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Windows Server 2008: 64-Bit-Versionen { Vorteile und Einsatzszenarien }. Guido Grillenmeier Senior Solution Architect Hewlett-Packard. Agenda. Intro zu 64-Bit Computing Intro zu x64 und Itanium Prozessor Architektur Unterschiede der 64-Bit Versionen in Windows Server 2008
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Windows Server 2008:64-Bit-Versionen{Vorteile und Einsatzszenarien} Guido Grillenmeier Senior Solution Architect Hewlett-Packard
Agenda • Intro zu 64-Bit Computing • Intro zu x64 und Itanium Prozessor Architektur • Unterschiede der 64-Bit Versionen in Windows Server 2008 • 32-Bit Apps in 64-Bit Windows • Einsatzszenarien • Zusammenfassung
Warumist 64-Bit einThema HEUTE? • 32-Bit Technologie ist schon alt und wir stoßen immer öfters an deren Grenzen • 1989: 486 DX, erster 32-bit Intel-Chip • 1993: Windows NT 3.1, erstes 32-bit OS von Microsoft • 64-Bit Technologie gibt es auch schon seit längerem – ein paar Beispiele: • 1992: DEC ALPHA Prozessor - Windows NT (sogar für Windows 2000 in the Beta Phase) • 1992: IBM PowerPC Prozessor • 1995: SUN UltraSPARC Prozessor • 1996: HP PA-RISC Prozessor auf 64-bit erweitert • Microsoft hat alle Karten auf die 64-Bit Technologien gesetzt • Ausgereifte 64-Bit Hardware schon längst verfügbar um die meisten Szenarien auf Windows zu unterstützen! DEC ALPHA b/w = 32-bit SW colored = 64-bit SW
Intro zu 64-Bit Computing RAMMemory • Wenn wir von 32-Bit oder 64-bit Prozessoren sprechen, meinen wir eigentlich die Anzahl der Bits, welche die Register im Prozessor speichern können • Alle Daten die vom Prozessor verarbeitet werden sollen, müssen zuvor in einem Register gespeichert werden • 64-Bit Prozessor = Register ist 64 Bit breit • CPUs haben unterschiedliche Register, z.B. GPR und FÜR • GPRs (General Purpose Registers) werden für zweierlei Datentypen verwendet: • Integer Daten die zu verarbeitenden Daten • Adress Daten Memory Pointers • Die Register Breite der Memory Pointers ist einer der wesentlichen Vorteile von 64-Bit Prozessoren • 32-bit Register adressieren direkt 232 Bits = 4 Giga-Bytes • 64-bit Register adressieren direkt 264 Bits = 16 Exa-Bytes*= 16 Milliarden GB L3 Mem. Cache L2 Mem. Cache L1 Instr. Cache Registers Execution Unit CPU *16 Exa-Bytes können zwar technisch mit 64-Bit adressiert werden, aber derzeit gibt es noch keine HW hierfür
Die Adressraum-Limitierungen in 32-Bit Windows 32bit appson 64bit OS • Mit 32-Bit Windows Server, werde die User Prozesse auf 4 GB virtuellen Adressraum limitiert • 64-bit Systems hat ausreichend Adressraum für Kernel und User Prozesse • Der Windows Kernel beansprucht die ersten 2 GB des Adressbereichs • Kann mit /3GB and /UserVAOptionen in Boot.ini beinflusst werden • Beschränkt den Adressbereich des Kernels • Nur sinnvoll für APPs die mit der /LARGEADDRESSAWARE Compiler Option kompiliert wurden • 32-bit Programme auf 64-bit Windows können jeweils bis zu 4GB User Adressraum in Anspruch nehmen • Dies hat KEINEN negativen Einfluss auf den Kernel Adressraum User Memory32-bit App3/largeaddressaware 4 GB User Memory all 32-bit Apps User Memory32-bit App2 3 GB 2 GB /3 GB switch 12 GB User Memory32-bit App1 Kernel Memory 1 GB 2 GB 2 GB 4 GB User Memory 2 GB Kernel Memory 4 GB Virtual Address Space Kernel Memory
