microsoft exchange® server 2007 on systems vmware® esx · by deploying exchange 2007 server on...

13
Virtualizing Microsoft ® Exchange® Server 2007 on Dell™ Systems Running VMware® ESX A Dell Technical White Paper EndtoEnd Solutions Engineering By Ramesh Radhakrishnan and Tom King Dell Product Group May 2009

Upload: others

Post on 25-Jul-2020

51 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Microsoft Exchange® Server 2007 on Systems VMware® ESX · By deploying Exchange 2007 Server on ESX environment hosted on Dell Servers and EqualLogic iSCSI SAN, organizations can

 

 

 

 

 

   

Virtualizing Microsoft® 

Exchange® Server 2007 on Dell™ Systems Running VMware® ESX A Dell Technical White Paper 

End‐to‐End Solutions Engineering 

 By Ramesh Radhakrishnan and Tom King 

 Dell Product Group 

 May 2009 

Page 2: Microsoft Exchange® Server 2007 on Systems VMware® ESX · By deploying Exchange 2007 Server on ESX environment hosted on Dell Servers and EqualLogic iSCSI SAN, organizations can

Virtualizing Microsoft® Exchange® Server 2007 on Dell™ Systems Running VMware® ESX

 

  Page ii  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

THIS WHITE PAPER IS FOR INFORMATIONAL PURPOSES ONLY, AND MAY CONTAIN TYPOGRAPHICAL ERRORS AND TECHNICAL INACCURACIES. THE CONTENT IS PROVIDED AS IS, WITHOUT EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES OF ANY KIND. 

© 2009 Dell Inc. All rights reserved. Reproduction of this material in any manner whatsoever without the express written permission of Dell Inc. is strictly forbidden. For more information, contact Dell. 

Dell, the DELL logo, EqualLogic, and the DELL badge are trademarks of Dell Inc.; Microsoft, Outlook, and Windows are either trademarks or registered trademarks of Microsoft Corporation in the United States and/or other countries. 

 

Page 3: Microsoft Exchange® Server 2007 on Systems VMware® ESX · By deploying Exchange 2007 Server on ESX environment hosted on Dell Servers and EqualLogic iSCSI SAN, organizations can

Virtualizing Microsoft® Exchange® Server 2007 on Dell™ Systems Running VMware® ESX

 

  Page 1  

Table of Contents Virtualizing Microsoft® Exchange® Server 2007 on Dell™ Systems Running VMware® ESX .......................................... i 

Executive Summary ....................................................................................................................................................... 2 

Introduction ................................................................................................................................................................... 2 

Virtualized Exchange Server 2007 Building Block .......................................................................................................... 3 

Solution Architecture ................................................................................................................................................. 3 

Deployment Best Practices ........................................................................................................................................ 4 

Network Setup and best practices ......................................................................................................................... 5 

Storage Best Practices ........................................................................................................................................... 5 

Performance Evaluation of Virtualized Mailbox Role .................................................................................................... 5 

Test Methodology .................................................................................................................................................... 5 

Scalability Testing .................................................................................................................................................... 6 

Conclusion ..................................................................................................................................................................... 9 

References ..................................................................................................................................................................... 9 

Appendix A................................................................................................................................................................... 10 

 

   

Page 4: Microsoft Exchange® Server 2007 on Systems VMware® ESX · By deploying Exchange 2007 Server on ESX environment hosted on Dell Servers and EqualLogic iSCSI SAN, organizations can

Virtualizing Microsoft® Exchange® Server 2007 on Dell™ Systems Running VMware® ESX

 

  Page 2  

Executive Summary This  paper  provides  an  overview  of  deploying  Exchange  2007  Server  in  a  virtualized  environment  using 

VMware 3.5 Update 3 on Dell PowerEdge Servers and EqualLogic iSCSI storage array.  In this paper a solution 

building block is proposed for 4000 mailbox users to deploy in an ESX environment running on Dell hardware. 

