Windows Server HyperV Component Architecture.docx
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WindowsServerHyperVComponentArchitecture
Hyper-V
1.WindowsServer2012Hyper-V组件架构
安全多租户
灵活基础架构
扩展性、性能与密度
高可用性
在WindowsServer2012中，Hyper-V新增的安全与多租户隔离功能可确保虚拟机的相互隔离—同一台物理服务器上的虚拟机也可相互隔离。
借助可扩展交换机还可对隔离进行扩展，这样微软合作伙伴即可开发插件，扩展网络与安全功能。
这些功能提供的解决方案能够满足虚拟化环境对安全性的复杂要求。
无论何时何地，灵活的基础架构都能帮助你轻松访问和管理虚拟化网络。
在Hyper-V中，您可以利用网络虚拟化功能在虚拟本地区域网络（VLAN）范围外进行扩展，并能将虚拟机放在任何节点，无论其IP地址是什么。
您可以用更灵活的方式迁移虚拟机和虚拟机存储——甚至可以迁移到群集环境之外，并可完整实现自动化的管理任务，这样即可降低您环境中的管理负担。
Hyper-V在来宾系统中最多可支持64颗处理器和1TB内存。
此外还提供了全新的虚拟磁盘格式，可支持更大容量，每个虚拟磁盘最高可达64TB，并且通过提供额外的弹性，使您可以对更大规模的负载进行虚拟化。
其他新功能包括通过资源计量统计并记录物理资源的消耗情况，对卸载数据传输提供支持，并通过强制实施最小带宽需求（包括网络存储需求），来改善的服务质量（QoS）
仅扩展和正常运行还远远不够，您还需要确保虚拟机随时需要随时可用。
Hyper-V提供了各种高可用性选项。
其中包括简单的增量备份支持，通过对群集环境进行改进使其支持最多4000台虚拟机，并行实时迁移，以及使用BitLocker驱动器加密技术进行加密。
您还可以使用Hyper-V复制，该技术可将虚拟机复制到指定的离场位置，并在主站点遇到故障后实现故障转移。
2.Hyper-V复制
a）虚拟机复制
Hyper-V复制是一种异步虚拟机复制技术，已包含在WindowsServer2012中。
在设计上，该技术主要用于商业连续性与灾难恢复场景。
这种技术可用于任何服务器、网络，或存储供应商的设备。
并不需要使用任何共享存储。
该技术使得您可以对单个或多个虚拟机进行复制。
Hyper-V复制已紧密集成于Hyper-V以及故障转移群集中。
您可以从主站点（主服务器）中一台运行Hyper-V的计算机中复制虚拟机，并将其复制到复制站点（复制服务器）上运行Hyper-V的其他计算机上。
复制服务器可接受来自一台或多台主服务器的传入复制通讯。
i.初始复制模式
在开始虚拟机复制前，需要将所有虚拟磁盘（VHD）的初始副本传输到复制服务器。
Hyper-V复制可支持三种不同的初始复制方法。
●使用网络复制：
您可以通过网络将所选VHD传输到复制服务器，可以立刻进行或在指定时间进行。
●在复制服务器上使用备份的副本：
您可以将生产用虚拟机的备份副本传输到复制服务器上。
●使用外部介质：
您可以将所选VHD复制到外部介质，并将外部介质交送到复制站点。
ii.初始复制后
在完成初始复制后，Hyper-V复制功能会按照计划的频率将虚拟机的变更发送出去。
这些变更是通过日志文件追踪的，并且在将变更发往复制服务器之前会进行压缩。
在主服务器上，变更会被保存在一个.hrl文件中，该文件与被复制的VHD文件位于相同位置下。
主服务器
.hrl文件（被压缩）
复制服务器
运行HyperV的主服务器（主站点）
选择进行复制的虚拟磁盘
虚拟机
运行Hyper-V的复制服务器（复制站点）
复制服务器需求
●硬件获得WindowsServer2012认证
●足以保存虚拟化负载所用文件的存储空间
●在托管主要与复制服务器及站点的位置之间具备足够的网络带宽
虚拟机副本
通过网络传输的数据可压缩。
初始虚拟机副本
您可以安排初始复制立刻进行，或稍后在指定时间内进行。
创建虚拟机的初始副本
数据可通过LAN/WAN复制到远程站点。
该过程不需要其他额外的复制技术。
复制虚拟机的变更