12 GB 4 GB AWE Window AWE Memory Server App Address Space Physical Memory Mehr zu den 32-Bit Limitierungen… 12 GB 12 GB • Auch heute schon können 32-Bit Windows Server mehr als 4 GB physikalischen Speicher nutzen • PhysicalAddressingExtensions (PAE) und AddressWindowingExtensions (AWE) muss von einer Applikation verwendet werden um mehr Speicher zu adressieren • Nachteil:die Umwandlung zwischen virtuellem und physikalischem Speicher beeinflusst die Leistung • 64-Bit Systeme eliminieren die 4 GB Speicher Grenze • Der physikalische Speicher kann komplett direkt adressiert werden 4 GB Server App Address Space Physical Memory Server App Address Space
Agenda • Intro zu 64-Bit Computing • Intro zu x64 und Itanium Prozessor Architektur • Unterschiede der 64-Bit Versionen in Windows Server 2008 • 32-Bit Apps in 64-Bit Windows • Einsatzszenarien • Zusammenfassung
x64 Architektur Intro • basiert auf Intel x86 Architektur; wird in den meisten 32bit Intel Prozessoren heutiger Microsoft Windows Systeme verwendet • x64 = Extended 64-bit Memory Technology • entwickelt and zuerst von AMD (AMD64) in 2003 vorgestellt, gefolgt von Intel (EM64T) in 2004 • Prozessor Architektur offiziell als AMD64 bezeichnet • Haupt Merkmale • Erweiterung GPR Breite von 32 Bit auf 64 Bit • Ergänzung des bekannten x86 Instruction Set mit 64-Bit Funktionen • Kann 32-bit x86 Code weiterhin native (direkt)ausführen • 64-bit Erweiterungen sind bei Start nicht aktiv • Kompatibel mit 32-bit und 64-bit OS 8 GPR • und Verdoppelung the Register von 8 GPR und 8 SSE zu jeweils 16 16 GPR (64-bit) 32 bit x86 x64 8 SSE (80-bit) 16 SSE (80-bit)
Switching Modes in x64 • Wichtiges Merkmal: die x64 Architektur kann in unterschiedlichen Modi operieren • Neuer Modus Long Mode(unterscheided 64-Bit und 32-bit Basis Funktion) • Ohne Long Mode, arbeitet der Prozessor im Legacy Mode als Standard 32-bit x86 Prozessor (kompatibel mit 32-bit OS und Apps) • Long Mode unterscheidet zwei Sub-modes: 64-bit Mode (Native) und Compatibility Mode (für 32-bit Apps in einem 64-bit OS) • Übersicht derx64 Prozessor Modes andFunktionen: Source: ADM x86-64TM Technology White Paper http://www.amd.com/us-en/assets/content_type/white_papers_and_tech_docs/x86-64_wp.pdf 9
Itanium Architecture Intro • Native 64-Bit Architektur, co-designed von Intel und HP • 2001 vorgestellt; sollte HP's eigene PA-RISC Familie ersetzen und sowohl HP-UX als auch Windows OS betreiben • Neue High Performance Wide-Word Architektur mit komplett neuem Instruction Set EPIC: Explicitly Parallel Instruction Computing • Grösserer Cache und Prediction Methoden reduzierten Speicher Zugriffszeiten • Spezielle Reliability, Availability, und Serviceability (RAS) Funktionen • Aktueller Release = Itanium2 (Montecito) • Haupt Merkmale • Deutlich mehr Register als x64 • 128GPR (General Purpose) und FPR (Floating Point), 8 Branch Register • Großer Level 3 Cache (bis 24MB) • EPIC Instruction Set • Immer 64-bit • Muss 32-bit x86 Anweisungen zum Ausführen übersetzen • Benötigt reines 64-bit Itanium OS (Windows, HP-UX, Linux, HP VMS) 128 GPR (64-bit) Itanium2 128 FPR (82-bit) 8 Branch (64-bit)
