Windows Server を使用した Hyper-V ワークロードのコスト効果の高い記憶域の提供

適用対象: System Center 2012 R2,Windows Server 2012 R2

このガイドの対象読者IaaS (Infrastructure-as-a-Service/サービスとしてのインフラストラクチャ) を提供するサービス プロバイダー (ホスト) とプライベート クラウドを構成する大規模組織

このガイドの利用方法このソリューション ガイドを利用すれば、Hyper-V 計算クラスターに関して、ある特定のファイル サーバー ベースの記憶域ソリューションの高度な設計と実装を理解できます。 その他のソリューションも可能ですが、ここでは説明しません。

このソリューションでは、記憶域階層を持つ記憶域スペース、スケールアウト ファイル サーバー クラスター、管理が簡単なサーバー メッセージ ブロック (SMB) ファイル共有を利用し、ソフトウェアによる記憶域ソリューションを構築します。このソフトウェアによる記憶域ソリューションは記憶域パフォーマンスを最大化し、コストを減らし、計算リソースと記憶域を別々に拡大縮小します。

Microsoft Azure は同様の機能をクラウドで実現します。 Microsoft Azure Storageおよび仮想化ソリューションの詳細をご覧ください。 Microsoft Azure でハイブリッド ソリューションを作成する: - Azure Virtual Machines のコスト効率に優れ応答性の高いソリッド ステート記憶域に関する詳細 - VM を Hyper-V と Microsoft Azure の間で移動する

次の図は、このソリューション ガイドで扱う問題とシナリオをまとめたものです。

仮想化されたワークロードの記憶域

このソリューション ガイドの内容:

• シナリオ、問題の説明、目標

• このソリューションに推奨される計画と設計の手法

• このソリューションを実装する手順の概要

シナリオ、問題の説明、目標

このセクションではこのソリューションのシナリオ、問題の説明、目標について説明します。

シナリオ

このシナリオでは、読者が管理サービス (IaaS を含む) を提供する中規模のホスティング プロバイダーであるか、プライベート クラウドの構成を希望する大規模組織であるものと想定します。 読者は企業がその増え続ける多様なワークロードをクラウドに移行できるように支援し、ワークロードを Hyper-V 仮想マシン上でホストします。 ただし、新しいワークロードには膨大な量のデータが付随します。

問題の説明

あなたが疑いなく痛感しているように、クラウド サービスのホスティングにあたり、記憶域は最もお金がかかる要素の 1 つとなります。 データ要件は上がり続け、ハード ディスクの価格は下がり続けています。パフォーマンスを向上させるために、ますます多くのソリッド ステート ドライブ (SSD) を購入しているのではないでしょうか。 全体的な結果を見ると、記憶域は依然として購入も運用も高額になります。

既存の記憶域オプションにはファイバー チャネル ファブリックを使用する高額な SAN (Storage Area Network) があります。ただし、パフォーマンスが重大でない場合、iSCSI も考慮するかもしれません。 これらのオプションは柔軟な記憶域構成を提供できるが、次のような欠点もあります。

• ファイバー チャネルの SAN は非常に高額です (iSCSCI の場合でも同様です)。

• SAN は構成と保守管理が複雑です。

そのため、あなたが解決を望む全体的な問題は次のようになります。

• コストを下げながら、Hyper-V ホストで回復力があり、高性能な記憶域をいかにして実現するか。

組織の目標

基本的に次を提供するストレージ ソリューションを探しています。

• 継続的な可用性 - ダウンタイムを最小限に抑えるには、継続的に使用できるリモート記憶域を提供する必要があります。

• スケーラブルな記憶域 - ホストする数千の仮想マシンに、ハイレベルのスループットを持つ数百テラバイトの記憶域を提供する必要があります (このソリューションでは、1,000 ～ 8,192 の仮想マシンに対して約 150 ～ 600 TB (仮想マシンあたり約 75 GB) を提供)。

• 高パフォーマンス - 仮想マシンおよびサービスのそれぞれに対して優れたパフォーマンスを提供できる記憶域が必要です。

• 効率的な管理 - 数百のディスクおよび数十のサーバー ノードから成るクラウド プラットフォーム ソリューション全体をセットアアップおよび管理するのに役立つ効率的で強力な管理ツールが必要です。

• 低コスト - 記憶域で予算全体が占められることがないようにします。

このソリューションに推奨される計画と設計の手法

このセクションでは、上記の問題と目標に推奨される 1 つのソリューションについて説明します。 このソリューションでは、次の 3 つの部分から構成されるクラウド プラットフォームの記憶域部分に焦点を当てます。

