毫無(wú)疑問(wèn)，在業(yè)界，微軟Microsoft是當(dāng)之無(wú)愧的軟件霸主，不僅僅在操作系統(tǒng)上占據(jù)巨大的市場(chǎng)份額，更在數(shù)據(jù)庫(kù)、遷入式移動(dòng)計(jì)算、搜索引擎等各個(gè)方面都具有很強(qiáng)的影響力，在各個(gè)領(lǐng)域都不容忽視。由于低估微軟在產(chǎn)品創(chuàng)新和銷(xiāo)售執(zhí)行方面的能力，眾多的企業(yè)在與微軟的競(jìng)爭(zhēng)中遭遇挫折。

　　微軟進(jìn)入虛擬化領(lǐng)域已經(jīng)很有一段時(shí)間了（微軟在2003年收購(gòu)了推出VirtualPC軟件的Connectix公司，并在其后推出了VirtualServer服務(wù)器虛擬化軟件），在Hpyer-V推出之前，微軟在虛擬化領(lǐng)域尤其是服務(wù)器虛擬化領(lǐng)域可說(shuō)是略顯不自信，與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手VMware的頻頻新品相比，VirtualPC和VirtualServer的發(fā)布和宣傳都十分低調(diào)，畢竟，VMware/Xen等產(chǎn)品憑借出色的性能已經(jīng)占據(jù)了大半江山。而現(xiàn)在，隨著Hyper-V的正式推出，企業(yè)級(jí)虛擬化領(lǐng)域極可能會(huì)引起一場(chǎng)風(fēng)暴，市場(chǎng)格局有可能迅速改變。

　　為什么微軟的Hyper-V會(huì)具有這樣的能力呢？

　　Hyper-V是一個(gè)Hypervisor（系統(tǒng)管理程序），開(kāi)發(fā)代號(hào)為Viridian，它主要作用就是管理、調(diào)度虛擬機(jī)的創(chuàng)建和運(yùn)行，并提供硬件資源的虛擬化。Hyper-V是微軟伴隨WindowsServer2008最新推出的服務(wù)器虛擬化解決方案，在WindowsServer2008發(fā)布的時(shí)候，集成了一個(gè)Beta版本的Hyper-V，微軟承諾在180天之內(nèi)會(huì)提供正式版的Hyper-V。WindowServer2008是4月份發(fā)布的，180天就是不到6個(gè)月，因此微軟會(huì)在9月到10月之間發(fā)布正式版的Hyper-V，而目前已經(jīng)到了RTM階段，可以正常使用了。

　　Hyper-V跟微軟自家的VirtualPC、VirtualServer等產(chǎn)品相比，有著很顯著的區(qū)別，和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手VMwareServer和ESXServer也有很大不同：Hyper-V在構(gòu)架上絕對(duì)是一個(gè)突破性的進(jìn)展！

　　Hyper-V虛擬化細(xì)節(jié)架構(gòu)

　　微軟發(fā)布的架構(gòu)圖資料有很多，然而主要內(nèi)容都很相似，就是上圖那樣。

　　VirtualServer2005R2的架構(gòu)

　　Hyper-V的本質(zhì)是一個(gè)VMM（虛擬化管理程序），和微軟之前的VirtualServer系列產(chǎn)品，處在的層次不同，它更接近于硬件，這一點(diǎn)比較像VMware的ESXServer系列，實(shí)際上Hyper-V屬于微軟的第一個(gè)裸金屬虛擬化產(chǎn)品（Bare-MetalVirtualization）。然而，在一些基礎(chǔ)架構(gòu)上，Hyper-V和ESXServer又有著明顯的不同，所以說(shuō)，Hyper-V是很特別的。

　　作為一個(gè)虛擬化產(chǎn)品，Hyper-V具有一個(gè)很特別的要求：處理器必須支持AMD-V或者IntelVT技術(shù)，也就是說(shuō)，處理器必須具備硬件輔助虛擬化技術(shù)。

　　對(duì)于一個(gè)虛擬化產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，要求一個(gè)硬件特性是比較奇特的事情（要求支持一個(gè)指令集不算），微軟之前的VirtualServer2005R2不需要這個(gè)特性。對(duì)于VMware的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，這也只是一個(gè)可選的特性，不像Hyper-V那樣，是一個(gè)硬性的要求。處理器不支持VT/AMD-V，就無(wú)法運(yùn)行Hyper-V。

