毫無疑問，在業(yè)界，微軟是當(dāng)之無愧的軟件霸主。它不僅在操作系統(tǒng)領(lǐng)域占有巨大的市場份額，而且在數(shù)據(jù)庫、移動計算、搜索引擎等各個方面都具有強大的影響力。沒有一個領(lǐng)域可以被忽略。由于低估了微軟在產(chǎn)品創(chuàng)新和銷售執(zhí)行方面的能力，很多企業(yè)在與微軟的競爭中屢屢受挫。

微軟在虛擬化領(lǐng)域已經(jīng)很長時間了（微軟在2003年收購了推出PC軟件的公司，隨后推出了服務(wù)器虛擬化軟件），而在Hpyer-V推出之前，微軟在虛擬化領(lǐng)域尤為突出。可以說服務(wù)器虛擬化領(lǐng)域有點不自信。與競爭對手頻繁的新品發(fā)布相比，PC和Xen的發(fā)布和推廣都非常低調(diào)。畢竟/Xen等產(chǎn)品已經(jīng)憑借著出色的性能占據(jù)了大半個世界。現(xiàn)在，隨著Hyper-V的正式推出，企業(yè)級虛擬化領(lǐng)域很可能會掀起一場風(fēng)暴，市場格局或?qū)⒀杆侔l(fā)生變化。

為什么微軟的Hyper-V會有這樣的能力呢？

注意：什么是虛擬化？

Hyper-V是一個（系統(tǒng)管理程序），開發(fā)代號為 ，其主要功能是管理、調(diào)度虛擬機的創(chuàng)建和運行，提供硬件資源的虛擬化。Hyper-V是微軟在2008年推出的最新服務(wù)器虛擬化解決方案，2008年發(fā)布時集成了Hyper-V的Beta版。微軟承諾在180天內(nèi)提供正式版Hyper-V。2008是4月份發(fā)布的，180天還不到6個月，所以微軟會在9-10月份發(fā)布Hyper-V正式版，目前已經(jīng)到了RTM階段，可以正常使用了。

與微軟自家的PC等產(chǎn)品相比，Hyper-V與競爭對手/ESX明顯不同：Hyper-V絕對是架構(gòu)上的突破！

第650章

Hyper-V 虛擬化詳細架構(gòu)

微軟發(fā)布的架構(gòu)圖資料很多，但是主要內(nèi)容很相似，就像上圖一樣。

第650章

Hyper-V 之前的架構(gòu)，2005 R2

Hyper-V的本質(zhì)是一個VMM（虛擬化管理程序）。與微軟之前的系列產(chǎn)品處于不同的層次。它更接近硬件。這更像是 ESX 系列。事實上，Hyper-V 屬于微軟。第一個裸機虛擬化產(chǎn)品（Bare-Metal）。但是，在某些基礎(chǔ)架構(gòu)中，Hyper-V 和 ESX 有很大不同，因此 Hyper-V 非常特殊，請參閱下一頁的細分。

Hyper-V作為虛擬化產(chǎn)品，有一個非常特殊的要求：處理器必須支持AMD-V或Intel VT技術(shù)，即處理器必須具備硬件輔助虛擬化技術(shù)。

對于一個虛擬化產(chǎn)品來說，要求一個硬件特性（要求支持指令集不算）是比較奇特的，而微軟以前不需要這個特性。對于某些產(chǎn)品，這只是一項可選功能，不像 Hyper-V 那樣是一項硬性要求。不支持 VT/AMD-V 的處理器無法運行 Hyper-V。

第650章

VT-x處理器輔助虛擬化技術(shù)是Hyper-V的硬性要求

VT的具體作用可以查看x86虛擬化問題解決：Intel VT或者《From VT-x to VT-d Intel 》。VT，即AMD-V，是一種硬件輔助的虛擬化技術(shù)，用來解決Ring的問題。傳統(tǒng)處理器下的虛擬機采用指令轉(zhuǎn)換的方式執(zhí)行Ring 3中的Ring 0特權(quán)指令，嚴重影響性能。VT 解決了這個問題。對VT的依賴和支持是Hyper-V架構(gòu)的基礎(chǔ)，也是Hyper-V最大的特點。

