Windows hypervisor platform что это

Время на прочтение11 мин

Количество просмотров119K

Всем занять свои места! Задраить люки! Приготовиться к погружению!
В этой статье я попытаюсь рассказать об архитектуре Hyper-V еще подробнее, чем я сделал это ранее.

Картинка с сайта: habr.com

Что же такое – Hyper-V?

Hyper-V – это одна из технологий виртуализации серверов, позволяющая запускать на одном физическом сервере множество виртуальных ОС. Эти ОС именуются «гостевыми», а ОС, установленная на физическом сервере – «хостовой». Каждая гостевая операционная система запускается в своем изолированном окружении, и «думает», что работает на отдельном компьютере. О существовании других гостевых ОС и хостовой ОС они «не знают».
Эти изолированные окружения именуются «виртуальными машинами» (или сокращенно — ВМ). Виртуальные машины реализуются программно, и предоставляют гостевой ОС и приложениям доступ к аппаратным ресурсам сервера посредством гипервизора и виртуальных устройств. Как уже было сказано, гостевая ОС ведет себя так, как будто полностью контролирует физический сервер, и не имеет представления о существовании других виртуальных машин. Так же эти виртуальные окружения могут именоваться «партициями» (не путать с разделами на жестких дисках).
Впервые появившись в составе Windows Server 2008, ныне Hyper-V существует в виде самостоятельного продукта Hyper-V Server (де-факто являющегося сильно урезанной Windows Server 2008), и в новой версии – R2 – вышедшего на рынок систем виртуализации Enterprise-класса. Версия R2 поддерживает некоторые новые функции, и речь в статье пойдет именно об этой версии.

Гипервизор

Термин «гипервизор» уходит корнями в 1972 год, когда компания IBM реализовала виртуализацию в своих мэйнфреймах System/370. Это стало прорывом в ИТ, поскольку позволило обойти архитектурные ограничения и высокую цену использования мэйнфреймов.
Гипервизор – это платформа виртуализации, позволяющая запускать на одном физическом компьютере несколько операционных систем. Именно гипервизор предоставляет изолированное окружение для каждой виртуальной машины, и именно он предоставляет гостевым ОС доступ к аппаратному обеспечению компьютера.
Гипервизоры можно разделить на два типа по способу запуска (на «голом железе» или внутри ОС) и на два типа по архитектуре (монолитная и микроядерная).

Гипервизор 1 рода

Гипервизор 1 типа запускается непосредственно на физическом «железе» и управляет им самостоятельно. Гостевые ОС, запущенные внутри виртуальных машин, располагаются уровнем выше, как показано на рис.1.

Рис.1 Гипервизор 1 рода запускается на «голом железе».

Работа гипервизоров 1 рода непосредственно с оборудованием позволяет достичь большей производительности, надежности и безопасности.
Гипервизоры 1 рода используются во многих решениях Enterprise-класса:

• Microsoft Hyper-V
• VMware ESX Server
• Citrix XenServer

Гипервизор 2 рода

В отличие от 1 рода, гипервизор 2 рода запускается внутри хостовой ОС (см. рис.2).

Рис.2 Гипервизор 2 рода запускается внутри гостевых ОС

Виртуальные машины при этом запускаются в пользовательском пространстве хостовой ОС, что не самым лучшим образом сказывается на производительности.
Примерами гипервизоров 2 рода служат MS Virtual Server и VMware Server, а так же продукты десктопной виртуализации – MS VirtualPC и VMware Workstation.

Монолитный гипервизор

Гипервизоры монолитной архитектуры включают драйверы аппаратных устройств в свой код (см. рис. 3).

Рис. 3. Монолитная архитектура

Монолитная архитектура имеет свои достоинства и недостатки. Среди достоинств можно отметить:

• Более высокую (теоретически) производительность из-за нахождения драйверов в пространстве гипервизора
• Более высокую надежность, так как сбои в работе управляющей ОС (в терминах VMware – «Service Console») не приведет к сбою всех запущенных виртуальных машин.

Недостатки же у монолитной архитектуры следующие:

• Поддерживается только то оборудование, драйверы на которое имеются в гипервизоре. Из-за этого вендор гипервизора должен тесно сотрудничать с вендорами оборудования, чтобы драйвера для работы всего нового оборудования с гипервизором вовремя писались и добавлялись в код гипервизора. По той же причине при переходе на новую аппаратную платформу может понадобиться переход на другую версию гипервизора, и наоборот – при переходе на новую версию гипервизора может понадобиться смена аппаратной платформы, поскольку старое оборудование уже не поддерживается.
• Потенциально более низкая безопасность – из-за включения в гипервизор стороннего кода в виде драйверов устройств. Поскольку код драйверов выполняется в пространстве гипервизора, существует теоретическая возможность воспользоваться уязвимостью в коде и получить контроль как над хостовой ОС, так и над всеми гостевыми.

Самым распространенным примером монолитной архитектуры является VMware ESX.