　　VT-x處理器輔助虛擬化技術(shù)，是Hyper-V的硬性要求

　　VT，或者AMD-V，是一種硬件輔助虛擬化技術(shù)，用來(lái)解決RingPrivilege的問(wèn)題，傳統(tǒng)處理器下虛擬機(jī)通過(guò)使用指令轉(zhuǎn)換的方法來(lái)在Ring3執(zhí)行Ring0特權(quán)指令，嚴(yán)重影響性能，而VT則解決了這個(gè)問(wèn)題。對(duì)VT的依賴(lài)和支持是Hyper-V架構(gòu)的基礎(chǔ)，也是Hyper-V最大的特點(diǎn)。

　　也因?yàn)镠yper-V需要處理器支持硬件虛擬化輔助，一部分處理器無(wú)法應(yīng)用Hyper-V，只有較新、非Value型的處理器才能應(yīng)用。例如訪(fǎng)問(wèn)www.microsoft.com只有75%的幾率碰到部署在Hyper-V上的虛擬化服務(wù)器，剩下的25%都是未Hyper-V虛擬化的服務(wù)器。要在這些服務(wù)器上應(yīng)用虛擬化，用戶(hù)只能選擇VirtualServer2005R2或者其它公司的產(chǎn)品。

MicrosoftHyper-V和VMwareESXServer是比較相像的，都是Bare-Metal類(lèi)型，但是它們的內(nèi)核架構(gòu)也有著明顯的不同。微軟在談到競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手ESXServer時(shí)，總會(huì)提到，Hyper-V是微內(nèi)核架構(gòu)的，而ESXServer是單內(nèi)核架構(gòu)，Hyper-V要更好。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　這兩者具有什么不同？到底誰(shuí)更好呢？

　　單內(nèi)核（分層的內(nèi)核）與微內(nèi)核

　　單內(nèi)核和微內(nèi)核實(shí)際上是操作系統(tǒng)內(nèi)核術(shù)語(yǔ)，操作系統(tǒng)的內(nèi)核——實(shí)現(xiàn)核心功能的那部分——可能是微內(nèi)核（Microkernel），也可能是單內(nèi)核（Monolithickernel，有時(shí)也叫宏內(nèi)核Macrokernel）。按照類(lèi)似封裝的形式，這些術(shù)語(yǔ)定義如下：

　　微內(nèi)核（Microkernel）：在微內(nèi)核中，最常用的功能被精心挑選設(shè)計(jì)在內(nèi)核模式（或者按照上一頁(yè)的說(shuō)法，在x86上是Ring0模式）運(yùn)行的一個(gè)或一組進(jìn)程上，而其它大部分不怎么重要的核心功能都作為單獨(dú)的進(jìn)程在用戶(hù)模式下（類(lèi)似地，Ring3模式下）運(yùn)行，它們通過(guò)消息傳遞進(jìn)行通訊（例如，Windows采用的進(jìn)程間通信IPC機(jī)制，IPC就是InterProcessCommunicate）。最基本的思想就是要盡量地小。通常微內(nèi)核只包含了進(jìn)程調(diào)度、內(nèi)存管理和進(jìn)程間通信這幾個(gè)根本的功能。

　　這種設(shè)計(jì)具有許多好處，例如增加了靈活性、易于維護(hù)和易于移植。只需要把微內(nèi)核本身進(jìn)行移植就能夠完成將整個(gè)內(nèi)核移植到新的平臺(tái)上。同時(shí)微內(nèi)核的模塊化設(shè)計(jì)讓其他核心功能模塊都只依賴(lài)于微內(nèi)核模塊或其他模塊，并不直接依賴(lài)硬件。

　　同樣，由于模塊化的設(shè)計(jì)，不包含在微內(nèi)核內(nèi)的驅(qū)動(dòng)程序可以動(dòng)態(tài)地加載，或者卸載。同時(shí)，微內(nèi)核也不依賴(lài)于固定的文件系統(tǒng)，用戶(hù)可以隨意選擇對(duì)文件系統(tǒng)的支持。用戶(hù)甚至能夠在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)將研發(fā)出的新系統(tǒng)模塊或需要替換現(xiàn)有模塊的模塊直接而且迅速地加入系統(tǒng)。不需要的模塊將不會(huì)被加載到內(nèi)存中，因此微內(nèi)核就能夠更有效地利用內(nèi)存。微內(nèi)核還具有的好處是實(shí)時(shí)性、安全性比較好，并且更適合于構(gòu)建分布式操作系統(tǒng)和面向?qū)ο蟛僮飨到y(tǒng)。

