微软Hyper-V：云计算解析

Microsoft公司的虚拟化技术起步比较迟，直到2003年收购了Connectix后才正式踏入虚拟化领域。2007年9月，Microsoft正式推出一个采用类似VMware和Citrix开源Xen的基于Hypervisor的Hyper-V。Hyper-V提供了从桌面虚拟化、服务器虚拟化、应用虚拟化到表示层虚拟化的完备产品线。

Hyper-V采用了一种全新的架构，也就是Hypervisor架构。它实际是用VMM代替Host OS。Host OS从这个架构中彻底消失，将VMM这层直接做在硬件里面，所以Hyper-V要求CPU必须支持虚拟化。这种做法带来了虚拟机OS访问硬件性能的直线提升。VMM主要目的是提供很多孤立的执行环境，这些执行环境被称之为分区，每一个分区都被分配了自己独立的一套硬件资源。

Hyper-V架构如图5-7所示。

图5-7　Hyper-V的基本架构

下面对图中使用的首字母缩写词和术语进行简单介绍。

①子分区：承载客户机操作系统（Guest OS）的分区，子分区对物理内存和设备的所有访问都通过虚拟机总线（VMBus）或虚拟机监控程序提供。

②虚拟化调用（HyperCall）：用于与虚拟机监控程序进行通信的接口，可通过虚拟化调用接口访问虚拟机监控程序提供的优化功能。

③虚拟机监控程序（Hypervisor）：驻留在硬件和一个或多个操作系统之间的软件层，其主要工作是提供称为分区的隔离执行环境，控制和裁定对基础硬件的访问。

④根／父分区：管理计算机级别的功能，如设备驱动程序、电源管理和设备热添加／移除。根／父分区是唯一能够直接访问物理内存和设备的分区。(www.xing528.com)

⑤VMBus：虚拟机总线，基于通道的通信机制，在具有多个活动虚拟化分区的系统上，用于分区之间的通信和设备枚举，VMBus随Hyper-V集成服务一起安装。

⑥VSC：虚拟化服务客户端，驻留在子分区中的一种综合设备实例。VSC利用父分区中的虚拟化服务提供程序（VSP）提供的硬件资源，它们通过VMBus与父分区中的相应VSP通信以满足子分区的设备I／O请求。

⑦VSP：虚拟化服务提供程序，驻留在父分区中，通过虚拟机总线（VMBus）向子分区提供综合设备支持。

⑧WMI：虚拟机管理服务公开一组基于Windows Management Instrumentation（WMI）的API用于管理和控制虚拟机。

由此可见，Hyper-V采用基于VMbus的高速内存总线架构，来自虚拟机的硬件请求（显卡、鼠标、磁盘、网络），可以直接经过VSC，通过VMbus总线发送到父分区的VSP，VSP调用对应的设备驱动，直接访问硬件，中间不需要Hypervisor的帮助。

Hyper-V支持分区层面的隔离。分区是逻辑隔离单位，受虚拟机监控程序支持，并且操作系统在其中执行。Microsoft虚拟机监控程序必须至少有一个根／父分区，用于运行Windows Server。虚拟化堆栈在父分区中运行，并且可以直接访问硬件设备。随后，父分区会创建子分区用于承载客户机操作系统。父分区使用虚拟化调用应用程序编程接口（API）来创建子分区。

分区对物理处理器没有访问权限，也不能处理处理器中断。相反，它们具有处理器的虚拟视图，并运行于每个客户机分区专用的虚拟内存地址区域。虚拟机监控程序负责处理处理器中断，并将其重定向到相应的分区。Hyper-V还可以通过输入输出内存管理单元（IOMMU）利用硬件加速来加快各个客户机虚拟地址空间相互之间的地址转换。IOMMU独立于CPU使用的内存管理硬件运行，并用于将物理内存地址重新映射到子分区使用的地址。

子分区对其他硬件资源也没有直接访问权限，只具有这些资源的虚拟视图，就像虚拟设备（VDev）一样。对虚拟设备的请求通过VMBus或虚拟机监控程序重定向到父分区中的设备，由父分区处理这些请求。VMBus是用于分区之间通信的逻辑通道。父分区承载虚拟化服务提供程序（VSP），这些提供程序通过VMBus通信以处理来自子分区的设备访问请求。子分区承载虚拟化服务使用程序（VSC），这些使用程序通过VMBus将设备请求重定向到父分区中的VSP。整个过程对客户机操作系统来说是透明的。

虚拟设备还可以利用一项名为“具有启发功能的I／O”的Windows Server虚拟化功能进行存储、联网、处理图形和输入子系统。具有启发功能的I／O是高级通信协议（如SCSI）的支持虚拟化功能的专门实现，它直接利用VMBus，而避开任何设备枚举层。这可以提高通信效率，但需要有支持虚拟化监控程序和VMBus的具有启发功能的来宾系统。Hyper-V具有启发功能的I／O和支持虚拟化监控程序的内核可通过安装Hyper-V集成服务来提供。集成组件包含虚拟服务器客户端（VSC）驱动程序，还可用于其他客户端操作系统。Hyper-V需要一个包含硬件辅助虚拟化的处理器，如通过Intel VT或AMD虚拟化（AMD-V）技术提供的处理器。