日志文件更新（写入变更）
您可以使用Hyper-V管理器或WindowsPowerShell配置并管理复制服务器。
复制服务器存储
●应用程序——一致性快照（卷影复制服务（VSS））
●复制虚拟机
●虚拟机快照
b）Hyper-V复制服务器的配置
i.配置复制服务器
要启用复制，必须将您的Hyper-V服务器配置为复制服务器。
该服务器可以接受来自一台（或多台）主服务器的传入复制通讯。
复制
ii.复制服务器的身份验证
您可以针对传入的复制通讯设置所需的身份验证类型和端口。
可用选项包括：
●Kerberos身份验证（HTTP）-通过网络传输的数据不加密。
●基于证书的身份验证（HTTPS）-通过网络传输的数据将被加密。
iii.复制服务器的授权
Hyper-V复制可供您指定允许哪台服务器将虚拟机复制到您的复制服务器。
iv.复制的存储
Hyper-V复制可供您选择用于恢复的虚拟机文件的存储位置——例如，可以存储到SAN、SMB文件服务器，或使用直接附加存储。
v.复制的防火墙规则
要针对配置的复制端口允许任何传入的虚拟机复制通讯，您还需要创建传入的防火墙规则。
c）恢复历史
Hyper-V功能会定期复制虚拟机的变更，以确保复制的虚拟机能够与主虚拟机的尽量保持一致。
Hyper-V复制可在一台服务器上维持多个恢复点——这些恢复点可用于还原虚拟机。
恢复点可包含一个或多个快照。
每小时可自动创建一个恢复点。
如果未配置使用多个恢复点，对于复制的虚拟机，服务器将只保留最新状态下的恢复点。
您还可以选择以固定的间隔创建应用程序一致性快照。
该功能需要使用卷影复制服务（VSS）。
VSS快照复制间隔
1小时15小时
恢复快照的数量上限
112
d）Hyper-V复制的故障转移操作
通过使用Hyper-V复制，您可以随时对复制服务器上受保护的虚拟机进行故障转移。
这里有三个主要选项。
i.到复制服务器的计划内故障转移
计划内故障转移操作使得您可以在按照预先确定的计划，将生产用虚拟机故障转移到复制服务器。
计划内故障转移意味着数据不会丢失。
这种方式需要安排在非工作时段进行。
主服务器
复制服务器
执行计划内故障转移需要满足两个前提条件：
●在初始故障转移之前，虚拟机必须关闭。
●在主站点中运行Hyper-V的服务器必须启用接收复制通讯。
计划内故障转移还将发起反向复制。
ii.测试到复制服务器的故障转移
您还可以在复制服务器上测试虚拟机的复制。
故障转移操作的测试并不会中断持续进行的复制。
该操作可使用“-Test”作为名称创建并启动一台新的虚拟机。
iii.到复制服务器的计划外故障转移
如果主站点遇到故障，您还可以让复制服务器上的复制虚拟机上线。
您可以选择最新的复制，或较早前的恢复点。
3.Hyper-V网络
a）负载平衡与故障转移
网卡捆绑（也叫做负载平衡和故障转移（LBFO））使得多个网络适配器可以加入到同一个捆绑接口中。
这种技术可提供带宽聚合及通讯故障转移，预防由于一个网络适配器故障造成连接丢失。
网卡捆绑技术可支持多个供应商的产品。
支持的可捆绑虚拟适配器
操作系统
捆绑接口
虚拟机
多个虚拟网络适配器
运行Hyper-V的服务器
i.网卡捆绑的配置
交换机独立模式不需要物理交换机参与到捆绑中。
交换机无法感知服务器上参与捆绑的网络适配器，因此网络适配器可以在需要时连接到不同交换机。
交换机依赖模式需要让物理交换机参与到捆绑中。
一般来说，参与捆绑的所有接口都需要连接到同一个交换机。
ii.虚拟网络适配器的捆绑
Hyper-V还支持虚拟机内的网卡捆绑。
为了提供冗余，虚拟机可以配置多个虚拟网络适配器，每个连接到不同的外部虚拟交换机。
这样就算一个物理网络适配器故障，虚拟机依然可以维持连接。
WindowsServer2012支持最多将32个网络适配器进行捆绑。
b）单根I/O虚拟化
SR-IOV是一种通过提供I/O所需的直接硬件路径，使得PCIExpress设备能够在多个虚拟机之间进行共享的标准。
Hyper-V能够支持符合SR-IOV标准的网络适配器。
SR-IOV可降低网络延迟，降低处理网络通讯时的CPU占用率，并可提升网络吞吐率。
符合SR-IOV标准的网络设备具有一种名为VirtualFunctions的硬件界面，可通过安全的方式将其分配给虚拟机—并绕过管理用操作系统中的虚拟交换机，直接收发数据。