　　微內(nèi)核操作系統(tǒng)的典型例子是，Mach（一個(gè)非原生的分布式操作系統(tǒng)內(nèi)核，也被應(yīng)用在MacOSX上）、IBMAIX、BeOS以及WindowsNT，還有著名的Minix（一個(gè)主要用于教學(xué)的Unix系統(tǒng)）和Amoeba（一個(gè)原生的分布式操作系統(tǒng)）。

　　單內(nèi)核（Monolithickernel）：?jiǎn)蝺?nèi)核是個(gè)很大的進(jìn)程。它的內(nèi)部又能夠被分為若干模塊（或?qū)哟?，或其他）。但是在運(yùn)行的時(shí)候，它是一個(gè)單獨(dú)的大二進(jìn)制映象。因?yàn)槭窃谕粋€(gè)進(jìn)程內(nèi)，其模塊間的通訊是通過(guò)直接調(diào)用其他模塊中的函數(shù)實(shí)現(xiàn)的，而不是微內(nèi)核那樣在多個(gè)進(jìn)程內(nèi)進(jìn)行消息傳遞。因此在運(yùn)行效率上，單內(nèi)核會(huì)具有一定的好處。

　　單內(nèi)核操作系統(tǒng)的典型例子是，大部分Linux，包括BSD在內(nèi)的幾乎所有的Unix、MS-DOS及Windows9x。例如SunSolaris的內(nèi)核就運(yùn)行著數(shù)百個(gè)線(xiàn)程以實(shí)現(xiàn)各種功能，而編譯過(guò)Linux內(nèi)核的人就知道Linux內(nèi)核有數(shù)十MB之大。

　　單內(nèi)核和微內(nèi)核哪個(gè)更好顯然是一個(gè)很有爭(zhēng)議性的問(wèn)題，必須說(shuō)明的很有趣的一點(diǎn)是，這種爭(zhēng)論經(jīng)常會(huì)令人想到上一個(gè)時(shí)代CPU領(lǐng)域中RISC和CISC的斗爭(zhēng)。現(xiàn)代的CPU設(shè)計(jì)中包含了任何這兩種技術(shù)，就像現(xiàn)在Linux（單內(nèi)核）和WindowsNT（微內(nèi)核）都是微內(nèi)核和單內(nèi)核的混合產(chǎn)物一樣。歷史上有過(guò)這樣的爭(zhēng)論，Linux（單內(nèi)核）的作者Linus和Minix/Amoeba（均為微內(nèi)核）的作者AndrewS.Tanenbaum博士對(duì)壘，最終Linus也同意微內(nèi)核架構(gòu)更為先進(jìn)的論點(diǎn)。

　　通過(guò)采用微內(nèi)核架構(gòu)，Hyper-V在體積上很有優(yōu)勢(shì)，它的大小只有300k左右（似乎新版本的更加?。?，而VMwareESXServer的Linux核心則非常大。就VMM虛擬化管理程序來(lái)說(shuō)，需要的功能不多，因此采用微內(nèi)核架構(gòu)是很合適的，運(yùn)行效率可以很高。不過(guò)就理論上來(lái)說(shuō)，合理配置的單內(nèi)核其實(shí)和微內(nèi)核也很相似。哪一種性能更好？這要在測(cè)試之后才能知曉了，不過(guò)在這之前，我們接下來(lái)可以先看看微內(nèi)核帶來(lái)的一個(gè)好處：設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的變遷。

無(wú)論采用什么內(nèi)核，驅(qū)動(dòng)程序和文件系統(tǒng)總是必要的，虛擬機(jī)需要使用服務(wù)器的硬件就需要驅(qū)動(dòng)程序，虛擬機(jī)的文檔需要保存在適當(dāng)?shù)奈募到y(tǒng)上。在單內(nèi)核的VMwareESXServer上，驅(qū)動(dòng)程序包含在單內(nèi)核內(nèi)部，虛擬機(jī)映像文件則保存在VMFS（一種類(lèi)似EXT的文件系統(tǒng)）上，那么微內(nèi)核架構(gòu)的Hyper-V呢？#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　這就要談到Hyper-V的VSP/VSC架構(gòu)了，VSP是VirtualServicesProvider，VSC則是VirtualServicesClient，還有一個(gè)VMBus部件，將放在“宿主操作系統(tǒng)”的VSP和虛擬機(jī)操作系統(tǒng)的VSC連接起來(lái)。實(shí)際上“宿主操作系統(tǒng)”也是一個(gè)虛擬機(jī)——就是你最初安裝的、帶有Hyper-V的WindowsServer2008，微軟將其稱(chēng)為ParentPartition操作系統(tǒng)，而每一個(gè)虛擬機(jī)則成為ChildPartition。

