Annexe B : vue d’ensemble de l’architecture et des fonctionnalités d’Hyper-V

Cette rubrique fournit une vue d’ensemble de l’architecture Hyper-V et décrit les avantages et les inconvénients d’Hyper-V.

Architecture Hyper-V

Hyper-V est une plateforme de virtualisation basée sur l’hyperviseur et une technologie d’activation pour l’une des fonctionnalités phares de Windows Server, la migration dynamique. Avec Hyper-V, Windows Server est capable de migration rapide, qui peut déplacer des machines virtuelles entre des hôtes physiques avec seulement quelques secondes de temps d’arrêt. Avec la migration dynamique, les déplacements entre les cibles physiques se produisent en millisecondes, ce qui signifie que les opérations de migration deviennent invisibles pour les utilisateurs connectés. Consultez Nouveautés d’Hyper-V sur Windows Server.

L’hyperviseur est la plateforme de virtualisation spécifique au processeur qui peut héberger plusieurs machines virtuelles isolées les unes des autres, mais qui partagent les ressources matérielles sous-jacentes en virtualisant les processeurs, la mémoire et les appareils d’E/S.

Les systèmes d’exploitation invités qui s’exécutent sur une machine virtuelle Hyper-V offrent des performances qui s’approchent des performances d’un système d’exploitation s’exécutant sur du matériel physique si les pilotes et services du client de serveur virtuel (VSC) nécessaires sont installés sur le système d’exploitation invité. Le code du client de serveur virtuel Hyper-V (VSC), également appelé E/S compatibles Avec Hyper-V, permet d’accéder directement au « bus de machine virtuelle » Hyper-V et est disponible avec l’installation des services d’intégration Hyper-V. Les services d’intégration Hyper-V qui fournissent des pilotes VSC sont également disponibles pour d’autres systèmes d’exploitation clients.

Hyper-V prend en charge l’isolation en termes de partition. Une partition est une unité logique d’isolation, prise en charge par l’hyperviseur, dans laquelle des systèmes d’exploitation s'exécutent. L’hyperviseur Microsoft doit avoir au moins une partition parente ou racine exécutant Windows Server. La pile de virtualisation s’exécute dans la partition parente et a un accès direct aux périphériques matériels. La partition racine crée ensuite des partitions enfants qui hébergent les systèmes d’exploitation invités. La partition racine crée des partitions enfants à l’aide de l’interface de programmation d’application (API) hypercall.

Les partitions n’ont pas accès au processeur physique, ni ne gèrent les interruptions processeur. En revanche, elles disposent d'un affichage virtuel du processeur et s’exécutent dans une région d’adresse de mémoire virtuelle qui est privée pour chaque partition invité. L’hyperviseur gère les interruptions du processeur et les redirige vers les partitions respectives. Hyper-V permet également des accélérations matérielles de la traduction d’adresses entre différents espaces d’adressage virtuels invités à l'aide d'une unité IOMMU (unité de gestion de mémoire d’entrée/sortie) qui fonctionne indépendamment du matériel de gestion de mémoire utilisé par le processeur. L'unité IOMMU permet de remapper les adresses de mémoire physique sur les adresses utilisées par les partitions enfants.

Les partitions enfants n'ont également pas d'accès direct aux autres ressources matérielles. Elles disposent d'un affichage virtuel des ressources, en tant qu'appareils virtuels (VDev). Les demandes pour des appareils virtuels sont redirigées par le VMBus ou l’hyperviseur vers les appareils de la partition parente, qui gère les demandes. Le VMBus est un canal logique qui permet la communication entre les partitions. La partition parente héberge des fournisseurs de services de virtualisation (VSP, Virtualization Service Providers) qui communiquent sur le VMBus pour gérer les demandes d’accès aux périphériques des partitions enfants. Les partitions enfants hébergent des consommateurs de services de virtualisation (VSC, Virtualization Service Consumers) qui redirigent les demandes vers les VSP de la partition parente via le VMBus. Ce processus est complètement transparent pour le système d’exploitation invité.

Les appareils virtuels peuvent également tirer parti d’une fonctionnalité de virtualisation de Windows Server, appelée Enlightened I/O, pour les sous-systèmes de stockage, de mise en réseau, de graphisme et d'entrée. Enlightened I/O est une implémentation spécialisée prenant en charge la virtualisation de protocoles de communication de haut niveau (par exemple, SCSI), qui utilisent le VMBus directement, en contournant la couche d’émulation de n’importe quel appareil. Cela améliore l’efficacité de la communication, mais nécessite un invité compatible qui prend en charge l'hyperviseur et VMBus. Hyper-V Enlightened I/O et un noyau prenant en charge l'hyperviseur sont compris dans l’installation des services d’intégration Hyper-V. Des composants d’intégration, notamment des pilotes de client serveur virtuel (VSC), sont également disponibles pour les autres systèmes d’exploitation. Hyper-V nécessite un processeur avec virtualisation assistée par le matériel, comme l'offre la technologie Intel VT ou AMD-V (AMD Virtualization).

Le diagramme suivant fournit une vue d’ensemble générale de l’architecture d’un environnement Hyper-V s’exécutant sur Windows Server.