The Integrity Hardware-Error Story • Itanium hat leistungsstarke and speziell entwickelte Error-Handling Funktionen (RAS) welche der x86/x64 Hardware (z.B. HP Proliant Servers) überlegen ist • HP Integrity Servers nutzen diese Vorteile für die zuverlässigsten Systeme mit Itanium Prozessoren… • Insb. die Server mit Machine Check Architecture (MCA) • Das Itanium Error-Handling Motto: “The strengthof a Godzilla. The integrityof a Gandhi.” • Windows Server können diese Features auch nutzen! rx7640 rx8640 Superdome NonStop 11
WOW64 Subsystem Windows x64 WOW64 32bit app Erlaubt 64-Bit Windows Versionen die Ausfuehrung von 32-Bit Apps • Registry- und File-Redirection • x64Prozessor führt 32-Bit Code native aus • WOW64 gibt Anweisungen direkt an HW • Kein Performance Verlust • ItaniumProzessor versteht die x86 Anweisungen nicht direkt: • Muss erst in EPIC Anweisung umgewandelt werden; via Software Translator (IA-32 EL) • Nicht für highperformance 32-bit Apps ausgelegt x64 CPU Windows Itanium WOW64 32bit app IA-32 EL Itanium2 CPU WOW64 = Windows-Of-Windows64 IA-32 EL = Intel Architecture 32-bit Execution Layer
WOW64 Subsystem • Emulation wird über mehrere Prozessoren parallel ausgeführt, statt das alle 32-bit Applikationen nur einen Prozessor verwenden • Allgemein verbesserte Leistung durch Tuning und Code-Optimierung im IA-32 EL Diverse Verbesserungen im IA-32 EL in Windows Server 2008 (und Windows 2003 SP2) Windows Itanium • Bei Floating Point mit SSE-3 für 32-bit Apps deutlich leistungsfähiger (SSE-3 = Streaming SIMD Extensions) • Verbesserte Zuverlässigkeit der Apps durch: • Job Memory Limits (hindert „leakingApps“ davon andere Apps zu beeinflussen) and • MisalignmentNotification • Note: IA-32 EL ist dennoch fokussiert auf „leichte“ Apps (z.B. Administrations Tools und System Monitoring) WOW64 32bit app IA-32 EL Itanium2 CPU
Vergleich des Speicher Adressraums HeutigeSpeicher-und CPU-Limits Prozess-Adressraum 32-bit (2 GB/3GB) 64-bit (8 TB) – both x64 and Itanium HP DL 585x64: 128 GB, 4 CPU-Slots HP Integrity SuperdomeItanium: 2 TB, 64 CPU-Slots (targeting 4TB in WS2008 era)
Agenda • Intro zu 64-Bit Computing • Intro zu x64 und Itanium Prozessor Architektur • Unterschiede der 64-Bit Versionen in Windows Server 2008 • 32-Bit Apps in 64-Bit Windows • Einsatzszenarien • Zusammenfassung
Windows Server 2008 Versionen • RTM Version von WS2008 wird Microsofts letztes 32-Bit Server OS sein • WS2008 R2 nur als 64-Bit Version geplant • Sogar die neuen SMB OS Versionen werden nur als 64-Bit released • *Max Anzahl aller Cores = 64 / **Standard Edition wird nicht alle Hyper-V Funktionen unterstützen
Windows Server 2008 für Itanium • Auf EnterpriseWorkloads abgestimmt: • Datenbanken (MS SQL Server, Oracle, DB2,…) • Line-of-Business Applikationen (SAP, SAS, Siebel,…) • Eigenentwicklungen • Rollen die nicht für diese Workloads geeignet sind, wurden aus dieser Windows Server 2008 OS Version entfernt • Abgestimmt mit dem Bedarf der Enterprise Workloads • Vorteile • Nicht benötigter Code und Dienste wurden entfernt • Reduzierter Patching-Aufwand • Hochverfügbarkeit weiter gesteigert
64-bit Funktionen in Windows Server 2008 Itanium alsApplication Server ausgelegt!
