Hyper-V 服務器虛擬化概覽

題記：偶然看到了牛可老師的這篇關於虛擬化的文章，感受不錯，轉載過來，和朋友們分享！

做者：牛可

    庸置疑虛擬化是當今最熱的IT技術領域之一，這一點不管是從衆多IT技術廠商不斷推出的虛擬化產品在市場中一浪高過一浪的宣傳攻勢，仍是從企業用戶開始大規模地使用虛擬化的解決方案均可以看出這一點。那麼到底什麼是虛擬化呢？其實這個問題能夠從兩個方面來理解，首先若是從狹義的角度來講，虛擬化一般就是指對某種虛擬機技術的應用（例如：Hyper-V、VMware ESX等），經過這種技術咱們能夠將多個操做系統運行於同一臺物理計算機之上，從而可以有效地節省在硬件投入方面的開銷，整合應用而且下降管理方面的成本。但若是是從廣義的角度來理解什麼是虛擬化，咱們能夠認爲所謂的虛擬化就是指對計算資源進行有效隔離的技術手段。因此它不只限於虛擬機產品，全部可以實現這一特性的技術均可以劃歸在虛擬化的範疇以內。這點可能不是很是好理解，可是能夠經過一個簡要的例子來講明：一位用戶使用一個應用程序來完成本身的工做，其實在這個咱們很是熟悉的場景中包括不少個層次，首先用戶使用的這個應用程序是安裝在特定的操做系統之上，操做系統是安裝在特定的硬件平臺之上，用戶的數據是存放在計算機本地的特定磁盤中，計算機的網絡是鏈接到本地的特定物理交換機上……全部的這些層次都是牢牢關聯在一塊兒的，你沒法輕易地將其中的一個層次和其餘層次分離，例如將這個應用程序複製到另一臺安裝了不一樣操做系統的計算機上它還能夠徹底和以前同樣的運行並訪問原來的數據。這種現象就如圖1所示的靜態計算模型，全部的層次都緊密關聯在一塊兒。

 

 
        圖1  靜態計算模型vs.虛擬計算

    若是咱們可以將這些資源層次之間的緊密鏈接進行有效分離，就像圖1的右側，使得對某個層次的變更甚至是替換都不會影響到其餘的層次，那麼咱們就能夠將這種技術看做是一種虛擬化技術。最多見的虛擬化技術——虛擬機就是將操做系統和硬件之間的緊密綁定進行了分離，這使得咱們能將一臺虛擬機從一臺物理機複製到另外一臺物理機而不用作任何修改就能夠像之前同樣運行。固然從這個角度來看，遠程桌面或者終端服務也是一種虛擬化技術——展示虛擬化，由於它實現了應用程序的展示與應用程序、操做系統以及硬件設備之間的分離，不管在什麼地理位置只要可以經過終端服務的客戶端，就能夠像在那臺服務器本地同樣訪問上面運行的應用程序。因此從廣義上來說，虛擬化並非僅侷限於虛擬機技術，它能夠在不少個層面上實現，與此同時衆多的虛擬化廠商也在各個層面上都推出了相應的虛擬化技術與產品，例如微軟公司的虛擬化戰略中就包括了從服務器虛擬化、展現虛擬化、存儲虛擬化、應用程序虛擬化等衆多的產品與技術。

    虛擬化之因此成爲當前企業IT應用的一個熱點，其主要緣由正是虛擬化可以將資源進行有效隔離，從而能夠更充分地利用有限的計算機資源，下降在成本和管理上的投入，同時對於計算資源的隔離也打破了這些資源間原有的緊密綁定，使得企業的IT系統可以更加靈活，具有了「按需而變」的動態特性。

    在Windows Server 2008 R2中有不少方面都提供了對虛擬化的支持，其中包括了展現虛擬化（經過終端服務角色實現）、網絡虛擬化（經過×××組件實現）和服務器虛擬化（經過Hyper-V角色實現），而Hyper-V則是其中全新提供並具備普遍應用前景的一個組件，由於在同一個物理設備上運行多個操做系統的需求仍然是目前企業虛擬化應用中最主要的形式。Hyper-V被微軟稱爲服務器虛擬化平臺，很顯然它的主要目標就是實現服務器操做系統的虛擬化。Hyper-V服務器虛擬化的典型應用場景主要有如下幾個：