策略与控制则依然由管理用操作系统实施。
SR-IOV完全兼容实时迁移功能，因为基于硬件的网络在任何时间都可用。
在实时迁移过程中，VirtualFunctions会被暂时删除。
这样实时迁移即可使用不同供应商的网络适配器，或在目标计算机上SR-IOV不可用的情况下使用。
管理用操作系统
Hyper-V虚拟交换机
虚拟机1号
虚拟网络适配器
TCP/IP
VirtualFunction
虚拟机2号
虚拟网络适配器
TCP/IP
VirtualFunction
PhysicalFunction
VirtualFunction
VirtualFunction
物理网络适配器（符合SR-IOV要求）
运行Hyper-V的服务器
外部网络交换机
SR-IOV需要同时获得来自网络适配器、固件、系统芯片组，以及驱动程序的支持
c）服务质量带宽管理
WindowsServer2012包含全新的服务质量（QoS）带宽管理功能，可供您通过单一网络适配器将多种不同类型的网络通讯聚合在一起，每种类型的通讯都可获得可预期的服务级别。
您可以通过虚拟机设置选项配置带宽管理功能，或使用WindowsPowerShell命令。
为了规划带宽管理，您可以指定带宽的最大值和最小值。
这些限制使得您可以根据网络通讯的类型管理带宽的分配。
另外还要注意，新增的最小带宽功能使得每个网络服务（例如管理、存储、实时迁移，以及虚拟机通讯）可以在网络带宽高度占用，产生拥堵时获得预分配的带宽份额。
当重新出现可用带宽时，这些网络服务又都可以尽可能多地获得所需带宽。
有两种机制可用于强制实施最小带宽。
您可以使用运行Hyper-V的服务器中包含的QoS软件，或者使用通过Windows认证，并且支持数据中心桥接（DCB）技术的网络适配器。
管理用操作系统
A类网络通讯
网络适配器
B类网络通讯
网络适配器
C类网络通讯
网络适配器
虚拟机1号
虚拟机2号
网络适配器
网络适配器
Hyper-V虚拟交换机
捆绑接口
物理网络适配器
d）Hyper-V虚拟交换机
在WindowsServer2012中，Hyper-V虚拟交换机是可扩展的。
这样就可以为虚拟交换机增加新的功能，供您查看和管理运行Hyper-V的服务器上的网络通讯，您甚至可以查看同一台计算机上运行的不同虚拟机之间的通讯。
通过使用虚拟交换机的可扩展功能，微软合作伙伴可以添加自己的监控、筛选，以及转发功能。
任何扩展的创建和实施都需要使用网络驱动接口规范（NDIS）筛选器驱动，或使用Windows筛选平台（WFP）callout驱动。
您可以使用NDIS筛选器驱动在Windows中监控或修改网络数据包。
您也可以使用WFP创建防火墙或入侵检测功能。
管理用操作系统
Windows管理提供程序
虚拟机管理服务（VMMS）
虚拟机工作进程（WMWP）
虚拟交换机
VMBus
捕获或筛选扩展
Callout
Windows筛选平台
Windows筛选平台筛选器扩展
转发扩展
虚拟机
应用程序
网络协议
虚拟网络适配器
虚拟网络适配器
运行Hyper-V的服务器
图例：
微软合作伙伴
网络
Hyper-V
硬件
i.虚拟交换机的管理
支持WindowsPowerShell
WindowsPowerShellcmdlet可用于创建、配置，以及监控Hyper-V虚拟交换机。
微软合作伙伴也可以使用WindowsPowerShell创建自定义工具，用于管理虚拟交换机。
统一追踪与改善的诊断
统一追踪有助于找出并解决网络连接问题。
该技术提供了简明扼要的界面，用于诊断网络问题，而不需要使用调试器。
4.Hyper-V虚拟机可移动性
a）无需共享存储的实时迁移
无需共享存储的实时迁移（也叫做“无共享”实时迁移）使得您可以在同一个域中运行Hyper-V的不同服务器之间直接迁移虚拟机以及相关的存储。
此类实时迁移只使用以太网连接。
虚拟磁盘（VHD）
配置文件
快照
Hyper-V智能分页文件
该实时迁移解决方案不提供高可用性—因为没有共享存储
虚拟机文件和数据存储可位于一个或多个位置。
需求：
Hyper-V
运行Hyper-V的源计算机
运行Hyper-V的目标计算机