Микроядерная архитектура

При микроядерной архитектуре драйверы устройств работают внутри хостовой ОС.
Хостовая ОС в этом случае запускается в таком же виртуальном окружении, как и все ВМ, и именуется «родительской партицией». Все остальные окружения, соответственно – «дочерние». Единственная разница между родительской и дочерними партициями состоит в том, что только родительская партиция имеет непосредственный доступ к оборудованию сервера. Выделением памяти же и планировкой процессорного времени занимается сам гипервизор.

Рис. 4. Микроядерная архитектура

Достоинства у такой архитектуры следующие:

• Не требуются драйвера, «заточенные» под гипервизор. Гипервизор микроядерной архитектуры совместим с любым оборудованием, имеющим драйверы для ОС родительской партиции.
• Поскольку драйверы выполняются внутри родительской партиции – у гипервизора остается больше времени на более важные задачи – управление памятью и работу планировщика.
• Более высокая безопасность. Гипервизор не содержит постороннего кода, соответственно и возможностей для атаки на него становится меньше.

Самым ярким примером микроядерной архитектуры является, собственно, сам Hyper-V.

Архитектура Hyper-V

На рис.5 показаны основные элементы архитектуры Hyper-V.

Картинка с сайта: habr.com

Рис.5 Архитектура Hyper-V

Как видно из рисунка, гипервизор работает на следующем уровне после железа – что характерно для гипервизоров 1 рода. Уровнем выше гипервизора работают родительская и дочерние партиции. Партиции в данном случае – это области изоляции, внутри которых работают операционные системы. Не нужно путать их, к примеру, с разделами на жестком диске. В родительской партиции запускается хостовая ОС (Windows Server 2008 R2) и стек виртуализации. Так же именно из родительской партиции происходит управление внешними устройствами, а так же дочерними партициями. Дочерние же партиции, как легко догадаться – создаются из родительской партиции и предназначены для запуска гостевых ОС. Все партиции связаны с гипервизором через интерфейс гипервызовов, предоставляющий операционным системам специальный API. Если кого-то из разработчиков интересуют подробности API гипервызовов — информация имеется в MSDN.

Родительская партиция

Родительская партиция создается сразу же при установке системной роли Hyper-V. Компоненты родительской партиции показаны на рис. 6.
Назначение родительской партиции следующее:

• Создание, удаление и управление дочерними партициями, в том числе и удаленное, посредством WMI-провайдера.
• Управление доступом к аппаратным устройствам, за исключением выделения процессорного времени и памяти – этим занимается гипервизор.
• Управление питанием и обработка аппаратных ошибок, если таковые возникают.

Рис.6 Компоненты родительской партиции Hyper-V

Стек виртуализации

Следующие компоненты, работающие в родительской партиции, в совокупности называют стеком виртуализации:

• Служба управления виртуальными машинами (VMMS)
• Рабочие процессы виртуальных машин (VMWP)
• Виртуальные устройства
• Драйвер виртуальной инфраструктуры (VID)
• Библиотека интерфейсов гипервизора

Помимо этого, в родительской партиции работают еще два компонента. Это провайдеры служб виртуализации (VSP) и шина виртуальных машин (VMBus).
Служба управления виртуальными машинами
В задачи службы управления виртуальными машинами (VMMS) входит:

• Управление состоянием виртуальных машин (включено/выключено)
• Добавление/удаление виртуальных устройств
• Управление моментальными снимками

При запуске виртуальной машины VMMS создает новый рабочий процесс виртуальной машины. Подробнее о рабочих процессах будет рассказано далее.
Так же именно VMMS определяет, какие операции разрешено выполнять с виртуальной машиной в настоящий момент: к примеру, если происходит удаление снапшота, то применить снапшот в течение операции удаления она не даст. Подробнее о работе с моментальными снимками (снапшотами) виртуальных машин можно почитать в соответствующей моей статье.
Если говорить более детально – то VMMS управляет следующими состояниями виртуальных машин:

• Starting
• Active
• Not Active
• Taking Snapshot
• Applying Snapshot
• Deleting Snapshot
• Merging Disk

Другие задачи управления – Pause, Save и Power Off – выполняются не службой VMMS, а непосредственно рабочим процессом соответствующей виртуальной машины.
Служба VMMS работает как на уровне пользователя, так и на уровне ядра как системная служба (VMMS.exe) и зависит от служб Remote Procedure Call (RPC) и Windows Management Instrumentation (WMI). Служба VMMS включает в себя множество компонент, среди которых имеется и WMI-провайдер, предоставляющий интерфейс для управления виртуальными машинами. Благодаря этому можно управлять виртуальными машинами из командной строки и с помощью скриптов VBScript и PowerShell. System Center Virtual Machine Manager так же использует этот интерфейс для управления виртуальными машинами.

Рабочий процесс виртуальной машины (VMWP)

Для управления виртуальной машиной из родительской партиции запускается особый процесс – рабочий процесс виртуальной машины (VMWP). Процесс этот работает на уровне пользователя. Для каждой запущенной виртуальной машины служба VMMS запускает отдельный рабочий процесс. Это позволяет изолировать виртуальные машины друг от друга. Для повышения безопасности, рабочие процессы запускаются под встроенным пользовательским аккаунтом Network Service.
Процесс VMWP используется для управления соответствующей виртуальной машиной. В его задачи входит:
Создание, конфигурация и запуск виртуальной машины
Пауза и продолжение работы (Pause/Resume)
Сохранение и восстановление состояния (Save/Restore State)
Создание моментальных снимков (снапшотов)
Кроме того, именно рабочий процесс эмулирует виртуальную материнскую плату (VMB), которая используется для предоставления памяти гостевой ОС, управления прерываниями и виртуальными устройствами.