Various mailbox configurations of Exchange Server 2007 are tested to understand the sizing requirements for 

Exchange Server 2007 in a virtualized environment and validate the building block.  

Introduction There  is a growing  interest  in deploying Exchange Server 2007  in virtualized environments with  the  recent 

announcement regarding change  in support policies  for virtualized Exchange deployments1.  In a virtualized 

environment, Exchange users  can  consolidate multiple Exchange  Server Mailbox  roles on a  single physical 

server to take advantage of unused CPU cycles or available memory. Additional Exchange Server roles (Hub 

Transport or Client Access Server)  can be hosted on virtual machines  (VM) and  consolidated on  the  same 

hardware  to  reduce  costs. Benefits  of  running  Exchange  in  a  virtualized  environment will  depend  on  the 

customer environment. Some of the advantages of virtualizing Exchange 2007 Server are: 

• Cost savings thru server hardware consolidation 

• Reducing performance bottlenecks by moving Mailbox VMs to systems with available CPU cycles 

• Easier management of Exchange systems and infrastructure 

In this paper a sample configuration is presented which is tested and validated to meet the performance and 

stability requirements of an enterprise Exchange deployment. This sample configuration  is scalable and can 

be  used  as  a  building  block  for  larger  scale  deployments.  By  deploying  Exchange  2007  Server  on  ESX 

environment hosted on Dell Servers and EqualLogic  iSCSI SAN, organizations  can  reduce  the management 

complexity and improve utilization of hardware resources by consolidating on fewer hardware resources. 

To  provide  sizing  guidelines  for  Exchange  Server  2007  the  Mailbox  role  was  deployed  in  a  Virtualized 

environment and tested using multiple Mailbox configurations.   The trending data was used to understand 

the  CPU  and memory  requirements  for  Exchange  Server  2007  running within  a  VM  and  how  it  differed 

compared  to a physical environment. For  consolidation purposes,  the performance of deploying Exchange 

Server 2007 Mailbox roles in multiple VMs on a single server is also evaluated. 

This white paper  is  intended for customers,  IT architects, storage administrators and  IT administrators who are  evaluating,  planning,  or  deploying  Exchange  2007  Server  on  VMware  ESX  3.5  platform  and  require guidance on available options and best practices. The goals of this white paper are to introduce customers to Dell’s building block  for deploying Exchange 2007 Server on VMware ESX and simplify  the decision making process for the customer when deploying Exchange 2007 in Dell hardware running ESX hypervisors. 

                                                                 

1 Microsoft Support Policies and Recommendations for Exchange Servers in Hardware Virtualization Environments, http://technet.microsoft.com/en‐us/library/cc794548.aspx 

Page 5: Microsoft Exchange® Server 2007 on Systems VMware® ESX · By deploying Exchange 2007 Server on ESX environment hosted on Dell Servers and EqualLogic iSCSI SAN, organizations can

Virtualizing Microsoft® Exchange® Server 2007 on Dell™ Systems Running VMware® ESX

 

  Page 3  

Virtualized Exchange Server 2007 Building Block This  section  presents  an  overview  of  the  building  block  configuration  for  an  Exchange  Server  2007 

deployment which uses VMware ESX  to  create a virtualized environment. The building block presented  in 

Figure 1 was tested using LoadGen tool to simulate a 4000 heavy user workload and it comfortably met the 

performance  requirements  recommended  by  Microsoft  for  good  quality  of  service.  The  Performance 

Evaluation  section  describes  how  this  building  block  configuration  performed  at  the  server,  storage  and 

application level when LoadGen was used to simulate up to 4000 users. 

