体験版で知るWindows Server 2016操作テク【第4回】
「サーバコアと違うのだよ」というナノサーバを使う意味と使える場所
Windows Server 2016が導入した「Nano Server」(ナノサーバ)は、構成と機能を最小限に抑えた。そのメリットと必要性、そして、これまでの「Server Core」(サーバコア)と何が違うのかを解説する。
この連載は
新世代Windows Serverとして2016年9月に正式登場した「Windows Server 2016」。フリーで導入できる体験版を使って、新しいセキュリティ機能やコンテナ関連機能の設定など、新しく登場した“操作テクニック”を紹介する。執筆はIT関連媒体で長らくWindows Serverの解説連載を手掛けてきた塩田紳二氏だ
「Windows Server 2016」は、新しく「Nano Server」(ナノサーバ)というインストールオプションを用意している。「Windows Server 2012 R2」でも、「Server Core」(サーバコア)という限られたGUIしか持たない最低限の環境でのインストールが可能だったが、ナノサーバは占有ファイル量やシステムメモリ利用量をさらに抑制した。
ナノサーバは、回復環境用のコンソールを持つものの、いわゆるログイン画面は表示できない。ネットワークを介したリモート側から管理と設定を全てする必要がある。一般にこうした画面を表示しないシステムを「ヘッドレス」と呼ぶ。組み込み系ではよくある構成だ。
ナノサーバは、提供するAPIも限定しており、ソフトウェアの互換性という点でも、これまでのサーバコアとは違う。イメージ的には、Windows Serverのカーネルと最低限のソフトウェアモジュールのみからなる環境といえる。このため、実行できるソフトウェアにも制限がある。原則として専用のSDKを使ってナノサーバ上で動作するソフトウェアを開発する必要がある。
なお、サーバコアは、Windows Server 2016も用意している。そもそもサーバコアも「最低限の実行環境」だったはずだ。それなのになぜ、さらに小さいナノサーバが登場したのだろうか。
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ナノサーバを解説する
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Windows Server 2016新機能
ナノサーバは、物理環境(いわゆる物理的なハードウェア)でも動作するが、本来の目的は、仮想環境やコンテナ内での利用にある。例えば、大規模なサービスを運用する場合、役割ごとに仮想環境やブレードなどで多数のインスタンス(サーバ)を実行して分散処理することが少なくない。このような場合に、OSがコンパクトだと高速な起動が可能で、システムメモリ占有量やOS自体のファイル占有量が小さくなる。このため、仮想環境の場合に、一つ一つの仮想マシン起動に対する負荷が小さく、短時間でサービスを起動できるようになる。負荷に応じてインスタンス数(仮想マシンの数)を増減するような場合、急激な負荷の増加に対して短時間で対応が可能になる。最近ではLinuxディストリビューションでもこのようなコンパクトな環境をインストールオプションとして提供している。
Windows Server 2012 R2までは、このような環境においてサーバコアを使うしかなかったが、ナノサーバはさらにコンパクトで高速に起動する環境を提供できる。Microsoftの資料によれば、OSの占有するファイルサイズでWindows Server 2016のサーバコアの10分の1、起動時間は9.4倍高速化している。またシステムメモリ占有量では3倍近い差がある。フルインストールのWindows Server 2016に対しては、差がさらに広がる。
■ナノサーバーとその他で起動時間とシステムメモリ占有量を比べる(Microsoft Webサイトをベースに筆者作成)
| インストール | ファイルサイズ | ファイルサイズの倍率(注1) | 起動時間 | 起動時間の倍率(注1) | メモリ占有量 | メモリ占有量の倍率(注1) | サービス数 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Windows Server 2016ナノサーバ | 675MB | 1.0 | 9秒 | 1.0 | 168MB | 1.0 | 32 |
| Windows Server 2016サーバコア | 6,670MB | 9.9 | 85秒 | 9.4 | 471MB | 2.8 | 53 |
| Windows Server 2016フル | 9,344MB | 13.8 | 135秒 | 15.0 | 557MB | 3.3 | 65 |
| Windows Server 2012 R2サーバコア | 5,444MB | 8.1 | 82秒 | 9.1 | 644MB | 3.8 | 47 |
| Windows Server 2012 R2フル | 9,048MB | 13.4 | 84秒 | 9.3 | 491MB | 2.9 | 56 |