通过使用无需共享存储的实时迁移，您的虚拟机可以持续运行，同时所有存储会镜像到运行Hyper-V的目标服务器。
当Hyper-V存储在两端都同步后，实时迁移就会自动完成后续任务。
最终，镜像关系会被结束，源Hyper-V存储会被删除。
●如果在无需共享存储的实时迁移过程中遇到故障或问题，总能保证有一台可用虚拟机。
●无需共享存储的实时迁移可跨群集迁移虚拟机，并可从非群集计算机迁移到群集计算机。
●无需共享存储的实时迁移可跨跃不同存储类型迁移虚拟机。
●您还可以使用WindowsPowerShell发起无需共享存储的实时迁移。
b）存储环境下的迁移
Hyper-V的存储迁移使得您可以不停机移动虚拟机存储（虚拟磁盘）。
这种特性促成了很多服务场景。
例如，您可以为非群集计算机，或Hyper-V群集添加更多物理磁盘存储，随后在正常运行的情况下将虚拟机移动到新的存储。
虚拟磁盘（VHD）
配置文件
快照
需求
Hyper-V
存储：
基于块或文件的存储
虚拟机配置文件与数据存储可位于一个或多个位置。
源存储
移动存储
目标存储
存储迁移操作
运行Hyper-V的服务器
虚拟机
VHD栈
1.虚拟机的读写操作在源设备的VHD上进行。
2.将VHD从源VHD存储设备复制到目标VHD存储设备。
3.VHD存储被复制后，将所有写操作在源和目标设备之间进行镜像。
4.源和目标存储保持同步后，对虚拟机源VHD的访问被传输到目标设备的VHD。
5.源设备中的VHD被删除。
您可以在虚拟机运行状态下，或关闭状态下执行存储的迁移。
存储的迁移只能移动存储，而非虚拟机状态。
c）使用SMB共享存储的实时迁移
使用服务器消息块（SMB）共享存储的实时迁移使得您能够在同一个域中，运行Hyper-V的多台服务器之间移动虚拟机，同时虚拟机的存储依然保存在基于SMB的文件服务器上。
该方式支持并发实时迁移。
这类实时迁移并不需要配置故障转移群集。
虚拟机
需求：
Hyper-V、SMB共享存储
虚拟机
虚拟机的磁盘存储在SMB共享存储中。
运行Hyper-V的源计算机
运行Hyper-V的目标计算机
基于文件的服务器存储（SMB）
对于此类实时迁移，虚拟磁盘（VHD）始终位于基于SMB3的文件服务器上。
虚拟机的实际运行状态会从一台服务器迁往另一台。
另外需要注意，到SMB存储的连接也会被迁移，但虚拟磁盘绝不会被移动。
您还可以使用WindowsPowerShell发起使用SMB共享存储的实时迁移（参阅“move-vm”cmdlet）。
d）故障转移群集中的实时迁移
故障转移群集中的Hyper-V实时迁移（首次于WindowsServer2008R2中引入）使得您能够将运行中的虚拟机从运行Hyper-V的一个群集节点移动到另一个节点，同时不会中断服务造成明显的服务级别下降。
实时迁移可由管理员发起，属于计划内操作。
在WindowsServer2012中，您可以选择故障转移群集中的多个虚拟机，并对这些虚拟机执行多个并发的实时迁移操作。
您也可以选择多个虚拟机，并将实时迁移工作添加到队列中。
实时迁移队列只能在故障转移群集中使用。
虚拟机
需求：
共享的存储：
串行连接SCSI（SAS）、InternetSCSI（iSCSI）、服务器消息块（SMB）、光纤通道
虚拟机
虚拟磁盘
运行Hyper-V的源计算机
共享的存储
运行Hyper-V的目标计算机
您也可以使用WindowsPowerShell在故障转移群集中发起实时迁移。
5.Hyper-V存储
a）虚拟机的虚拟光纤通道
针对虚拟机的Hyper-V虚拟光纤通道功能使得虚拟机能够访问基于光纤通道的存储设备。
该功能使得您能够对需要使用光纤通道的负载进行虚拟化——还使得您能够使用光纤通道，用虚拟机中运行的来宾操作系统创建群集。
i.虚拟光纤通道适配器
虚拟光纤通道适配器通过将主机总线适配器（HBA）端口提供给来宾操作系统，提供了端口虚拟化功能。
这样既可让虚拟机用直接，且不经过筛选的方式访问访问存储区域网络（SAN），并可使用关联给该虚拟机的标准全球通用名（WWN）。
每个虚拟机最多可分配四个虚拟光纤通道适配器。
ii.N_PortID虚拟化（NPIV）支持
虚拟机的虚拟光纤通道还可充分利用N_PortID虚拟化（NPIV）技术。