 

Figure 1 – Architecture of Building Block for Exchange 2007 on ESX 3.5 

Solution Architecture In this section the core components that make up the Dell|VMware Virtualized Exchange Building Block are 

detailed. The architecture can be broken  into  four primary  layers, each coexisting and working together to 

provide  an  optimized  platform  for  messaging  deployment  targeting  small  to  mid‐size  organizations  or 

businesses. The individual layers of the building block are –  

• Layer 1: Dell PowerEdge Servers 

• Layer 2: Dell|EqualLogic iSCSI SAN Storage 

• Layer 3: VMware Infrastructure 3 

Vmware ESX

W8OS

Active Directory VM

W8OS

CAS/Hub Transport VM

Virtualized Storage Environment

Clients

PC6248 PC6248

W8OS

Exchange Mailbox VM

EqualLogic PS6000XV

Dell PowerEdge R710

EqualLogic PS6000XV

Workload LAN

iSCSI Fabric

Networking Legend

Page 6: Microsoft Exchange® Server 2007 on Systems VMware® ESX · By deploying Exchange 2007 Server on ESX environment hosted on Dell Servers and EqualLogic iSCSI SAN, organizations can

Virtualizing Microsoft® Exchange® Server 2007 on Dell™ Systems Running VMware® ESX

 

  Page 4  

• Layer 4: Windows Server 2008 and Microsoft Exchange Server 2007 

Layer 1: Selecting the right server for a virtualized Exchange environment requires careful consideration since 

it could negatively impact the cost and performance of the overall solution. The proposed building block uses 

the Dell PowerEdge R710 server with dual quad‐core processors (Intel Xeon 5500 series). The R710 server is 

optimized for virtualization solutions with  its enhanced memory and  I/O features. Microsoft recommended 

guideline  should  be  followed  when  determining  the  CPU  and memory  resources  being  assigned  to  the 

individual machines running the Exchange 2007 Roles. [1] 

Layer 2: The storage solution used for the virtualization building block  is based on the Dell EqualLogic 6000 

Series  iSCSI  SAN. EqualLogic  storage arrays provide a  cost‐effective virtualized  storage  solution  that offers 

excellent  performance  for messaging  environments.  The  number  and  size  of  volumes  for  Exchange  2007 

mailbox databases and logs were based on best practices recommended by Dell and Microsoft and depends 

on  the  number  and  size  of  user mailboxes. When  planning  storage  architecture  for  Exchange  2007  the 

Exchange 2007 Storage Requirements calculator is a valuable tool. [2] 

Layer 3: VMware Virtualization Infrastructure 3 (VI3) was used as the virtualization foundation to create the 

virtualized messaging environment. VI3 abstracts hardware resources (CPU, memory, storage and network) 

to  components  that  can  serve multiple  virtual machines  providing  greater  hardware  utilization.  Using  a 

virtualized environment allows the hardware to run multiple virtual machines that host the individual pieces 

of the Exchange 2007 solution. Multiple virtual machines can be used to run the Exchange 2007 Mailbox role, 

each hosting a small number of users to allow more flexibility to the administrator in terms of migrating VMs 

across physical servers. Some solution may use a larger VM configuration and host a larger number of users 

per VM while still taking advantage of virtualization  features  like decoupling  from hardware and  increasing 

hardware utilization levels. 

Layer 4: The  final  layer  consists of  the guest OS  running  in  the VMs and  the application  itself. The virtual 

machines run Windows Server 2008 OS editions and Exchange Server 2007 roles are  installed on the guest 

VMs. Additional  infrastructure server such as Active Directory server may be virtualized as well to  increase 

server  consolidation.  Exchange  2007  server  best  practices  should  be  followed  when  implemented  in  a 

virtualized environment as well to maximize performance and solution stability [3].  

Additional consideration should be made for storage configuration as iSCSI connections can be established at 

the guest OS level or it may be configured at the ESX host level. Similarly, network design should be planned 

out ahead so that enough network devices are available for both workload LAN and storage fabric to meet 

the performance requirements of the messaging solution. 

Deployment Best Practices In  this  section,  we  discuss  a  few  of  the  best  practices  and  proceedures  that  should  be  followed  when 

implementing the network and storage infrastructure for the virtualized Exchange 2007 deployment. 

