Hyper-V architectuur

Hyper-V is een hypervisorgebaseerde virtualisatietechnologie voor bepaalde x64-versies van Windows. De hypervisor is de kern van virtualisatie. Het is het processorspecifieke virtualisatieplatform waarmee meerdere geïsoleerde besturingssystemen één hardwareplatform kunnen delen.

Hyper-V vereist een processor die hardware-ondersteunde virtualisatie bevat, zoals voorzien van Intel VT- of AMD Virtualization-technologie (AMD-V).

Het volgende diagram biedt een algemeen overzicht van de architectuur van een Hyper-V-omgeving.

Hoofd- en onderliggende partities

Hyper-V ondersteunt isolatie in termen van een partitie. Een partitie is een logische isolatie-eenheid die wordt ondersteund door de hypervisor, waarin besturingssystemen worden uitgevoerd. De Microsoft-hypervisor moet ten minste één bovenliggende of hoofdpartitie hebben waarop Windows wordt uitgevoerd. De virtualisatiebeheerstack wordt uitgevoerd in de bovenliggende partitie en heeft directe toegang tot hardwareapparaten. De hoofdpartitie maakt vervolgens de onderliggende partities die als host fungeren voor de gastbesturingssystemen. Met een hoofdpartitie worden onderliggende partities gemaakt met behulp van de hypercall application programming interface (API).

Childpartities hebben geen directe toegang tot andere hardwarebronnen en krijgen een virtueel beeld van de hardwarebronnen, zoals virtuele apparaten (VDevs). Aanvragen naar de virtuele apparaten worden omgeleid via de VMBus of de hypervisor naar de apparaten in de bovenliggende partitie, die de aanvragen verwerkt.

Onderbrekingsbeheer en geheugenbeheer

Partities hebben geen toegang tot de fysieke processor en verwerken de processoronderbreken ook niet. In plaats daarvan hebben ze een virtuele weergave van de processor en worden ze uitgevoerd in een regio met een virtueel geheugenadres dat privé is voor elke gastpartitie. De hypervisor verwerkt de interrupts naar de processor en leidt ze om naar de respectieve partitie.

Hyper-V kan de adresomzetting tussen verschillende virtuele gastadresruimten ook versnellen met behulp van een IOMMU (Input Output Memory Management Unit) die onafhankelijk van de geheugenbeheerhardware werkt die door de CPU wordt gebruikt. Een IOMMU wordt gebruikt om fysieke geheugenadressen opnieuw toe te kennen aan de adressen die door de onderliggende partities worden gebruikt.

Opmerking

SLAT (Second Level Address Translation) is vereist voor Hyper-V op Windows Server 2016 en hoger.

VMBus, VSP en VSC

De VMBus is een logisch communicatiekanaal tussen partities. De bovenliggende partitie host Virtualisatieserviceproviders (VSPs) die communiceren via de VMBus om aanvragen voor apparaattoegang van onderliggende partities te verwerken. Onderliggende partities host Virtualization Service Consumers (VSC's) die apparaataanvragen omleiden naar VSPs in de bovenliggende partitie via de VMBus. Dit hele proces is transparant voor het gastbesturingssysteem.

Verlichte I/O- en integratieservices

Virtuele apparaten kunnen ook profiteren van een Windows Server Virtualization-functie, met de naam Enlightened I/O, voor opslag, netwerken, graphics en invoersubsystemen. Verlichte I/O is een gespecialiseerde virtualisatiebewuste implementatie van communicatieprotocollen op hoog niveau (zoals SCSI) die de VMBus rechtstreeks gebruiken, waarbij elke emulatielaag van het apparaat wordt overgeslagen. Dit maakt de communicatie efficiënter, maar vereist een verlichte gast die hypervisor en VMBus-bewust is.

Hyper-V aangestuurde I/O en een hypervisorbewuste kernel worden geleverd via Hyper-V Integration Services. Integratieonderdelen, waaronder VSC-stuurprogramma's (Virtual Server Client), zijn ook beschikbaar voor andere clientbesturingssystemen.

