毫无疑问，在业界，微软是当之无愧的软件霸主。它不仅在操作系统领域占有巨大的市场份额，而且在╲数据库、移动计算、搜索引擎等各个方面都具有强大的影响力。没有一个领域可以被忽略。由于低估了微软在产品创新和销售执行方面的能力，很多企业在与微软的竞争中屡屡受挫。

微软在虚拟化领域已经很长时间了（微软在2003年收购了推出PC软件的公司，随后推出了服务器虚拟化软件），而在Hpyer-V推出之前，微软在虚拟化领域尤为突出。可以说服务器虚拟化领域有点不自信。与竞争对手频繁的新品发布相比，PC和Xen的发布和推广都非常低调。毕竟/Xen等产品已经凭借着出色的性能占据了大半个世界。现在，随着Hyper-V的正式推出，企业级虚拟化领域很可能会掀起一场风暴，市场格局或将迅速发生变化。

为什么微软的Hyper-V会有这样的能力呢？

注意：什么是虚拟化？

Hyper-V是一个（系统管理程序），开发代号为 ，其主要功能是管理、调度虚拟机的创建和运行，提供硬件资源的※虚拟化。Hyper-V是微软在2008年推出的最新服务器虚拟化解决方案，2008年发布时集成了Hyper-V的Beta版。微软承诺在180天内提供正式版Hyper-V。2008是4月份发布的，180天还不到6个月，所以微软会在9-10月份发布Hyper-V正式版，目前已经到了RTM阶段，可以正常使用了。

与微软自家的PC等产品相比，Hyper-V与竞争对手/ESX明显不同：Hyper-V绝对是架构上的突破！

第650章

Hyper-V 虚拟化详细架构

微软发布的架构图资料很多，但是主要内容很相似，就像上图一样。

第650章

Hyper-V 之前的架构，2005 R2

Hyper-V的本质是一个VMM（虚拟化管理程序）。与微软之前∑　的系列产品处于不同的层次。它更接近硬件。这更像是 ESX 系列。事实上，Hyper-V 属于微软。第一个裸机虚拟化产品（Bare-Metal）。但是，在某些基础架构中，Hyper-V 和 ESX 有很大不同，因此 Hyper-V 非常特殊，请参阅下一页的细分。

Hyper-V作为虚拟化产品，有一个非常特殊的要求：处理器必须支持AMD-V或Intel VT技术，即处理器必须具备硬件辅助虚拟化技术。

对于一个虚拟化产品来说，要求一个硬件特性（要求支持指令集不算）是比较奇特的，而微软以前不需要这个特性。对于某些产品，这只是一项可选功能，不像 Hyper-V 那样是一项硬性要求。不支持 VT/AMD-V 的处理器无法运行 Hyper-V。

第650章

VT-x处理器辅助虚拟化技术是Hyper-V的硬性要求

VT的具体作用可以查看x86虚拟化问题解决：Intel VT或者《From VT-x to VT-d Intel 》。VT，即AMD-V，是一种硬件辅助的虚拟化技术，用来解决Ring的问题。传统处理器下的虚拟机采用指令转换的方式执行Ring 3中的Ring 0特权指令，严重影响性能。VT 解决了这个问题。对VT的依赖和支持是Hyper-V架构的基础，也是Hyper-V最大的特点。

也因为Hyper-V需要处理器支持硬件虚拟化辅助，部分处理器无法应用Hyper-V，只能应用较新的非Value处理器。比如访问只有75%的几率会遇到部署在Hyper-V上的虚拟化服务器，剩下的25%是非Hyper-V的虚拟化服务器。要在这些服务器上应用虚拟化，用户只能选择2005 R2，或者其他公司的产品。

Hyper-V和ESX比较相似，都是Bare-Metal类型，但是它们的内核架构也有明显的不同。微软在谈到竞争对手ESX时，总是提到Hyper-V是微内核架构，而ESX是单核架构，Hyper-V更好。