Page 7: Microsoft Exchange® Server 2007 on Systems VMware® ESX · By deploying Exchange 2007 Server on ESX environment hosted on Dell Servers and EqualLogic iSCSI SAN, organizations can

Virtualizing Microsoft® Exchange® Server 2007 on Dell™ Systems Running VMware® ESX

 

  Page 5  

Network Setup and best practices Although not required or necessary, it is better to isolate the iSCSI traffic from the remaining virtual machine traffic. This allows more fine‐grained monitoring and control over the networks’ differing configuration, e.g. Jumbo Frames for iSCSI traffic versus “normal” MTU settings for the remaining traffic.  

Further,  each  network  should  be  divided  with  multiple  physical  paths  for  load  balancing  and  failover capabilities. In our test bed, we used one PowerConnect 6248 for virtual machine network and management traffic  connected  to one pair of NICs on  the ESX  server, and another PowerConnect 6248  for  iSCSI  traffic connected  to another pair of NICs  from a dual‐port PCIe  card on  the ESX  server.  In highly mission‐critical installations, these networks can be further divided to ensure no single point of failure.  

ESX provides highly flexible tools when configuring separate networks. See Appendix A, Figure 6 for details of how the network topology was setup using the ESX networking management tool. 

Storage Best Practices Throughout each set of tests, each mailbox server was provided 80% of  its allocated space for the mailbox database  and 20% of  its  allocated  space  for  the mailbox  logs.  Each mailbox  server’s  iSCSI  target was not shared with other virtual machines. None of these particular iSCSI targets housed the virtual machines VMDK files. 

The ESX array used RAID 10 across 14 disks with  two hot spares. Prior  testing using  Jetstress showed  that RAID 10 offers the best performance in similar environments.  

Our testing covered three different storage access configurations: 

‐ iSCSI initiator on guests with MPIO ‐ iSCSI initiator on ESX with VMFS file systems ‐ iSCSI initiator on ESX with Raw Device Maps (RDM) 

If any external systems need access to the database and  log files, using RDM  is advantageous. Additionally, using RDM allows switching the file system to be accessed with a guest‐based iSCSI initiator utilizing a multi‐path I/O driver without reformatting. On the other hand, VMFS offers added high availability features such as integration with EqualLogic ASM/VMware editions to create VSS‐aware snapshots and backups.  

 Whereas using the ESX 3.5 iSCSI  initiator allows only one session per target, using the guest‐based  initiator allowed load balancing through MPIO. However, our tests showed there was no performance gain in doing so due to the increased overhead and added layers between the guests and the iSCSI targets.  

Performance Evaluation of Virtualized Mailbox Role  This  study evaluates  the  scalability and performance  characteristics of  running Exchange  Server 2007  in a VMware ESX environment. The performance of running Exchange Server roles (Mailbox, Hub Transport and CAS) in a virtual machine is compared against running them in a physical server to measure the virtualization overhead associated with a messaging workload.  

Test Methodology 

Page 8: Microsoft Exchange® Server 2007 on Systems VMware® ESX · By deploying Exchange 2007 Server on ESX environment hosted on Dell Servers and EqualLogic iSCSI SAN, organizations can

Virtualizing Microsoft® Exchange® Server 2007 on Dell™ Systems Running VMware® ESX

 

  Page 6  

The sizing of the VMs (CPU cores and memory) is based on Dell and Microsoft recommended guidelines for a 

heavy  user Mailbox  profile  and  prior  testing  done  at  Dell  for  physical  Exchange  deployments.  The  test 

configuration  is monitored  for  bottlenecks  by measuring  Server,  Storage  and  Exchange  related  counters 

within the Virtual Machine (VM) and also at the host ESX level. 

