Verwenden von Hyper-V mit Laufwerken mit großen Sektoren in Windows Server 2008 und Windows Server 2008 R2

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In diesem Artikel werden die Probleme und Anleitungen beschrieben, die mit der Ausführung von Hyper-V in Windows Server 2008 und Windows Server 2008 R2 verbunden sind.

Gilt für: Windows Server 2008 R2 Service Pack 1
Ursprüngliche KB-Nummer: 2515143

Zusammenfassung

In den nächsten Jahren wird die Datenspeicherbranche das physische Format von Festplattenlaufwerken von 512-Byte-Sektoren auf 4.096-Byte-Sektoren (auch als 4K-Sektoren bezeichnet) umstellen. Dieser Übergang wird von mehreren Faktoren gesteuert. Dazu gehören erhöhungen der Speicherdichte und -zuverlässigkeit.

Die meisten Softwarebranchen hängen jedoch von Datenträgersektoren ab, die 512 Bytes lang sind. Daher. Eine Änderung dieser Sektorgröße würde in vielen Anwendungen zu großen Kompatibilitätsproblemen führen. Um die Auswirkungen auf das Ökosystem zu minimieren, führen Festplattenhersteller vorübergehende 512-Byte-Emulationslaufwerke (auch als 512e-Laufwerke bezeichnet) ein. Diese Laufwerke haben einige der Vorteile nativer Laufwerke mit 4 KB, z. B. eine verbesserte Formateffizienz und ein verbessertes ECC-Schema. Außerdem weisen sie weniger Kompatibilitätsprobleme auf, als wenn sie eine Sektorgröße von 4 KB an der Datenträgerschnittstelle verfügbar gemacht hätten.

Einige grundlegende Datenträgerterminologien, die in diesem Dokument verwendet werden, sind wie folgt:

Physische Datenträger. Datenträger, die von der physischen Hardware verfügbar gemacht werden.

Virtuelle Datenträger. Datenträger, die vom Softwarestapel (VHD) erstellt werden.

Logische Sektorgröße. Mindestens erforderliche E/A-Ausrichtung, die von einem Datenträger verfügbar gemacht wird. Alle IOs, die diese Regel nicht bestätigen, schlagen fehl.

Größe des physischen Sektors. Tatsächliche physische Sektorgröße von Speicherdaten auf einem Datenträger. Dies ist das Quanten des Datenzugriffs vom Datenträger.

512e-Datenträger. Datenträger, die direkt eine logische Sektorgröße von 512 Byte melden, aber eine physische Sektorgröße von 4 KB haben – Firmware übersetzt Schreibvorgänge von 512 Bytes in 4.000 RmW-Schreibvorgänge (Read Modify Write). In den heutigen Laufwerken führt diese Übersetzung zu leistungseinbußen.

Native 4K-Datenträger. Datenträger, die direkt eine logische Sektorgröße von 4 KB melden und eine physische Sektorgröße von 4 KB aufweisen: Der Datenträger kann nur 4-KB-IOs für die Datenträger akzeptieren. Der Softwarestapel kann jedoch 512-Byte-Unterstützung für logische Sektorgrößen durch RMW-Unterstützung bereitstellen.

Auswirkung beim Hosten von VHDs auf 512e-Datenträgern

512e-Datenträger können Schreibvorgänge nur auf einem physischen Sektor ausführen. Das heißt, ein 512e-Datenträger kann keinen 512-Byte-Sektorschreibvorgang direkt schreiben, der für ihn ausgegeben wird. Der interne Prozess auf dem Datenträger, der diesen Schreibvorgang ermöglicht, umfasst die folgenden drei Schritte:

  1. Der Datenträger muss den physischen Sektor mit 4 KB in den internen Cache lesen. Der Cache enthält den logischen 512-Byte-Sektor, auf den beim Schreiben verwiesen wird.
  2. Die Daten im 4-K-Puffer werden so geändert, dass sie den aktualisierten logischen 512-Byte-Sektor enthalten.
  3. Der Datenträger muss den aktualisierten 4-KB-Puffer zurück in seinen physischen Sektor auf dem Datenträger schreiben.

