Kostenlose Virtualisierung mit dem Microsoft Hyper-V 2016 Server

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Eine komplett kostenlose Virtualisierungslösung von Microsoft auf Basis des Windows Server 2016 ? Ja, die Zeiten sind verrückt. Doch auch vmware bietet mit dem vSphere Hypervisor in der Basisversion eine kostenlose Lösung und auch Oracles Open Source Software VirtualBox erfreut sich steigender Beliebtheit.

Dabei lesen sich die Details des Microsoft Hyper-V 2016 Servers wirklich gut. Es handelt sich um die Core-Version des Windows Servers 2016, welche allerdings ohne bzw. mit einer sehr stark limitierten grafischen Bedienoberfläche daherkommt. Das Paket umfasst die erweiterte Windows Server Firewall sowie die (mittlerweile recht gute) Antivirenlösung Windows Defender. Damit wir uns hier richtig verstehen: inkl. kostenloser Updates sowie regelmäßig neuer Virendefinitionen.

Es lassen sich zwar noch ein paar Rollen bzw. Features nachinstallieren, im Grunde genommen ist der Microsoft Hyper-V 2016 Server aber auf die Hyper-V Rolle beschränkt. Immerhin dürfen professionelle SMB-Freigaben auf dem Qualitätslevel des Windows Server 2016 erstellt werden. Dies macht Sinn um einen flüssigen Datenaustausch zwischen dem Virtual-Host-Server und anderen Clients zu ermöglichen. Außerdem lassen sich SAN-Laufwerke über iSCSI anbinden.

Kostenlos bietet Microsoft zudem den Hyper-V-Manager sowie den Windows Server Manager an. Diese Software ist standardmäßig auf den Windows Server Betriebssystemen installiert, kann aber auch auf einem Windows 10 Client installiert werden. Es dürfen hier jeweils mehrere Server gleichzeitig verwaltet werden, daher ist die Software für kleine bis mittelständische Firmen absolut ausreichend (und für den privaten Bereich sowieso).

[title]Windows RAID 1 während der Installation vorbereiten[/title] Ein Hyper-V-Host sollte auf einer soliden Basis stehen. Daher kommt für mich nur ein RAID1 in Frage, der idealerweise über den Hardware-RAID des Servers realisiert wird. Wer einen Server oder Computer ohne Hardware-RAID Funktionalität besitzt, kann aber auch einen Windows RAID 1 erstellen und zwar während der Installation.

Dazu ist allerdings etwas Fachwissen notwendig, denn die RAID-Erstellung erfolgt nicht über den Windows Server Installationsassistenten, sondern muss manuell per Eingabeaufforderung erstellt werden. [b]Wer über einen Server mit RAID-Funktionalität besitzt kann (und sollte) daher diesen und den nächsten Abschnitt überspringen. Es geht dann bei Installation von Hyper-V 2016 Server weiter.[/b]

Um einen Windows RAID1 zu erstellen, wird nach dem Starten des Windows Server Installationsassistenten einfach die Tastenkombination [b]Shift+F10[/b] gedrückt um ein Konsolenfenster (Eingabeaufforderung) zu öffnen.

Mit [b]diskpart[/b] wird die Datenträgerverwaltung von Microsoft Windows gestartet. Mit dem Befehl [b]list disk[/b] werden alle Festplatten angezeigt, die in dem System verbaut sind. Hier sollten die beiden Festplatten, die für unseren RAID-1 Verbund benutzt werden sollen, angezeigt werden. Während der Erstellung eines RAID1-Verbundes werden alle Daten auf diesen Festplatten gelöscht.

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Jede der beiden Festplatten (in unserem Beispiel sind dies disk 0 und disk 1) wird nun bereinigt und zu einem dynamischen Datenträger konvertiert.

[code]select disk 0
clean
convert dynamic

select disk 1
clean
convert dynamic

select disk 0
create volume mirror disk=0,1 size=500
format fs=ntfs quick label=“System Reserved“

create volume mirror disk=0,1
format fs=ntfs quick[/code]

Mit [b]list volume[/b] lassen sich die neuen Datenträger (bzw. der RAID) anzeigen. Anschließend kann man sich mit [b]detail disk[/b] nochmal die Volumes auf der ersten Festplatte anzeigen lassen.