• 計算 - テナント ワークロードは、Hyper-V 仮想マシンを実行している計算クラスター上でホストされます。

• 記憶域 - 仮想マシンはパフォーマンスの高いファイル サーバー クラスターに格納されます。

• 管理 - 計算クラスターおよびファイル サーバー クラスターは、管理クラスターによって管理されます。

次の図はこのソリューションの記憶域部分を表したものです。

仮想マシンの Windows Server ベース記憶域のソリューション アーキテクチャ

次の表には、このソリューション設計に含まれる要素とこの設計を選択した理由がまとめられています。

このソリューションのクラスターごとにハードウェアとソフトウェアの構成を設計するには、「Windows Server を使用した Hyper-V ワークロードのコスト効果の高い記憶域の提供: 計画および設計ガイド」を参照してください。

このソリューションの課題

ここでは、このソリューションに関連する課題の一部とそれに対処するためのいくつかの方法を説明します。

• ファームウェアとドライバーの問題

  特に重大なファームウェアとドライバーの問題を軽減するには、ハードウェアを記憶域スペースとの統合ソリューションとしてテストし、サポートするベンダーからすべての運用ハードウェアを購入することをお勧めします。 このようなソリューションの例として、Dell によって強化された Microsoft クラウド プラットフォーム (CPS) が挙げられます。 ドライバーおよびファームウェアの最新の使用推奨バージョンについて各ベンダーの推奨事項に従うことも重要です。

  また、構成の検証ウィザードを実行し、各クラスターの構成前にあらゆる問題を解決します。 詳細については、「フェールオーバー クラスター用ハードウェアの検証」を参照してください。

• JBOD と物理ディスクから以前の記憶域スペースとフェールオーバー クラスタリングの情報を完全に消去することが難しい

  通常、新しいハードウェアの場合、これは問題になりません。ただし、既存のハードウェアで構成をテストする場合、Storage Windows PowerShell モジュールのコマンドレットを使用し、ソリューションを構成する前に、物理ディスクと JBOD から記憶域スペースとフェールオーバー クラスタリングの全データを完全に消去します。 JBOD の電源を切り、再び入れればデバイスから永続的予約情報が削除されることがあります。

  ヒント

  記憶域の構成からすべての情報を完全に削除するのに役立つスクリプトについては、「既存の記憶域スペース構成を完全にクリアする」を参照してください。

• 大規模なソリューション

  このソリューションをテスト目的で構成するには、ハードウェアに大きな投資が必要です。 小規模なソリューションからテストを始めることでその問題に対処できます。 たとえば、2 つのノードと 2 つの JBOD でファイル サーバー クラスターを使用できます。管理クラスターをシンプルにして計算ノードを少なくします。 ラボのソリューションに満足できれば、ノードと JBOD をファイル サーバー クラスターに追加できます。ただし、エンクロージャ認識をサポートしているすべてのエンクロージャにわたってデータが格納されるように記憶域スペースを作成し直す必要があります。

このソリューションを実装する手順の概要

このセクションに示した手順を使用して、ソリューションを実装します。 各手順の内容が正常に完了したことを確認してから、次の手順に進んでください。

1. ソリューションを設計し、認定されたハードウェアを購入する

   記憶域ソリューションを計画および設計するには、「Software-Defined Storage (SDS) の設計に関する考慮事項のガイド」を参照してください。 また、「Windows Server を使用した Hyper-V ワークロードのコスト効果の高い記憶域の提供: 計画および設計ガイド」を参照して、記憶域、コンピューティング、および管理クラスターの大規模設計の概要を確認することもできます。

2. すべてのハードウェアをラックに取り付けて配線を行う

   ファイル サーバー クラスター、管理クラスター、計算クラスター、およびこれらのクラスターが接続されるネットワーク スイッチを取り付けます。 このハードウェアは、外部のどのネットワークにもまだ接続しないでください。

3. すべてのファームウェアを更新する

   ハードウェアをオンラインにするとき、JBOD、ディスク、サーバー、ネットワーク スイッチ、および HBA のファームウェアを認定されたバージョンに更新します。

4. 管理クラスターに Windows Server 2012 R2 を展開する

   Server Core インストール オプションを使用して管理クラスターに Windows Server 2012 R2 をインストールし、サーバーに適用されるソフトウェア更新プログラムの量を減らします (既存の管理クラスターを使用しないことを前提とします)。 管理ネットワークに接続されているラップトップを使用して、すべてのノードをリモートで構成するか、または GUI インストール オプションを使用して Windows Server をインストールします。

