Test: Souboj hlavních virtualizačních platforem

Čtyři z největších zápasníků v kategorii virtualizace serverů se utkaly v testu výkonnosti.


Ve velkých i malých datových centrech dochází k nevyhnutelnému nástupu virtualizace serverů. Narozdíl od dřívějška, kdy této kategorii neohroženě vládla společnost VMware, si dnes velké podniky mohou vybrat z větší palety řešení. V tomto testu představuje svá virtualizační řešení pro velké podniky vybraná skupina vyzývatelů Citrix, Microsoft, Red Hat a VMware.

Porovnali jsme Citrix XenServer, Microsoft Windows Server 2008 R2 Hyper-V, Red Hat Enterprise Virtualization (RHEV) a VMware vSphere z prakticky každého hlediska od snadnosti instalace k výkonnosti hypervizoru a možnostem správy.

Všechna řešení jsme testovali na shodném hardwaru, se stejnou síťovou topologií odpovídající reálnému světu a totožnými testy na identických virtuálních strojích. Provedli jsme reálné a umělé benchmarky výkonnosti pod Windows a Linuxem a testy administrace. Podívali jsme se na konfiguraci hostitelů, tvorbu předloh a klonování virtuálních strojů, aktualizaci a patching, zálohování i na pokročilé funkce, jako jsou rozkládání zátěže (load balancing) a vysoká dostupnost (high availability).

Výkonnostní testy potvrdily, že všechny čtyři hypervizory jsou si z tohoto hlediska podobné bez jasných vítězů i poražených. Hlavní rozdíly se projevily v testech hypervizorů v zátěži, kde nestačily XenServer s Windows a Hyper-V s Linuxem. VMware vSphere a Microsoft Hyper-V byly v testech s Windows nejlepší, zatímco vSphere, RHEV a XenServer uspěly v linuxových testech. V testech rychlosti šifrování, v nichž byly XenServer a vSphere třikrát rychlejší než Hyper-V a RHEV, se projevily výhody podpory AES-NI instrukcí procesorů Intel Westmere.

Třebaže VMware disponuje největším množstvím funkcí, ne všechny jsou pro podnikové prostředí stejně vhodné. V každém podniku jakékoli velikosti se ovšem výborně uplatní tři funkce – migrace virtuálních strojů za provozu, vysoká dostupnost a rozkládání zátěže.

Migrace za provozu je schopnost přemísťovat běžící virtuální stroje z jednoho hostitele na druhého bez nutnosti jejich restartu. Funkce vysoké dostupnosti automaticky zjišťuje, který fyzický hostitel je mimo provoz, a automaticky restartuje virtuální stroje běžící na tomto hostiteli kdekoli jinde ve farmě. Automatické rozkládání zátěže rozprostírá zátěž generovanou virtuálními stroji na potřebný počet serverů ve farmě podle prahových hodnot nastavených administrátory. Tyto funkce byly dříve výsadou VMwaru, dnes je však najdeme ve všech testovaných řešeních.

VMware je naproti tomu jediným řešením, které si poradí s migrací storage za provozu, a pouze VMware vSphere a Red Hat Enterprise Virtualization mohou nabídnout sdílení stránek a komprimaci paměti. Další důležité funkce opět nabízejí všechna řešení: thin provisioning a templating umožňují zjednodušit nasazení velkého počtu virtuálních strojů a zároveň zmenšují jejich vliv na storage. Pokročilá správa paměti optimalizuje přidělování fyzické paměti virtuálním strojům.

Všechny tyto nástroje jsou velmi důležité v infrastrukturách provozujících velký počet virtuálních strojů na jednom hostiteli i celkově, ale menší výpočetní prostředí je až zas tolik nepotřebují. I když jsou skutečně důležité, nemají přece jen takový vliv na koncové uživatele jako migrace za provozu, vysoká dostupnost a rozkládání zátěže.

Co se týče podpory hostovaných operačních systémů, pouze VMware nabízí možnost pracovat s Mac OS X Serverem, FreeBSD, NetWarem a Solarisem. Můžete dokonce použít i OS/2 Warp. Uživatelé ostatních řešení se musí spokojit s několika distribucemi Linuxu a platformou Windows.

Citrix XenServer
Citrix XenServer je komerční implementace virtualizačního open source řešení Xen. Citrix obohatil základní engine Xen o nástroje pro správu a těsněji provázal různé komponenty pro implementaci a správu virtuálních strojů s Windows i Linuxem.