Nun müssen wir auf beiden Datenträgern auf beiden Volumes eine Partition erstellen. Dies geht mit dem [b]retain[/b] Befehl. Die 500MB-Startpartition wird anschließend mit dem Befehl [b]active[/b] bootfähig gemacht.

[code]select disk 0
list volume
select volume 1
retain
select volume 2
retain
select disk 0
list partition
select partition 2 (hier die 500MB Partition auswählen)
active[/code]

Die gleichen Befehle müssen auch für die zweite Festplatte ausgeführt werden:

[code]select disk 1
list volume
select volume 1
retain
select volume 2
retain
select disk 1
list partition
select partition 2 (hier die 500MB Partition auswählen)
active[/code]

Das Konsolenfenster kann nun mit exit (2x) geschlossen werden. Die Festplattenauswahl muss nun nochmal aktualisiert werden, damit die Änderungen sichtbar werden.

Beide Partitionen der ersten RAID1-Festplatte müssen nun nochmal über das Setup formatiert werden (ansonsten kommt es zu einem kritischen Fehler während der Installation). Die Formatierung muss nur auf dem ersten Datenträger des RAID1-Verbundes durchgeführt werden, da alle Änderungen auf diesem Datenträger automatisch auf den zweiten RAID1-Datenträger repliziert werden (was ja der Sinn eines RAID1 ist).

Installiert wird das Betriebssystem dann schließlich auf der zweiten (in meinem Fall einer 127GB großen) Partition des ersten RAID1-Datenträgers.

[title]Windows RAID überwachen / kontrollieren[/title] Über den Server-Manager (z.B. von einer Arbeitsstation aus, dazu später mehr) gelangt man nun via Remoteverbindung in die Computerverwaltung des Hyper-V 2016 Servers. In der Datenträgerverwaltung lässt sich der Status des RAID1-Verbundes anzeigen. Fällt nun eine Festplatte des RAID1-Verbundes aus, wird dies in der Datenträgerverwaltung angezeigt. Der RAID1 kann nach dem Einbau einer Ersatzfestplatte erneut aufgebaut werden. [gallery_3] Auch wenn es sich bei dem Microsoft Hyper-V 2016 Server um eine Core-Installation handelt, lassen sich viele Management-Tools mit grafischer Oberfläche über eine Remote-Arbeitsstation starten. Auf dem Server selbst wird nur die Erstkonfiguration vorgenommen, etwa die Netzwerk- und DNS-Einstellungen sowie das Anlegen eines Power-Shell Scriptes zum regelmäßigen Sichern der VMs (dazu später mehr). [title]Die normale Hyper-V 2016 Server Installation[/title] Die normale Installation des Hyper-V 2016 Servers läuft sehr intuitiv ab, wie man es es etwa von Windows 10 gewohnt ist.
[gallery_2] [title]Nach der Installation[/title] Nach der Installation konfiguriert man zunächst den Hyper-V Server 2016, indem man die Netzwerkeinstellungen sowie den Beitritt zur Domäne vornimmt. Dies lässt sich einfach über die sconfig erledigen, die automatisch beim Login auf den Core Server mitgestartet wird. Hier sollte man auch die Updateeinstellungen überprüfen, denn über diese werden auch die Windows Defender (Antivirus) Definitionsdateien bezogen. Auch auf eine korrekte DNS-Einstellung sollte man unbedingt achten. [bild 19]

Damit später alles einwandfrei funktioniert, sollte der Hyper-V-Host in eine Domäne aufgenommen werden. Der Domain-Controller selbst kann dabei auf dem Hyper-V-Host als VM laufen.

[title]Hyper-V-Manager und Server-Manager[/title] Die eigentliche Verwaltung des Hyper-V-Hosts nimmt man über den Hyper-V-Manager vor. Diese Software liegt jeder Windows 10 Pro Installation bei und muss über die Windows 10 Features aktiviert werden. Windows 10 Home unterstützt den Hyper-V nicht.

