合可用的帶寬。SMB多通道支持透明故障轉移，若是有可用的其餘鏈接，它將從網絡故障進行恢復。這提供了一個恢復能力很強的網絡環境，能夠支持SQL Server和 Hyper-V，以及其餘關鍵應用程序的業務。除了自動在多個 NIC 之間聚合帶寬外，SMB多通道經過爲網絡處理使用多個CPU和支持接收方縮放 (RSS)的多個NIC提升了吞吐量。SMB多通道配置自動進行，SMB 3.0自動檢測和使用多網絡路徑。SMB 多通道工做示意圖如圖所示。

 

5. SMB Direct

        諸如SQL Server和Hyper-V之類的應用程序可能對CPU和內存資源有很高的需求。 SMB 3.0有助於最大化SQL Server或Hyper-V服務器的性能，經過將處理器的任務轉移到網卡來減小I/O處理的CPU使用率。

        SMB Direct使用遠程直接內存訪問 (RDMA)支持在兩個計算機之間移動數據，而不須要使用TCP/IP堆棧。這容許高吞吐量、低延遲網絡，但須要依賴具備RDMA功能的NIC (R-NIC)。

        經過SMB多通道，SMB Direct能夠自動發現和使用R-NIC。SMB Direct能夠與SMB 多通道配合使用，聚合多個R-NIC，並使用SMB多通道來進行負載平衡和故障轉移。SMB Direct的工做示意如圖所示。

 

        SMB Direct具備SMB文件存儲的傳統優點：易於配置、管理和遷移，它不要求應用程序更改或管理配置。

 

2、建立SMB文件共享

      不管是創建SMB共享仍是NFS共享，都必須先添加Windows文件服務器，而建立SMB共享或者是NFS共享，其步驟大體相同。在瞭解了SMB共享後，接下來咱們在一臺Windows Server 2012中添加文件服務器並建立SMB共享。

步驟1 在服務器管理器中，選擇服務器角色，在添加所選服務器的角色功能時選擇文件服務器，同時也能夠添加文件服務器資源管理器。

 

步驟2 按照添加角色的安裝嚮導，完成文件服務器的安裝，文件服務器安裝完成後不須要從新啓動服務器，安裝完成後單擊「關閉」完成安裝嚮導。

 

步驟3  成功安裝後，在Windows Server 2012服務器上的服務器管理器中打開文件服務器，在「共享」選項中，能夠看到服務器上的全部共享。因爲咱們是新添加共享角色，因此這裏沒有任何共享。首先咱們要創建一個共享，單擊「若要建立文件共享，啓動新加共享嚮導」連接。

 

步驟4 在新加共享嚮導中，我能夠選擇文件配置文件的共享方式，主要是SMB共享和NFS共享。可是在這兩種共享裏，又分快速和高級， SMB還有應用程序形式。快速部署是隻分配磁盤位置和權限，並設置共享名稱和屬性。而高級設置裏還包括了磁盤的配額等功能，而應用程序則是創建的SMB共享爲Hyper-V或者是SQL Server服務。很是規文件存儲。這裏咱們選擇「SMB共享-高級設置。

 

步驟5 選擇服務器和共享的路徑，和創建iSCSI相同，會在創建共享時，系統默認創建路徑爲\Shares的目錄，Windows Server 2012以前的版本不會添加此目錄，這裏選擇存放共享文件夾的位置，選擇好之後單擊「下一步」按鈕。

 

步驟6 設置共享的名稱和描述。咱們在「共享名稱」對話框中輸入要設置的共享名稱，這裏筆者輸入的是「FS」，而後在「共享描述」文本框中添加相應的文字說明。選擇這裏的路徑，在這裏咱們能夠把默認創建的\Shares目錄刪除，並設置要共享的遠程路徑。

 

步驟7 配置共享存儲的設置。能夠啓用基於存取的枚舉。基於存取的枚舉就是顯示用戶有權訪問的文件和文件夾，其餘沒有權限訪問的文件夾則是隱藏的。能夠設置容許共享緩存，若是開啓共享緩存，就可讓脫機用戶訪問共享的內容。若是安裝了BranchCache，能夠在緩存中開啓BranchCache功能，最後就是開啓加密的數據訪問，顧名思義，開啓這個訪問就是爲了在數據訪問的時候，確保傳輸數據的保密性。

 