Les acronymes et les termes utilisés dans le diagramme ci-dessus sont décrits ci-dessous :

• APIC : contrôleur d’interruption programmable avancé. Appareil qui permet d’affecter des niveaux de priorité à ses sorties d’interruption.

• Partition enfant : partition qui héberge un système d’exploitation invité. Tout accès à la mémoire physique et aux appareils par une partition enfant est fourni via le bus de machine virtuelle (VMBus) ou l’hyperviseur.

• Hypercall : interface pour la communication avec l’hyperviseur. L’interface hypercall prend en charge l’accès aux optimisations fournies par l’hyperviseur.

• Hyperviseur : couche logicielle qui se trouve entre le matériel et un ou plusieurs systèmes d’exploitation. Son travail principal consiste à fournir des environnements d’exécution isolés appelés partitions. L’hyperviseur contrôle et régit l’accès au matériel sous-jacent.

• IC – Composant d’intégration. Composant qui permet aux partitions enfants de communiquer avec d’autres partitions et l’hyperviseur.

• Pile d’E/S : pile d’entrée/sortie.

• MSR : routine du service de mémoire.

• Partition racine : gère les fonctions au niveau de l’ordinateur, telles que les pilotes de périphériques, la gestion de l’alimentation et l’ajout/suppression à chaud des appareils. La partition racine (ou parente) est la seule qui a un accès direct à la mémoire physique et aux périphériques.

• VID : pilote d’infrastructure de virtualisation. Fournit des services de gestion des partitions, des services de gestion des processeurs virtuels et des services de gestion de la mémoire pour les partitions.

• VMBus – mécanisme de canal de communication utilisé pour la communication entre les partitions et l’énumération des périphériques sur les systèmes à plusieurs partitions virtuelles actives. Le VMBus est installé avec les Services d’intégration Hyper-V.

• VMMS – Service de gestion des machines virtuelles. Responsable de la gestion de l’état de toutes les machines virtuelles dans les partitions enfants.

• VMWP : processus de travail de machine virtuelle. Composant en mode utilisateur de la pile de virtualisation. Le processus de travail fournit des services de gestion des machines virtuelles à partir de l’instance Windows Server dans la partition parente aux systèmes d’exploitation invités dans les partitions enfants. Le service de gestion d’ordinateurs virtuels génère un processus de travail distinct pour chaque ordinateur virtuel en cours d’exécution.

• VSC – Client de service de virtualisation. Un appareil synthétique instance qui réside dans une partition enfant. Les VSC utilisent les ressources matérielles fournies par les fournisseurs de services de virtualisation (VSP) dans la partition parente. Ils communiquent avec le VSP correspondant dans la partition parente sur le VMBus pour répondre aux demandes d'E/S de périphérique des partitions enfant.

• VSP : fournisseur de services de virtualisation. Réside dans la partition racine et fournit une prise en charge d’appareil synthétique aux partitions enfants via le bus de machine virtuelle (VMBus).

• WinHv : bibliothèque d’interface d’hyperviseur Windows. WinHv est essentiellement un pont entre les pilotes d’un système d’exploitation partitionné et l’hyperviseur qui permet aux pilotes d’appeler l’hyperviseur à l’aide des conventions d’appel Windows standard

• WMI : le service de gestion d'ordinateurs virtuels expose un ensemble d’API Windows Management Instrumentation (WMI) pour gérer et contrôler les ordinateurs virtuels.

  La plupart de ces termes sont définis dans le glossaire.

Avantages

Les avantages de l’exécution de solutions au niveau de l’entreprise dans un environnement virtualisé Hyper-V sont les suivants :

1. Consolidation des ressources matérielles : plusieurs serveurs physiques peuvent être facilement consolidés en serveurs comparativement moins nombreux en implémentant la virtualisation avec Hyper-V. La consolidation permet d’utiliser pleinement les ressources matérielles déployées. Hyper-V dans Windows Server peut accéder à jusqu’à 64 processeurs logiques sur les ordinateurs hôtes. Cette fonctionnalité tire non seulement parti des nouveaux systèmes multicœurs, mais elle signifie également des ratios de consolidation de machines virtuelles plus élevés par hôte physique.

2. Facilité d’administration :

   • La consolidation et la centralisation des ressources simplifient l’administration.

   • L’implémentation du scale-up et du scale-out est prise en charge avec beaucoup plus de facilité.

3. Économies significatives :

   • Les coûts matériels sont considérablement réduits, car plusieurs machines virtuelles peuvent s’exécuter sur une seule machine physique. Par conséquent, une machine physique distincte n’est pas nécessaire pour chaque ordinateur.

   • Les coûts de licence Hyper-V peuvent être inclus dans le coût de licence de Windows Server et peuvent également être achetés en tant que produit autonome.

   • Les exigences en matière d’alimentation peuvent être considérablement réduites en regroupant les applications existantes dans un environnement Hyper-V virtualisé en raison de la réduction de l'« encombrement » matériel physique requis.

4. Prise en charge de la tolérance de panne via les clustering Hyper-V : Étant donné que Hyper-V est une application prenant en charge les clusters, Windows Server fournit une prise en charge native de l’hôte clustering pour les machines virtuelles créées dans un environnement virtualisé Hyper-V.