两者有什么区别？谁更好？

第650章

单内核（分层内核）与微内核

单内核和微内核实际上是操作系统内核术语。操作系统的内核——实现核心功能的部分——可能是微内核（Micro），也可能是单个内核（有时也称为宏内核Macro）。在类似包的方式中，这些术语定义如下：

(Micro) 在一个微内核中，最常用的功能是在一个运行在内核模式下的进程上精心挑选和设计的（或者，根据上一页，在 x86 上的 Ring 0 权限下），而其他大的一些不太重要的核心功能在用户态（类似的，在Ring 3权限下）作为单独的进程运行，它们通过消息传递进行通信（例如进程间通信使用的IPC机制，IPC为Inter）。基本思◥想是使其尽可能小。通常微内核只包含进程调度、内存管理和进程间通信等基本功能。

这种设计有很多好处，例如增加灵活性、易于维护、易于移植。微内核的模块化设计使得其他核心功能模块只依赖于微内核模块或其他模块，不直接依赖于硬件。添加新功能只需要编写额外的用户模式微内核服务器。但是，只有移植微内核本身才能完成整个内核向新平台的移植。

由于采用模块化设计，可以动态加载或卸载未包含在微内核中的驱动程序。同时，微内核不依赖于固定的文件系统，用户可以随意选择支持文件系统。用户甚至可以在系统运行时将开发的新系统模块或需要替换现有模块的模块直接快速地添加到系统中。不需要的模块不会被加载到内存中，因此微内核可以更有效地使用内存。微内核还具有更好的实时性和安全性等优点，更适合构建分布式操作系统和面向对象操作系统。

微内核操作系统的典型示例是 Mach（一种被许多操作系统采用的非本地分布式操作系统内核，例如在 Mac OS X 上）、IBM AIX、BeOS 和 NT（包括 2003 和 2008），以及著名的Minix（主要用于教学的Unix系统）和（真正原生的分布式操作系统）。

单核 ( ) - 单核是一个非常大的进程。它在内部可以分成几个模块（或层，或其他），但在运行时，它是一个单一的大二进制图像。因为在同一个进程中，所以其模块之间的通信是通过直接调用其他模块中的函数来实现的，而不是像微内核那样在多个进程之间传递消息。所以在运行效率上，单核会有一定的优势。

单核操作系统的典型例子是大多数Linux，几乎所有的Unix包括BSD、MS-DOS、9x。比如Sun的内核运行上百个线程来实现各种功能，编译过Linux内核的都知道Linux内核有几十MB。

单核好还是微内核好，显然是一个很有争议的问题。不得不说，很有意思的是，这种争论常常让人想起上个时代CPU领域里RISC和CISC的斗争。现代成功的CPU设计都包含这两种技术中的任何一种，就像Linux（单内核）和NT（微内核）现在实际上是微内核和单核的混合产物，只是或多或少的问题而已。历史上有过这样的争论。Linux（单内核）的作者Linus和Minix/（都是微内々核）的作者S.教授在讨论组里争论不休，吸引了大批爱好者。最后，Linus 也同意微内核架构更先进的说法。

回到Hyper-V，Hyper-V采用微内核架构，在体积上有优势，体积只有300k左右（好像新版更小），而ESX的Linux内核很大。对于VMM虚拟化管理程序来说，需要的功能不多，很适合采用微内核架构，运行效率可以很高。但从理论上讲，配置合理的单内核实际上■与微内核非常相似。哪一个性能更好？这要等到测试之后才能知道，但在此之前，我们可以看看微内核的好处之一：设备驱动的改变。

注：分布式操作系统（ ）

分布式操作系统DOS（不是Disk）有多种定义，是管理分布式系统资源的操作系统。这样的说法比较抽象，我们可以将分布式操作系统与网络操作系统（比如我们使︻用的）进行比较，简单描述一下分布式操作系统的特点：

(一)分销。分布式操作系统的处理和控制功能是分布式的；网络操作系统的控制功能集中在一台或几台主机或网络服务器上，即集中控制方式。

(2)并行性。分布式操作系统具有任务分配功能，可以将多个任务分配给多个处理单元，使这些任务并行执行，从而加快任务执行速度；而网络操作系统通常没有任务分配功能，网络中每个用户的一项或多项任务通常都在本地计算机上处??理。