步驟8 在控制訪問權限設置中，設置本機用戶或者域中的用戶和用戶組，並授予相應的權限。單擊「自定義權限」按鈕，會彈出「FS高級安全設置」對話框。

 

步驟9 在共享高級設置中，能夠設置用戶訪問權限，及共享、審覈、有效的訪問，這裏能夠添加用戶並設置訪問權限，設置完成後單擊「應用」按鈕。在該界面中單擊「下一步」按鈕。

 

步驟10 設置文件夾管理屬性，指定文件夾的用途以及文件夾中存儲的文件類型，這有利於文件服務器對數據管理的策略。

 

步驟11 設置文件夾或卷的磁盤配額。若是是快速設置，則不會有磁盤配額，這裏能夠選擇windows系統默認的模版配置，在設置完成後，還能夠更改模版配置。選擇基於模版應用配額，單擊「下一步」按鈕。

 

步驟12 在「確認選擇」界面中，查看設置信息，確認無誤後單擊「建立」按鈕。

 

步驟13 建立過程很是快，建立完成後，能夠單擊「關閉」按鈕，完成新建SMB共享。

 

步驟14 在服務器管理器共享中，能夠看到咱們設置的共享文件夾，這時候就能夠經過地址\\Mabf-win2012\fs進行訪問，在實際部署時，爲了提升SMB文件服務器的效率，在網絡上能夠結合NIC Teaming以提升訪問帶寬，可使用刪除重複資料角色來節省存儲空間。

 

3、配置文件服務器羣集

        單臺文件服務器存在單點故障，使用SMB無縫故障轉移技術，可供管理員對文件服務器羣集的節點執行硬件或軟件維護任務，不會中斷在文件共享中存儲數據的服務器應用程序的正常運行。若是羣集節點遇到硬件或軟件故障，SMB 客戶端能夠不中斷地從新鏈接到其餘羣集節點，不會對在這些共享中存儲了數據的服務器應用程序形成中斷。SMB 無縫故障轉移支持計劃內故障轉移(例如維護操做)以及計劃外故障轉移(例如停電)。

        實施該功能要求使用故障轉移羣集，運行應用程序和文件服務器角色的服務器都須要使用 Windows Server 2012 操做系統，而且文件服務器上的文件共享必須具有持續可用性。

        下面咱們就來在設置好的故障轉移羣集中創建SMB共享。

步驟1 在故障轉移羣集中，角色配置裏，添加角色，在「選擇角色」界面中選擇文件服務器所示。

 

步驟2 選擇建立文件服務器的類型，文件服務器的類型分爲常規使用的文件服務器和應用程序數據的橫向擴展文件服務器。常規使用的文件服務器是指能夠在網絡上提供一箇中心位置，以使用戶在此處共享文件以及由常常打開和關閉文件的應用程序使用。此項支持服務器消息塊（SMB）和網絡文件系統（NFS）協議。文件服務器的常規使用支持數據刪除重複、文件服務器資源管理器、DFS複製以及其餘文件服務。

        應用程序數據的橫向擴張文件服務器能夠爲服務器應用程序或者虛擬機提供存儲以將保持文件長時間打開。能夠橫向擴展文件服務器客戶端鏈接，以得到更好的帶寬。橫向擴張文件服務器只支持SMB協議，不支持數據刪除重複、DFS複製或者文件服務器資源管理器。

        因爲咱們要爲Hyper-V創建高可用文件服務器，因此這裏選擇應用程序數據的橫向擴張文件服務器。

 

步驟3 在客戶端訪問點界面中，輸入訪問此羣集角色時客戶端將使用的名稱。

 

步驟4 在確認界面中，查看配置信息並肯定添加設置，單擊「下一步」按鈕，直到完成高可用性的配置。

 

步驟5 在故障轉移羣集管理器中，咱們就能夠看見創建好的橫向文件共享服務器，所建的文件共享服務器所處在mabofeng02節點服務器上。

 

步驟6 當完成創建羣集文件服務器後，就在羣集的橫向文件擴展服務器上添加共享存儲了，右擊，在彈出的快捷菜單中選擇「添加文件共享」命令。

 

步驟7  此時，咱們就能夠爲羣集設置SMB共享，因爲咱們創建的是橫向文件擴展服務器，不支持NFS協議，因此這裏只能選擇SMB協議。並且創建的文件羣集服務器是用於Hyper-V，因此這裏選擇「SMB共享-應用程序」，單擊「下一步」按鈕。