Виртуальные устройства

Виртуальные устройства (VDevs) – это программные модули, реализующие конфигурацию и управление устройствами для виртуальных машин. VMB включает в себя базовый набор виртуальных устройств, включающий в себя шину PCI и системные устройства, идентичные чипсету Intel 440BX. Есть два типа виртуальных устройств:

• Эмулируемые устройства – эмулируют определенные аппаратные устройства, такие, к примеру, как видеоадаптер VESA. Эмулируемых устройств достаточно много, к примеру: BIOS, DMA, APIC, шины ISA и PCI, контроллеры прерываний, таймеры, управление питанием, контроллеры последовательных портов, системный динамик, контроллер PS/2 клавиатуры и мыши, эмулируемый (Legacy) Ethernet-адаптер (DEC/Intel 21140), FDD, IDE-контроллер и видеоадаптер VESA/VGA. Именно поэтому для загрузки гостевой ОС может использоваться только виртуальный IDE-контроллер, а не SCSI, который является синтетическим устройством.
• Синтетические устройства – не эмулируют реально существующие в природе железки. Примерами служат синтетический видеоадаптер, устройства взаимодействия с человеком (HID), сетевой адаптер, SCSI-контроллер, синтетический контроллер прерывания и контроллер памяти. Синтетические устройства могут использоваться только при условии установки компонент интеграции в гостевой ОС. Синтетические устройства обращаются к аппаратным устройствам сервера посредством провайдеров служб виртуализации, работающих в родительской партиции. Обращение идет через виртуальную шину VMBus, что намного быстрее, чем эмуляция физических устройств.

Драйвер виртуальной инфраструктуры (VID)

Драйвер виртуальной инфраструктуры (vid.sys) работает на уровне ядра и осуществляет управление партициями, виртуальными процессорами и памятью. Так же этот драйвер является промежуточным звеном между гипервизором и компонентами стека виртуализации уровня пользователя.

Библиотека интерфейса гипервизора

Библиотека интерфейса гипервизора (WinHv.sys) – это DLL уровня ядра, которая загружается как в хостовой, так и в гостевых ОС, при условии установки компонент интеграции. Эта библиотека предоставляет интерфейс гипервызовов, использующийся для взаимодействия ОС и гипервизора.

Провайдеры служб виртуализации (VSP)

Провайдеры служб виртуализации работают в родительской партиции и предоставляют гостевым ОС доступ к аппаратным устройствам через клиент служб виртуализации (VSC). Связь между VSP и VSC осуществляется через виртуальную шину VMBus.

Шина виртуальных машин (VMBus)

Назначение VMBus состоит в предоставлении высокоскоростного доступа между родительской и дочерними партициями, в то время как остальные способы доступа значительно медленнее из-за высоких накладных расходах при эмуляции устройств.
Если гостевая ОС не поддерживает работу интеграционных компонент – приходится использовать эмуляцию устройств. Это означает, что гипервизору приходится перехватывать вызовы гостевых ОС и перенаправлять их к эмулируемым устройствам, которые, напоминаю, эмулируются рабочим процессом виртуальной машины. Поскольку рабочий процесс запускается в пространстве пользователя, использование эмулируемых устройств приводит к значительному снижению производительности по сравнению с использованием VMBus. Именно поэтому рекомендуется устанавливать компоненты интеграции сразу же после установки гостевой ОС.
Как уже было сказано, при использовании VMBus взаимодействие между хостовой и гостевой ОС происходит по клиент-серверной модели. В родительской партиции запущены провайдеры служб виртуализации (VSP), которые являются серверной частью, а в дочерних партициях – клиентская часть – VSC. VSC перенаправляет запросы гостевой ОС через VMBus к VSP в родительской партиции, а сам VSP переадресовывает запрос драйверу устройства. Этот процесс взаимодействия абсолютно прозрачен для гостевой ОС.

Дочерние партиции

Вернемся к нашему рисунку с архитектурой Hyper-V, только немного сократим его, поскольку нас интересуют лишь дочерние партиции.

Картинка с сайта: habr.com

Рис. 7 Дочерние партиции

Итак, в дочерних партициях могут быть установлены:

• ОС Windows, с установленными компонентами интеграции (в нашем случае – Windows 7)
• ОС не из семейства Windows, но поддерживающая компоненты интеграции (Red Hat Enterprise Linux в нашем случае)
• ОС, не поддерживающие компоненты интеграции (например, FreeBSD).

Во всех трех случаях набор компонент в дочерних партициях будет немного различаться.