Den Hyper-V-Manager aktiviert man am einfachsten über die Systemsteuerung (Programme und Features). Hier auf den Link [b]Windows Features aktivieren oder deaktivieren[/b] klicken und die [b]Hyper-V-Verwaltungstools[/b] aktivieren. Wer nun zusätzlich noch den Server-Manager benutzen möchte, muss dafür die [link ziel=“https://www.microsoft.com/de-DE/download/details.aspx?id=45520]Remoteserver-Verwaltungstools für Windows 10[/link] bei Microsoft herunterladen.

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Im Hyper-V-Manager können nun virtuelle Maschinen angelegt und verwaltet werden. Im Server-Manager lassen sich Freigaben erstellen oder Rollen und Dienste auf dem Server nachinstallieren. Ich habe hier z.B. eine SMB-Freigabe eingerichtet, auf die ich von meiner Arbeitsstation aus ISO-Dateien kopieren kann, die dann vom Hyper-V-Host für VMs genutzt werden.

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Anschließend könnt ihr über den Hyper-V-Manager noch so genannte virtuelle Switche erstellen. Dies dient dazu, die Netzwerkschnittstellen des Servers an die virtuellen Maschinen weiterzugeben.

[bild 22] [title]Hyper-V-Manager und Server-Manager ohne Domäne nutzen[/title] Wer nicht über eine Domäne verfügt, muss dafür sorgen, dass die Arbeitsstation (auf der der Hyper-V-Manager bzw. Server-Manager installiert ist) die entfernten Server auflösen kann und das die Arbeitsstation den oder die Server als vertrauenswürdig einstuft. Die nachfolgenden Schritte sind also nur notwendig, wenn ihr [b]keine Domäne[/b] benutzt.

Mein Beispielserver heißt HV2016, d.h. ihr müsst diesen Namen in den nachfolgenden Befehlen durch euren Servernamen ersetzen.

Dazu muss unter Windows 10 die Datei

[code]C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts[/code]

mit einem Texteditor geöffnet werden. Hier trägt man nun den oder die Server ein, z.B.

[code]192.168.1.5 HV2016[/code]

Anschließend muss jeder der Server als vertrauenswürdig eingestuft werden:
[code]winrm set winrm/config/client @{TrustedHosts=“HV2016″} [/code]

Als letzten speichern wir nun noch die Anmeldeinformationen des Servers ab, damit wir diese nicht immer neu eingeben müssen:
[code]cmdkey /add:HV2016 /user:Administrator /pass:DeinPasswort[/code] [title]Die VM[/title] Da Hyper-V mit Linux in der Vergangenheit (und auch noch Heute) so seine Probleme hat, setzen wir eine Linux VM zum Testen auf um euch ein paar Tipps und Tricks im Umgang mit Linux VMs unter Hyper-V mitzugeben. Es kommt das aktuelle Debian Linux 9.2 in der knapp 300MB kleinen Net-Installationsvariante zum Einsatz ([link ziel=“https://cdimage.debian.org/debian-cd/current/amd64/iso-cd/debian-9.2.1-amd64-netinst.iso]Download[/link]).

Über den VM-Assistenten des Hyper-V-Managers lässt sich in Hyper-V 2016 die Generation der VM auswählen. Während meiner Tests habe ich herausgefunden, dass Debian Linux 9.2 besser in der neuen (2.) Generation von Hyper-V läuft. Dazu sollte in der VM nach Abschluss des Assistenten die [b]Secure-Boot Funktion aber deaktiviert[/b] werden.

Die OpenMediaVault 4.x Beta, die auf Debian 9.2 basiert, läuft hingegen nur unter der 1. Generation von Hyper-V. D.h. ihr müsst bei der Nutzung einer anderen Linux Distribution eventuell mit diesem Parameter spielen um die optimale Einstellung zu finden.

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Installiert wird in meinem Fall keine grafische Oberfläche, sondern nur ein SSH-Server. Alles andere wähle ich während der Installation von Debian Linux 9.2 ab. Am Ende soll ein so genannter LAMP (Linux + Apache Webserver + MySQL + PHP) Server stehen, der benutzt wird um Online-Inhalte wie eine Internet oder Intranet-Webseite bzw. Applikation bereitzustellen.

Anschließend verbinde ich mit via SSH (z.B. mit dem [link ziel=“https://www.bitvise.com/ssh-client-download]Bitvise SSH Client[/link]) mit der VM um diese zu konfigurieren.