 

步驟8 在共享位置中，選擇羣集共享磁盤卷，在創建共享時，系統默認創建路徑爲\Shares的目錄，Windows Server 2012以前的版本不會添加此目錄，單擊「下一步」，。

 

步驟9 設置共享的名稱和描述，選擇這裏的路徑，在這裏，咱們能夠把默認創建的\Shares目錄刪除，並設置要共享的遠程路徑。

 

步驟10 以前在單臺Windows Server 2012上配置SMB服務器已近介紹了啓用基於存取的枚舉、容許共享緩存和加密數據訪問，而在羣集中，多了一個啓用連續可用性，啓用連續可用性是指羣集監控高度可用的文件共享上的文件操做，能夠將客戶端毫無中斷的故障轉移到該羣集的其餘節點。

 

步驟11 在控制訪問權限設置中，設置本機用戶或者域中的用戶和用戶組，並授予相應的權限。能夠單擊自定義權限。在共享高級設置中，能夠設置用戶訪問權限，共享、審覈和有效的訪問，這裏能夠添加用戶並設置訪問權限，以後單擊「下一步」按鈕。

 

步驟12 確認後查看建立結果，咱們會發現已經成功建立了SMB共享。此時，咱們就能夠經過網絡共享的方式鏈接到羣集的共享目錄。此時的文件服務器已經處於高可用性羣集中。

 

步驟13 爲了驗證羣集中的橫向擴展文件服務器的高可用性，咱們這裏作一個簡單的測試，看是否在切換節點時，服務會出現中斷。以前在設置中咱們已經啓用了連續可用性，應該保證是毫無中斷的保證遷移節點，咱們經過ping命令來進行檢測。

 

步驟14 經過Ping命令咱們發現，沒有出現任何的中斷。鏈接在網絡羣集共享上的虛擬機仍是正常的在運做，由此能夠看出windows Server 2012中SMB3.0提供了更爲可靠的技術。

 

4、Hyper-V over SMB設計

      Hyper-V over SMB設計應該從3個方面來設計，文件服務器SMB的設計、網絡的設計和Hyper-V主機的設計。從這3個方面來看，每一種都很是重要，既要確保總體的環境運營正常，又要確保系統穩定運行。爲確保業務的連續性，不形成服務中斷，其中的某一項或者是某一環節都不能夠出現問題，要有很好的機制去保護它們，這是Hyper-V over SMB設計中都要考慮到的問題。

1. 文件服務器節點

      若是採用單節點文件服務器，風險是最大的，當這一臺出現問題後，可能會形成整個的虛擬化環境徹底宕機，徹底終止了業務。若是是硬件形成損害，那麼恢復起來是至關的困難的，並且可能會形成數據的丟失。但節點的文件服務器不能提供連續保護的共享方式，對於生產環境，不建議使用單點文件服務器。

 

        若是採用雙節點文件服務器，在可靠性上更上一層樓，將兩個節點組成一個文件服務器羣集，就能夠實現連續保護的共享方式，而且在投資方面也是比較低的。可是這種雙節點的文件服務器具備有限的擴展能力，最多可提供幾百塊磁盤，因此不適合中型或者大型的數據中心建設。通常企業都採用的是雙節點文件服務器方案。

 

        多節點的文件服務器方案能夠支持更多磁盤的擴展，因爲是多個文件服務器做爲羣集服務，可增長訪問文件服務器的效率，同時能夠應對災難性的事故。可是多臺文件服務器可能會形成硬件上的浪費，相對雙節點的成本也是成倍的增長。可是比起專業的存儲，其價格仍是至關的便宜。

 

2.網絡設計

        在目前的大部分企業中，比較常見的就是千兆網絡和服務器自帶的千兆網口，若是在 SMB 3.0 客戶端和 SMB 3.0 服務器之間提供多條路徑，則支持網絡帶寬和網絡容錯的聚合。這讓服務器應用程序能夠充分利用可用網絡帶寬並在發生網絡故障時恢復。若是SMB客戶端或者服務器擁有兩塊以上網卡，SMB多通道技術能夠自動偵測使用多種網絡路徑，能夠合併使用全部網卡帶寬，SMB多通道技術能夠結合多核處理器的RSS(RSS能夠將IO請求均衡分發到不一樣處理器核心)技術。SMB多通道能夠利用操做系統現有網卡綁定技術，可是不依賴。若是一塊網卡出現故障，SMB多通道能夠自動進行故障切換。SMB3.0之前客戶端沒法使用SMB多通道技術。