ОС Windows с установленными компонентами интеграции

Операционные системы Microsoft Windows, начиная с Windows 2000 поддерживают установку компонент интеграции. После установки Hyper-V Integration Services в гостевой ОС запускаются следуюшие компоненты:

• Клиенты служб виртуализации. VSC представляют собой синтетические устройства, позволяющие осуществлять доступ к физическим устройствам посредством VMBus через VSP. VSC появляются в системе только после установки компонент интеграции, и позволяют использовать синтетические устройства. Без установки интеграционных компонент гостевая ОС может использовать только эмулируемые устройства. ОС Windows 7 и Windows Server 2008 R2 включает в себя компоненты интеграции, так что их не нужно устанавливать дополнительно.
• Улучшения. Под этим имеются в виду модификации в коде ОС чтобы обеспечить работу ОС с гипервизором и тем самым повысить эффективность ее работы в виртуальной среде. Эти модификации касаются дисковой, сетевой, графической подсистем и подсистемы ввода-вывода. Windows Server 2008 R2 и Windows 7 уже содержат в себе необходимые модификации, на другие поддерживаемые ОС для этого необходимо установить компоненты интеграции.

Так же, компоненты интеграции предоставляют следующий функционал:

• Heartbeat – помогает определить, отвечает ли дочерняя партиция на запросы из родительской.
• Обмен ключами реестра – позволяет обмениваться ключами реестра между дочерней и родительской партицией.
• Синхронизация времени между хостовой и гостевой ОС
• Завершение работы гостевой ОС
• Служба теневого копирования томов (VSS), позволяющая получать консистентные резервные копии.

ОС не из семейства Windows, но поддерживающая компоненты интеграции

Существуют так же ОС, не относящиеся к семейству Windows, но поддерживающие компоненты интеграции.На данный момент – это только SUSE Linux Enterprise Server и Red Hat Enterprise Linux. Такие ОС при установке компонент интеграции используют VSC сторонних разработчиков для взаимодействия с VSC по VMBus и доступа к оборудованию. Компоненты интеграции для Linux разработаны компанией Microsoft совместно с Citrix и доступны для загрузки в Microsoft Download Center. Поскольку компоненты интеграции для Linux были выпущены под лицензией GPL v2, ведутся работы по интеграции их в ядро Linux через Linux Driver Project, что позволит значительно расширить список поддерживаемых гостевых ОС.

Вместо заключения

На этом я, пожалуй, закончу свою вторую статью, посвященную архитектуре Hyper-V. Предыдущая статья вызвала у некоторых читателей вопросы, и надеюсь, что теперь я на них ответил.
Надеюсь, что чтение не было слишком скучным. Я достаточно часто использовал «академический язык», но это было необходимо, поскольку тематика статьи предполагает очень большой объем теории и практически нуль целых нуль десятых практики.

Выражаю огромную благодарность Mitch Tulloch и Microsoft Virtualization Team. На основе их книги Understanding Microsoft Virtualization Solutions и была подготовлена статья.

Hyper-V — нативная (встроенная в ОС) платформа для аппаратной виртуализации, разработанная компанией Microsoft на основе Virtual PC, продукта дочерней компании Apple Connectix. Она позволяет создавать на одном физическом сервере несколько параллельно работающих изолированных программных окружений. Первоначально Hyper-V использовалась для виртуализации серверов, но, начиная с Windows 8, доступна для клиентской версии операционной системы. 

Картинка с сайта: blog.skillfactory.ru

Что такое Hyper-V

Для понимания функций и назначения Hyper-V необходимо разобраться, что представляет собой технология виртуализации. 

Если коротко, то виртуализация — программная имитация работы полноценного ПК со своей операционной системой, жестким диском, оперативной памятью, процессором на выделенных мощностях физического компьютера. Для этого часть ресурсов физической платформы выделяется под работу виртуальной машины, а чтобы они не конфликтовали друг с другом, вторую запускают в изолированной программной среде. Виртуализация используется для решения различных задач:

• эффективного использования аппаратных ресурсов — например, с помощью нее можно запустить несколько виртуальных машин на сервере под отдельные сайты, что позволит снизить стоимость хостинговых услуг, так как основной ПК не будет работать вхолостую; 
• пробной установки новой операционной системы — например, если пользователь решил перейти на новую ОС, но пока не готов отказаться от старой или хочет использовать обе системы сразу под разные задачи;
• тестирования новых программных продуктов или игр — например, если разработчик хочет распространять свою продукцию среди пользователей других операционных систем;
• экспериментов в области информационной безопасности — запустив изолированную виртуальную машину, специалист может «заражать» ее вирусами, троянами и другим вредоносным ПО без риска повредить основную ОС и потерять хранящиеся на ней данные;
• использования программного обеспечения — в частности, на компьютере с основной системой Windows пользователь может с помощью виртуальной машины применять ПО, разработанное под Linux. 

Виртуализация бывает двух типов:

• программной — когда аппаратные ресурсы для одной или нескольких виртуальных машин выделяются операционной системой физической платформы. Это, с одной стороны, упрощает виртуализацию, с другой — замедляет работу виртуальных систем. Кроме того, чтобы они нормально работали, их ОС должны поддерживать ядро основной операционной системы;
• аппаратной — в этом случае распределение физических ресурсов ПК между установленными на нем виртуальными платформами происходит напрямую, минуя основную (серверную) операционную систему. Это позволяет запускать на виртуальных машинах свои полноценные ОС (в том числе не поддерживающие ядро основной операционной системы).