也因為Hyper-V需要處理器支持硬件虛擬化輔助，部分處理器無法應(yīng)用Hyper-V，只能應(yīng)用較新的非Value處理器。比如訪問只有75%的幾率會遇到部署在Hyper-V上的虛擬化服務(wù)器，剩下的25%是非Hyper-V的虛擬化服務(wù)器。要在這些服務(wù)器上應(yīng)用虛擬化，用戶只能選擇2005 R2，或者其他公司的產(chǎn)品。

Hyper-V和ESX比較相似，都是Bare-Metal類型，但是它們的內(nèi)核架構(gòu)也有明顯的不同。微軟在談到競爭對手ESX時，總是提到Hyper-V是微內(nèi)核架構(gòu)，而ESX是單核架構(gòu)，Hyper-V更好。

兩者有什么區(qū)別？誰更好？

第650章

單內(nèi)核（分層內(nèi)核）與微內(nèi)核

單內(nèi)核和微內(nèi)核實際上是操作系統(tǒng)內(nèi)核術(shù)語。操作系統(tǒng)的內(nèi)核——實現(xiàn)核心功能的部分——可能是微內(nèi)核（Micro），也可能是單個內(nèi)核（有時也稱為宏內(nèi)核Macro）。在類似包的方式中，這些術(shù)語定義如下：

(Micro) 在一個微內(nèi)核中，最常用的功能是在一個運行在內(nèi)核模式下的進程上精心挑選和設(shè)計的（或者，根據(jù)上一頁，在 x86 上的 Ring 0 權(quán)限下），而其他大的一些不太重要的核心功能在用戶態(tài)（類似的，在Ring 3權(quán)限下）作為單獨的進程運行，它們通過消息傳遞進行通信（例如進程間通信使用的IPC機制，IPC為Inter）。基本思想是使其盡可能小。通常微內(nèi)核只包含進程調(diào)度、內(nèi)存管理和進程間通信等基本功能。

這種設(shè)計有很多好處，例如增加靈活性、易于維護、易于移植。微內(nèi)核的模塊化設(shè)計使得其他核心功能模塊只依賴于微內(nèi)核模塊或其他模塊，不直接依賴于硬件。添加新功能只需要編寫額外的用戶模式微內(nèi)核服務(wù)器。但是，只有移植微內(nèi)核本身才能完成整個內(nèi)核向新平臺的移植。

由于采用模塊化設(shè)計，可以動態(tài)加載或卸載未包含在微內(nèi)核中的驅(qū)動程序。同時，微內(nèi)核不依賴于固定的文件系統(tǒng)，用戶可以隨意選擇支持文件系統(tǒng)。用戶甚至可以在系統(tǒng)運行時將開發(fā)的新系統(tǒng)模塊或需要替換現(xiàn)有模塊的模塊直接快速地添加到系統(tǒng)中。不需要的模塊不會被加載到內(nèi)存中，因此微內(nèi)核可以更有效地使用內(nèi)存。微內(nèi)核還具有更好的實時性和安全性等優(yōu)點，更適合構(gòu)建分布式操作系統(tǒng)和面向?qū)ο蟛僮飨到y(tǒng)。

微內(nèi)核操作系統(tǒng)的典型示例是 Mach（一種被許多操作系統(tǒng)采用的非本地分布式操作系統(tǒng)內(nèi)核，例如在 Mac OS X 上）、IBM AIX、BeOS 和 NT（包括 2003 和 2008），以及著名的Minix（主要用于教學(xué)的Unix系統(tǒng)）和（真正原生的分布式操作系統(tǒng)）。

單核 ( ) - 單核是一個非常大的進程。它在內(nèi)部可以分成幾個模塊（或?qū)樱蚱渌谶\行時，它是一個單一的大二進制圖像。因為在同一個進程中，所以其模塊之間的通信是通過直接調(diào)用其他模塊中的函數(shù)來實現(xiàn)的，而不是像微內(nèi)核那樣在多個進程之間傳遞消息。所以在運行效率上，單核會有一定的優(yōu)勢。

