Hyper-V服務(wù)器虛擬化概覽
毋庸置疑虛擬化是當(dāng)今最熱的IT技術(shù)領(lǐng)域之一，這一點(diǎn)無(wú)論是從眾多IT技術(shù)廠商不斷推出的虛擬化產(chǎn)品在市場(chǎng)中一浪高過(guò)一浪的宣傳攻勢(shì)，還是從企業(yè)用戶開(kāi)始大規(guī)模地使用虛擬化的解決方案都可以看出這一點(diǎn)。那么到底什么是虛擬化呢？
其實(shí)這個(gè)問(wèn)題可以從兩個(gè)方面來(lái)理解，首先如果從狹義的角度來(lái)說(shuō)，虛擬化通常就是指對(duì)某種虛擬機(jī)技術(shù)的應(yīng)用（例如：Hyper-V、VMware ESX等），通過(guò)這種技術(shù)我們可以將多個(gè)操作系統(tǒng)運(yùn)行于同一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)之上，從而能夠有效地節(jié)省在硬件投入方面的開(kāi)銷(xiāo)，整合應(yīng)用并且降低管理方面的成本。但如果是從廣義的角度來(lái)理解什么是虛擬化，我們可以認(rèn)為所謂的虛擬化就是指對(duì)計(jì)算資源進(jìn)行有效隔離的技術(shù)手段。
所以它不僅限于虛擬機(jī)產(chǎn)品，所有能夠?qū)崿F(xiàn)這一特性的技術(shù)都可以劃歸在虛擬化的范疇之內(nèi)。這點(diǎn)可能不是非常好理解，但是可以通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)要的例子來(lái)說(shuō)明：一位用戶使用一個(gè)應(yīng)用程序來(lái)完成自己的工作，其實(shí)在這個(gè)我們非常熟悉的場(chǎng)景中包括很多個(gè)層次，首先用戶使用的這個(gè)應(yīng)用程序是安裝在特定的操作系統(tǒng)之上，操作系統(tǒng)是安裝在特定的硬件平臺(tái)之上，用戶的數(shù)據(jù)是存放在計(jì)算機(jī)本地的特定磁盤(pán)中，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)是連接到本地的特定物理交換機(jī)上……所有的這些層次都是緊緊關(guān)聯(lián)在一起的，你無(wú)法輕易地將其中的一個(gè)層次和其他層次分離，例如將這個(gè)應(yīng)用程序復(fù)制到另外一臺(tái)安裝了不同操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)上它還可以完全和之前一樣的運(yùn)行并訪問(wèn)原來(lái)的數(shù)據(jù)。這種現(xiàn)象就如圖1所示的靜態(tài)計(jì)算模型，所有的層次都緊密關(guān)聯(lián)在一起。
如果我們能夠?qū)⑦@些資源層次之間的緊密連接進(jìn)行有效分離，就像圖1的右側(cè)，使得對(duì)某個(gè)層次的變動(dòng)甚至是替換都不會(huì)影響到其他的層次，那么我們就可以將這種技術(shù)看作是一種虛擬化技術(shù)。最常見(jiàn)的虛擬化技術(shù)——虛擬機(jī)就是將操作系統(tǒng)和硬件之間的緊密綁定進(jìn)行了分離，這使得我們能將一臺(tái)虛擬機(jī)從一臺(tái)物理機(jī)復(fù)制到另一臺(tái)物理機(jī)而不用做任何修改就可以像以前一樣運(yùn)行。當(dāng)然從這個(gè)角度來(lái)看，遠(yuǎn)程桌面或者終端服務(wù)也是一種虛擬化技術(shù)——展現(xiàn)虛擬化，因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序的展現(xiàn)與應(yīng)用程序、操作系統(tǒng)以及硬件設(shè)備之間的分離，無(wú)論在什么地理位置只要能夠通過(guò)終端服務(wù)的客戶端，就可以像在那臺(tái)服務(wù)器本地一樣訪問(wèn)上面運(yùn)行的應(yīng)用程序。所以從廣義上來(lái)講，虛擬化并不是僅局限于虛擬機(jī)技術(shù)，它可以在很多個(gè)層面上實(shí)現(xiàn)，與此同時(shí)眾多的虛擬化廠商也在各個(gè)層面上都推出了相應(yīng)的虛擬化技術(shù)與產(chǎn)品，例如微軟公司的虛擬化戰(zhàn)略中就包括了從服務(wù)器虛擬化、展示虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化、應(yīng)用程序虛擬化等眾多的產(chǎn)品與技術(shù)。
