Apéndice B: arquitectura de Hyper-V e introducción a las características

En este tema se proporciona información general sobre la arquitectura de Hyper-V, se describen las ventajas y desventajas de Hyper-V.

Arquitectura de Hyper-V

Hyper-V es una plataforma de virtualización basada en hipervisor y una tecnología de habilitación para una de las características de la marca de Windows Server, Live Migration. Con Hyper-V, Windows Server es capaz de realizar la migración rápida, lo que podría mover máquinas virtuales entre hosts físicos con solo unos segundos de tiempo de interoperabilidad. Con la migración en vivo, los movimientos entre destinos físicos se producen en milisegundos, lo que significa que las operaciones de migración se vuelven invisibles para los usuarios conectados. Consulta Novedades de Hyper-V en Windows Server.

El hipervisor es la plataforma de virtualización específica del procesador que puede hospedar varias máquinas virtuales (VM) aisladas entre sí, pero que comparten los recursos de hardware subyacentes virtualizando los procesadores, la memoria y los dispositivos de E/S.

Los sistemas operativos invitados que se ejecutan en una máquina virtual de Hyper-V proporcionan un rendimiento que se aproxima al rendimiento de un sistema operativo que se ejecuta en hardware físico si los controladores y servicios necesarios del cliente de servidor virtual (VSC) se instalan en el sistema operativo invitado. El código del cliente de servidor virtual (VSC) de Hyper-V, también conocido como E/S habilitada para Hyper-V, permite el acceso directo a hyper-V "Virtual Machine Bus" y está disponible con la instalación de los servicios de integración de Hyper-V. Los servicios de integración de Hyper-V que proporcionan controladores VSC también están disponibles para otros sistemas operativos cliente.

Hyper-V admite el aislamiento en términos de una partición. Una partición es una unidad lógica de aislamiento, admitida por el hipervisor, en la que se ejecutan los sistemas operativos. El hipervisor de Microsoft debe tener al menos un elemento primario, o raíz, partición, que ejecute Windows Server. La pila de virtualización se ejecuta en la partición primaria y tiene acceso directo a los dispositivos de hardware. Luego la partición raíz crea las particiones secundarias que hospedan los sistemas operativos invitados. Una partición raíz crea particiones secundarias mediante la interfaz de programación de aplicaciones (API) de hiperllamadas.

Las particiones no tienen acceso al procesador físico ni controlan las interrupciones del procesador. En su lugar, tienen una vista virtual del procesador y se ejecuten en una región de direcciones de memoria virtual que es privada para cada partición invitada. El hipervisor controla las interrupciones del procesador y las redirige a la partición correspondiente. Hyper-V también puede emplear aceleración de hardware para la traducción de direcciones entre distintos espacios de direcciones virtuales invitados usando una unidad de administración de memoria de entrada y salida (IOMMU) que funciona de forma independiente del hardware de administración de memoria utilizado por la CPU. Una IOMMU se usa para volver a asignar las direcciones de memoria física a las direcciones que usan las particiones secundarias.

Asimismo, las particiones secundarias no tienen acceso directo a otros recursos de hardware y se les presenta una vista virtual de los recursos, como dispositivos virtuales (vDev). Las solicitudes de los dispositivos virtuales se redirigen a través del VMBus o el hipervisor a los dispositivos de la partición primaria, que controla las solicitudes. El VMBus es un canal de comunicaciones entre particiones lógicas. La partición primaria hospeda los proveedores de servicios de virtualización (VSP) que se comunican a través del VMBus para controlar las solicitudes de acceso de dispositivo procedentes de las particiones secundarias. Las particiones secundarias hospedan los consumidores de servicios de virtualización (VSC) que redirigen las solicitudes de dispositivo a los VSP de la partición primaria a través del VMBus. La totalidad del proceso es transparente para el sistema operativo invitado.

Los dispositivos virtuales también pueden aprovechar una característica de virtualización de Windows Server, denominada E/S habilitada, para almacenamiento, redes, gráficos y subsistemas de entrada. E/S habilitada es una implementación especializada de reconocimiento de virtualización de los protocolos de comunicación de alto nivel (por ejemplo, SCSI) que utilizan el VMBus directamente y omiten cualquier capa de emulación de dispositivos. Esto hace la comunicación más eficaz, pero requiere un invitado habilitado que reconozca el hipervisor y el VMBus. Se proporcionan E/S habilitada de Hyper-V y un kernel con reconocimiento de hipervisor a través de la instalación de los servicios de integración de Hyper-V. También hay disponibles componentes de integración, que incluyen controladores de cliente de servidor virtual (VSC), para otros sistemas operativos cliente. Hyper-V requiere un procesador que incluya virtualización asistida por hardware, como la proporcionada con la tecnología Intel VT o Virtualización AMD (AMD-V).

En el diagrama siguiente se proporciona información general de alto nivel sobre la arquitectura de un entorno de Hyper-V que se ejecuta en Windows Server.