5. Hyper-V をインストールし、AD DS、DNS、および DHCP 用の仮想マシンを管理クラスター上に作成する

   Hyper-V サーバーの役割をインストールしてから、Hyper-V マネージャーまたは Windows PowerShell を使用して、AD DS、DNS、および DHCP のために管理クラスターの 1 つのノードに仮想マシンを作成します。 この仮想マシンには高可用性がありません (これらサービスはクラスター化なしでレプリケートおよび負荷分散されます)。そのため、ノードの 1 つのローカル ハード ディスク上に、オペレーティング システムの仮想ハード ディスク (.vhdx) ファイルを格納する必要があります。 3 つの個別のノードに 3 つの仮想マシンが存在するように、この手順をさらに 2 回、他の 2 つのノードで繰り返します。 この後、セットアップ手順で管理クラスターにフェールオーバー クラスタリングをセットアップしたら、さらに仮想マシンを作成します。

   詳細については、「Hyper-V のインストールと仮想マシンの作成」を参照してください。

   注意

   このソリューションをセットアップしたら、AD DS、DNS、および DHCP を実行する高可用性の仮想マシンを必要に応じて作成し、この手順で作成したスタンドアロン仮想マシンについては使用を中止することができます。 そうすれば、すべての仮想マシンが高可用性を有し、ファイル サーバー クラスターに格納されるので、管理をより論理的にすることができます。

6. AD DS、DNS、DHCP を展開する

   新しい管理クラスターをインストールする場合は、各仮想マシン (3 つのドメイン コントローラー) に AD DS をインストールし、サーバー クラスター用に新しいフォレストを作成します。このとき、Active Directory 統合 DNS ゾーンと、記憶域ネットワークおよび管理ネットワークの DHCP スコープを使用します。

   詳細については、「Active Directory ドメイン サービスをインストールする (レベル 100)」および「ステップ バイ ステップ: フェールオーバー用の DHCP の構成」を参照してください。

7. ファイル サーバー クラスターをセットアップする

   ファイル サーバー クラスターをセットアップするには、次の手順に従います。

   注意

   Virtual Machine Manager は、ファイル サーバー クラスターの 4 つのベア メタル ノードから、スケール アウト ファイル サーバーをすぐに作成できます。 唯一の問題は、多くの場合、まだセットアップされていないファイル サーバー クラスター上に、Virtual Machine Manager の仮想ハード ディスク ファイルを格納することがあるという点です。 必要に応じて、Virtual Machine Manager を可用性が高くない構成で管理クラスターにインストールすることでこの因果関係のわからない問題を回避し、それを使用してファイル サーバー クラスターをセットアップしてから、高可用性構成 (ファイル サーバー クラスターに格納された) で Virtual Machine Manager を再度セットアップすることができます。

   1. Windows Server 2012 R2 をインストールする

      Server Core インストール オプションを使用して、ファイル サーバー クラスターのノードに (各ノードのローカル ハード ディスクにオペレーティング システムがインストールされた状態で)、Windows Server をインストールします。

   2. (省略可能) 既存の記憶域スペースとフェールオーバー クラスターの構成データを消去する

      JBOD とサーバーが何か他の目的で使用されていた場合は、物理ディスクと JBOD から記憶域スペースおよびフェールオーバー クラスタリングのデータをすべて完全に削除します。 記憶域スペースの構成からすべての情報を完全に消去する (注意が必要) のに役立つスクリプトについては、 「既存の記憶域スペース構成を完全にクリアする」を参照してください。

   3. 物理ディスクとエンクロージャを検証する

      すべての物理ディスクを調べて、正常であること、正しい MediaType を示していること、プールに適切であることを確認します。 また、JBOD がエンクロージャ情報を正しく表示していることを確認します。

      物理ディスクおよびエンクロージャの検証と、パフォーマンスおよび正常性チェックを実行できるスクリプトについては、「記憶域スペースの物理ディスクの検証スクリプト」を参照してください。

   4. クラスター化された記憶域プールを作成する

      クラスター ネットワーク構成を検証および最適化して各ネットワーク (たとえば、記憶域ネットワークと管理ネットワーク) にラベルを付けます。次に、4 つの JBOD のそれぞれからの 4 つの SSD と 16 の HDD を使用して 3 つのクラスター化された記憶域プールを作成します (プールあたり合計 80 のディスク)。