虛擬化之所以成為當(dāng)前企業(yè)IT應(yīng)用的一個(gè)熱點(diǎn)，其主要原因正是虛擬化能夠?qū)①Y源進(jìn)行有效隔離，從而可以更充分地利用有限的計(jì)算機(jī)資源，降低在成本和管理上的投入，同時(shí)對(duì)于計(jì)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(yè)的IT系統(tǒng)能夠更加靈活，具備了“按需而變”的動(dòng)態(tài)特性。
在Windows Server 2008 R2中有很多方面都提供了對(duì)虛擬化的支持，其中包括了展示虛擬化（通過(guò)終端服務(wù)角色實(shí)現(xiàn)）、網(wǎng)絡(luò)虛擬化（通過(guò)VPN組件實(shí)現(xiàn)）和服務(wù)器虛擬化（通過(guò)Hyper-V角色實(shí)現(xiàn)），而Hyper-V則是其中全新提供并具有廣泛應(yīng)用前景的一個(gè)組件，因?yàn)樵谕粋€(gè)物理設(shè)備上運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)的需求仍然是目前企業(yè)虛擬化應(yīng)用中最主要的形式。Hyper-V被微軟稱(chēng)為服務(wù)器虛擬化平臺(tái)，很顯然它的主要目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)服務(wù)器操作系統(tǒng)的虛擬化。Hyper-V服務(wù)器虛擬化的典型應(yīng)用場(chǎng)景主要有以下幾個(gè)：
首先，是服務(wù)器的整合。事實(shí)上企業(yè)中的很多服務(wù)器并不像我們想像的那么忙碌，一般情況下很多服務(wù)器的運(yùn)行負(fù)荷很低，也許CPU的占用率通常都不到20%，其他資源的利用率也很低，但是因?yàn)榭紤]到操作系統(tǒng)的版本、應(yīng)用程序的沖突與兼容性以及易于管理等方面的因素，只能把它們安裝在一個(gè)個(gè)獨(dú)立的物理服務(wù)器上，無(wú)論從哪個(gè)角度來(lái)講，都帶來(lái)了很大的浪費(fèi)。Hyper-V使得我們?cè)谕慌_(tái)物理硬件服務(wù)器上運(yùn)行多個(gè)不同類(lèi)型的操作系統(tǒng)，而這些操作系統(tǒng)在邏輯層面上是完全隔離的，自然也不會(huì)帶來(lái)兼容性方面的問(wèn)題。這樣就可以將原來(lái)分別運(yùn)行在幾臺(tái)、十幾臺(tái)甚至幾十臺(tái)物理服務(wù)器上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用整合在一臺(tái)物理服務(wù)器上，對(duì)于成本的節(jié)省是顯而易見(jiàn)的，而與此同時(shí)在管理方面也帶來(lái)了很大的效率提升。
其次，是協(xié)助實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的持續(xù)性。所謂業(yè)務(wù)的持續(xù)性就是如何保證企業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用系統(tǒng)能夠獲得最大的可用性。以往這個(gè)方面對(duì)于IT管理是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，舉個(gè)比較常見(jiàn)的例子，對(duì)物理服務(wù)器的硬件進(jìn)行升級(jí)和替換是很常見(jiàn)的操作，但是這些操作基本都是需要在關(guān)閉了服務(wù)器以后才能進(jìn)行，這就會(huì)造成該服務(wù)器上的應(yīng)用程序很長(zhǎng)一段時(shí)間不可用，對(duì)于一些關(guān)鍵的應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)講，這種情況是無(wú)法接受的。如果使用Hyper-V將應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行虛擬化，這個(gè)問(wèn)題就能得到很好的解決，因?yàn)樘摂M機(jī)中的操作系統(tǒng)并沒(méi)有與服務(wù)器底層的硬件相互綁定，所以能夠很容易地將運(yùn)行中的虛擬服務(wù)器快速遷移到另外一臺(tái)物理服務(wù)器上繼續(xù)運(yùn)行，而對(duì)原來(lái)的一臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行硬件的升級(jí)和替換。