單核操作系統(tǒng)的典型例子是大多數(shù)Linux，幾乎所有的Unix包括BSD、MS-DOS、9x。比如Sun的內(nèi)核運行上百個線程來實現(xiàn)各種功能，編譯過Linux內(nèi)核的都知道Linux內(nèi)核有幾十MB。

單核好還是微內(nèi)核好，顯然是一個很有爭議的問題。不得不說，很有意思的是，這種爭論常常讓人想起上個時代CPU領(lǐng)域里RISC和CISC的斗爭。現(xiàn)代成功的CPU設(shè)計都包含這兩種技術(shù)中的任何一種，就像Linux（單內(nèi)核）和NT（微內(nèi)核）現(xiàn)在實際上是微內(nèi)核和單核的混合產(chǎn)物，只是或多或少的問題而已。歷史上有過這樣的爭論。Linux（單內(nèi)核）的作者Linus和Minix/（都是微內(nèi)核）的作者S.教授在討論組里爭論不休，吸引了大批愛好者。最后，Linus 也同意微內(nèi)核架構(gòu)更先進的說法。

回到Hyper-V，Hyper-V采用微內(nèi)核架構(gòu)，在體積上有優(yōu)勢，體積只有300k左右（好像新版更小），而ESX的Linux內(nèi)核很大。對于VMM虛擬化管理程序來說，需要的功能不多，很適合采用微內(nèi)核架構(gòu)，運行效率可以很高。但從理論上講，配置合理的單內(nèi)核實際上與微內(nèi)核非常相似。哪一個性能更好？這要等到測試之后才能知道，但在此之前，我們可以看看微內(nèi)核的好處之一：設(shè)備驅(qū)動的改變。

注：分布式操作系統(tǒng)（ ）

分布式操作系統(tǒng)DOS（不是Disk）有多種定義，是管理分布式系統(tǒng)資源的操作系統(tǒng)。這樣的說法比較抽象，我們可以將分布式操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（比如我們使用的）進行比較，簡單描述一下分布式操作系統(tǒng)的特點：

(一)分銷。分布式操作系統(tǒng)的處理和控制功能是分布式的；網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的控制功能集中在一臺或幾臺主機或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，即集中控制方式。

(2)并行性。分布式操作系統(tǒng)具有任務(wù)分配功能，可以將多個任務(wù)分配給多個處理單元，使這些任務(wù)并行執(zhí)行，從而加快任務(wù)執(zhí)行速度；而網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)通常沒有任務(wù)分配功能，網(wǎng)絡(luò)中每個用戶的一項或多項任務(wù)通常都在本地計算機上處??理。

(3) 透明度。分布式操作系統(tǒng)通常會很好地隱藏系統(tǒng)內(nèi)部的實現(xiàn)細節(jié)。包括對象的物理位置、并發(fā)控制、系統(tǒng)故障對用戶都是透明的。例如，當(dāng)用戶要訪問一個文件時，只需要提供文件名，而不知道（要訪問的對象）在哪個站點，就可以訪問，即具有訪問權(quán)限的透明性。物理位置。此外，分布式操作系統(tǒng)在運行程序時，無需特殊設(shè)計或用戶特殊設(shè)置，可以自動將程序分到多個處理器中并行運行。

(4) 共享。分布式操作系統(tǒng)支持系統(tǒng)內(nèi)所有用戶共享和透明訪問分布在各個站點的軟硬件資源。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)提供的資源共享功能僅限于主機或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中的資源，而其他機器上的資源通常為使用本機的用戶所獨享。

(5)魯棒性。由于處理器和控制功能的分布，分布式操作系統(tǒng)具有更好的可用性和可靠性，即健壯性。只有當(dāng)所有處理節(jié)點都損壞時，分布式操作系統(tǒng)才能被視為崩潰。

典型的分布式系統(tǒng)包括SETI@Hom、集群、云計算等項目，也屬于分布式操作系統(tǒng)的范疇。典型的分布式操作系統(tǒng)包括，Mach，DCE等。

