Hyper-V服務(wù)器虛擬化概覽
毋庸置疑虛擬化是當今最熱的IT技術(shù)領(lǐng)域之一，這一點無論是從眾多IT技術(shù)廠商不斷推出的虛擬化產(chǎn)品在市場中一浪高過一浪的宣傳攻勢，還是從企業(yè)用戶開始大規(guī)模地使用虛擬化的解決方案都可以看出這一點。那么到底什么是虛擬化呢？
其實這個問題可以從兩個方面來理解，首先如果從狹義的角度來說，虛擬化通常就是指對某種虛擬機技術(shù)的應(yīng)用（例如：Hyper-V、VMware ESX等），通過這種技術(shù)我們可以將多個操作系統(tǒng)運行于同一臺物理計算機之上，從而能夠有效地節(jié)省在硬件投入方面的開銷，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理解什么是虛擬化，我們可以認為所謂的虛擬化就是指對計算資源進行有效隔離的技術(shù)手段。
所以它不僅限于虛擬機產(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)。這點可能不是非常好理解，但是可以通過一個簡要的例子來說明：一位用戶使用一個應(yīng)用程序來完成自己的工作，其實在這個我們非常熟悉的場景中包括很多個層次，首先用戶使用的這個應(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之上，用戶的數(shù)據(jù)是存放在計算機本地的特定磁盤中，計算機的網(wǎng)絡(luò)是連接到本地的特定物理交換機上……所有的這些層次都是緊緊關(guān)聯(lián)在一起的，你無法輕易地將其中的一個層次和其他層次分離，例如將這個應(yīng)用程序復(fù)制到另外一臺安裝了不同操作系統(tǒng)的計算機上它還可以完全和之前一樣的運行并訪問原來的數(shù)據(jù)。這種現(xiàn)象就如圖1所示的靜態(tài)計算模型，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行有效分離，就像圖1的右側(cè)，使得對某個層次的變動甚至是替換都不會影響到其他的層次，那么我們就可以將這種技術(shù)看作是一種虛擬化技術(shù)。最常見的虛擬化技術(shù)——虛擬機就是將操作系統(tǒng)和硬件之間的緊密綁定進行了分離，這使得我們能將一臺虛擬機從一臺物理機復(fù)制到另一臺物理機而不用做任何修改就可以像以前一樣運行。當然從這個角度來看，遠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，因為它實現(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，無論在什么地理位置只要能夠通過終端服務(wù)的客戶端，就可以像在那臺服務(wù)器本地一樣訪問上面運行的應(yīng)用程序。所以從廣義上來講，虛擬化并不是僅局限于虛擬機技術(shù)，它可以在很多個層面上實現(xiàn)，與此同時眾多的虛擬化廠商也在各個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前企業(yè)IT應(yīng)用的一個熱點，其主要原因正是虛擬化能夠?qū)①Y源進行有效隔離，從而可以更充分地利用有限的計算機資源，降低在成本和管理上的投入，同時對于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(yè)的IT系統(tǒng)能夠更加靈活，具備了“按需而變”的動態(tài)特性。
在Windows Server 2008 R2中有很多方面都提供了對虛擬化的支持，其中包括了展示虛擬化（通過終端服務(wù)角色實現(xiàn)）、網(wǎng)絡(luò)虛擬化（通過VPN組件實現(xiàn)）和服務(wù)器虛擬化（通過Hyper-V角色實現(xiàn)），而Hyper-V則是其中全新提供并具有廣泛應(yīng)用前景的一個組件，因為在同一個物理設(shè)備上運行多個操作系統(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被微軟稱為服務(wù)器虛擬化平臺，很顯然它的主要目標就是實現(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)用場景主要有以下幾個：
首先，是服務(wù)器的整合。事實上企業(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)器的運行負荷很低，也許CPU的占用率通常都不到20%，其他資源的利用率也很低，但是因為考慮到操作系統(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個獨立的物理服務(wù)器上，無論從哪個角度來講，都帶來了很大的浪費。Hyper-V使得我們在同一臺物理硬件服務(wù)器上運行多個不同類型的操作系統(tǒng)，而這些操作系統(tǒng)在邏輯層面上是完全隔離的，自然也不會帶來兼容性方面的問題。這樣就可以將原來分別運行在幾臺、十幾臺甚至幾十臺物理服務(wù)器上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用整合在一臺物理服務(wù)器上，對于成本的節(jié)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升。
其次，是協(xié)助實現(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。以往這個方面對于IT管理是一個很大的挑戰(zhàn)，舉個比較常見的例子，對物理服務(wù)器的硬件進行升級和替換是很常見的操作，但是這些操作基本都是需要在關(guān)閉了服務(wù)器以后才能進行，這就會造成該服務(wù)器上的應(yīng)用程序很長一段時間不可用，對于一些關(guān)鍵的應(yīng)用系統(tǒng)來講，這種情況是無法接受的。如果使用Hyper-V將應(yīng)用服務(wù)器進行虛擬化，這個問題就能得到很好的解決，因為虛擬機中的操作系統(tǒng)并沒有與服務(wù)器底層的硬件相互綁定，所以能夠很容易地將運行中的虛擬服務(wù)器快速遷移到另外一臺物理服務(wù)器上繼續(xù)運行，而對原來的一臺服務(wù)器進行硬件的升級和替換。有些應(yīng)用系統(tǒng)的高可用方案實施起來比較煩瑣，而且不同的應(yīng)用系統(tǒng)使用完全不同的高可用技術(shù)，這樣對于應(yīng)用系統(tǒng)的高可用性管理也帶來了很多的不便。如果使用Hyper-V將應(yīng)用服務(wù)器進行虛擬化，由于Hyper-V本身可以基于Windows Server 2008 R2的故障轉(zhuǎn)移群集很容易地實現(xiàn)虛擬機的高可用性，因此運行于Hyper-V之上的虛擬機和應(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單。另外，虛擬化也極大簡化了服務(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)建測試和開發(fā)環(huán)境。對于軟件公司和IT解決方案的提供商而言，開發(fā)和測試環(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)用解決方案的開發(fā)和測試環(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)建一個測試環(huán)境的成本投入、測試環(huán)境的提供和管理、從測試到生產(chǎn)環(huán)境的遷移等，都是比較棘手的問題。使用Hyper-V這樣的服務(wù)器虛擬化平臺以后，一方面可以用較低的成本來構(gòu)建測試開發(fā)環(huán)境，另一方面在測試環(huán)境的管理、從測試環(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現(xiàn)。
最后，是構(gòu)建動態(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)以及上面運行的應(yīng)用程序與物理硬件相分離，這使得對應(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能夠為構(gòu)建動態(tài)的企業(yè)數(shù)據(jù)中心提供核心的支撐平臺。
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原理和機制方面的知識，但是從圖2中至少可以了解到非常重要的一點：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，虛擬機操作系統(tǒng)并不是運行在另一個操作系統(tǒng)的內(nèi)部，也就是說Hyper-V中并沒有“真實操作系統(tǒng)”和“虛擬操作系統(tǒng)”之分，你可以認為它們都是虛擬的或者都是真實的，這是Hyper-V和Virtual Server結(jié)構(gòu)上最大的不同點之一。
這種結(jié)構(gòu)帶來的一個最直接的好處就是Hyper-V中的虛擬機能夠獲得比以前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。與此同時由于基于硬件的虛擬化支持，虛擬機之間可以進行有效的隔離和數(shù)據(jù)保護，從而能夠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為企業(yè)級的虛擬架構(gòu)提供了更加穩(wěn)固和可靠的平臺。
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