Hyper-V architektúra

Hyper-V a Windows bizonyos x64-verzióinak hipervizoralapú virtualizálási technológiája. A hipervizor a virtualizálás alapvető eleme. Ez a processzorspecifikus virtualizálási platform, amely lehetővé teszi több elkülönített operációs rendszer számára egyetlen hardverplatform megosztását.

Hyper-V olyan processzorra van szükség, amely hardveres virtualizálást tartalmaz, például Intel VT vagy AMD Virtualization (AMD-V) technológiával.

Az alábbi ábra egy Hyper-V környezet architektúrájának magas szintű áttekintését mutatja be.

Gyökér- és gyermekpartíciók

Hyper-V támogatja a partíciók elkülönítését. A partíció a hipervizor által támogatott elkülönítés logikai egysége, amelyben az operációs rendszerek futnak. A Microsoft-hipervizornak legalább egy szülő- vagy gyökérpartícióval kell rendelkeznie, amely a Windowst futtatja. A virtualizálási felügyeleti verem a szülőpartícióban fut, és közvetlen hozzáféréssel rendelkezik a hardvereszközökhöz. A gyökérpartíció ezután létrehozza a vendég operációs rendszereket üzemeltető gyermekpartíciókat. A gyökérpartíciók gyermekpartíciókat hoznak létre a hypercall alkalmazás programozási felületével (API).

A gyermekpartíciók nem rendelkeznek közvetlen hozzáféréssel más hardvererőforrásokhoz, és virtuális eszközként (VDevs) jelennek meg az erőforrások virtuális nézetében. A rendszer átirányítja a virtuális eszközökre irányuló kéréseket a VMBuson vagy a hipervizoron keresztül a szülőpartícióban lévő eszközökre, amely kezeli a kéréseket.

Megszakítás és memóriakezelés

A partíciók nem férnek hozzá a fizikai processzorhoz, és a processzor megszakításait sem kezelik. Ehelyett a processzor virtuális nézetével rendelkeznek, és az egyes vendégpartíciók számára privát virtuális memóriacímrégióban futnak. A hipervizor kezeli a megszakításokat a processzorhoz, és átirányítja őket a megfelelő partícióra.

Hyper-V hardveresen felgyorsíthatja a címfordítást a különböző vendég virtuális címterek között egy bemeneti kimeneti memóriakezelési egység (IOMMU) használatával, amely független a processzor által használt memóriakezelési hardvertől. Az IOMMU a fizikai memóriacímek gyermekpartíciók által használt címekre való újraképezésére szolgál.

Megjegyzés:

A második szintű címfordításra (SLAT) szükség van a Hyper-V számára a Windows Server 2016 és újabb verzióiban.

VMBus, VSP és VSC

A VMBus egy logikai partícióközi kommunikációs csatorna. A szülőpartíció virtualizálási szolgáltatókat (VSP-ket) üzemeltet, amelyek a VMBuson keresztül kommunikálnak a gyermekpartíciók eszközhozzáférés-kéréseinek kezelése érdekében. A gyermekpartíciók virtualizálási szolgáltatásfelhasználókat (VSC-ket) üzemeltetnek, amelyek átirányítják az eszközkéréseket a szülőpartícióban lévő VSP-khez a VMBuson keresztül. Ez a teljes folyamat transzparens a vendég operációs rendszer számára.

Felvilágosult I/O- és integrációs szolgáltatások

A virtuális eszközök a Windows Server virtualizálási funkcióját is kihasználhatják, amelyet felvilágosult I/O néven használnak a tároláshoz, a hálózatkezeléshez, a grafikus elemekhez és a bemeneti alrendszerekhez. A felvilágosult I/O a magas szintű kommunikációs protokollok (például SCSI) speciális virtualizálás-tudatos implementálása, amely közvetlenül használja a VMBus-t, megkerülve minden eszközemulációs réteget. Ez hatékonyabbá teszi a kommunikációt, de olyan felvilágosult vendégre van szükség, aki hipervizor és VMBus-kompatibilis.

Hyper-V felvilágosult I/O és hipervizor-kompatibilis kernel Hyper-V integrációs szolgáltatásokon keresztül érhető el. A virtuális kiszolgálói ügyfél (VSC) illesztőprogramjait tartalmazó integrációs összetevők más ügyfél operációs rendszerekhez is elérhetők.