無論使用什么內(nèi)核，驅(qū)動程序和文件系統(tǒng)總是必不可少的。虛擬機需要驅(qū)動程序才能使用服務(wù)器的硬件，并且虛擬機的文件需要存儲在適當(dāng)?shù)奈募到y(tǒng)上。在單核ESX上，驅(qū)動包含在單核中，虛擬機鏡像文件存放在VMFS（類似EXT的文件系統(tǒng)），那么Hyper-V的微內(nèi)核架構(gòu)呢？

這里會講到Hyper-V的VSP/VSC架構(gòu)，VSP是（虛擬化服務(wù)提供者），VSC是（虛擬化服務(wù)消費者），在“主機操作系統(tǒng)”中會放置一個VMBus組件，VSP連接到虛擬機操作系統(tǒng)的VSC。其實“主機操作系統(tǒng)”也是一個虛擬機——也就是你原來用Hyper-V安裝的2008，微軟稱它為操作系統(tǒng)，每個虛擬機都叫Child服務(wù)器運維，虛擬機操作系統(tǒng)是稱為子。稱為子操作系統(tǒng)。

第650章

VSP和VPC，注意VSP不是縮寫。VSP的一種

上圖很好的解釋了Hyper-V是如何使用VSP/VSC架構(gòu)來解決驅(qū)動/文件系統(tǒng)的。Hyper-V通過添加VSP和VSC以及它們相互通信的VMBus總線服務(wù)器運維，將虛擬機的操作映射到相應(yīng)的驅(qū)動程序中。在程序/文件系統(tǒng)中，簡化如下：

第650章

Hyper-V的VSPs/VSCs，VMBus架構(gòu)

這種方法有很多優(yōu)點。例如，最明顯的是，Hyper-V 可以兼容大量驅(qū)動程序，而無需為虛擬機開發(fā)專用驅(qū)動程序（ESX 就是這樣做的）。我們知道，對于服務(wù)器來說，一個非常重要的組成部分就是I/O，而IO設(shè)備離不開驅(qū)動是無法工作的。現(xiàn)在，只要設(shè)備能在2008下工作，Hyper-V虛擬機就可以使用這些設(shè)備資源，而且驅(qū)動本身就比其他操作系統(tǒng)（比如Linux）豐富，所以Hyper-V有了硬件支持。具有無可比擬的優(yōu)勢。ESX甚至不能直接套用Linux驅(qū)動，需要額外操作才能使用。因此，ESX 容易出現(xiàn)設(shè)備兼容性問題。當(dāng)然，用戶可以使用一套完整的經(jīng)過認證的硬件來避免這個問題。

有優(yōu)點也有缺點。VSP/VSC架構(gòu)需要支持Hyper-V技術(shù)的客戶端支持，這極大地限制了虛擬機操作系統(tǒng)的選擇。不支持 Hyper-V 的客戶端操作系統(tǒng)只能使用設(shè)備模擬。性能與之前的 2005 R2 沒有太大區(qū)別。要享受 Hyper-V 的性能提升，您需要使用 2008 虛擬機，或包含 Xen 的 Linux/Unix。Hyper-V 來賓操作系統(tǒng)的選擇僅表示幾種類型的 Linux。雖然筆者猜測或多或少有商業(yè)策略的因素，但從技術(shù)角度來看，確實存在一些限制。

Hyper-V 設(shè)備驅(qū)動的這一優(yōu)勢與微內(nèi)核驅(qū)動架構(gòu)的優(yōu)勢完全相同。它是模塊化的，架構(gòu)靈活，可以在不改變新硬件的情況下提供對新硬件的支持。敏感的用戶可能會意識到進程間通信帶來的開銷——確實存在這樣的問題。曾經(jīng)問過微軟的工程師，他們說性能會稍微打折扣。從作者的角度來看，通過內(nèi)存地址轉(zhuǎn)換，開銷可能會降低到很低的水平。

順便說一句，Hyper-V下設(shè)備虛擬硬件輔助VT-d技術(shù)的實現(xiàn)非常容易，只需要開發(fā)2008下的驅(qū)動，不需要修改Hyper-V。

Hyper-V 還有一個關(guān)于性能的重要特性：多處理器虛擬機，Hyper-V 支持 2008 個 4 個 CPU 的虛擬機，以及 2003 個 2 個 CPU 的虛擬機。多處理器虛擬機不是 Hyper-V 的功能。ESX已經(jīng)實現(xiàn)了4CPU虛擬機，在各種操作系統(tǒng)下（也可以提供2CPU虛擬機）。