在运行Hyper-V的服务器上创建NPIV端口，并将其关联给虚拟光纤通道适配器。
随后将全球通用名（WWN）分配给NPIV端口，这样所有I/O即可重定向到虚拟机中指定的虚拟光纤通道适配器。
虚拟光纤通道HBA
（NPIV端口）
虚拟机
物理HBA（兼容NPIV）
运行Hyper-V的服务器
光纤通道交换机（兼容NPIV的SAN交换机）
SAN
iii.支持实时迁移
WindowsServer2012中的Hyper-V可支持跨越运行Hyper-V的不同计算机对虚拟机进行实时迁移，并能在迁移过程中，维持光纤通道的连通性（故障转移群集中的实时迁移）。
为此，每个虚拟光纤通道适配器都需要配置两个全球通用名（WWN）。
在实时迁移的过程中，Hyper-V可自动在SetA与SetBWWN地址之间进行改动。
Hyper-V首先确保所有逻辑单元编号（LUN）在目标计算机上可用，随后才执行实时迁移操作。
迁移过程中不会造成停机。
WWNSetA（活跃）
WWNSetB（活跃）
WWNSetB（被动）
WWNSetA（被动）
源计算机
目标计算机
iv.到光纤通道存储的MPIO连接
WindowsServer2012中的Hyper-V可使用多路径I/O（MPIO）功能，以确保虚拟机与光纤通道存储设备之间持续的连接。
1.虚拟机的MPIO
您可以在一个虚拟机中配置多个虚拟光纤通道适配器，并在虚拟机的来宾操作系统内使用独立的多路径I/O（MPIO）副本，借此连接到虚拟机可以访问的LUN。
SAN
交换机
交换机
2.运行Hyper-V的服务器中的MPIO
您还可以在安装Hyper-V的服务器上安装多个光纤通道端口，并使用多路径I/O（MPIO）为服务器可访问的LUN提供高可用性连接。
3.设备特定模块
您还可以为运行Hyper-V的服务器，或每台虚拟机（示意图中未呈现）使用不同的设备特定模块（DSM）。
b）新的虚拟磁盘格式
VHD是一种虚拟磁盘文件格式，可供您用文件的方式代表物理磁盘驱动器，并可充当虚拟机的磁盘。
WindowsServer2012中的Hyper-V提供了一种改进版虚拟磁盘格式：
VHDX。
VHDX需求：
WindowsServer2012
Windows8
.VHDX文件
VHDX架构
i.VHDX格式
●最大支持64TB存储容量。
●可记录对VHDX元数据结构进行更新的日志。
这样在遇到断电等情况可为VHDX文件提供更好的弹性。
●可对动态和差分磁盘支持更大的块大小，让磁盘更好地满足虚拟化负载的需求。
●可改善应用程序与负载的性能，尤其是在扇区大小超过512字节的物理磁盘上。
●支持存储自定义元数据。
例如，您可能希望记录操作系统版本，或已安装的补丁信息。
●您还可以在运行Hyper-V的计算机上使用WindowsPowerShell命令配置并管理虚拟磁盘。
c）使用服务器消息块（SMB）的Hyper-V
Hyper-V可在文件服务器上使用服务器消息块SMB3存储虚拟机文件（配置文件、虚拟磁盘文件，以及快照）。
无论非群集或群集Hyper-V服务器，都支持这种做法，而故障转移群集也可以使用文件存储作为共享的存储。
文件服务器
SMB服务器
NTFS
网络（RDMA选项）
网络适配器
运行Hyper-V的服务器
管理用操作系统
虚拟机
SMB客户端
VHD栈
应用程序
网络（RDMA选项）
存储VSP
NTFS
SCSI/IDE
存储VSC
虚拟机总线（VMBus）
网络适配器
SMB3使得您可以跨越虚拟化环境使用文件存储资源。
在价格低廉且易于管理的文件服务器上存储Hyper-V数据，可提供与使用存储区域网络（SAN）相似的收益——持续可用性、高性能，以及可管理能力。
通过使用包含远程直接内存访问（RDMA）功能的网络适配器，还可进一步提升性能。
这种适配器可全速运行，并提供更低延迟与更低CPU占用。
对于Hyper-V负载，这样做可以让远程文件服务器提供与本地存储相媲美的性能。
6.Hyper-V与故障转移群集
a）用虚拟机创建群集获得高可用性
i.虚拟机实时迁移
故障转移群集可支持对虚拟机进行并发实时迁移。
群集可以在同一时间里对尽可能多的虚拟机发起实时迁移操作，随后将其余实
升级会员 