    首先，是服務器的整合。事實上企業中的不少服務器並不像咱們想像的那麼忙碌，通常狀況下不少服務器的運行負荷很低，也許CPU的佔用率一般都不到20%，其餘資源的利用率也很低，可是由於考慮到操做系統的版本、應用程序的衝突與兼容性以及易於管理等方面的因素，只能把它們安裝在一個個獨立的物理服務器上，不管從哪一個角度來說，都帶來了很大的浪費。Hyper-V使得咱們在同一臺物理硬件服務器上運行多個不一樣類型的操做系統，而這些操做系統在邏輯層面上是徹底隔離的，天然也不會帶來兼容性方面的問題。這樣就能夠將原來分別運行在幾臺、十幾臺甚至幾十臺物理服務器上的操做系統和應用整合在一臺物理服務器上，對於成本的節省是顯而易見的，而與此同時在管理方面也帶來了很大的效率提高。

    其次，是協助實現業務的持續性。所謂業務的持續性就是如何保證企業環境中的應用系統可以得到最大的可用性。以往這個方面對於IT管理是一個很大的挑戰，舉個比較常見的例子，對物理服務器的硬件進行升級和替換是很常見的操做，可是這些操做基本都是須要在關閉了服務器之後才能進行，這就會形成該服務器上的應用程序很長一段時間不可用，對於一些關鍵的應用系統來說，這種狀況是沒法接受的。若是使用Hyper-V將應用服務器進行虛擬化，這個問題就能獲得很好的解決，由於虛擬機中的操做系統並無與服務器底層的硬件相互綁定，因此可以很容易地將運行中的虛擬服務器快速遷移到另一臺物理服務器上繼續運行，而對原來的一臺服務器進行硬件的升級和替換。有些應用系統的高可用方案實施起來比較煩瑣，並且不一樣的應用系統使用徹底不一樣的高可用技術，這樣對於應用系統的高可用性管理也帶來了不少的不便。若是使用Hyper-V將應用服務器進行虛擬化，因爲Hyper-V自己能夠基於Windows Server 2008 R2的故障轉移羣集很容易地實現虛擬機的高可用性，所以運行於Hyper-V之上的虛擬機和應用系統也天然成爲了高可用的應用系統，這使得高可用應用系統的構建和管理變得很是簡單。另外，虛擬化也極大簡化了服務器的備份和災難恢復，而且提供了快速災難恢復的能力。

    再次，是構建測試和開發環境。對於軟件公司和IT解決方案的提供商而言，開發和測試環境顯然是必需的，可是隨着信息技術在企業中的不斷深刻，企業應用解決方案的開發和測試環境也成爲企業IT環境中必不可少的一部分。可是構建一個測試環境的成本投入、測試環境的提供和管理、從測試到生產環境的遷移等，都是比較棘手的問題。使用Hyper-V這樣的服務器虛擬化平臺之後，一方面能夠用較低的成原本構建測試開發環境，另外一方面在測試環境的管理、從測試環境到生產環境的轉換和遷移等方面都將變得易於實現。

    最後，是構建動態的數據中心。Hyper-V可以將虛擬服務器操做系統以及上面運行的應用程序與物理硬件相分離，這使得對應用系統的管理、控制、高可用、遷移和容災等方面都具備了很是大的靈活性，所以Hyper-V可以爲構建動態的企業數據中心提供核心的支撐平臺。

    微軟在Windows Server 2008 R2 Hyper-V以前也有一款服務器虛擬化的產品——Virtual Server 2005，可是須要知道的是Hyper-V雖然和Virtual Server2005在應用領域方面有相同的地方，可是它們並非同一款產品，Hyper-V也不是Virtual Server 2005的升級版本。Hyper-V和Virtual Server 2005擁有徹底不一樣的架構，雖然做爲使用者不須要了解太多Hyper-V原理和機制方面的知識，可是從圖2中至少能夠了解到很是重要的一點：Hyper-V中的「虛擬機（guest）」和所謂的「宿主機（host）」 都是運行在同一個層次的，虛擬機操做系統並非運行在另外一個操做系統的內部，也就是說Hyper-V中並無「真實操做系統」和「虛擬操做系統」之分，你能夠認爲它們都是虛擬的或者都是真實的，這是Hyper-V和Virtual Server結構上最大的不一樣點之一。
 

 
        圖2  Hyper-V原理結構

 

    這種結構帶來的一個最直接的好處就是Hyper-V中的虛擬機可以得到比之前Virtual Server等寄居型服務器虛擬化產品更好的性能和可伸縮性。與此同時因爲基於硬件的虛擬化支持，虛擬機之間能夠進行有效的隔離和數據保護，從而可以在這個虛擬化平臺之上提供更高的安全性。這一切都使得Hyper-V爲企業級的虛擬架構提供了更加穩固和可靠的平臺。