Glossary

• APIC – Speciális programozható megszakításvezérlő – Olyan eszköz, amely lehetővé teszi a prioritási szintek hozzárendelését a megszakításkimeneteihez.
• Gyermekpartíció – Vendég operációs rendszert üzemeltető partíció – A gyermekpartíciók a fizikai memóriához és az eszközökhöz való minden hozzáférést a Virtual Machine Buson (VMBus) vagy a hipervizoron keresztül biztosítják.
• Hypercall – A hipervizorral való kommunikáció felülete – A hiperhívási felület a hipervizor által biztosított optimalizálásokhoz való hozzáférést biztosítja.
• Hipervizor – Egy szoftverréteg, amely a hardver és egy vagy több operációs rendszer között helyezkedik el. Elsődleges feladata a partícióknak nevezett izolált végrehajtási környezetek biztosítása. A hipervizor szabályozza és döntőbírálja a mögöttes hardverhez való hozzáférést.
• IC – Integrációs összetevő – Olyan összetevő, amely lehetővé teszi, hogy a gyermekpartíciók kommunikáljanak más partíciókkal és a hipervizorral.
• IOMMU – Bemeneti/kimeneti memóriakezelési egység – Egy memóriakezelési egység, amely egy közvetlen memória-hozzáférésre képes I/O-buszt csatlakoztat a fő memóriához, és a fizikai címeket a vendég fizikai címekre irányítja át az eszközelkülönítéshez.
• I/O-verem – Bemeneti/kimeneti verem
• MSR – Model-Specific regiszterek. Állapot- és vezérlőelem-értékekhez használható.
• Gyökérpartíció – Néha szülőpartíciónak is nevezik. Kezeli a gépszintű függvényeket, például az eszközillesztőket, az energiagazdálkodást és az eszközök gyakori elérésű hozzáadását/eltávolítását. A gyökér (vagy szülő) partíció az egyetlen olyan partíció, amely közvetlen hozzáféréssel rendelkezik a fizikai memóriához és az eszközökhöz.
• VDev – Virtuális eszköz – A gyermekpartíciókban megjelenített hardvereszköz virtualizált ábrázolása. A VDevs absztrakt fizikai hardver, amely lehetővé teszi, hogy a vendég operációs rendszerek a VMBuson vagy hipervizoron keresztül kommunikáljanak az eszközökkel.
• VID – Virtualizálási infrastruktúra-illesztőprogram – Partíciókezelési szolgáltatásokat, virtuális processzorkezelési szolgáltatásokat és memóriakezelési szolgáltatásokat biztosít partíciókhoz.
• VMBus – Több aktív virtualizált partícióval rendelkező rendszerek particionálási kommunikációjának és eszközszámlálásának csatornaalapú kommunikációs mechanizmusa. A VMBus Hyper-V Integration Services szolgáltatással van telepítve.
• VMMS – Virtual Machine Management Service – A gyermekpartíciókban lévő összes virtuális gép állapotának felügyeletéért felelős.
• VMWP – Virtuálisgép-feldolgozó folyamat – A virtualizálási verem felhasználói módú összetevője. A feldolgozó folyamat a szülőpartícióBan lévő Windows Server 2008-példányból biztosít virtuálisgép-kezelési szolgáltatásokat a gyermekpartíciók vendég operációs rendszereinek. A Virtual Machine Management Service minden futó virtuális géphez külön feldolgozói folyamatot hoz létre.
• VSC – Virtualizálási szolgáltatásügyfél – Egy gyermekpartícióban található szintetikus eszközpéldány. A VSC-k a szülőpartícióban a virtualizálási szolgáltatók (VSP-k) által biztosított hardvererőforrásokat használják. A gyermekpartíciók eszköz I/O-kéréseinek kielégítése érdekében kommunikálnak a szülőpartíció megfelelő VSP-jével a VMBuson keresztül.
• VSP – Virtualization Service Provider – A gyökérpartícióban található, és szintetikus eszköztámogatást biztosít a gyermekpartíciókhoz a Virtual Machine Buson (VMBus) keresztül.
• WinHv – Windows Hypervisor Interface Library – A WinHv lényegében egy híd a particionált operációs rendszer illesztőprogramjai és a hipervizor között, amely lehetővé teszi, hogy az illesztőprogramok szabványos Windows-hívási konvenciók használatával hívják meg a hipervizort
• WMI – A virtuálisgép-felügyeleti szolgáltatás a Virtuális gépek felügyeletére és vezérlésére szolgáló Windows Management Instrumentation (WMI) alapú API-k készletét teszi elérhetővé.