Citrix XenServer 5.6.1 se instaluje stejně snadno jako ostatní produkty v testu. Několik minut po zavedení instalačních médií do fyzického serveru máte funkčního hostitele XenServer. Jako u jiných virtualizačních produktů založených na Linuxu můžete zvolit instalaci přes PXE a potřebné balíky natáhnout z HTTP, FTP nebo NFS úložišť.

Konfigurace hostitele je vcelku snadná s obvyklými kroky identifikace a konfigurace síťových trunků, rozpoznání místa storage atd. Zjistili jsme, že XenServer je schopen využít API Citrix StorageLink, které umožňuje XenServeru konfigurovat i SAN pole s iSCSI.

Poté, co jsme nakonfigurovali prvního hostitele pro provoz se storage a v síti, je konfigurace dalších hostitelů stejně snadná jako jejich přidání do poolu. Každý další hostitel je totiž nakonfigurován automaticky přesně podle prvního a jejich celkový počet tak nehraje roli. Pokud nepoužíváte DHCP, je jedinou věcí, kterou potřebujete udělat ručně, manuální přiřazení IP adres storage sítím na každém hostiteli zvlášť.

Konzole XenServeru pro správu systému je aplikace Windows, která se spojuje s hlavním serverem ve farmě. Podobně jako u VMwaru a Red Hatu umožňuje správu všech hostitelů a virtuálních strojů. K dispozici jsou i API pro management a integrační SDK pro mnoho různých vývojářských platforem.

Uživatelské rozhraní je přímočaré a umožňuje zobrazit několik různých pohledů na infrastrukturu – řazení virtuálních strojů podle typu operačního systému, aktuálního stavu, folderu a dokonce i podle přiřazeného tagu. Daný virtuální stroj se tak dá i ve velké implementaci nalézt mnohem snadněji než při procházení dlouhého netříděného seznamu.

Funkce vysoké dostupnosti a rozkládání zátěže XenServeru fungují, ke své práci však potřebují další nástroje a konfiguraci. Vysoké dostupnosti nelze docílit bez konfigurace LUN centrálního úložiště a jeho zpřístupnění každému hostiteli. Rozkládání zátěže zase vyžaduje import specifického virtuálního stroje od Citrixu do clusteru. Vzhledem k tomu, že jde o stroj běžící zatím pouze na Windows Serveru 2008, je k jeho provozu potřeba příslušná licence.

Funkce okamžitého klonování umožňuje rychle a snadno vytvářet mnoho kopií základní předlohy. Vytvoření nového virtuálního stroje shodného s předlohou je otázka jednoho kliknutí. Pokud zkonvertujete virtuální stroj na předlohu, nemůžete tuto akci vrátit zpět, takže úpravy těchto předloh jsou trochu složitější záležitostí.

Řídicí konzole XenServeru má své mouchy. Abyste například přiřadili ISO image pro bootování každého instalovaného virtuálního stroje, musíte definovat a připojit specifické NFS nebo CIFS úložiště obsahující dané ISO. Nelze jednoduše přiřadit DVD jednotku lokálnímu ISO na vašem počítači nebo ISO umístěnému někde v iSCSI storage. Mapování tohoto ISO se neděje přes nastavení virtuálního stroje, ale definuje se během jeho vytváření.

V testech souběžných linuxových threadů získal XenServer lehce navrch nad svými konkurenty. Ještě lépe si vedl v testech s Windows, ale pouze v provozu bez zátěže generované dalšími virtuálními stroji.

V okamžiku, když byl tentýž fyzický server zatěžkán dalšími virtuálními stroji, výsledky Windows testů XenServeru nedosahovaly čísel srovnatelných s ostatními produkty v testu. Další hodnoty včetně testu rychlosti šifrování odpovídaly výsledkům VMwaru.

Citrix XenServer nabízí mnoho virtualizační zábavy a cena licence za podnikovou verzi, která zahrnuje provisioning fyzického hostitele, funkce obnovy provozu a možnosti správy životního cyklu, je více než rozumná. Vzhledem k tomu, že neexistují žádná omezení z hlediska typu serveru, lze s licencí použít i servery se čtyřmi sockety.