　　VSP與VPC，注意VSP并不是VirtualStorageProvider的縮寫(xiě)。VirtualStorageProvider屬于VSP

　　上圖很好地解釋了Hyper-V使用VSP/VSC架構(gòu)解決驅(qū)動(dòng)程序/文件系統(tǒng)的方式，通過(guò)加入VSP和VSC以及它們互相溝通的VMBus總線(xiàn)，Hyper-V將虛擬機(jī)的操作映射入ParentPartition的對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)程序/文件系統(tǒng)中，簡(jiǎn)化起來(lái)就如下圖：

　　Hyper-V的VSPs/VSCs、VMBus架構(gòu)

　　這種方式具有不少好處，例如，最明顯地，Hyper-V可以兼容大量的驅(qū)動(dòng)程序，而不必為虛擬機(jī)開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)程序（ESXServer就是這樣干的），只要設(shè)備能在WindowsServer2008下工作，那么Hyper-V虛擬機(jī)就能使用這些設(shè)備資源，再加上Windows驅(qū)動(dòng)天生就比其他操作系統(tǒng)（如Linux）的驅(qū)動(dòng)豐富，因此在硬件支持上Hyper-V具有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。VMwareESXServer甚至不能直接應(yīng)用Linux驅(qū)動(dòng)程序，需要另外進(jìn)行額外的操作才能使用，因此VMwareESXServer容易受到設(shè)備方面的問(wèn)題，當(dāng)然用戶(hù)可以使用具備VMware認(rèn)證的全套硬件以避免這個(gè)問(wèn)題。

　　有利就有弊，VSP/VSC架構(gòu)需要支持Hyper-V技術(shù)的客戶(hù)端的支持，這樣就大為限制了虛擬機(jī)操作系統(tǒng)的選擇，不支持Hyper-V的客戶(hù)操作系統(tǒng)只能使用設(shè)備模擬的方式，性能和以前的VirtualServer2005R2沒(méi)有太大的分別，要享受到Hyper-V性能的提升，需要虛擬機(jī)使用WindowsServer2008，或者內(nèi)含Xen的Linux/Unix。Hyper-V的客戶(hù)機(jī)操作系統(tǒng)的選擇確實(shí)只注明了Windows和少數(shù)幾種Linux，雖然筆者猜測(cè)或多或少有著商業(yè)策略上的因素，不過(guò)從技術(shù)上來(lái)看，確實(shí)也有一些限制。

　　Hyper-V設(shè)備驅(qū)動(dòng)的這個(gè)優(yōu)點(diǎn)正好就和微內(nèi)核驅(qū)動(dòng)程序架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)一樣，模塊化，架構(gòu)靈活，不需要更改就可以提供新硬件的支持。

　　順便提一下，設(shè)備虛擬硬件輔助VTd技術(shù)在Hyper-V下的實(shí)現(xiàn)很輕松，只需要開(kāi)發(fā)WindowsServer2008下的驅(qū)動(dòng)程序。

　　Hyper-V還具有一個(gè)關(guān)于性能的重要特性：多處理器虛擬機(jī)，Hyper-V支持4CPU的WindowsServer2008虛擬機(jī)，和2CPU的WindowsServer2003虛擬機(jī)。多處理器虛擬機(jī)并不是Hyper-V才具有的特性，VMware的ESXServer早已經(jīng)實(shí)現(xiàn)4CPU的虛擬機(jī)，并且是在各種操作系統(tǒng)下（WMwareWorkstation也能提供2CPU的虛擬機(jī)）。

　　如果服務(wù)器工作負(fù)載需要很高的性能，我們可以考慮使用多處理器的虛擬機(jī)。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器可以消耗掉大量的處理器資源，這時(shí)，多處理器虛擬機(jī)就是很必須的，就像我們做過(guò)的測(cè)試那樣。當(dāng)然，只有當(dāng)工作負(fù)載確實(shí)需要的時(shí)候，才應(yīng)該使用多處理器虛機(jī)，因?yàn)楣芾砀嗟奶幚砥鲿?huì)帶來(lái)一些額外的開(kāi)銷(xiāo)。就像早期WindowNT具有單處理器和多處理器兩種內(nèi)核一樣（單處理器版本去掉了一些多處理器才有的如同步之類(lèi)的模塊，并作了相關(guān)優(yōu)化）。

　　進(jìn)程狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換示意圖，進(jìn)程的就在這些狀態(tài)之間“旋轉(zhuǎn)”

