Architecture Hyper-V

Hyper-V est une technologie de virtualisation basée sur des hyperviseur pour certaines versions x64 de Windows. L’hyperviseur est essentiel à la virtualisation. Il s’agit de la plateforme de virtualisation spécifique au processeur qui permet à plusieurs systèmes d’exploitation isolés de partager une plateforme matérielle unique.

Hyper-V prend en charge l’isolation en termes de partition. Une partition est une unité logique d’isolation, prise en charge par l’hyperviseur, dans laquelle les systèmes d’exploitation s’exécutent. L'hyperviseur Microsoft doit avoir au moins une partition parente, ou racine, exécutant Windows. Le système de gestion de la virtualisation s’exécute dans la partition parente et a un accès direct aux périphériques. La partition racine crée ensuite les partitions enfants qui hébergent les systèmes d’exploitation invités. Une partition racine crée des partitions enfants à l’aide de l’interface de programmation d’applications hypercall (API).

Les partitions n’ont pas accès au processeur physique, ni ne gèrent les interruptions du processeur. Au lieu de cela, ils ont une vue virtuelle du processeur et s’exécutent dans une région d’adresse de mémoire virtuelle privée pour chaque partition invitée. L’hyperviseur gère les interruptions vers le processeur et les redirige vers la partition respective. Hyper-V peut également accélérer la traduction d’adresses entre différents espaces d’adressage virtuels invités à l’aide d’une unité de gestion de la mémoire de sortie d’entrée (IOMMU) qui fonctionne indépendamment du matériel de gestion de la mémoire utilisé par le processeur. Un IOMMU est utilisé pour mapper des adresses de mémoire physique aux adresses utilisées par les partitions secondaires.

Les partitions enfants n’ont pas non plus d’accès direct à d’autres ressources matérielles et présentent une vue virtuelle des ressources, en tant qu’appareils virtuels (VDevs). Les demandes adressées aux appareils virtuels sont redirigées via VMBus ou l’hyperviseur vers les appareils de la partition parente, qui gère les requêtes. VmBus est un canal de communication entre partitions logique. La partition parente héberge des fournisseurs de services de virtualisation (VSPs) qui communiquent via le VMBus pour gérer les demandes d'accès aux dispositifs à partir de partitions enfants. Les partitions enfants hébergent des Consommateurs de Services de Virtualisation (VSCs) qui redirigent les demandes d'appareil vers des Fournisseurs de Services de Virtualisation (VSPs) dans la partition parente via le VMBus. Tout ce processus est transparent pour le système d’exploitation invité.

Les appareils virtuels peuvent également tirer parti d’une fonctionnalité de virtualisation Windows Server, nommée E/S compatible, pour le stockage, la mise en réseau, les graphiques et les sous-systèmes d’entrée. Enlightened I/O est une implémentation spécialisée et compatible avec la virtualisation des protocoles de communication de haut niveau (tels que SCSI) qui utilise directement VMBus, contournant toute couche d’émulation de périphérique. Cela rend la communication plus efficace, mais nécessite un utilisateur averti, conscient des hyperviseurs et de VMBus. Hyper-V E/S compatibles et un noyau prenant en charge l’hyperviseur est fourni via l’installation de services d’intégration Hyper-V. Les composants d’intégration, qui incluent des pilotes VSC (Virtual Server Client), sont également disponibles pour d’autres systèmes d’exploitation clients. Hyper-V nécessite un processeur qui inclut la virtualisation assistée par le matériel, tel que fourni avec la technologie Intel VT ou AMD Virtualization (AMD-V).

Le diagramme suivant fournit une vue d’ensemble générale de l’architecture d’un environnement Hyper-V.

Glossaire

• APIC – Contrôleur d’interruption programmable avancé – Appareil qui permet aux niveaux de priorité d’être affectés à ses sorties d’interruption.
• Partition enfant : partition qui héberge un système d’exploitation invité : tous les accès à la mémoire physique et aux appareils par une partition enfant sont fournis via Virtual Machine Bus (VMBus) ou l’hyperviseur.
• Hypercall : interface pour la communication avec l’hyperviseur : l’interface hypercall prend en charge l’accès aux optimisations fournies par l’hyperviseur.
• Hyperviseur : couche de logiciels qui se trouve entre le matériel et un ou plusieurs systèmes d’exploitation. Son travail principal consiste à fournir des environnements d’exécution isolés appelés partitions. L’hyperviseur contrôle et arbitre l’accès au matériel sous-jacent.
• IC – Composant d’intégration – Composant qui permet aux partitions enfants de communiquer avec d’autres partitions et l’hyperviseur.
• Pile d’E/S : pile d’entrée/sortie
• MSR – Routine de service de mémoire
• Partition racine : parfois appelée partition parente. Gère les fonctions au niveau de l’ordinateur, telles que les pilotes de périphérique, la gestion de l’alimentation et l’ajout/suppression à chaud des appareils. La partition racine (ou parent) est la seule partition qui a un accès direct à la mémoire physique et aux appareils.
• VID – Virtual Infrastructure Driver – Fournit des services de gestion des partitions, des services de gestion de processeur virtuel et des services de gestion de la mémoire pour les partitions.
• VMBus – Mécanisme de communication basé sur le canal utilisé pour la communication entre partitions et l’énumération d’appareils sur les systèmes avec plusieurs partitions virtualisées actives. VmBus est installé avec Hyper-V Integration Services.
• VMMS – Service de gestion des machines virtuelles – Responsable de la gestion de l’état de toutes les machines virtuelles dans les partitions enfants.
• VMWP – Processus de travail de machine virtuelle – Composant en mode utilisateur de la pile de virtualisation. Le processus worker fournit des services de gestion des machines virtuelles de l’instance Windows Server 2008 dans la partition parente aux systèmes d’exploitation invités dans les partitions enfants. Le service de gestion des machines virtuelles génère un processus de travail distinct pour chaque machine virtuelle en cours d’exécution.
• VSC – Virtualization Service Client – Instance d’appareil synthétique qui réside dans une partition enfant. Les VSC utilisent des ressources matérielles fournies par les fournisseurs de services de virtualisation (VSP) dans la partition parente. Ils communiquent avec les VSP correspondants dans la partition parente via VMBus pour satisfaire les demandes d’E/S de périphérique des partitions enfant.
• VSP – Fournisseur de services de virtualisation : réside dans la partition racine et fournit une prise en charge synthétique des appareils aux partitions enfants sur Virtual Machine Bus (VMBus).
• Bibliothèque d’interface Windows Hypervisor - WinHv est essentiellement un pont entre les pilotes d’un système d’exploitation partitionné et l’hyperviseur qui permet aux pilotes d’appeler l’hyperviseur à l’aide de conventions d’appel Windows standard
• WMI : le service de gestion des machines virtuelles expose un ensemble d’API Windows Management Instrumentation (WMI) pour la gestion et le contrôle des machines virtuelles.