Microsoft Windows Server 2008 R2 Hyper-V
Na Hyper-V je toho dnes k obdivu hodně, na jednom z předních míst je to nižší cena ve srovnání s ostatními třemi hlavními hráči na trhu. Přesto Hyper-V nabízí řadu důležitých funkcí, jako jsou migrace virtuálních strojů za provozu, rozkládání zátěže, vysoká dostupnost i přístupnější rozhraní pro správu v Microsoft System Center Virtual Machine Manageru 2008 R2 (VMM).

Důležitým doplňkem Hyper-V ve Windows Server 2008 R2 SP1 je dynamická paměť. Pro každý virtuální stroj lze nastavit minimální a maximální RAM a buffer pro aktuální požadavky na paměť. Hyper-V se dá nakonfigurovat tak, aby se paměť přidělená jednotlivým virtuálním strojům zvětšovala a zmenšovala podle jejich potřeby.

Stejně jako v případě správy paměti v hypervizoru VMware tak umožňuje i dynamická paměť Hyper-V provozovat na každém hostitelském počítači vyšší hustotu virtuálních strojů.

Instalace a konfigurace clusteru není u Hyper-V tak přímočará jako u VMwaru, Red Hatu a Citrixu. Jedním z důvodů je, že u Hyper-V se instalace hostitelských počítačů a virtuálních strojů provádí různými nástroji, zatímco u ostatních tří jsou tyto nástroje sloučeny do jednoho. Některé prvky Hyper-V jsou převzaté z jiných řešení, například Microsoft Cluster Services pro správu farmy Hyper-V serverů.

Správa Hyper-V není sloučena do jediné konzoly, i tady jsou jednotlivé rozmístěny v různých nástrojích. Většinu základních úkonů virtuálních strojů lze řídit prostřednictvím Virtual Machine Manageru, další úlohy, jako jsou rozložení zátěže, zálohování, aktualizace hostitelských počítačů a patching, se provádějí pomoci Operations Manageru a Configuration Manageru.

Díky množství nástrojů sdružených v systémovém centru poskytuje Hyper-V velmi mnoho funkcí pro správu fyzických i virtuálních serverů. Mezi tyto nástroje patří Opalis, který lze využít pro automatizaci workflow, nebo Operations Manager s funkcemi pro rozpoznávání a řešení problémů. Všechny vzorně spolupracují s VMM i Hyper-V a rozšiřují možnosti správy hostitelských počítačů i na virtuální stroje a dokonce i na aplikační sady provozované v rámci těchto strojů.

Hyper-V nepodporuje migraci storage za provozu, ale VMM dokáže kvůli výměně back-endových storage systémů příslušné virtuální stroje dočasně zastavit. Migrace virtuálních strojů s Windows i Linuxem probíhají svižně bez výraznějších poklesů výkonnosti.

Také funkce pro zvýšenou dostupnost a rozdělování zátěže fungovaly bez problémů.V případě dosažení či překročení prahových hodnot systém automaticky migroval virtuální stroje na další hostitele nebo zobrazil doporučení, jaká opatření je nutno provést.

Výkonnost Hyper-V jsme testovali pod virtuálními stroji s Windows a Linuxem – u obou s i bez dalších zátěží VM na fyzickém serveru. Testy výrazně poznamenal fakt, že Hyper-V zatím nepracuje na Red Hat Enterprise Linux 6, takže jsme jej museli spustit na předchozí verzi 5.5 s využitím Microsoft Linux Integration Services. I když čísla zhruba odpovídají ostatním produktům, je nutno podotknout, že jsme neměli možnost přímého srovnání za stejných podmínek.

Celkově byly výsledky Microsoft Hyper-V velmi dobré, v několika případech se však objevily odchylky. To bylo patrné zejména v benchmarku pro šifrovací procesy, který testuje rychlost šifrování na virtuálním stroji. Zatímco VMware a Citrix dosahovaly v tomto testu hodnot okolo 1,6 GB/s, Hyper-V stále vykazoval rychlosti okolo 500 MB/s. Příčina tkví v tom, že Hyper-V na rozdíl od VMwaru a Citrixu neumožňuje virtuálním strojům přístup k AES-NI instrukcím procesoru Intel Westmere.

Komplikovanější implementaci, ovládání i provoz Hyper-V vyvažuje příznivá cena. Potenciálními uživateli budou organizace používající především Windows, které ocení možnost provozovat na jednom hostiteli neomezený počet virtuálních strojů.