Создание изолированной виртуальной среды и распределение аппаратных ресурсов между основной и гостевыми ОС — одна из главных задач, которую нужно решить для успешной виртуализации. Эти функции берет на себя программа-гипервизор, представляющая собой своеобразную операционную систему.  

Hyper-V — аппаратный гипервизор — программа-посредник между виртуальной машиной и самим «железом» компьютера. По сути, это своеобразная операционная система (микроядро), которая выполняет следующие функции:

• параллельную и независимую работу нескольких виртуальных машин на одном хост-компьютере;
• изолирование гостевых операционных систем друг от друга и основной ОС для предотвращения конфликтов;
• распределение аппаратных ресурсов между виртуальными машинами и управление ими;
• обеспечение взаимодействия между гостевыми ОС (обмен файлами, сетевое соединение и т.д.).

Иными словами, виртуализация в Hyper-V создает условия, при которых аппаратные ресурсы физической платформы эффективно распределяются между установленными на ней виртуальными операционными системами.

История развития

В начале 2000-х годов корпорация Microsoft искала новые направления для своего развития, одним из которых стала разработка различных серверных решений. В 2003 году она поглотила дочернюю компанию Apple Connectix, от которой ей по наследству перешли права на программу Virtual PC. Это программное обеспечение уже на тот момент могло на равных конкурировать с продуктами лидера рынка виртуализации — корпорацией VMware. 

На основе Virtual PC в 2004 году Microsoft представила Virtual Server 2005 — решение для создания и управления виртуальными машинами в Windows. Впоследствии компания несколько изменила свой подход к этому продукту, и в 2008 году выпустила первую версию Hyper-V как компонента, по умолчанию входящего в состав новой на тот момент серверной операционной системы Windows Server.  

Сегодня Hyper-V поставляется корпорацией Microsoft в двух версиях:

• Hyper-V Server — отдельный программный продукт, который можно скачать с официального сайта Microsoft в виде ISO-файла (виртуального образа диска);
• вложенная виртуализация в составе серверных операционных систем Windows Server, а также 64-разрадных клиентских Windows 8, 10, 11 версий Pro (профессиональная), Enterprise (корпоративная) и Education (для образовательных учреждений). В домашней версии ОС этот компонент не предусмотрен. 

Архитектура

Виртуализация в Windows с использованием Hyper-V основана на разделах. Так называется логическая единица разграничения, в которой работают операционные системы. Такие разделы (партиции) бывают двух типов:

• родительские. В разделах этого типа находится основная операционная система, управляющая физической платформой, а также запускается стек виртуализации;
• дочерние. Такие разделы создаются параллельно родительскому и изолированно от него и друг друга с помощью API-гипервизора Hyper-V. Именно в них устанавливаются гостевые операционные системы. 

Дочерние разделы не имеют прямого доступа к аппаратным ресурсам физической платформы. Вместо этого гипервизор предоставляет им виртуальное представление этих ресурсов (виртуальные устройства). Во время работы гостевая ОС обращается именно к своему виртуальному устройству, затем гипервизор перенаправляет ее запрос с помощью технологии VMbus (шины виртуальных устройств) хостовой операционной системе. И уже она передает все обращения гостевых ОС непосредственно драйверам аппаратной платформы. 

В этом заключается ключевое отличие Hyper-V от основного конкурента — гипервизора VMware ESX. Последний имеет встроенные аппаратные драйверы, в то время как Hyper-V задействует драйверы хостовой операционной системы. У каждого подхода есть свои преимущества.

• С одной стороны, наличие аппаратных драйверов в самом гипервизоре позволяет ему работать без хостовой ОС, по сути, заменяя ее. Также это ускоряет работу гостевых операционных систем, направляя запросы от них напрямую «железу». 
• С другой стороны, обращаясь к аппаратным драйверам операционной системы, гипервизор становится менее зависимым от архитектуры самой физической платформы. Например, если появляется драйвер для какой-то специфичной функции физической платформы, достаточно просто установить его в хостовую ОС, а не ждать выхода новой версии гипервизора с соответствующей поддержкой. 

Hyper-V позволяет создавать несколько уровней виртуализации — то есть дочерние разделы с установленными в них гостевыми ОС сами становятся родительскими для новых дочерних разделов. В этом случае обращение гостевых операционных систем к аппаратным ресурсам проходит последовательно через все ступени деления до того момента, как достигнут основной операционной системы, непосредственно управляющей операционной системой. Для повышения эффективности вложенной виртуализации в Hyper-V предусмотрена технология прогрессивного ввода-вывода, позволяющая гостевым ОС напрямую взаимодействовать с шиной виртуальных устройств. Однако, чтобы данная функция работала, гостевая операционная система должна иметь ее встроенную поддержку.    