Agenda • Intro zu 64-Bit Computing • Intro zu x64 und Itanium Prozessor Architektur • Unterschiede der 64-Bit Versionen in Windows Server 2008 • 32-Bit Apps in 64-Bit Windows • Einsatzszenarien • Zusammenfassung
32-Bit App Kompatibilität in WOW64 • Übersicht zu 32-Bit Apps auf 64-Bit OS Kompatibilitätsfragen :http://support.microsoft.com/kb/896456 • Haupt Beschränkung: alle Kernel Level Programme müssen nativ 64-Bit sein • Beispiel: NIC Drivers, Antivirus Agents, Disk-Defrag Tools (für Server heute meist kein Problem mehr) • 64-bit Kernel-Mode Treiber müssen digital signiert sein http://www.microsoft.com/whdc/driver/kernel/64bit_chklist.mspx • Andere Herausforderungen: 32-Bit in-processCOM Komponenten (DLLs) nicht in 64-Bit Programmen erlaubt • Entweder als out-of-process implementieren, oder durch native 64-Bit Version ersetzen • 16-bit DOS und Windows (Win16) Applikationen sind NICHTauf Windows x64 lauffähig da NTVDM entfernt wurde
32-Bit App Kompatibilität in WOW64 • Folder Redirection: Trennung von 32-Bit Programm- und System Dateien • Normalerweise kein Problem für 32-Bit Apps, da Umlenkung komplett durch WOW64 gehandhabt wird • "Program Files (x86)" Folder keine echte Umlenkung – wird nur als default Pfad bei Installation von 32-Bit Apps verwendet 25
32-Bit App Kompatibilität in WOW64 • Registry Redirection: Trennung der "Software" Node für 32-bit Apps in der Windows Registry • Auch hier in der Regel kein Problem für 32-Bit Apps, da von WOW64 verwaltet • Erlaubt Registry Keys für 32-Bit und 64-Bit Versionen der gleichen Applikation 26
32-bit vs. 64-bit App Performance • 64-Bit macht nicht alles automatisch schneller! Aber, falls die Applikation schon heute an Speichergrenzen stößt, werden die Vorteile schnell sichtbar • Beispiel: .NET Web-Applications(CachePerftestapp) 1,000 Unique Searches10,000 with Windows .NET 2.0 32-bit 64-bit Worker-Process: 32-bit 64-bit Source: http://msdn.microsoft.com/vstudio/java/compare/benchmark64/default.aspx
32-bit vs. 64-bit App Performance Beispiel 2:AD Performance – hier spielt die Cache-Limitierung einer große Rolle… AD Cache Limitierung: Gesamtleistung hängt stark von der Datenmenge der AD Datenbank ab, die der LSASS Prozess (AD) im Speicher cachen kann… */3GB switchonlyavailable in Advanced Server Edition 28
32-bit vs. 64-bit App Performance Noch Beispiel 2:LDAP Queries an Active Directory DCs auf 32-Bit Windows vs. 64-Bit Windows mit 10 GB AD Datenbank • x64 System: 2 x 2.2 GHz AMD Opteron, 14 GB RAM • x86 System: 2 x 2.4 GHz Xeon, 4 GB RAM Query1: touches as many objects as possible (1 Million) Query2: touches approx. 200k objects *Query on x86 32-bit DC exceeded LDAP policy limit for query duration (300 ms) 29
Agenda • Intro zu 64-Bit Computing • Intro zu x64 und Itanium Prozessor Architektur • Unterschiede der 64-Bit Versionen in Windows Server 2008 • 32-Bit Apps in 64-Bit Windows • Einsatzszenarien • Zusammenfassung
Spezieller Use-Case: Server Virtualisierung • Allgemeiner Vorteil von 64-Bit Computing für Virtualisierung: • Vergrößerter Kernel Adressraum erlaubt die Unterstützung von mehr VMs pro Server, und somit einer erhöhte Konsolidierungsdichte. • Mehr Virtueller Adressraum pro VM verspricht erhöhte Leistung der VMs selber.