Red Hat Enterprise Virtualization
Řešení Red Hatu pro virtualizaci serverů je založeno na produktu malé firmy Qumranet převzaté Red Hatem v roce 2008. Původně šlo o virtualizaci desktopů založenou na technologii KVM (Kernel-based Virtual Machine). Narozdíl od hypervizorů ostatních dodavatelů v testu se virtualizace Red Hatu nespoléhá pouze na emulaci hardwaru, ale kdekoli je to možné, využívá k mapování virtuálních strojů tzv. paravirtualizaci umožňující mapování virtuálních strojů přímo na hardware prostřednictvím rozhraní /dev/kvmkernel.

Také hypervizor Red Hatu se nastavuje  rychle a snadno. Na každém hostiteli proběhla instalace neobyčejně svižně, bylo pouze potřeba pomocí hostitelské CLI konzole nastavit několik konfiguračních parametrů.

Podobně jednoduchá je instalace RHEV Manageru. Je potřeba pouze několikrát kliknout myší a sledovat grafické znázornění postupu. Podobně jako u VMwaru i RHEV Manager využívá databázi Microsoft SQL Express. Nezbytným předpokladem je ASP.Net a Web server role na systému Windows Server 2008 R2.

Jako ostatní platformy i RHEV umožňuje využít datová centra a clustery, takže je možné sdružovat hostitele do různých skupin pro usnadnění správy a přidělování zdrojů. I když je storage konfigurováno na úrovni datového centra a replikováno přes hostitele, sítě je třeba na každém hostiteli v clusteru konfigurovat ručně. Ostatní řešení v testu umožňují replikovat v hostitelích konfiguraci storage i sítě.

RHEV disponuje všemi zásadními funkcemi pro serverovou virtualizaci, některé však nefungují podle očekávání. Vysoká dostupnost a rozkládání zátěže obecně fungují velmi dobře, mají však některé nedostatky, kterými další tři řešení netrpí. Pokud je například na jednom hostiteli velká zátěž virtuálních strojů a další server v clusteru se z režimu údržby vrátí do normálního provozu, nezačne automatická migrace virtuálních strojů ze zatíženého hostitele dříve, než je aspoň jeden stroj přesunut ručně.

Uživatelské rozhraní RHEV Manageru je atraktivní a dobře vybavené. Trpí sice drobnými neduhy webových aplikací, jako jsou konfigurační okna s pevnou velikostí, což je nevýhoda například v případě, když IQN (iSCSI Qualified Name) je mnohem delší než okno.

Plánování zálohování virtuálních strojů se v RHEV dělá pouze pomocí příkazového řádku. Aktualizace hostitelů je velmi jednoduchá. Systém automaticky upozorňuje na nové aktualizace, převede hostitele do režimu údržby, přemístí z něj virtuální stroje, provede aktualizace a vrátí hostitele zpět do clusteru.

Při prvním běhu benchmarků jsme náš virtuální stroj RHEV nakonfigurovali s jedním socketem a čtyřmi jádry. Výsledky byly tristní. Při dvou souběžně běžících procesech držel RHEV krok s ostatními, při čtyřech a více však výrazně zaostával.

Po určitém laborování jsme změnili konfiguraci virtuálních procesorů na čtyři, každý s jedním jádrem. Výsledky se výrazně zlepšily. Rozdíly ve výkonnosti má zřejmě částečně na svědomí to, jak schedulery hostovaných operačních systémů zacházejí s procesorovými prostředky.

Podobně jako Hyper-V i RHEV nevyužívá výhody AES-NI instrukcí v procesorech Intel Westmere, což se projevuje v daleko slabších výsledcích šifrovacích testů.

Jednou z výrazných výhod RHEV je schopnost využívat více různých technologií pro správu paměti včetně sdílení stránek, komprimace paměti a ballooningu (dynamická změna rozsahu přidělené paměti). Všechny mají svá pro a proti – např. sdílení stránek se uplatní při vyšší zátěži serveru, ballooning je lepší pro desktopové virtuální stroje.

I když je RHEV dnes v jakési přechodové fázi, jeho možnosti a schopnosti jsou silné a současné implementace KVM mimo RHEV se výrazně zlepšily nad rámec možností řídicího frameworku RHEV. Je to patrné z rozdílu mezi KVM implementovaným v RHEL 6 a testovanou verzí, která je založena na RHEL 5.6.1.