Возможности

Hyper-V дает пользователю множество возможностей для создания виртуальных машин и обеспечения контроля над ними. К основным функциям относятся:

• Вычислительная среда. В Hyper-V каждая виртуальная машина представляет собой эмуляцию полноценного компьютера со своими вычислительными ресурсами — пространством жесткого диска, оперативной памятью, центральным и графическим процессором, сетевым подключением для обмена данными и т.д. Все эти характеристики пользователь может настроить самостоятельно в соответствии с требованиями конкретной задачи. 
• Восстановление данных. Hyper-V позволяет восстановить данные в случае ошибки в работе виртуальной машины. Для этого программа автоматически создает копии виртуальных машин на другой физической платформе. Также в Hyper-V предусмотрено резервное копирование данных с помощью сохраненных состояний или службы теневого копирования томов (VSS). 
• Оптимизация работы виртуальных машин. Для каждой гостевой ОС, установленной на физической платформе, имеется отдельный набор настраиваемых драйверов и сетевых служб. Это упрощает интеграцию виртуальной машины с аппаратным обеспечением (физической платформой).
• Переносимость. В Hyper-V реализованы различные функции (динамическая миграция, перенос хранилища, импорт и экспорт файлов и т.д.), позволяющие перенести или дублировать виртуальную машину на другую физическую платформу.    
• Удаленное подключение. Hyper-V предлагает пользователям возможность удаленно контролировать виртуальную машину. Эта функция предусмотрена как для Windows, так и для Linux. Она подразумевает консольный доступ в отличие от удаленного рабочего стола, то есть пользователь может наблюдать происходящее в гостевой ОС, даже если основная операционная система еще не загружена. 
• Безопасность. В Hyper-V реализованы различные средства, обеспечивающие безопасное функционирование виртуальных машин. К ним относятся, например, экранирование, предотвращающее распространение вредоносного ПО с одной виртуальной машины на остальные или на основную ОС, подключение к резервному серверу или автономный режим при нарушении подключения к защите ресурсов узла, функция устранения неполадок, шифрование диска в гостевой операционной системе и т.д. 

Преимущества

Нативность. В операционных системах семейства Windows Hyper-V является встроенным компонентом. То есть владельцам этих ОС не нужно отдельно скачивать и устанавливать программу, достаточно просто включить ее через раздел «Параметры». Кроме того, нативность обеспечивает полную совместимость Hyper-V с перечисленными системами и, следовательно, стабильную виртуализацию.

Простота. Hyper-V имеет простой и интуитивно-понятный интерфейс со множеством функций. Это позволяет пользователю быстро создать виртуальные разделы на аппаратной платформе, легко управлять ими и распределять ресурсы между гостевыми ОС.

Возможность шифрования виртуальных машин. Эта функция защищает данные, размещенные на виртуальных дисках. Доступ к ним не имеет даже администратор хоста, что особенно полезно при публичном размещении виртуальных машин.

Удаленное управление в Hyper-v. Помимо уже упоминавшегося управления посредством консоли, этот гипервизор позволяет создавать удаленные рабочие столы. Функция полезна, например, при работе нескольких сотрудников над одним проектом. 

Аппаратная совместимость. Hyper-V поддерживает работу с различными аппаратными платформами на базе процессоров Intel и AMD, включая самое современное «железо». 

Программная совместимость. Виртуальные машины в Hyper-V могут работать под управлением операционных систем семейства Windows (Server, 8, 10, 11 версий Pro, Enterprise, Education), Linux (Ubuntu, Debian, Oracle и т. д.), UNIX (FreeBSD).

Недостатков у Hyper-V немного:

• отсутствие поддержки ПО от сторонних разработчиков;
• меньшая функциональность и эффективность работы в сравнении с конкурентами KMV и VMware:
• обязательное наличие лицензионной серверной ОС Windows Server.

Таким образом, Hyper-V является на сегодняшний день одной из самых популярных платформ для виртуализации, которая используется для выполнения различных задач, от создания виртуальных серверов до разработки ПО. Простота и широкий набор возможностей делают ее предпочтительной не только для профессионалов, но и тех, кто только хочет попробовать свои силы в создании виртуальных машин. 

Виртуализация преобразила идею ИТ-инфраструктуры, представив революционный подход к использованию ресурсов. Проще говоря, виртуализация позволяет одному физическому серверу размещать несколько виртуальных машин (ВМ), каждая из которых работает независимо. И во всем этом Microsoft Hyper-V выступает как выдающееся решение.

Разработанная корпорацией Microsoft, Hyper-V — это технология на основе гипервизора, которая позволяет организациям оптимизировать свои операции. Выступая в качестве тонкого слоя между оборудованием и операционными системами, Hyper-V эффективно управляет ресурсами, обеспечивая бесшовную интеграцию различных рабочих нагрузок на одном физическом сервере. 

Картинка с сайта: kvan.tech

Что такое Hyper-V?  

В основе Hyper-V лежит его инновационная архитектура на основе гипервизора. В отличие от традиционных подходов, эта усовершенствованная модель использует гипервизор Windows, отвечающий за управление виртуальными машинами, распределение ресурсов и обеспечение безопасной изоляции между ними. Этот базовый уровень имеет решающее значение для обеспечения бесперебойного сосуществования нескольких операционных систем на одной физической машине. Он обеспечивает эффективность и оптимизацию ресурсов. Давайте узнаем для чего используется Hyper-V.

