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Nested Deduplication
· · Thema: Virtualisierung, Windows, Windows 10

Mehr Speicherplatz auf virtuellen Maschinen durch Nested Deduplication

Technical Preview: Speicherplatzmangel beim Bau virtueller Lab-Umgebungen auf Notebooks und Desktops Computern ist ein unliebsames Problem. Abhilfe schafft Nested Deduplication, eine Kombination aus Nested Virtualization und Data Deduplication. Zwar verfügen aktuelle Consumergeräte problemlos über ausreichend CPU-Leistung und RAM-Reserven für den Betrieb mehrerer VMs, häufig genug mangelt es jedoch an ausreichendem schnellen Speicherplatz in Form großer SSDs. Dieser Post zeigt Ihnen, wie Sie einen kleinen Datenträger als Storage für zahlreiche virtuelle Maschinen nutzen können. Darüber hinaus wird anhand einer Demonstration gezeigt, wie sich die Performance Ihrer virtuellen Maschinen verändert und mit welchen Speicherplatzeinsparungen Sie rechnen können.

Grundlagen der Deduplication und der Nested Virtualization

Im Serverbereich bietet Microsoft unter dem Stichwort Deduplication seit der Version 2012 eine effektive Form an, Speicherplatz zu sparen, indem identische Blöcke lediglich einmal auf einem Datenträger gespeichert und alle auftretenden Duplikate durch entsprechende Pointer ersetzt werden. Aus politischen Gründen verzichtet Microsoft jedoch darauf, diese Funktion auch in Client-Betriebssystemen anzubieten. Abhilfe schafft hier die Einführung der Nested Virtualization Technologie im Zuge von Windows 10 und Server 2016, welche es ermöglicht, in einer virtuellen Instanz eine weitere Virtualisierungsschicht einzuführen. So kann auf dem laufenden Windows 10 eine Windows Server 2016 VM installiert werden, in welcher im Anschluss Deduplication aktiviert und weitere virtuelle Maschinen angelegt werden können.

 

Baselining

Um im Verlauf Aussagen über die Leistungsabfälle Ihrer virtuellen Maschinen treffen zu können, bedarf es zunächst der Schaffung einer Baseline. Dafür wird eine ältere Crucial M4 120 GB SSD verbaut und im Disk Management komplett als NTFS-Volume partitioniert.

Liste der physikalischen Datenträger
Liste der physikalischen Datenträger

 

Anschließend wird per Powershell eine neue Windows Server 2012 R2 VM generiert und in Betrieb genommen.

Script-basierte Erstellung der Benchmark-VM
Script-basierte Erstellung der Benchmark-VM

 

Nach Durchlauf der Einrichtung wird mithilfe des freien Benchmark-Tools NovaBench eine Performance Baseline ermittelt.

Testergebnisse ohne Nested Virtualization
Testergebnisse ohne Nested Virtualization

 

Einbindung in virtuellen Hypervisor

Um die Verluste der virtuellen Festplattenschicht zu minimieren, soll im Anschluss die verwendete SSD als vollständiger Datenträger in der Windows Server 2016 VM eingebunden werden. Dabei gilt es zu beachten, dass die eine virtuelle Festplatte verwenden müssen, sofern Ihr Notebook oder Desktop lediglich über eine Festplatte (oder SSD) verfügt. Damit die Einbindung funktioniert, muss der Datenträger geleert und in den Offline-Zustand gebracht werden. Davor wird die virtuelle Benchmarking-Maschine für den späteren Import innerhalb der geschachtelten Virtualisierungssschicht in einen Netzwerkspeicherort exportiert.

Export der virtuellen Maschine
Export der virtuellen Maschine

 

Einbindung der SSD
Einbindung der SSD

 

Einbindung der VM und Vergleichsmessung

Nachdem die Festplatte erfolgreich in der Server 2016 VM eingebunden wurde, kann sie formatiert werden und die Benchmark-VM auf dem Medium wiederhergestellt werden. Eine Vergleichsmessung zeigt zunächst den Performanceeinfluss der zusätzlichen Abstraktionsschicht.

Disk Management der Server 2016 VM
Disk Management der Server 2016 VM

 

Testergebnisse der verschachtelten Benchmark-VM
Testergebnisse der verschachtelten Benchmark-VM

 

Aktivierung der Deduplication

Um eine Aussage über die Deduplikationsgewinne treffen zu können, werden im Anschluss zwei weitere Windows Server 2012 VMs auf den Datenträger verschoben. Da hier keine weiteren Rollen installiert sind, beläuft sich der Storage-Footprint auf ca. 10 GB pro VM (hier dargestellt in Partition F:).

Speicherplatzbedarf vor der Deduplication
Speicherplatzbedarf vor der Deduplication

 

Nachdem das Windows Feature “Data Deduplication” installiert wurde, kann die Deduplication für das Ziel-Volume aktiviert werden. Nach Durchlauf der initialen Deduplication für den Datenträger zeigen sich Einsparungen von 79%. Es werden also anstelle der approximierten 30 GB lediglich 6 GB auf der SSD belegt.

Konfiguration der Deduplication
Konfiguration der Deduplication

 

Fazit und Alternativen zur Deduplication

Bisher war man in Labs und anderen speicherlimitierten Szenarien häufig auf die Verwendung von differenzierenden virtuellen Festplatten angewiesen, ein Szenario, dass initial zwar einiges an Speicherplatz einspart, auf lange Sicht jedoch erhebliche Nachteile hinsichtlich der Performance und des Speicherplatzbedarfs mit sich bringt. Im Gegensatz dazu kann mit dem Einsatz der Deduplication längerfristig und effizienter gearbeitet werden. In Laborszenarien ist auch der Leistungsverlust von etwa 15% durch die zusätzliche Abstraktionsschicht verkraftbar. Die Einsparungen beim Einsatz der Deduplication beschränkt sich dabei nicht auf Volumes, die zur Ablage virtueller Maschinen verwendet werden, sondern alle Arten von Daten im Unternehmen.

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