Introducción a la

Los acrónimos y los términos usados en el diagrama anterior se describen a continuación:

• APIC : controlador de interrupción programable avanzado. Un dispositivo que permite asignar niveles de prioridad a sus salidas de interrupción.

• Partición secundaria : partición que hospeda un sistema operativo invitado. Todo el acceso a la memoria física y los dispositivos mediante una partición secundaria se proporciona a través del bus de máquina virtual (VMBus) o el hipervisor.

• Hypercall : interfaz para la comunicación con el hipervisor. La interfaz de hiperllamada admite el acceso a las optimizaciones proporcionadas por el hipervisor.

• Hipervisor : Una capa de software que se encuentra entre el hardware y uno o varios sistemas operativos. Su función principal es proporcionar entornos de ejecución aislados, llamados particiones. El hipervisor controla y arbitra el acceso al hardware subyacente.

• IC : componente de integración. Componente que permite que las particiones secundarias se comunican con otras particiones y el hipervisor.

• Pila de E/S : pila de entrada/salida.

• MSR : rutina del servicio de memoria.

• Partición raíz : administra funciones de nivel de máquina, como controladores de dispositivos, administración de energía y adición o eliminación activa del dispositivo. La partición raíz (o primaria) es la única partición que tiene acceso directo a la memoria física y los dispositivos.

• VID : controlador de infraestructura de virtualización. Proporciona servicios de administración de particiones, servicios de administración de procesadores virtuales y servicios de administración de memoria para particiones.

• VMBus : Mecanismo de comunicación basado en canal usado para la comunicación entre particiones y la enumeración de dispositivos en sistemas con varias particiones virtualizadas activas. El VMBus se instala con los servicios de integración de Hyper-V.

• VMMS : servicio de administración de máquinas virtuales. Responsable de administrar el estado de todas las máquinas virtuales en particiones secundarias.

• VMWP : proceso de trabajo de máquina virtual. Componente de modo de usuario de la pila de virtualización. El proceso de trabajo proporciona servicios de administración de máquinas virtuales desde la instancia de Windows Server de la partición primaria a los sistemas operativos invitados en las particiones secundarias. El servicio Administración de máquinas virtuales genera un proceso de trabajo independiente para cada máquina virtual en ejecución.

• VSC : cliente de servicio de virtualización. Una instancia de dispositivo sintético que reside en una partición secundaria. Los VSC usan recursos de hardware proporcionados por los proveedores de servicios de virtualización (VSP) que están en la partición primaria. Se comunican con los VSP correspondientes de la partición primaria mediante el VMBus para satisfacer las solicitudes de E/S de los dispositivos de las particiones secundarias.

• VSP : proveedor de servicios de virtualización. Reside en la partición raíz y proporciona compatibilidad con dispositivos sintéticos para particiones secundarias a través de Virtual Machine Bus (VMBus).

• WinHv : biblioteca de interfaz de Hipervisor de Windows. WinHv es básicamente un puente entre los controladores de un sistema operativo con particiones y el hipervisor que permite a los controladores llamar al hipervisor mediante convenciones de llamada estándar de Windows.

• WMI : El servicio Administración de máquinas virtuales expone un conjunto de API basadas en Instrumental de administración de Windows (WMI) para administrar y controlar las máquinas virtuales.

  La mayoría de estos términos se definen en el glosario.

Nota

Información general sobre la tecnología de Hyper-V es un buen recurso.

Ventajas

Entre las ventajas de ejecutar soluciones de nivel empresarial en un entorno virtualizado de Hyper-V se incluyen las siguientes:

1. Consolidación de recursos de hardware : varios servidores físicos se pueden consolidar fácilmente en relativamente menos servidores mediante la implementación de la virtualización con Hyper-V. La consolidación admite el uso completo de los recursos de hardware implementados. Hyper-V en Windows Server puede tener acceso a hasta 64 CPU lógicas en equipos host. Esta funcionalidad no solo aprovecha los nuevos sistemas multicore, sino que también significa una mayor proporción de consolidación de máquinas virtuales por host físico.

2. Facilidad de administración:

   • La consolidación y centralización de recursos simplifica la administración.

   • La implementación del escalado vertical y el escalado horizontal se admiten con mucha mayor facilidad.

3. Ahorro de costos significativo:

   • Los costos de hardware se reducen significativamente porque varias máquinas virtuales se pueden ejecutar en una sola máquina física, por lo tanto, no se requiere una máquina física independiente para cada equipo.

   • Los costos de licencia de Hyper-V pueden incluirse con el costo de licencia de Windows Server y también se pueden comprar como un producto independiente.

   • Los requisitos de energía pueden reducirse significativamente mediante la consolidación de las aplicaciones existentes en un entorno de Hyper-V virtualizado debido a la reducción de la superficie de hardware físico que se requiere.