Виртуальное предоставление оборудования

Hyper-V выводит настройку на новый уровень, позволяя пользователям создавать виртуальное оборудование для своих виртуальных машин. Это включает в себя создание виртуальных жестких дисков, коммутаторов и других устройств, адаптированных к конкретным требованиям каждой виртуальной машины. Более того, гибкость, предлагаемая при настройке виртуализированной инфраструктуры, повышает адаптивность Hyper-V в различных вариантах использования.

Интеграция с Windows-сервером

Заметным преимуществом Hyper-V является его бесшовная интеграция с Windows 10 VPS. Эта интеграция не только оптимизирует процесс виртуализации, но и позиционирует Hyper-V как идеальный выбор для виртуализации серверов. Сплоченная совместимость между Hyper-V и Windows Server обеспечивает унифицированный и эффективный опыт виртуализации, адаптированный к потребностям корпоративных сред.

Картинка с сайта: kvan.tech

Как работает Hyper-V?

Вы, должно быть, задаетесь вопросом «что делает hyper v», потому что это первый вопрос, который приходит вам в голову после того, как вы слышите это слово. Давайте обсудим это простыми словами. Расположенный между физическим оборудованием и виртуальными машинами, уровень гипервизора важен для работы Hyper-V. Здесь ресурсы эффективно управляются, выполнение виртуальных машин планируется и обеспечивается строгая изоляция. Более того, этот уровень формирует основу процесса виртуализации, обеспечивая бесперебойную работу и взаимодействие нескольких операционных систем на одном физическом хосте.

Виртуальные машины (ВМ) в действии

В Hyper-V создание виртуальных машин занимает центральное место. Каждая виртуальная машина работает со своим собственным набором виртуального оборудования, включая виртуальные процессоры, память, хранилище и сетевые интерфейсы. Такая изоляция различных операционных систем на одном физическом хосте способствует универсальности и эффективности Hyper-V в удовлетворении ваших потребностей в виртуализации.

Картинка с сайта: kvan.tech

Гибкость распределения ресурсов

Отличительной особенностью Hyper-V являются возможности динамического распределения ресурсов. Пользователи могут без усилий настраивать ЦП, память и емкость хранилища для удовлетворения меняющихся потребностей виртуализированной среды. Эта адаптивность обеспечивает оптимальную производительность и эффективное использование ресурсов, согласуя Hyper-V с динамической природой современных ИТ-инфраструктур.

Виртуальные коммутаторы

Hyper-V обеспечивает бесшовное подключение, позволяя пользователям создавать виртуальные коммутаторы. Эти коммутаторы могут подключать виртуальные машины к внешней сети или устанавливать связь между виртуальными машинами, предоставляя гибкое и адаптируемое сетевое решение.

Картинка с сайта: kvan.tech

Снимки

Выходя за рамки обычного резервного копирования, функция моментального снимка Hyper-V фиксирует точное состояние виртуальных машин в определенные моменты. Эта функциональность оказывается бесценной для тестирования сценариев или быстрого отката изменений, улучшая общую управляемость виртуализированных сред.

Живая миграция

Hyper-V представляет живую миграцию, возможность, которая позволяет перемещать виртуальные машины между физическими хостами без простоя. Более того, эта функция способствует высокой доступности, позволяя эффективно оптимизировать ресурсы и балансировать нагрузку.

Преимущества и выгоды Hyper-V

• Экономическая эффективность. Одним из существенных преимуществ Hyper-V является его внутренняя экономическая эффективность. В отличие от многих решений виртуализации, Hyper-V включен в Windows Server, что устраняет необходимость дополнительных расходов на лицензирование. Более того, это делает его экономически выгодным выбором для организаций, ищущих надежные решения виртуализации, не опустошая при этом свой кошелек.
• Масштабируемость и гибкость. Hyper-V предоставляет пользователям возможность масштабировать свою виртуализированную инфраструктуру без усилий. Возможность настройки ресурсов в зависимости от требований рабочей нагрузки обеспечивает оптимальную производительность даже в динамически меняющихся средах. Кроме того, эта масштабируемость является ключевым фактором адаптации к меняющимся потребностям бизнеса и технологическим достижениям.
• Улучшенная безопасность посредством изоляции. Hyper-V решает проблему безопасности, изолируя виртуальные машины друг от друга, обеспечивая дополнительный уровень безопасности. Более того, эта изоляция имеет решающее значение для защиты конфиденциальных данных и приложений, гарантируя, что любые потенциальные уязвимости в одной виртуальной машине не поставят под угрозу целостность других.
• Полная интеграция с Microsoft. Как часть обширного Microsoft, Hyper-V бесшовно интегрируется с другими продуктами, такими как Azure и System Center. Эта интеграция обеспечивает целостное решение для управления ИТ-ресурсами, предлагая сплоченный опыт для организаций, инвестирующих в стек технологий Microsoft.