Dieser Prozess wird als "Read-Modify-Write" (RMW) bezeichnet. Auf den heutigen Laufwerken führt dieser RMW-Prozess zu einer Leistungsminderung bei VHDs. Dies tritt aus einem oder mehreren der folgenden Gründe auf:

  • Dynamische und differenzierende VHDs verfügen über eine 512-Byte-Sektorbitmap vor ihrer Datennutzlast. Darüber hinaus werden Fußzeilen-,Header-/übergeordnete Locators am 512-Byte-Sektor ausgerichtet. Daher ist es üblich, dass der VHD-Treiber Schreibvorgänge mit 512 Bytes ausgibt, um diese Strukturen zu aktualisieren. Dies führt zu dem hier beschriebenen RMW-Verhalten.

  • Es ist üblich, dass Anwendungen Lese- und Schreibvorgänge in Größen ausgeben, die ein Vielfaches von 4 KB sind (die Standardclustergröße von NTFS). Da sich vor dem Datennutzlastblock dynamischer und differenzierender VHDs eine 512-Byte-Sektorbitmap befindet, werden die 4-KB-Blöcke nicht an der physischen 4-KB-Grenze ausgerichtet. Jeder 4K-Schreibvorgang, der vom aktuellen Parser ausgegeben wird, um die Nutzlastdaten zu aktualisieren, wird dann in zwei Lesevorgänge für zwei Blöcke auf dem Datenträger übersetzt. Diese werden dann aktualisiert und später in die beiden Datenträgerblöcke zurückgeschrieben.

  • Da VHDs nur einen virtuellen Datenträger mit einer logischen Sektorgröße von 512 Bytes verfügbar machen können, geben Anwendungen weiterhin 512-Byte ausgerichtete IOs aus, auch wenn sie 4K-ausgerichtete IOs ausgeben können, um die Leistung auf diesen Datenträgern zu optimieren.

Auswirkung beim Hosten von VHDs auf nativen 4K-Datenträgern

Der VHD-Treiber geht heute davon aus, dass die Größe des physischen Sektors des Datenträgers 512 Bytes beträgt, und gibt 512-Byte-E/A aus. Dadurch ist der VHD-Treiber mit diesen Datenträgern nicht kompatibel. Daher öffnet der VHD-Stapel die VHD-Dateien nicht auf physischen 4-KB-Sektordatenträgern.

  1. Interne Tests zeigen, dass die leistung der virtualisierten Workload etwas abnimmt, wenn die VHDs auf bestimmten 512e-Laufwerken gehostet werden. Das Ausmaß der Leistungsminderung hängt von verschiedenen Faktoren ab. Dazu gehören die Workload-E/A-Merkmale und das spezifische 512e-Laufwerk. Der Leistungsabfall kann auch durch die folgenden Faktoren beeinflusst werden:

    • Hardware-Besonderheiten, z. B. wie viel Cache und wie viele Optimierungen in der Firmware des Datenträgers implementiert sind.
    • Gibt an, ob die Workload eine größere Anzahl nicht ausgerichteter IOs auslöst und daher die RMW-Strafe verursacht.

    Wenn die Workload leistungskritisch ist, führen Sie eine der folgenden Aktionen aus:

    • Verwenden Sie feste VHDs. Bei behobenen VHDs treten keine Leistungsprobleme auf, die mit dynamischen und differenzierenden Datenträgern verbunden sind. (Weitere Informationen finden Sie im Abschnitt "Auswirkung beim Hosten von VHDs auf 512e-Datenträgern".)
    • Wenn dynamische oder differenzierende Datenträger erforderlich sind, verwenden Sie reguläre 512-Byte-Laufwerke zum Hosten der VHDs, die der Workload zugeordnet sind.

    Arbeiten Sie mit Ihren Speicherhardware- und RAID-Anbietern zusammen, um die Auswirkungen auf Ihre Speichereinrichtung zu überprüfen.

  2. Windows 2008 und Windows 2008 R2 unterstützen 4K-Laufwerke. Sie können jedoch keine nativen 4-KB-Datenträger zusammen mit Hyper-V in Windows Server 2008 und Windows Server 2008 R2 verwenden.

Weitere Informationen finden Sie, indem Sie auf die folgende Artikelnummer klicken, um den Artikel in der Microsoft Knowledge Base anzuzeigen:
2510009 Microsoft-Supportrichtlinie für Festplatten im 4K-Sektor unter Windows