Spezieller Use-Case: Server Virtualisierung • Microsofts Server Virtualisierungs Lösungen • Virtual Server 2005 R2 x64 Edition nutzt Vorteile der x64 Architektur aus • Nachteil von VS2005:unterstützt keine 64-bit Guests • Windows Server 2008 mit eingebauter Virtualisierungs Lösung (Hyper-V) baut voll auf x64 CPUs • Hyper-V unterstützt 64-bit Guests • Lizensierung von Datacenter Edition: erlaubt unlimitierte Anzahl von VMs auf Windows Server 2008 Datacenter Edition (wie Windows Server 2003 R2)
Special Use-Case: Server Virtualization • VMware: • Seit Okt 2006:VMware Infrastructure 3.x hat volle Unterstützung für 64-bit Guestshttp://www.vmware.com/vmtn/blog/sherrod/2006-10/#64bit • HP Virtual Machines • Die Virtualisierungs-Lösung für Integrity/Itaniumhttp://www.hp.com/go/integrityVM • Multi-OS capabilities: • Support von HP Integrity Virtual Machines Guests mit Windows (64-bit Windows Itanium Guests) • Windows and Linux Support auch fuer HP Integrity Essentials CapacityAdvisor and Virtualization Manager (neben HP-UX) • Serviceguard Support für Fail-Over von Windows Guests (VM fail-over) • Info: Windows für Itanium IA64 Lizensierung (Datacenter & Enterprise Edition) ist wie bei Windows Server 2003 x64 R2
Haupt-Workloads für 64-bit Windows Server Terminal Services Especially: 32-bit client applications on x64 servers, Office(x64) Database Especially: OLTP, OLAP, Data Warehouse, Business Intelligence(Itanium / x64) Business Applications Especially: ERP, SCM, CRM, and custom LOB(Itanium / x64) Active Directory Especially data stores larger than 2 GB(x64) Web Serving (IIS 6.0) Improves reliability by reducing cache recycling(x64) Technical Computing Especially: HPC Clusters(x64)
Database on 64-bit Windows • Large databases lack sufficient memory address space on 32-bit systems, which limits performance and scalability • Windows Server 2003 Itanium and x64 Editions relieve this problem by providing: • nearly unlimited virtual memory address space (4000x larger) • Even 32-bit databases benefit from the additional virtual memory, • Support for more physical memory allows larger portions of the database to reside in RAM Case Study • Problem • Fortune 100 company needed to analyze ongoing effects to revenue caused by discounting, foreign exchange rates, etc. • Data spanned 20 million historic price points and 14 million sales line items • Relatively simple queries took 8 hours to process on 2-way 32-bit server • Solution • Windows Server 2003 x64 Edition with SQL Server Yukon on 4-way x64 server • Impact: • Query time reduced from 8 hours to 5 minutes
Business Applications on 64-bit Windows • As business applications grow, they frequently need both greater processing power and more memory • In a 32-bit environment, this typically causes I/O constraints and limits the number of end-users that can be supported • Windows Server 2003 Itanium and x64 Editions relieve this problem by providing: • nearly unlimited virtual memory address space (4000x larger) • Up to 1 TB of physical memory • Supports more users per server Case Study • Problem • Fortune 100 company needed to speed daily batch processing of their SAP implementation • IT needed to make rapid upgrade without extensive disruption • Solution • Migrated 2-way 32-bit server to 4-way x64 server running Windows Server 2003 x64 and x64 version of SAP R/3 • Impact: • Batch processing times reduced by 67% (from 180 minutes to 60 minutes)
Terminal Services on x64 • Terminal Services deployments are limited by available kernel address space on 32-bit systems • This effectively caps the number of users that can be supported, regardless of how much memory or CPUs that are added • Windows Server 2003 x64 Editions relieve this problem by providing larger kernel address space • 170x larger PTE • 272x larger paged pool memory • 500x larger non-paged pool mem Benchmark • Using identical 4-way, dual-core servers with 16 GB RAM, Windows Server 2003 x64 supported 170% more users than 32-bit Windows Server 2003 • Workload simulates information workers using Microsoft Office