(3) 透明度。分布式操作系统通常会很好地隐藏系统内部的实现细节。包括对象的物理位置、并发控制、系统故障对用户都是透明的。例如，当用户要访问一个文件时，只需要提供文件名，而不知道（要访问的对象）在哪个站点，就可以访问，即具有访问权限的透明性。物理位置。此外，分布式操作系统在运行程序时，无需特殊设计或用户特殊设置，可以自动将程序分到多个处理器中并行运行。

(4) 共享。分布式操作系统支持系统内所有用户共享和透明访问分布在各个站点的软硬件资源。网络操作系统提供的资源共享功能仅限于主机或网络服务器中的资源，而其他机器上的资源通常为使用本机的用户所独享。

(5)鲁棒性。由于处理器和控制功能的分布，分布式操作系统具有更好的可用性和可靠性，即健壮性。只有当所有处理节点都损坏时，分布式操作系统才能被视为崩溃。

典型的分布式系统包括SETI@Hom、集群、云计算等项目，也属于分布式操作系统的范畴。典型的分布式操作系统包括，Mach，DCE等。

无论使用什么内核，驱动程序和文件系统总是必不可少的。虚拟机需要驱动程序才能使用服务器的硬件，并且虚拟机的文件需要存储在适当的文件系统上。在单核ESX上，驱动包含在单核中，虚拟机镜像文件存放在VMFS（类似EXT的文件系统），那么Hyper-V的微内核架构呢？

这里会讲到Hyper-V的VSP/VSC架构，VSP是（虚拟化服务提供者），VSC是（虚拟化服务消费者），在“主机操作系统”中会∮放置一个VMBus组件，VSP连接到虚拟机操作系统的VSC。其实“主机操作系统”也是一个虚拟机——也就是︼你原来用Hyper-V安装的2008，微软称它为操作系统，每个虚拟机都叫Child服务器运维，虚拟机操作系统是称为子。称为子操作系统。

第650章

VSP和VPC，注意VSP不是缩写。VSP的一种

上图很好的解释了Hyper-V是如何使用VSP/VSC架构来解决驱〓动/文件系统的。Hyper-V通过添加VSP和VSC以及它们相互通信的VMBus总线服务器运维，将虚拟机的操作映射到相应的驱动程序中。在程序/文件系统中，简化如下：

第650章

Hyper-V的VSPs/VSCs，VMBus架构

这种方法有很多优点。例如，最明显的是，Hyper-V 可以兼容大量驱动程序，而无需为虚拟机开发专用驱动程序（ESX 就是这样做的）。我们知道，对于服务器来说，一个非常重要的组成部分就是I/O，而IO设备离不开驱动是无法工作的。现在，只要设备能在2008下工作，Hyper-V虚拟机就可以使用这些设备资源，而且驱动本身就比其他操作系统（比如Linux）丰富，所以Hyper-V有了硬件支持。具有无可比拟的优势。ESX甚至不能直接套用Linux驱动，需要额外操作↑才能使用。因此，ESX 容易出现设备兼容性问题。当然，用户可以使用一套完整的经过认证的硬件来避免这个问题。

有优点也有缺点。VSP/VSC架构需要支持Hyper-V技术的客户端支持，这极大地限制了虚拟机操作系统的选择。不支持 Hyper-V 的客户端操作系统只能使用设备模拟。性能与之前的 2005 R2 没有太大区别。要享受 Hyper-V 的性能提升，您需要使用 2008 虚拟机，或包含 Xen 的 Linux/Unix。Hyper-V 来宾操作系统的选择仅表示几种类型的 Linux。虽然笔者猜测或多或少有商业策略的因素，但从技术角度来看，确实存在一些限制。