眾所周知，為了保護(hù)共享數(shù)據(jù)，需要一些同步機(jī)制，例如鎖、信號(hào)量等。通常，多處理器操作系統(tǒng)內(nèi)核和驅(qū)動(dòng)會(huì)采用自旋鎖（SpinLock，類(lèi)似于互斥鎖，但是保持時(shí)間更短。更詳細(xì)的信息可以參考《WindowsInternals》第四版，P152）的機(jī)制，在獲得自旋鎖之前，線(xiàn)程并不會(huì)阻塞，而是一直處于自旋狀態(tài)，前提是自旋鎖只會(huì)保持很短的時(shí)間。然而在虛擬化條件下，這個(gè)前提會(huì)被打破，因?yàn)樘摂M處理器是按照時(shí)間片進(jìn)行調(diào)度的。如果在保持自旋鎖的時(shí)候競(jìng)爭(zhēng)虛擬處理器，則其他虛擬處理器就要自旋很長(zhǎng)時(shí)間，導(dǎo)致CPU循環(huán)的浪費(fèi)。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　在WindowsServer2008內(nèi)核以及Hyper-VHypervisor中加入了一個(gè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，盡可能防止出現(xiàn)自旋鎖的長(zhǎng)時(shí)間等待條件，如果確實(shí)存在長(zhǎng)時(shí)間等待條件，也會(huì)有效地加以檢測(cè)并對(duì)其進(jìn)行處理。這個(gè)方法叫做自旋鎖啟發(fā)方法，未實(shí)現(xiàn)自旋鎖啟發(fā)方法的虛擬機(jī)系統(tǒng)將停在一個(gè)緊湊循環(huán)上旋轉(zhuǎn)以等待其他虛擬處理器釋放自旋鎖，通常這個(gè)旋轉(zhuǎn)可能會(huì)阻塞其中一個(gè)硬件CPU，從而降低虛擬化性能。而在自旋鎖啟發(fā)式操作系統(tǒng)中，自旋鎖代碼會(huì)在將要發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)HypercallAPI通知Hyper-VHypervisor管理程序，這樣Hypervisoer管理程序就可以立即調(diào)度執(zhí)行另一個(gè)虛擬處理器并降低不必要的CPU使用。Hyper-V還在調(diào)度程序和內(nèi)存虛擬化邏輯上進(jìn)行了優(yōu)化以使它們?cè)诖蠖鄶?shù)臨界區(qū)中都不會(huì)被鎖定，從而確保多處理器系統(tǒng)能夠獲得很好的延展性。

　　在前些天的媒體測(cè)試見(jiàn)面會(huì)上，微軟中國(guó)的工程師展示了Hyper-V虛擬機(jī)的效率，表明4CPU的WindowsServer2008虛擬機(jī)，其延展性可以和物理4CPU系統(tǒng)一較高下。當(dāng)然，具體的提升仍然需要通過(guò)測(cè)試來(lái)評(píng)估。

　　注：自旋鎖啟發(fā)方法其實(shí)不完全是Hyper-V的內(nèi)容，它更多是WindowsServer2008的核心內(nèi)容。Vista也實(shí)現(xiàn)了這個(gè)自旋鎖啟發(fā)方法。

　　不知不覺(jué)間說(shuō)了很多顯得有些深澀的內(nèi)容，不過(guò)Hyper-V的特點(diǎn)總結(jié)起來(lái)就是：VT/AMD-V實(shí)現(xiàn)、微內(nèi)核設(shè)計(jì)、VSP/VSC虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)架構(gòu)以及虛擬處理器自旋鎖啟發(fā)架構(gòu)，這些特性糅合在一起就形成了獨(dú)特的Hyper-V。此外，28美元的價(jià)格（或者，購(gòu)買(mǎi)WindowsServer2008：免費(fèi)）也很值得一提。

　　微軟服務(wù)器虛擬化戰(zhàn)略的里程碑：Hyper-V

　　更好的性能、更廣泛的兼容性、更強(qiáng)的安全性，以及更便宜——這就是Hyper-V，從2003年收購(gòu)Connetix后就沉寂的微軟并沒(méi)有睡著。從最早的TerminalServices，到早期的VirtualPC、VirtualServer、SoftGrid，到今天Hyper-V的推出，這些看似不經(jīng)意的動(dòng)作，現(xiàn)在看來(lái)均是為其全面的虛擬化戰(zhàn)略實(shí)施做鋪墊。而經(jīng)過(guò)這樣一系列的鋪墊，微軟從數(shù)據(jù)中心到桌面虛擬化、全面的端到端的虛擬化戰(zhàn)略已經(jīng)正式部署完畢，我們已經(jīng)可以看到，虛擬化市場(chǎng)即將到來(lái)的一場(chǎng)暴風(fēng)雨。