4. Compatibilidad con la tolerancia a errores a través de clústeres de Hyper-V : dado que Hyper-V es una aplicación compatible con clústeres, Windows Server proporciona compatibilidad con la agrupación en clústeres de hosts nativos para las máquinas virtuales creadas en un entorno virtualizado de Hyper-V.

5. Facilidad de implementación y administración:

   • La consolidación de los servidores existentes en menos servidores físicos simplifica la implementación.

   • Hay disponible una solución de administración completa de Hyper-V con System Center Virtual Machine Manager. Las novedades de VMM en System Center proporcionan algunas instrucciones.

6. Principales características de rendimiento de Hyper-V:

   • Arquitectura de uso compartido de hardware mejorada : Hyper-V proporciona un acceso mejorado y el uso de los recursos principales, como el disco, las redes y el vídeo al ejecutar sistemas operativos invitados con un kernel compatible con hipervisor y que están equipados con código de cliente de servidor virtual (VSC) necesario (conocido como E/S habilitada para Hyper-V). Las iluminaciones son mejoras realizadas en el sistema operativo para ayudar a reducir el costo de ciertas funciones del sistema operativo, como la administración de memoria. Los componentes de integración, que incluyen controladores de VSC, también están disponibles para otros sistemas operativos cliente.

     El rendimiento del disco es fundamental para las aplicaciones empresariales intensivas de E/S de disco, como Microsoft BizTalk Server y además de E/S habilitadas para Hyper-V; Hyper-V proporciona compatibilidad con discos de "paso a través", lo que proporciona rendimiento de disco a la par del rendimiento del disco físico. Tenga en cuenta que la compatibilidad con discos de "paso a través" proporciona un rendimiento mejorado a un costo reducido para su comodidad. Los discos de "paso a través" son básicamente discos físicos o LUN que están conectados a una máquina virtual y no admiten parte de la funcionalidad de los discos virtuales, como instantáneas de máquina virtual.

   • Compatibilidad con virtualización asistida por hardware del procesador: Hyper-V aprovecha al máximo la compatibilidad de virtualización asistida por hardware del procesador que está disponible con la tecnología de procesador reciente.

   • Compatibilidad con el sistema operativo invitado de varios núcleos (SMP): Hyper-V proporciona la capacidad de admitir hasta cuatro procesadores en un entorno de máquina virtual, lo que permite a las aplicaciones aprovechar al máximo la funcionalidad de multiproceso en una máquina virtual.

   • Compatibilidad con sistemas operativos invitados de 32 y 64 bits : Hyper-V proporciona una amplia compatibilidad para ejecutar simultáneamente diferentes tipos de sistemas operativos, incluidos sistemas de 32 y 64 bits en distintas plataformas de servidor, como Windows, Linux® y otros.

7. Soporte técnico completo del producto: dado que las aplicaciones empresariales de Microsoft (como Exchange Server y SQL Server) se prueban completamente en ejecución en Hyper-V, Microsoft proporciona compatibilidad con correcciones de código para estas aplicaciones cuando se implementa y se ejecuta en un entorno de Hyper-V.

8. Escalabilidad : la capacidad de procesamiento adicional, el ancho de banda de red y la capacidad de almacenamiento se pueden lograr de forma rápida y sencilla mediante la aplicación de recursos adicionales disponibles desde el equipo host a las máquinas virtuales invitadas. Esto puede requerir que el equipo host se actualice o que las máquinas virtuales invitadas se muevan a un equipo host más capaz.

   Para obtener información más detallada sobre las ventajas de aprovechar la tecnología de virtualización proporcionada con Hyper-V, consulte La introducción a la tecnología de Hyper-V.

Inconvenientes

Algunas desventajas de ejecutar soluciones de nivel empresarial en un entorno virtualizado de Hyper-V pueden incluir:

• Requisitos de hardware: Debido a las demandas de consolidación de servidores, las máquinas virtuales de Hyper-V tienden a consumir más CPU y memoria, y requieren un mayor ancho de banda de E/S de disco que los servidores físicos con cargas informáticas comparables. Dado que el rol de servidor de Hyper-V solo está disponible para 64 bits y todas las ediciones de Windows Server solo son de 64 bits, el hardware físico debe admitir la virtualización asistida por hardware. Esto significa que el procesador debe ser compatible con la tecnología Intel VT o AMD Virtualization (AMD-V), el BIOS del sistema debe admitir la prevención de ejecución de datos (DEP) y deP debe estar habilitado.

• Requisitos de software: Aunque la mayoría del software de Microsoft se admite en máquinas virtuales de Hyper-V, algunos software de Microsoft todavía están en proceso de prueba para garantizar la compatibilidad con un entorno virtualizado de Hyper-V. Por ejemplo, la mayoría de las aplicaciones de nivel empresarial de Microsoft admiten la ejecución en Hyper-V o están en proceso de prueba para la compatibilidad con Hyper-V. Para obtener más información sobre la compatibilidad de BizTalk Server y SQL Server en Hyper-V, consulte el Apéndice C: BizTalk Server y SQL Server compatibilidad con Hyper-V.