Ich hatte ja bereits angedeutet, dass Hyper-V so seine kleinen Probleme mit Linux hat. Dazu zählt z.B. das Problem, dass der Speichercontroller in Timeouts des Hyper-V-Hosts läuft wenn viele Daten schnell geschrieben werden müssen. Der Fehler tritt sogar auf schnellen SSDs auf, ist allerdings leicht zu beheben.

[b]Linux-Fix für Timeouts des Speichercontrollers in Hyper-V[/b] [code]nano /etc/sysctl.conf[/code]

Die folgenden beiden Zeilen ganz ans Ende der Datei hinzufügen:

[code]vm.dirty_background_ratio = 5[/code] [code]vm.dirty_ratio = 10[/code]

Die Datei speichern und anschließend die VM neustarten.

[code]reboot[/code] [b]Installation aller benötigten Module[/b] Die VM soll wie bereits erwähnt als LAMP-Server laufen und benötigt dementsprechend einen Webserver, PHP, MySQL (in Form der MariaDB) sowie einen FTP-Server mit Zugriffsrechten auf den www-Ordner, damit später Dateien der Webseite via FTP hochgeladen werden können. Zur Installation der Software benutze ich den Paketmanager APT. [code]apt-get update[/code] [code]apt-get install hyperv-daemons net-tools htop mysql-server apache2 apache2-utils php7.0 libapache2-mod-php7.0 php-xml php-soap ntp ntpdate phpmyadmin vsftpd php7.0-sybase php7.0-gd[/code] [b]NTP Zeitserver einstellen[/b] Für eine VM ist es wichtig, dass sowohl der Hyper-V-Host als auch alle VMs selbst über eine korrekt eingestellte Zeit verfügen. Dazu benutze ich den Zeitserver der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig: [code]nano /etc/ntp.conf[/code] [code]server ptbtime1.ptb.de[/code] [code]service ntp restart[/code] [b]PHP 7 konfigurieren[/b] In PHP7 nehme ich einige Einstellungen vor. Diese sind meine persönliche Präferenz und können bei euch natürlich anders aussehen. [code]nano /etc/php/7.0/apache2/php.ini[/code] [code] max_execution_time = 60
memory_limit = 1024M
display_errors = On
display_startup_errors = On
post_max_size = 1024M
upload_max_filesize = 1024M
max_file_uploads = 100
date.timezone = Europe/Berlin
session.gc_maxlifetime = 86000[/code] [b]phpMyAdmin Sicherheits-Fix[/b] Über phpMyAdmin wird die MySQL (MariaDB) Datenbank einfach über einen Webbrowser verwaltet. Das Tool hat sich über die letzten Jahre etabliert und ist einfach zu bedienen. Standardmäßig ist phpMyAdmin über die IP-Adresse der VM wie folgt erreichbar: 192.168.1.1/phpMyAdmin. Ich ändere den Linknamen von phpMyAdmin nun, damit ein Außenstehender nicht darauf zugreifen kann. Eine Benutzer- und Passwortabfrage gibt es in phpMyAdmin natürlich trotzdem noch. [code]nano /etc/phpmyadmin/apache.conf[/code] [code]Alias [b]/phpmyadmin[/b] /usr/share/phpmyadmin ändern z.B. in Alias [b]/MEINWUNSCHLINKNAME[/b] /usr/share/phpmyadmin[/code] [b]Apache 2 konfigurieren[/b] Im Webserver Apache2 aktiviere ich noch das Mod-Rewrite Modul. Wenn ihr dies nicht benötigt, könnt ihr euch die nachfolgenden Zeilen sparen. [code]nano /etc/apache2/sites-available/000-default.conf[/code] [code] Options FollowSymLinks
AllowOverride All

Options FollowSymLinks
AllowOverride All
[/code] [code]a2enmod rewrite[/code] [code]systemctl restart apache2[/code] [b]MariaDB-Fix für phpMyAdmin (Anmeldung als anderer Benutzer)[/b] Hinweis: Nutzt man den Maria-DB Fork von mySQL, wird ein root-Benutzer ohne Passwort erstellt. Es darf hier kein Passwort für den Root-Benutzer vergeben werden, weil sonst der Log-Rotate (Cronjob) nicht mehr funktioniert. Da phpMyAdmin (zum Glück) keinen root-Login ohne Passwort zulässt, muss ein neuer Benutzer mit root-Rechten erstellt werden, der dann für phpMyAdmin benutzt wird.