VMware vSphere
Není překvapením, že VMware zaslal do naší testovací laboratoře řešení s nejbohatší sadou funkcí. Nakonec jde o firmu, která se zasloužila o vznik celého trhu, na němž řadu roků dominovala. VMware vSphere 4.1 je nejpropracovanější platformou pro virtualizaci serverů na světě (čemuž také odpovídá cena).

Instalace vSphere byla otázkou deseti minut, během nichž jsme namapovali ISO na blade servery, spustili a počkali na vytvoření nového serveru VMware ESXi.

Dále jsme použili klienta vSphere pro připojení do jednoho hostitelského počítače a nakonfigurovali všechny parametry sítě a storage. Poté jsme nastavili iSCSI storage, což ve verzi ESXi 4.1 je mnohem plynulejší proces než u předchozích verzí ESX.

Na jednom hostiteli jsme pak vytvořili virtuální stroj se 64bitovým Windows Serverem 2008 R2 a na něj jsme instalovali VMware vCenter Server. Narozdíl od Hyper-V, který může vyžadovat několik různých systémů pro správu, virtuální stroj vCenter Server je to jediné, co potřebujete pro řízení plnohodnotné, plně redundantní virtuální infrastruktury VMware.

Jakmile vytvoříte a nakonfigurujete prvního hostitele, můžete podle této konfigurace vytvořit hostitelský profil a aplikovat jej na další hostitele. Po nakonfigurování vCenter Serveru jsme měli k dispozici všechny důležité funkce pro správu virtualizace včetně migrace virtuálních strojů, rozkládání zátěže a vysoké dostupnosti.

Klient vSphere je mnohem propracovanější než předchozí verze, s lepším reportingem, loggingem a podáváním informací. Tvorba a údržba virtuálních strojů a jejich předloh je jednoduchá a rychlá stejně jako úpravy předloh.

Pro správu velkých infrastruktur poskytuje VMware také Management Assistant (vMA), předpřipravený virtuální stroj obsahující výkonný skriptovací nástroj vSphere CLI (vCLI) a různé další funkce pro řízení.

Asi nejpozoruhodnější funkcí vSphere je Fault Tolerance umožňující nepřetržitou dostupnost virtuálního stroje, který je provozován v primární a sekundární verzi simultánně na dvou hostitelských počítačích. Při testech tato funkce fungovala velmi dobře: Odpojení bladu s primární instancí těžce zatíženého virtuálního stroje se na výkonu vůbec neprojevilo – běh stroje okamžitě převzal záložní hostitel.

VMware vSphere je také jediné řešení v testu, které zvládne migraci storage za provozu. Disk virtuálního stroje lze libovolně přemísťovat mezi různými úložišti, aniž dochází k přerušení normálního chodu. Navíc je k dispozici funkce VMware Data Recovery pro jemně granulované plánování záloh, zálohování a obnovu virtuálních strojů.

Další funkce se u konkurence vůbec nevyskytují, například schopnost přidělovat virtuálním strojům s kompatibilními operačními systémy za provozu další CPU nebo RAM. Přidat diskovou kapacitu a někdy i sítě už umí i ostatní.

VMware vSphere dosáhl v testech všeobecně velmi dobrých výsledků; tam, kde se nedotkl vrcholu, jej bylo možné dobře škálovat – každý fyzický hostitel byl schopen udržet odpovídající výkon i při výrazném zatížení virtuálními stroji.

VMware vSphere byl nejrychlejší i při zavádění a migraci virtuálních strojů. Funkce VAAI (vStorage API for Array Integration) pro off-loading storage jsou znatelně vylepšeny při mazání, kopírování a zavádění virtuálních strojů.

VMware má nejlepší a nejvybavenější řešení na trhu, které v mnoha směrech o několik let předčí konkurenci a pravděpodobně bude ještě mnoho let v jejím čele. Přesto mnohé důležité funkce, na něž se společnost spoléhá, se pomalu objevují i u konkurenčních produktů.

VMware vSphere je zcela jistě cadillakem v oblasti virtualizace serverů, ale v poslední době už konkurence nepřipomíná trabanty nebo embéčka. Red Hat, Microsoft a Citrix se přibližují více než kdykoli předtím.

Vyšlo v Computerworldu 9/2011
Časopis lze koupit se slevou 20 %










Komentáře