Картинка с сайта: kvan.tech

Пошаговая инструкция по установке Hyper-V на Windows 10 и 11

Как включить виртуализацию в BIOS для использования Hyper-V

Прежде чем начать, убедитесь, что:

1. На вашем компьютере установлена Windows 10 Pro, Enterprise, Education или Windows 11 Pro, Enterprise. Hyper-V недоступен в версии Windows Home.
2. Виртуализация оборудования включена в BIOS. Большинство современных процессоров поддерживают эту функцию, но ее необходимо включить вручную.

Картинка с сайта: kvan.tech

Как включить виртуализацию в BIOS (если она еще не включена)

1. Перезагрузите компьютер и войдите в настройки BIOS/UEFI. Обычно это делается путем нажатия клавиш, таких как DEL, F2, ESC или F10, во время загрузки (смотрите руководство к вашей материнской плате или подсказки на экране).
2. В BIOS найдите параметр, связанный с Intel VT-x (для процессоров Intel) или AMD-V (для процессоров AMD). Этот параметр может находиться в меню Advanced (Дополнительно), CPU Configuration (Конфигурация процессора) или Virtualization (Виртуализация).
3. Включите функцию виртуализации.
4. Сохраните и выйдите из настроек BIOS. Компьютер перезагрузится.

Пошаговая инструкция по установке Hyper-V

Способ 1: Через функции Windows

1. Откройте Панель управления:

   • Нажмите комбинацию клавиш Windows + S, введите Панель управления и нажмите Enter.


Картинка с сайта: kvan.tech

2. Перейдите в Программы и компоненты:

   • В Панели управления выберите Программы, затем нажмите Включение или отключение компонентов Windows (слева).


Картинка с сайта: kvan.tech

3. Включите Hyper-V:

   • В списке компонентов Windows найдите и установите галочку напротив Hyper-V. Это включает три подкатегории: Hyper-V Management Tools (Инструменты управления Hyper-V) и Hyper-V Platform (Платформа Hyper-V) (убедитесь, что обе опции выбраны).
   • Нажмите ОК. Windows установит необходимые компоненты.


Картинка с сайта: kvan.tech

4. Перезагрузите компьютер:

   • Появится запрос на перезагрузку компьютера для применения изменений. Нажмите Перезагрузить сейчас.

Способ 2: С помощью PowerShell

1. Откройте PowerShell от имени администратора:

   • Нажмите комбинацию клавиш Windows + X и выберите Windows PowerShell (Администратор).

2. Введите команду для установки:

   • В окне PowerShell введите следующую команду: Enable-WindowsOptionalFeature -Online -FeatureName Microsoft-Hyper-V-All

   

   Картинка с сайта: kvan.tech

   • Нажмите Enter. Команда начнет процесс включения функции Hyper-V.

3. Перезагрузите компьютер:

   • После завершения установки появится запрос на перезагрузку. Введите Y и нажмите Enter, чтобы сразу перезагрузить систему.

Что делать после установки Hyper-V

После перезагрузки системы:

1. Откройте Hyper-V Manager:
   • Нажмите Windows + S, введите Hyper-V Manager и выберите его из результатов поиска.
   • Теперь вы увидите интерфейс Hyper-V Manager, где сможете начать создание и управление виртуальными машинами (VM).

Картинка с сайта: kvan.tech

Дополнительная настройка Hyper-V: как создать виртуальный коммутатор

1. Создание виртуального коммутатора (для сетевого подключения):
   • В Hyper-V Manager перейдите в Virtual Switch Manager (Менеджер виртуальных коммутаторов) в правой части окна.
   

   Картинка с сайта: kvan.tech

   • Выберите New Virtual Network Switch (Новый виртуальный сетевой коммутатор), затем выберите External (Внешний) и нажмите Create Virtual Switch (Создать виртуальный коммутатор).
   

   Картинка с сайта: kvan.tech

   • Это позволит вашим виртуальным машинам подключаться к локальной сети или выходить в интернет.
2. Создание виртуальной машины:
   • В Hyper-V Manager нажмите New (Создать) > Virtual Machine (Виртуальная машина).
   

   Картинка с сайта: kvan.tech

   • Следуйте инструкциям мастера, чтобы настроить виртуальную машину, указав такие параметры, как имя машины, объем памяти, размер жесткого диска и установочный ISO-образ.

Как проверить правильность установки Hyper-V

Чтобы убедиться, что Hyper-V установлен правильно:

1. Откройте Командную строку и введите: systeminfo
2. Прокрутите до раздела Hyper-V Requirements (Требования к Hyper-V). Все параметры должны быть отмечены как Да (если включены).

Картинка с сайта: kvan.tech

Возможные проблемы при установке Hyper-V и их решение

• Если Hyper-V не отображается в компонентах Windows, убедитесь, что вы используете версию Windows, которая поддерживает Hyper-V (не Home).
• Проверьте, включена ли виртуализация оборудования в BIOS, если Hyper-V Platform неактивна во время установки.

Вот и все! Теперь Hyper-V установлен, и вы можете начать создавать и управлять виртуальными машинами через интерфейс Hyper-V Manager.

Платформа виртуализации Microsoft Hyper-V в Windows