[code]mysql -u root[/code] [code]use mysql###
CREATE USER „MEINNEUERBENUTZERMITROOTRECHTEN“@“localhost“ IDENTIFIED BY „MEINPASSWORT“###
GRANT ALL PRIVILEGES ON * . * TO „MEINNEUERBENUTZERMITROOTRECHTEN“@“localhost“###
flush privileges###
exit[/code] [b]MySQL / MariaDB Konfiguration[/b] Nun sollte noch die MySQL-Datenbank konfiguriert werden. Dazu verwende ich auf einer VM mit 16GB Arbeitsspeicher die folgenden Einstellungen: [code]nano /etc/mysql/mariadb.cnf[/code] [code][mysqld] # Skip reverse DNS lookup of clients
skip-name-resolve=1

# Performance optimization for 16GB memory
join_buffer_size=64M
innodb_buffer_pool_size=2048M
innodb_buffer_pool_instances=2
key_buffer_size=256M
tmp_table_size=256M
max_heap_table_size=256M
query_cache_type = 1
query_cache_limit = 1M
query_cache_min_res_unit = 2k
query_cache_size = 256M[/code] [code]service mysqld restart[/code]

Zur Ermittlung der perfekten Einstellungen verwende ich den MySQLTuner.

[code]mysqltuner[/code] [bild 24]

Der MySQLTuner berechnet z.B. aus den in der MySQL-Konfiguration gesetzten Werten den Arbeitsspeicherverbrauch von MySQL. Aber auch Tipps für die Optimierung der Datenbankabfragen gibt der MySQLTuner, z.B. in Bezug auf die Nutzung von Indizes oder die Häufigkeit von DISTINCT-Anweisungen ohne Limits.

[b]VSFTPd einrichten[/b] Nun richten wir den FTP-Server ein. Dieser unterstützt auf Wunsch auch Logins per SSL. [code]nano /etc/vsftpd.conf[/code] [code]listen=YES
listen_port=21
listen_ipv6=NO
anonymous_enable=NO
local_enable=YES
dirmessage_enable=YES
use_localtime=YES
xferlog_enable=YES
connect_from_port_20=YES
secure_chroot_dir=/var/run/vsftpd/empty
pam_service_name=vsftpd
rsa_cert_file=/etc/ssl/certs/ssl-cert-snakeoil.pem
rsa_private_key_file=/etc/ssl/private/ssl-cert-snakeoil.key
ssl_enable=NO
write_enable=YES
allow_writeable_chroot=YES
chroot_local_user=YES
file_open_mode=0777
local_umask=022[/code] [code]service vsftpd restart[/code] [b]FTP-Benutzer mit Zugriff auf Webverzeichnis anlegen[/b] Zuletzt benötigen wir noch einen Benutzer, der sich über FTP anmelden und Dateien in das Webverzeichnis hochladen darf. Dazu erstelle ich die Gruppe [b]www-data[/b], zu der dann der Apache2 Benutzer sowie mein FTP-Benutzer hinzugefügt werden. Da eventuell noch alte Dateien in dem Webverzeichnis vorhanden sind, werden diese per chmod 777 für den FTP-Benutzer löschbar gemacht. Dies ist nur einmalig notwendig. [code]useradd ftpuser -d /var/www/html -s /bin/bash -G www-data
passwd ftpuser
usermod www-data -aG www-data
chown ftpuser:www-data -R /var/www
chmod -R 777 /var/www[/code] [title]Automatisches Backup der VMs[/title] Für das Backup der VM benutze ich ein kostenloses Powershell-Script, welches ihr euch [link ziel=“https://www.hyper-v-server.de/management/hyper-v-sicherung-mittels-powershell-skript-fuer-windows-server-2016/“]hier herunterladen könnt[/link] (Download unten auf der Seite). Das Script wird über die SMB-Freigabe auf den Server kopiert und dann über eine BAT-Datei gestartet: [code]powershell C:\Export.ps1 -VM Testserver -Exportpfad C:\backup -Herunterfahren[/code]

VM-Name und Speicherort müsst ihr an euren Server anpassen.

