Hyper-V伺服器虛擬化簡介

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Hyper-V伺服器虛擬化簡介

卷期：v0014
出版日期：2010-09-20

作者：李泳泉 / 臺灣大學計算機及資訊網路中心作業管理組幹事

臺大計資中心（以下簡稱本中心）即將在今年九月推出臺大雲端服務（NTU Cloud），在服務建置過程中虛擬化技術扮演重要角色。NTU Cloud目前主要以Hyper-V作為虛擬化平臺。

前言

雲端服務的提供，不論是提供平臺（Platform）、軟體（Software）、設備（Infrastructure）或是網路（Network）的服務都需要大量的主機作為後盾。以主機管理的角度來說，若全部以實體主機提供服務，則硬體設施的費用將讓人望之卻步，再加上主機空間、電力使用及管理人力上的成本，更是一筆龐大的支出。因此，我們需要採用虛擬化技術來因應。過去虛擬化技術總讓人有效能不彰的印象，近年來在各家軟硬體廠商的努力，包含虛擬化平臺架構的改良及硬體支援的大力加持下，已有不少廠商在營運環境中使用虛擬化技術的成功案例，例如微軟的MSDN網站以及Amazon的EC2等等。

Hyper-V是微軟所推出虛擬化技術，內建於Windows Server 2008平台的角色中，因此若要使用Hyper-V只需在Windows Server 2008中啟用Hyper-V角色即可，不需再另外安裝。需注意的是要啟用Hyper-V的主機要採用64位元的作業系統，以及支援硬體虛擬化的CPU（現在是Intel VT及AMD-V處理器）。

相較於微軟過去的虛擬化技術－Virtual Server/PC(Type 2，多了一層作業系統，相容性好，速度較慢)，Hyper-V採用Type 1架構，讓虛擬機器可以較直接的使用實體主機的硬體資源，以提高虛擬系統之效能；並可在主機上支援多達 16 顆CPU，每台虛擬主機亦可支援至4顆CPU。記憶體部份，Hyper-V可在實體主機上支援多達 1TB 的記憶體，其中每台虛擬機器亦可多達 64 GB 的記憶體，即使是虛擬機器也可具備強大的資料處理能力。

Hyper-V的架構

大致來說，虛擬化技術都會具備四個主要的元件－實體主機的硬體資源（硬體層）、安裝在實體主機上的作業系統（Host OS）、虛擬機器（Guest）、以及負責虛擬主機運作的虛擬機器監視器（VMM，在本文中，Hyper-V即是扮演VMM角色）。以VMM與硬體層之關係來說，可將VMM分為Type 1和Type 2兩種類型。Type 1的VMM採用祼機架構（Bare-Metal Architecture），直接執行於硬體平臺上，虛擬機器則執行於VMM上。Type 2的VMM則採用主機型架構（Host-based Architecture），執行於Host OS環境中，虛擬機器則執行於VMM上。

Type 1 的VMM優點是可以直接執行於電腦硬體上，而不是在實體主機的作業系統中，提供最佳效能及可用性。而Type 2的VMM執行於實體主機的作業系統上，提供較佳的相容性，但虛擬機器的執行效能比Type 1差上許多。稍早在本文中提到Hyper-V採用Type 1的架構，因此可提供虛擬機器較佳的執行效能。但相對的，Hyper-V目前可支援的作業系統便少得多。Hyper-V目前可支援的虛擬機器的作業系統列表可參考下列網址：http://www.microsoft.com/windowsserver2008/en/us/hyperv-supported-guest-os.aspx

Hyper-V的效能

以架構而言，Hyper-V採用的架構能提供虛擬機器較佳的效能，但虛擬機器及硬體中間仍有一層VMM區隔，因此VMM的執行所耗用的資源將大大影響虛擬機器的執行效能。參考微軟官方的測試結果（System Resource Costs of Hyper-V及Microsoft.com Operations Virtualizes MSDN and TechNet on Hyper-V），使用Hyper-V執行的虛擬機器，IO存取效能可達使用相同規格實體機器的92% - 93%、CPU的使用則較實體機器多出9% - 12%，VMM本身則會佔用約300MB的實體記憶體；整體而言虛擬化後的效能表現是可以讓人接受的。

結語

透過虛擬化的技術讓我們得以在提供雲端服務，但又不必採購大量的實體主機，達成了提供服務的目的，但又不需應付主機空間、冷氣、電力的龐大需求，同時也因應校園綠色節能的政策方針。但在建置的過程中我們發現Hyper-V仍有不足之處，包括Hyper-V支援的虛擬機器作業系統較少、以及Hyper-V與各大網路（如Citrix）及儲存設備（如IBM）廠商的產品整合仍少等；相較於VMWare及Xen而言，Hyper-V這個虛擬市場的後起之秀仍有許多可努力的地方。