Glossary

• APIC – Geavanceerde programmeerbare interruptcontroller : een apparaat waarmee prioriteitsniveaus kunnen worden toegewezen aan de interrupt-uitvoer.
• Onderliggende partitie : partitie die als host fungeert voor een gastbesturingssysteem: alle toegang tot fysiek geheugen en apparaten door een onderliggende partitie wordt geleverd via de Virtual Machine Bus (VMBus) of de hypervisor.
• Hypercall – Interface voor communicatie met de hypervisor - De hypercall-interface biedt ruimte voor toegang tot de optimalisaties die worden geleverd door de hypervisor.
• Hypervisor : een softwarelaag die zich tussen de hardware en een of meer besturingssystemen bevindt. De primaire taak is het bieden van geïsoleerde uitvoeringsomgevingen die partities worden genoemd. De hypervisor beheert en scheidt de toegang tot de onderliggende hardware.
• IC – Integratieonderdeel – Onderdeel waarmee onderliggende partities kunnen communiceren met andere partities en de hypervisor.
• IOMMU – Input/Output Memory Management Unit – Een geheugenbeheereenheid die een I/O-bus die geschikt is voor directe geheugentoegang verbindt met hoofdgeheugen, fysieke adressen opnieuw toe te geven aan fysieke gastadressen voor apparaatisolatie.
• I/O-stack : invoer-/uitvoerstack
• MSR – Model-Specific Registers. Wordt gebruikt voor status- en controlewaarden.
• Hoofdpartitie : ook wel bovenliggende partitie genoemd. Beheert functies op machineniveau, zoals apparaatstuurprogramma's, energiebeheer en het toevoegen/verwijderen van apparaten. De hoofdpartitie (of bovenliggende) is de enige partitie die directe toegang heeft tot fysiek geheugen en apparaten.
• VDev – Virtueel apparaat – een gevirtualiseerde weergave van een hardwareapparaat dat aan child partities wordt gepresenteerd. VDevs virtualiseren fysieke hardware, zodat gastbesturingssystemen kunnen functioneren met apparaten via de VMBus of de hypervisor.
• VID – Virtualisatieinfrastructuurstuurprogramma : biedt services voor partitiebeheer, services voor virtuele processorbeheer en geheugenbeheerservices voor partities.
• VMBus : op kanalen gebaseerd communicatiemechanisme dat wordt gebruikt voor communicatie tussen partities en opsomming van apparaten op systemen met meerdere actieve gevirtualiseerde partities. De VMBus wordt geïnstalleerd met Hyper-V Integration Services.
• VMMS – Virtual Machine Management Service – Verantwoordelijk voor het beheren van de status van alle virtuele machines in onderliggende partities.
• VMWP – Virtual Machine Worker Process – Een gebruikersmodusonderdeel van de virtualisatiestack. Het werkproces biedt beheerservices voor virtuele machines van het Windows Server 2008-exemplaar in de bovenliggende partitie naar de gastbesturingssystemen in de onderliggende partities. De Virtual Machine Management-service heeft een afzonderlijk werkproces voor elke actieve virtuele machine.
• VSC – Virtualization Service Client : een synthetische apparaatinstantie die zich in een onderliggende partitie bevindt. VSC's maken gebruik van hardwarebronnen die worden geleverd door VSP's (Virtualization Service Providers) in de bovenliggende partitie. Ze communiceren met de bijbehorende VSP's in de bovenliggende partitie via de VMBus om te voldoen aan I/O-aanvragen van een onderliggend apparaat.
• VSP – Virtualization Service Provider – Bevindt zich in de hoofdpartitie en biedt synthetische apparaatondersteuning voor onderliggende partities via de Virtual Machine Bus (VMBus).
• WinHv – Windows Hypervisor Interface Library - WinHv is in wezen een brug tussen de stuurprogramma's van een gepartitioneerd besturingssysteem en de hypervisor waarmee stuurprogramma's de hypervisor kunnen aanroepen met behulp van standaard Windows-oproepconventies
• WMI : de Virtual Machine Management Service maakt een set WMI-API's (Windows Management Instrumentation) beschikbaar voor het beheren en beheren van virtuele machines.