 

3.Hyper-V主機設置

 

       當咱們已經使用了SMB文件服務器的羣集，提供高可用的SMB共享服務，那麼在Hyper-V主機中，也要保證業務的連續性，將多臺Hyper-V主機組建成羣集，實現高可用性，若是Hyper-V採用獨立服務器，VHD文件使用共享storage，那麼Hyper-V的虛擬機不具備高可用性。當環境中只有1臺主機時，則不適合生產環境中使用，能夠用來作測試環境。若是Hyper-V主機採用羣集的模式，而且文件服務器也採用羣集的模式，這樣不管是Hyper-v主機仍是文件服務器，均可以實現高可用性，而且遷移共享存儲具備靈活性，文件共享的權限相對簡單，具備低購置及運營成本，能夠實現存儲容錯。

 

 

5、部署基於SMB的Hyper-V

      經過很是靈活的方式來提供和管理存儲，虛擬化的SMB文件存儲能夠幫助組織以節省成本的方式最大化其Hyper-V環境的可靠性、可用性和性能。Hyper-V over SMB能夠經過SMB 3.0協議在共享中存儲Hyper-V文件；能夠在SMB 3.0共享上存儲VM配置文件、虛擬硬盤 (VHD)文件，甚至快照；能夠存儲獨立和羣集服務器的文件。其結構如圖所示。在羣集環境中，文件存儲用做羣集共享存儲。Hyper-V over SMB增長了靈活性，簡化了設置、管理和遷移。Hyper-V over SMB能夠利用聚集網絡，減小了資本支出 (CapEx) 和操做費(OpEx)。

 

        實施 Hyper-V over SMB 3.0 除了須要一個域的環境外，同時還須要在一個或者多個計算機上安裝Hyper-V 角色且運行 Windows Server 2012；對於文件存儲的要求是一個或者多個計算機安裝裝文件服務角色且運行 Windows Server 2012。文件服務器必須安裝 Windows Server 2012，以便能使用新 SMB 3.0 協議。可使用來自其餘供應商（而非 Microsoft）的服務器來實施SMB 3.0協議，如EMC，NetApp等。Hyper-V 不會阻止舊版本的 SMB；可是 Hyper-V 最佳實踐分析程序會在檢測到舊版本的SMB後發出一條警報。配置Hyper-V環境使用SMB 3.0文件共享的過程相似於配置簡單的文件共享，必須建立和共享文件夾，並應用合適的權限。要配置虛擬化的文件存儲，Hyper-V管理員帳戶要對NTFS文件夾和SMB共享具備徹底權限。若是Hyper-V位於羣集中，則Hyper-V管理員帳戶應爲Hyper-V羣集帳戶。

        Hyper-V必須配置VM才能使用 SMB 共享。能夠經過使用圖形管理工具或使用命令行來完成該任務。在Hyper-V管理器中，能夠進行VM設置。只須要選擇要鏈接VHD（存儲在共享上）的硬盤通道，而後指定該位置爲UNC路徑就能夠完成VM設置。另外，也可使用 Windows PowerShell 3.0 cmdlet 來建立和配置新VHD和VM。應該再次指定VHD或 VM的位置做爲UNC路徑，如圖5-94所。

 

      在建立虛擬硬盤的時候，能夠指定虛擬機硬盤存儲的位置，能夠設置爲SMB 共享。

 

      若是使用Powershell配置，則過程的第一步是在目標文件服務器或羣集上建立文件夾。例如，能夠從命令提示中建立名爲VMS的文件夾，使用的命令以下：

MD F:\VMS

      接下來共享該文件夾並應用共享權限。如下命令示例是使用上一步建立的 VMS 文件夾：

New-SmbShare -Name VMS -Path F:\VMS -FullAccess Dom\HAdmin, Dom\HV1$, Dom\HV2$, Dom\HVC$

      最後，必須應用 NTFS 權限。能夠經過檢索共享權限並將其用做 NTFS 文件夾權限來完成。 如下命令示例使用VMS共享：

(Get-SmbShare –Name VMS).PresetPathAcl | Set-Acl