Microsoft Exchange Load Generator (LoadGen) tool (version 08.02.0045) is used to simulate user workloads 

and evaluate performance of the Exchange Server 2007 server configurations. For sizing recommendations, 

performance  is evaluated at multiple  levels—application, server, and storage.   Performance  is measured at 

the application level by using Exchange related metrics measured by Exchange LoadGen. Microsoft Reliability 

and Performance monitor is used to measure server and storage level performance metrics.  Esxtop is used 

to collect CPU and memory usage from the ESX server. 

Table  1  lists  events  that were measured  and  thresholds  that were  used  to  determine  if  a  configuration 

performed as expected. 

Table 1: Counters Used to Evaluate Performance 

Performance Counter   Expected Value (MS Recommended) 

SERVER PERFORMANCE 

Exchange VM: Processor(_Total)\% Processor Time Average less than 75%

ESX : Esxtop ‐ Physical Cpu(_Total)\% Processor Time Average less than 75%

APPLICATION PERFORMANCE LoadGen 95th Percentile Send Mail Latency Less than 1000 ms

MS ExchangeIS: RPC Averaged Latency Average less than 25 ms

MS  ExchangeIS  Mailbox:  Messages  Queued  for Submission 

Average less than 50

STORAGE PERFORMANCE Database Disks: Average Sec/Read  Less than 20 ms

Database Disks: Average Sec/Write  Less than 100 ms

Log Disks: Average Sec/Write  Less than 10 ms

 

Scalability Testing 

LoadGen was used to simulate 1000 to 4000 users and tested against the solution building block to study the scalability of the proposed solution configuration. Table 2 describes the VM configuration  in terms of CPUs and memory that was allocated to the VM. These configurations are based on the resources that would be recommended for a physical deployment to satisfy similar number of users and workload. 

Page 9: Microsoft Exchange® Server 2007 on Systems VMware® ESX · By deploying Exchange 2007 Server on ESX environment hosted on Dell Servers and EqualLogic iSCSI SAN, organizations can

Virtualizing Microsoft® Exchange® Server 2007 on Dell™ Systems Running VMware® ESX

 

  Page 7  

 

Table 2 ‐ Exchange Server 2007 Mailbox VM Configuration 

  1000 User VM 2000 User VM 3000 User VM 4000 User VMCPUs  2 vCPU  2 vCPU 4 vCPU 4 vCPU Memory  2GB(OS)+5GB 2GB(OS)+10GB 2GB(OS)+15GB 2GB(OS)+20GBHardDisk (OS)  20GB  20GB 20GB 20GB 

 

Figure 2 illustrates the performance and scalability of the proposed architecture. The primary metrics used to compare performance were the host server’s processor utilization and the 95th‐percentile response time for the LoadGen SendMail task. The proposed architecture building block is observed to provide good quality of service  as  the  95th  percentile’s  average  latency  is  less  than  500  milliseconds  and  still  has  ample  CPU headroom to handle spikes in the workload. 

 Figure 2 ‐ Scalability of Exchange 2007 Server in ESX Environment 

Figure 3 illustrates two of the RPC specific counters that are commonly monitored to evaluate the health and performance of the messaging environment. RPC averaged latency represents the time in milliseconds that it takes Exchange (store.exe) to process the last 1024 packets received. It represents the shortest amount of time that clients have waited for a response from the server. The RPC averaged latency is well below the threshold of 25 ms for 4000 users indicating that the server is able to process requests in a reasonable amount of time. 

The Messages Queued for Submission performance counter indicates the number of messages in the mailbox store that are ready to be sent and are waiting to be submitted to a transport server. The queued messages are observed to be well within the recommended threshold of 50 indicating a healthy configuration. 

 

Page 10: Microsoft Exchange® Server 2007 on Systems VMware® ESX · By deploying Exchange 2007 Server on ESX environment hosted on Dell Servers and EqualLogic iSCSI SAN, organizations can

Virtualizing Microsoft® Exchange® Server 2007 on Dell™ Systems Running VMware® ESX

 

  Page 8  

 

Figure 3 ‐ Application Level Performance 

Figure 3  illustrates  the observed disk  subsystem performance observed  for  the proposed  solution building block using EqualLogic  iSCSI Storage Arrays. Disk  subsystem bottlenecks  that usually manifest as high disk latencies can cause performance bottlenecks that lead to poorly performing Exchange deployments. 