5. Facilité de déploiement et de gestion :

   • La consolidation des serveurs existants en moins de serveurs physiques simplifie le déploiement.

   • Une solution de gestion Hyper-V complète est disponible avec System Center Virtual Machine Manager. Nouveautés de VMM dans System Center fournit des conseils.

6. Caractéristiques clés des performances Hyper-V :

   • Amélioration de l’architecture de partage de matériel : Hyper-V offre un accès et une utilisation améliorés des ressources principales, telles que le disque, la mise en réseau et la vidéo lors de l’exécution de systèmes d’exploitation invités avec un noyau prenant en charge l’hyperviseur et qui sont équipés du code du client de serveur virtuel (VSC) requis (appelé E/S compatibles Avec Hyper-V). Les illuminations sont des améliorations apportées au système d’exploitation pour aider à réduire le coût de certaines fonctions du système d’exploitation telles que la gestion de la mémoire. Les composants d’intégration, qui incluent des pilotes VSC, sont également disponibles pour d’autres systèmes d’exploitation clients.

     Les performances du disque sont essentielles pour les applications d’entreprise gourmandes en E/S disque telles que Microsoft BizTalk Server et en plus des E/S compatibles Avec Hyper-V ; Hyper-V fournit la prise en charge du disque « passthrough », qui fournit des performances de disque à la même échelle que celles du disque physique. Notez que la prise en charge du disque « passthrough » offre des performances améliorées à un faible coût pour des raisons pratiques. Les disques « passthrough » sont essentiellement des disques/LUN physiques qui sont attachés à une machine virtuelle et ne prennent pas en charge certaines fonctionnalités des disques virtuels, telles que les instantanés de machine virtuelle.

   • Prise en charge de la virtualisation assistée par le matériel du processeur : Hyper-V tire pleinement parti de la prise en charge de la virtualisation assistée par le matériel du processeur, disponible avec une technologie de processeur récente.

   • Prise en charge du système d’exploitation invité SMP (Multi-core) : Hyper-V offre la possibilité de prendre en charge jusqu’à quatre processeurs dans un environnement de machine virtuelle, ce qui permet aux applications de tirer pleinement parti des fonctionnalités de multithreading dans une machine virtuelle.

   • Prise en charge des systèmes d’exploitation invités 32 bits et 64 bits : Hyper-V fournit une prise en charge étendue pour l’exécution simultanée de différents types de systèmes d’exploitation, y compris les systèmes 32 bits et 64 bits sur différentes plateformes serveur, telles que Windows, Linux® et autres.

7. Prise en charge complète des produits : étant donné que les applications d’entreprise Microsoft (telles que Exchange Server et SQL Server) sont entièrement testées en cours d’exécution dans Hyper-V, Microsoft fournit une prise en charge des correctifs de code pour ces applications lorsqu’elles sont déployées et exécutées dans un environnement Hyper-V.

8. Scalabilité : une puissance de traitement supplémentaire, une bande passante réseau et une capacité de stockage supplémentaires peuvent être obtenues rapidement et facilement en répartissant des ressources supplémentaires disponibles de l’ordinateur hôte vers les machines virtuelles invitées. Cela peut nécessiter que l’ordinateur hôte soit mis à niveau ou que les machines virtuelles invitées soient déplacées vers un ordinateur hôte plus performant.

   Pour plus d’informations sur les avantages de l’utilisation de la technologie de virtualisation fournie avec Hyper-V, consultez Vue d’ensemble de la technologie Hyper-V.

Inconvénients

Parmi les inconvénients de l’exécution de solutions au niveau de l’entreprise dans un environnement virtualisé Hyper-V, citons :

• Configuration matérielle requise – En raison des exigences de la consolidation des serveurs, les machines virtuelles Hyper-V ont tendance à consommer plus de processeur et de mémoire, et nécessitent une bande passante d’E/S disque supérieure à celle des serveurs physiques avec des charges de calcul comparables. Étant donné que le rôle serveur Hyper-V n’est disponible que pour 64 bits et que toutes les éditions de Windows Server sont 64 bits uniquement, le matériel physique doit prendre en charge la virtualisation assistée par le matériel. Cela signifie que le processeur doit être compatible avec la technologie Intel VT ou AMD Virtualization (AMD-V), que le BIOS du système doit prendre en charge la prévention de l’exécution des données (DEP) et que LAP doit être activée.

• Configuration logicielle requise : Bien que la plupart des logiciels Microsoft soient pris en charge s’exécutant sur des machines virtuelles Hyper-V, certains logiciels Microsoft sont toujours en cours de test pour garantir la compatibilité avec un environnement virtualisé Hyper-V. Par exemple, la plupart des applications d’entreprise Microsoft prennent en charge l’exécution sur Hyper-V ou sont en cours de test de prise en charge sur Hyper-V. Pour plus d’informations sur la prise en charge des BizTalk Server et des SQL Server sur Hyper-V, consultez l’Annexe C : BizTalk Server et SQL Server prise en charge d’Hyper-V.