Web Serving with IIS 6.0 on x64 • Web servers increasingly host large, distributed applications that place extensive demands on I/O • Over time, worker processes run out of virtual address space in a 32-bit environment, forcing cache to recycle • End-user experiences delays and/or errors • Windows Server 2003 x64 with IIS 6.0 dramatically reduces cache recycling for large web applications, improving overall reliability and end-user experience Case Study • Problem • Fortune 100 company with large international website found worker process uptimes were just 5 minutes during peak loads • IT needed rapid solution that would preserve their investment in 32-bit ASP.net code • Solution • Migrated to Windows Server 2003 x64 running IIS 6.0 with 32-bit ASP.net • Impact: • Improved process uptimes from 5 minutes to several weeks • No code changes to ASP.net applications required
Active Directory on x64 • Active Directory data stores larger than 2GB (roughly 10k objects) must be stored on disk in 32-bit environments, significantly impacting performance • Additional servers may be required to meet same SLAs • Windows Server 2003 x64 Editions allow large Active Directory data stores to be entirely resident in RAM, dramatically improving performance • Improved I/O buffering • Reduced load on I/O subsystem • Faster replication of changes Case Study • Large multinational dedicated nine Active Directory domain controllers to their Exchange 2003 implementation to support rich query load • Scale out required to maintain desired performance levels • Company migrated to Windows Server 2003 x64 Editions • Impact: • Consolidated 9 domain controllers down to 4 with equal or better performance
Technical Computing on x64 • Technical Computing, and High-Performance Computing Clusters (HPCC) in particular, is both memory-intensive and computationally intensive • The memory barriers inherent with 32-bit systems limit the performance of HPC clusters • Windows Server 2003 x64 Editions relieve this problem by providing nearly unlimited virtual address space • Forms foundation for forthcoming Compute Cluster Edition Case Study • Problem • Fortune 100 company using 32-bit software to analyze portfolio risk unable to complete queries rapidly • As assets outgrew 32-bit server capacity, data needed to be split and queries would take up to 40 hours to complete • Solution • Migrate existing 32-bit analysis software to Windows Server 2003 x64 Editions • Impact: • Query times reduced by 67% (from 40 hours to 13 hours)
Agenda • Intro zu 64-Bit Computing • Intro zu x64 und Itanium Prozessor Architektur • Unterschiede der 64-Bit Versionen in Windows Server 2008 • 32-Bit Apps in 64-Bit Windows • Einsatzszenarien • Zusammenfassung
Key Take Aways • 64-Bit ist Hier und Heute • Enorme Performance Vorteile für Programme die heute schon am Speicherlimit arbeiten (auch für 32-Bit Apps auf x64) • Itanium2 spielt in einer anderen Liga als x64 • x64 = mainstreamtomid-range • Itanium2 = mid-rangetohigh end • Schon jetzt vorbereiten auf die Welle der nächsten 64-bit Applikationen (wie Exchange 2007) • Die meisten Infrastruktur-Rollen können ohne weiteres auf 64-Bit migriert werden (z.B. AD, File-Services) • Es ist wichtig, die „kleinen“ Unterschiede zwischen 32-Bit und 64-Bit OS für den reibungslosen Betrieb zu kennen…
Windows Server 2008weitere Ressourcen • Windows Server 2008 Tech Centerhttp://www.microsoft.com/germany/technet/prodtechnol/windowsserver/2008/default.mspx • Windows Server 2008 Webcasts:http://www.microsoft.com/germany/technet/webcasts/windowsserver2008.mspx • Windows Server 2008 Produktseite:http://www.microsoft.com/germany/windowsserver2008/default.mspx • Microsoft Virtualization:http://www.microsoft.com/virtualization/default.mspx
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