有些應(yīng)用系統(tǒng)的高可用方案實(shí)施起來(lái)比較煩瑣，而且不同的應(yīng)用系統(tǒng)使用完全不同的高可用技術(shù)，這樣對(duì)于應(yīng)用系統(tǒng)的高可用性管理也帶來(lái)了很多的不便。如果使用Hyper-V將應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行虛擬化，由于Hyper-V本身可以基于Windows Server 2008 R2的故障轉(zhuǎn)移群集很容易地實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)的高可用性，因此運(yùn)行于Hyper-V之上的虛擬機(jī)和應(yīng)用系統(tǒng)也自然成為了高可用的應(yīng)用系統(tǒng)，這使得高可用應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建和管理變得非常簡(jiǎn)單。另外，虛擬化也極大簡(jiǎn)化了服務(wù)器的備份和災(zāi)難恢復(fù)，并且提供了快速災(zāi)難恢復(fù)的能力。
再次，是構(gòu)建測(cè)試和開(kāi)發(fā)環(huán)境。對(duì)于軟件公司和IT解決方案的提供商而言，開(kāi)發(fā)和測(cè)試環(huán)境顯然是必需的，但是隨著信息技術(shù)在企業(yè)中的不斷深入，企業(yè)應(yīng)用解決方案的開(kāi)發(fā)和測(cè)試環(huán)境也成為企業(yè)IT環(huán)境中必不可少的一部分。但是構(gòu)建一個(gè)測(cè)試環(huán)境的成本投入、測(cè)試環(huán)境的提供和管理、從測(cè)試到生產(chǎn)環(huán)境的遷移等，都是比較棘手的問(wèn)題。使用Hyper-V這樣的服務(wù)器虛擬化平臺(tái)以后，一方面可以用較低的成本來(lái)構(gòu)建測(cè)試開(kāi)發(fā)環(huán)境，另一方面在測(cè)試環(huán)境的管理、從測(cè)試環(huán)境到生產(chǎn)環(huán)境的轉(zhuǎn)換和遷移等方面都將變得易于實(shí)現(xiàn)。
最后，是構(gòu)建動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)中心。Hyper-V能夠?qū)⑻摂M服務(wù)器操作系統(tǒng)以及上面運(yùn)行的應(yīng)用程序與物理硬件相分離，這使得對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的管理、控制、高可用、遷移和容災(zāi)等方面都具有了非常大的靈活性，因此Hyper-V能夠?yàn)闃?gòu)建動(dòng)態(tài)的企業(yè)數(shù)據(jù)中心提供核心的支撐平臺(tái)。
微軟在Windows Server 2008 R2 Hyper-V之前也有一款服務(wù)器虛擬化的產(chǎn)品——Virtual Server 2005，但是需要知道的是Hyper-V雖然和Virtual Server2005在應(yīng)用領(lǐng)域方面有相同的地方，但是它們并不是同一款產(chǎn)品，Hyper-V也不是Virtual Server 2005的升級(jí)版本。Hyper-V和Virtual Server 2005擁有完全不同的架構(gòu)，雖然作為使用者不需要了解太多Hyper-V原理和機(jī)制方面的知識(shí)，但是從圖2中至少可以了解到非常重要的一點(diǎn)：Hyper-V中的“虛擬機(jī)（guest）”和所謂的“宿主機(jī)（host）” 都是運(yùn)行在同一個(gè)層次的，虛擬機(jī)操作系統(tǒng)并不是運(yùn)行在另一個(gè)操作系統(tǒng)的內(nèi)部，也就是說(shuō)Hyper-V中并沒(méi)有“真實(shí)操作系統(tǒng)”和“虛擬操作系統(tǒng)”之分，你可以認(rèn)為它們都是虛擬的或者都是真實(shí)的，這是Hyper-V和Virtual Server結(jié)構(gòu)上最大的不同點(diǎn)之一。
這種結(jié)構(gòu)帶來(lái)的一個(gè)最直接的好處就是Hyper-V中的虛擬機(jī)能夠獲得比以前Virtual Server等寄居型服務(wù)器虛擬化產(chǎn)品更好的性能和可伸縮性。與此同時(shí)由于基于硬件的虛擬化支持，虛擬機(jī)之間可以進(jìn)行有效的隔離和數(shù)據(jù)保護(hù)，從而能夠在這個(gè)虛擬化平臺(tái)之上提供更高的安全性。這一切都使得Hyper-V為企業(yè)級(jí)的虛擬架構(gòu)提供了更加穩(wěn)固和可靠的平臺(tái)。
【編輯推薦】