※注1: Windows Server 2016ナノサーバを1.0とした場合。小数点第2位で四捨五入
一般にOSやアプリケーションは、バージョンが上がると機能を追加していくため、ファイルサイズやシステムメモリ占有量が増えていく。Windows Serverシリーズでも、2012 R2と2016を比べると、やはりWindows Server 2016がより多くのシステムメモリを消費し、占有するファイルサイズも大きい。ソフトウェアの進化は、ハードウェアにおけるムーアの法則を前提にしているため、こうしたソフトウェアによるハードウェアリソース消費量の増大は当然のものとして許容しているところもあった。
ビジネスにおける利用場面の拡大に応じて、システム自体の処理能力も向上させる必要がある。ユーザー企業が要求する処理能力やインターネットへのアクセス数が増大し続けるためだ。こうしたときには仮想化技術の活用に加え、ハードウェアを追加して処理能力を向上する「スケールアウト」のアプローチで仮想環境のインスタンス数を増やすのが普通だ。こうした場合に「軽量なOS」は、増強のためのコストを削減し、サービス起動までの時間を短縮できる。
最近では、独立した単機能のサービスを多数利用する「マイクロサービス」という形式のアプリケーションが増えているが、こうした場合にもインスタンス数が増える。ナノサーバは、標準ではDNSサービスやWebサーバの「Internet Information Services」(IIS)、仮想化機能の「Hyper-V」、ファイルサーバなどのロール(役割。Windows Serverが提供するサーバ機能)が実行できる。こうした「役割」を持つマイクロサービスを多数立ち上げるというのがナノサーバに期待する役割の1つだ。
このようなユーザー企業の要望に応えて登場したナノサーバは、Windows Serverシリーズと同じカーネルを使っているものの、完全な互換性は持たない。標準では、DNSサービスやIISなどのロールが実行可能だが、コマンド/スクリプト実行環境「Windows PowerShell」やアプリケーション実行環境「.NET Framework」は、最低限の環境しか持っていない。Windowsは、過去からの互換性を維持するために多数のAPIを持つが、実際には、カーネルが持つAPIを組みあわせて実現していることが多い。ナノサーバでは、サポートされるAPIをカーネルAPIにごく近いものだけとしている。
サービスやアプリケーションサポートのためのDLL(Dynamic Link Libraly。実行時にリンクするライブラリモジュール)なども最低限必要なもののみに限定している。このため、OSとしてのファイル占有サイズなども小さくできる。ただしアプリケーションによっては、必要なAPIがなくそのままでは動作できない。例えば、ナノサーバにはGUIやコンソール関係のAPIが一切ない。このため、ナノサーバで動作するバイナリを開発するには、専用のSDKを使う。ただし、ナノサーバ用に開発したアプリケーションは、サーバコアやGUI付きインストール、フルインストールのWindows Server 2016側では動作する。
こうしたナノサーバの使い道の1つに、Windows Server 2016で新たに導入したコンテナがある。コンテナは、アプリケーションと実行環境の「入れ物」で、コンテナ自体を保存し、必要に応じて起動できる。
Windows Server 2016のコンテナには、独立性が高く他の環境と隔絶できる「Hyper-Vコンテナー」と、Windows Serverの環境をそのまま提供する「Windows Serverコンテナー」がある。ナノサーバは、これらコンテナのOSとして利用できる。コンパクトなナノサーバを使うことで、コンテナの起動やロードの負荷を抑制し、他のサービスへの影響が小さくなり、場合によってはより多くのコンテナを利用できるようになる。特に仮想マシン環境を利用するHyper-Vコンテナーでは、仮想マシンの起動に加え、仮想環境内でゲストOSを立ち上げる必要があることから、ナノサーバのメリットが大きい。
ナノサーバは、Windows Server 2016のインストールオプションではなく、独立したWindowsインストールイメージ(WIMファイル)として提供する。付属のツールを使い、構成を変更し、仮想ストレージに対してインストールできる。
なお、ナノサーバは、機能を定期的に更新する「Current Branch for Business(CBB)リリース」として提供するため、保守サービス「ソフトウェアアシュアランス」(SA)の契約が必須だ。ナノサーバ自体は、Windows Server 2016のサーバコアなどと同じくインストールオプション扱いなので、個々のエディションのコンテナ実行数やOSE(Operating System Environment、Windows Serverの実行環境)数に準じて利用できる。
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