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Auf dem Server selbst müsst ihr die Ausführung des Scriptes noch erlauben. Das geht via Powershell mit dem Befehl:
[code]Unblock-File -Path C:\Export.ps1[/code]

Über den Server-Manager gelangt ihr in die Computerverwaltung des Hyper-V Servers. Hier habt ihr Zugriff auf die Aufgabenplanung des Servers. Erstellt nun eine neue Regel, die die BAT-Datei zu einer bestimmten Zeit automatisch ausführt.

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Die Einstellungen könnt ihr natürlich anpassen.

[gallery_5] [title]Geplantes Failover, Livemigration und Clusterbetrieb[/title] Seine Stärken spielt die Hyper-V Lösung aber nicht nur in kleinen Umgebungen aus, auch mittlere bis größere Unternehmen setzen Hyper-V aufgrund der verzahnten Lösungen wie dem geplanten Failover, Cluster oder Live-Migration ein. Für kleine bis mittlere Umgebungen ist dabei vor allem der geplante Failover besonders interessant, da dieser fast ohne Aufwand und Vorwissen realisiert werden kann.

Bei einem geplanten Failover wird eine VM beinahe nahtlos auf einen zweiten Hyper-V-Host übertragen. Dazu repliziert das Serverpaar im laufenden Betrieb (z.B. alle 30 Sekunden) alle Änderungen die in der VM anfallen. Die VM wird nun an einem Wunschtermin auf dem ersten Server heruntergefahren. Anschließend werden noch die letzten Änderungen an der VM auf den zweiten Server repliziert. Im Anschluss startet die VM dann auf dem zweiten Hyper-V-Host. So ein Vorgang zieht meistens eine Downtime von maximal einer Minute nach sich und eignet sich um z.B. wichtige Wartungsarbeiten an einem Hyper-V-Host vorzunehmen.

Von einer Livemigration spricht man, wenn die VM ohne erkennbare Unterbrechung (in der Regel ist die VM für ca. 10 Sekunden nicht erreichbar) auf einen anderen Hyper-V-Host verschoben wird. Die Übertragung kann dabei über ein dediziertes Netzwerk (z.B. 10G oder schneller) erfolgen. Die Daten werden auf Wunsch auch komprimiert übertragen werden, was die Datenmenge reduziert, dafür aber den Hyper-V-Host mehr belastet.

Im letzten Schritt lassen sich auch ganze Hyper-V-Cluster, die aus mehreren Hyper-V-Hosts bestehen, erstellen um die VMs hochverfügbar zu machen. Dazu greifen die Hyper-V-Hosts z.B. auf das gleiche iSCSI-Target als Speichermedium zu. Auf diesem gemeinsamen Speichermedium liegen dann die VMs. Idealerweise werden hier mehrere Netzwerkkarten zu so genannten Teams zusammengefügt, um die Netzwerkperformance weiter zu verbessern (z.B. 2x 10G). In einer Clusterumgebung verwendet man z.B. den Failovercluster-Manager von Microsoft um VMs zu verwalten.

[title]Fazit[/title] Mit dem Windows Hyper-V Server 2016 bietet Microsoft eine komplett kostenlose Virtualisierungslösung auf Basis des etablierten Windows Server 2016 Core an. Alle für die Virtualisierung benötigten Rollen sind bereits installiert und können auf Wunsch noch erweitert werden (allerdings stark limitiert). Durch den Hyper-V-Manager und den Server-Manager lassen sich die VMs von jeder beliebigen Windows 10 Pro Workstation aus verwalten.

Spätestens seit der Version 2016 ist der Hyper-V-Server eine gute Alternative zu den anderen Virtualisierungslösungen. Ein großer Pluspunkt sind die vielen Anleitungen und Scripts die im Internet zu finden sind. Zwar wirken die Verwaltungstools immer noch ein bisschen undurchdacht und verbesserungsbedürftig, die allgemeine Entwicklung der letzten Jahre ist aber definitv positiv. Übrigens lässt sich der Hyper-V auch auf allen Windows 10 Pro Workstations installieren. Hier kann man also schon ohne Server die Virtualisierung von Computern ausprobieren.