Hyper-V 设备驱动的这一优势与微内核驱动架构的优势完全相同。它是模块化的，架构灵活，可以在不改变新硬件的情况下提供对新硬件的支持。敏感的用户可能会意识到进程间通信带来的开销——确实存在这样的问题。曾经问过微软的工程师，他们说性能会稍微打折扣。从作者的角度来看，通过内存地址转换，开销可能会降低到很低的水平。

顺便说一句，Hyper-V下设备虚拟硬件辅助VT-d技术的实现非常容易，只需要开发2008下的驱动，不需要修改Hyper-V。

Hyper-V 还有一个关于性能的重要特性：多处理器虚拟机，Hyper-V 支持 2008 个 4 个 CPU 的虚拟机，以及 2003 个 2 个 CPU 的虚拟机。多处理器虚拟机不是 Hyper-V 的功能。ESX已经实现了4CPU虚拟机，在各种操作系统下（也可以提∑供2CPU虚拟机）。

如果服务器工作负载需要高性能，我们可以考虑使用多处理器虚拟机。数据库服务器会消耗大量处理器资源，在这种情况下，多处理器虚拟机是必要的，正如我们已经测试过的那样。当然，只有在工作负载确实需要时才应使用多处理器虚拟机，因为管理更多的处理器会带来一些额外的开销。就像早期的NT有单处理器和多处理器两个核心（单处理器版本去掉了一些只有在多处理器才有的同步等模块，并做了相关优化）。

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流程状态及其转换示意图，流程在其中“轮换”

众所周知，为了保护共享数据，需要一些同步机制，如锁、信号量等。通常，多处理器操作系统内核和驱动程序会使用自旋锁（Spin Lock，类似于互斥锁，但具有更短的保持时间。更详细的信息请参考第四版机制，P152)。在自旋锁之前，线程不会阻塞，而是一直处于自旋状态，前々提是自旋锁只会持有很短的时间。但是，在虚拟化条件下，这个前提就会被打破，因为虚拟处理器是按照时间片进行调度的。如果虚拟处理器在持有自旋锁的同时进行竞争，其他虚拟处理器将自旋很长时间，造成 CPU 周期的浪费，降低虚拟机的性能。显然，这种情况经常发生在重负载条件下的多处理器虚拟机中。

在2008内核和Hyper-V中加入创新设计☉，尽可能避免自旋锁长时间等待的情况。如果存在长时间等待的情况，将被有效地检测和处理。这种方法称为自旋锁启发式。未实现自旋锁试探法的虚拟机操作系统将停止并在紧密循环中自旋，等待其他虚拟处理器释放自旋锁。通常这种循环可能会阻塞其中一个硬件 CPU。，从而降低虚拟化性能。在自旋锁启发式操作系统中，当自旋即将发生时，自旋锁代码通过API通知Hyper-V管理程序，以便管理程序立即调度另一个虚拟处理器执行，减少不必要的CPU使用。.

在日前的媒体测试会上，微软中国工程师展示了Hyper-V虚拟机的效率，表明4 CPU 2008虚拟机的可扩展性可以与物理4 CPU系统相▓媲美。当然，具体的改进还需要通过测试来评估。

注意： 其实不完全是Hyper-V的内容，更多的是2008的核心内容。Vista也实现了这个 。

不知不觉说了很多内容似乎有点深，但是Hyper-V的特点可以概括为：VT/AMD-V实现、微内核设计、VSP/VSC虚拟设∩备驱动架构、虚拟处理器自旋锁灵感架构，这些功能结合起来形成了独特的 Hyper-V。此外，28 美元的价格（或免费：包含在 2008 年的购买中）也值得一提。

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微软服务器虚拟化战略里程碑：Hyper-V

更好的性能、更广泛的兼容性、更强的安全性、更便宜——这就是 Hyper-V，自 2003 年收购以来一直沉寂的微软并没有睡着。从最早的，到早期的PC、、、，再到今天Hyper-V的推出，这些看似不经意的举动，如今似乎为其全面虚拟化战略的★实施埋下了伏笔。经过这样一系列的铺垫，微软从数据中心到桌面虚拟化的全方位端到端虚拟化战略已经正式部署，我们已经可以看到一场风暴正在虚拟化市场袭来。