 

Figure 4 ‐ Storage Level Performance 

The disks read and write latencies are within the 20 millisecond threshold that is recommended for optimal performance  of  the  Exchange  2007  deployment.  The  mailbox  database  disk  latencies  are  observed  to increment as the number of users are  increased  from 1000 to 4000, but still remain well within the 20 ms threshold. The storage subsystem was designed to support 4000 heavy users and took in to account both the capacity  requirements and  the performance  requirements  for  this workload. A RAID 10  configuration was used for both database and log disks to meet the performance requirements of the LoadGen heavy workload profile. 

Finally,  in  Figure  5 we  compare  the  performance  of  the  virtualized  Exchange  2007  solution  to  a  physical deployment  to  quantify  the  impact  of  virtualization.  SendMail  latency,  CPU  loads  and  RPC  latency  is 

Page 11: Microsoft Exchange® Server 2007 on Systems VMware® ESX · By deploying Exchange 2007 Server on ESX environment hosted on Dell Servers and EqualLogic iSCSI SAN, organizations can

Virtualizing Microsoft® Exchange® Server 2007 on Dell™ Systems Running VMware® ESX

 

  Page 9  

compared  for  virtual  and  physical  deployments  of  1000‐3000  users.  SendMail  latency  is  plotted  on  the primary  axis  and  CPU  Load  and  RPC  latency  is  plotted  on  the  secondary  axis.  The  send mail  latency  is observed  to  increase  from  64 ms  for  1000  users  to  94 ms  for  3000  users  for  both  physical  and  virtual Exchange deployments. There  is practically no difference  in user perceived  latencies for either deployment. There  is  an  increase  in  CPU  load  for  the  virtualized  Exchange  deployment  and  this  is  an  artifact  of  both virtualization  overhead  and  running  additional  Exchange  roles  on  the  server.  The  increase  however  is minimal, does not affect end user performance as observed from the SendMail latencies and leaves adequate CPU headroom to handle any spikes in the workload. 

 

 

Figure 5 ‐ Comparing Performance of Virtualized Building Block to Physical Exchange Deployment 

Conclusion  This study provides an overview of best practices and using a building block approach to deploy Microsoft Exchange Server 2007 on Dell Servers running VMware ESX. Using the Exchange 2007 solution building block proposed in this paper, IT administrators can design, configure and deploy Exchange Server 2007 using Dell servers, EqualLogic storage and VMware ESX virtualization software.  

References [1] Planning Processor Configurations, Microsoft TechNet                                             http://technet.microsoft.com/en‐us/library/aa998874.aspx 

[2] Exchange 2007 Mailbox Server Role Storage Requirements Calculator http://msexchangeteam.com/files/12/attachments/entry438481.aspx 

Page 12: Microsoft Exchange® Server 2007 on Systems VMware® ESX · By deploying Exchange 2007 Server on ESX environment hosted on Dell Servers and EqualLogic iSCSI SAN, organizations can

Virtualizing Microsoft® Exchange® Server 2007 on Dell™ Systems Running VMware® ESX

 

  Page 10  

[3] Dell Exchange Server 2007 Solutions                                                            http://www.dell.com/exchange 

Appendix A  

 

Figure 6 ‐ Network topology for Virtualized Building Block 

   

Page 13: Microsoft Exchange® Server 2007 on Systems VMware® ESX · By deploying Exchange 2007 Server on ESX environment hosted on Dell Servers and EqualLogic iSCSI SAN, organizations can

Virtualizing Microsoft® Exchange® Server 2007 on Dell™ Systems Running VMware® ESX

 

  Page 11  

 

Figure 7 ‐ Storage Configuration Setup and Details