如果服務(wù)器工作負載需要高性能，我們可以考慮使用多處理器虛擬機。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器會消耗大量處理器資源，在這種情況下，多處理器虛擬機是必要的，正如我們已經(jīng)測試過的那樣。當(dāng)然，只有在工作負載確實需要時才應(yīng)使用多處理器虛擬機，因為管理更多的處理器會帶來一些額外的開銷。就像早期的NT有單處理器和多處理器兩個核心（單處理器版本去掉了一些只有在多處理器才有的同步等模塊，并做了相關(guān)優(yōu)化）。

第650章

流程狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換示意圖，流程在其中“輪換”

眾所周知，為了保護共享數(shù)據(jù)，需要一些同步機制，如鎖、信號量等。通常，多處理器操作系統(tǒng)內(nèi)核和驅(qū)動程序會使用自旋鎖（Spin Lock，類似于互斥鎖，但具有更短的保持時間。更詳細的信息請參考第四版機制，P152)。在自旋鎖之前，線程不會阻塞，而是一直處于自旋狀態(tài)，前提是自旋鎖只會持有很短的時間。但是，在虛擬化條件下，這個前提就會被打破，因為虛擬處理器是按照時間片進行調(diào)度的。如果虛擬處理器在持有自旋鎖的同時進行競爭，其他虛擬處理器將自旋很長時間，造成 CPU 周期的浪費，降低虛擬機的性能。顯然，這種情況經(jīng)常發(fā)生在重負載條件下的多處理器虛擬機中。

在2008內(nèi)核和Hyper-V中加入創(chuàng)新設(shè)計，盡可能避免自旋鎖長時間等待的情況。如果存在長時間等待的情況，將被有效地檢測和處理。這種方法稱為自旋鎖啟發(fā)式。未實現(xiàn)自旋鎖試探法的虛擬機操作系統(tǒng)將停止并在緊密循環(huán)中自旋，等待其他虛擬處理器釋放自旋鎖。通常這種循環(huán)可能會阻塞其中一個硬件 CPU。，從而降低虛擬化性能。在自旋鎖啟發(fā)式操作系統(tǒng)中，當(dāng)自旋即將發(fā)生時，自旋鎖代碼通過API通知Hyper-V管理程序，以便管理程序立即調(diào)度另一個虛擬處理器執(zhí)行，減少不必要的CPU使用。.

在日前的媒體測試會上，微軟中國工程師展示了Hyper-V虛擬機的效率，表明4 CPU 2008虛擬機的可擴展性可以與物理4 CPU系統(tǒng)相媲美。當(dāng)然，具體的改進還需要通過測試來評估。

注意： 其實不完全是Hyper-V的內(nèi)容，更多的是2008的核心內(nèi)容。Vista也實現(xiàn)了這個 。

不知不覺說了很多內(nèi)容似乎有點深，但是Hyper-V的特點可以概括為：VT/AMD-V實現(xiàn)、微內(nèi)核設(shè)計、VSP/VSC虛擬設(shè)備驅(qū)動架構(gòu)、虛擬處理器自旋鎖靈感架構(gòu)，這些功能結(jié)合起來形成了獨特的 Hyper-V。此外，28 美元的價格（或免費：包含在 2008 年的購買中）也值得一提。

第650章

微軟服務(wù)器虛擬化戰(zhàn)略里程碑：Hyper-V

更好的性能、更廣泛的兼容性、更強的安全性、更便宜——這就是 Hyper-V，自 2003 年收購以來一直沉寂的微軟并沒有睡著。從最早的，到早期的PC、、、，再到今天Hyper-V的推出，這些看似不經(jīng)意的舉動，如今似乎為其全面虛擬化戰(zhàn)略的實施埋下了伏筆。經(jīng)過這樣一系列的鋪墊，微軟從數(shù)據(jù)中心到桌面虛擬化的全方位端到端虛擬化戰(zhàn)略已經(jīng)正式部署，我們已經(jīng)可以看到一場風(fēng)暴正在虛擬化市場襲來。