      フェールオーバー クラスターを設定し、記憶域プールを作成する詳細な手順については、「クラスター化された記憶域スペースの展開」を参照してください。

   5. スケール アウト ファイル サーバーを作成する

      次に、スケール アウト ファイル サーバー オプションを使用して、クラスター化されたファイル サーバーの役割を作成します。

      詳細については、「スケールアウト ファイル サーバーの展開」を参照してください。

   6. ファイル サーバー クラスターの監視ディスクを作成する

      サーバー マネージャーまたは New-VirtualDisk コマンドレットを使用して、記憶域階層を持たない 3 GB 双方向ミラー スペースを、ファイル サーバー クラスターの監視ディスクとして使用するために作成し、クラスター クォーラムを構成します。

      詳細については、「クラスター クォーラムの構成」を参照してください。

   7. 記憶域階層、記憶域スペース、パーティション、ボリューム、CSV を作成する

      設計に従って記憶域スペースを作成し、記憶域スペースごとに 1 つのパーティション、1 つのボリューム、1 つの CSV を作成します。

   8. 管理クラスター仮想マシン用に継続的に使用可能なファイル共有を作成する

      管理クラスター上の仮想マシンによって使用される CSV ごとに、継続的に使用可能な SMB ファイル共有を 1 つ作成し、管理クラスターの各ノードのコンピューター アカウント、SYSTEM アカウント、Domain Administrators グループにフル コントロールのアクセス許可を付与します。

      詳細については、「手順 3: SMB ファイル共有の作成」を参照してください。

8. 管理クラスターと残りの管理仮想マシンをセットアップする

   次の手順を使用し、管理クラスターにフェールオーバー クラスタリングをセットアップし、残りの管理/インフラストラクチャ サービス用に高可用性の仮想マシンを作成します (スタンドアロン仮想マシンに AD DS、DNS、DHCP をセットアップ済み)。 ほとんどの仮想マシンは高可用性の仮想マシンであるが、一部のサービスについては、ゲスト クラスタリングを使用して仮想マシン間にクラスターを作成することをお勧めします。

   1. フェールオーバー クラスタリングをインストールし、Hyper-V クラスターをセットアップする

      高可用性の仮想マシンをサポートするには、トピック「Hyper-V クラスターを展開する」に従って、管理クラスターを作成し、Hyper-V を構成します。

   2. クラスター対応更新をセットアップする

      新を簡単にすると同時にダウンタイムを最小限に抑えるかまたは排除するには、クラスター対応更新をセットアップします。 詳細については、「クラスター対応更新の概要」を参照してください。

   3. SQL Server を展開する

      Virtual Machine Manager をサポートする SQL Server を展開します。 詳細については、次のトピックを参照してください。

      • AlwaysOn フェールオーバー クラスター インスタンス (SQL Server)

      • SQL Server をストレージ オプションとして SMB ファイル共有にインストールする

      • 新しい SQL Server フェールオーバー クラスターの作成 (セットアップ)

   4. Virtual Machine Manager を展開する

      ゲスト クラスターに Virtual Machine Manager を展開する。Virtual Machine Manager を使用して、このソリューションに必要な計算ノードおよびその他のネットワーク コンポーネントを展開し管理します。

      詳細については、以下のトピックを参照してください。

      • 高可用性 VMM 管理サーバーのインストール

      • 共有仮想ハード ディスクを使用したゲスト クラスターを展開する

   5. Windows Server Update Services を展開する

      Virtual Machine Manager を Windows Server Update Services と併用して、このソリューション内のすべての仮想マシンを更新します。

      詳細については、「VMM でのファブリックの更新の管理」、または、「Windows Server Update Services を組織に展開する」 (Virtual Machine Manager を使用しない場合) を参照してください。

9. 計算ノードとクラスターを展開する

   インフラストラクチャが設定されたら、Virtual Machine Manager または Windows PowerShell を使用してベア メタルから計算ノードを展開し、それらの計算ノードをフェールオーバー クラスター内にセットアップし、Virtual Machine Manager および Windows Server Update Services でクラスター ノードに更新プログラムを提供します。

   詳細については、「System Center 2012 の管理 - Virtual Machine Manager」を参照してください。

10. テナント ネットワークをセットアップする

    テナント ネットワークをセットアップするには、「ホスティング プロバイダー向けの高度にスケーラブルなテナント ネットワーク インフラストラクチャの展開」を参照してください。

11. テナント仮想マシンを展開する

    テナントのネットワークがセットアップされたら、　Virtual Machine Manager または Windows PowerShell を使用して、テナントの仮想マシンを展開します。

関連項目

変更履歴