Windows Server 2012 R2 Server Virtualization White Paper CN

主要介绍Windows Server 2012中Hyper-V

Windows Server2012 R2

服务器虚拟化技术概述

主要介绍Windows Server 2012中Hyper-V

目录

目录 ................................................................................................ 2

超越虚拟化 ................................................................................... 6

在 Windows Server 2012 R2 之前 ......................................................................................................................................... 6

Windows Server 2008 R2 Hyper-V 的改进 .................................................................................................................... 7

Windows Server 2008 R2 Hyper-V 的收益 .................................................................................................................... 7

Windows Server 2012 Hyper V 与 Windows Server 2012 R2 ................................................................................ 7

扩展性，性能与密度 ................................................................................................................................................................... 8

虚拟机 NUMA ........................................................................................................................................................................... 9

增强的存储功能 ...................................................................................................................................................................... 10

Hyper-V 支持高级磁盘格式（4KB 扇区磁盘） .......................................................................................................... 10

新的虚拟磁盘格式（VHDX） ............................................................................................................................................ 11

联机调整虚拟磁盘大小 ........................................................................................................................................................ 13

联机检查点合并 ...................................................................................................................................................................... 14

Hyper-V 中的虚拟光纤通道 ............................................................................................................................................... 15

卸载数据传输 .......................................................................................................................................................................... 17

增强的网络性能 ...................................................................................................................................................................... 18

虚拟接收方缩放 ...................................................................................................................................................................... 18

动态虚拟机队列 ...................................................................................................................................................................... 20

单根 I/O 虚拟化 ...................................................................................................................................................................... 21

增强的资源管理 ...................................................................................................................................................................... 23

动态内存 ................................................................................................................................................................................... 23

Hyper-V 资源计量 ................................................................................................................................................................. 25

网络服务质量（QoS） ........................................................................................................................................................ 27

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虚拟化负载的性能 ................................................................................................................................................................. 31

安全与多租户 ............................................................................................................................................................................... 35

Hyper-V 可扩展交换机 ............................................................................................................................................................. 35

PVLAN ........................................................................................................................................................................................ 36

ARP/ND 毒化与欺骗保护 ................................................................................................................................................... 37

DHCP Guard Protection ...................................................................................................................................................... 37

Hyper-V 虚拟交换机可扩展端口 ACL ............................................................................................................................ 37

到虚拟机的隧道模式 ............................................................................................................................................................ 38

监控 ............................................................................................................................................................................................. 38

Windows PowerShell 与 WMI ........................................................................................................................................... 38

对可扩展交换机进行扩展 ........................................................................................................................................................ 39

可管理性 ................................................................................................................................................................................... 41

合作伙伴扩展 .......................................................................................................................................................................... 42

物理安全 ........................................................................................................................................................................................ 43

BitLocker ................................................................................................................................................................................... 43

灵活的基础架构 ...................................................................... 44

Hyper-V 对 Linux 的支持 ......................................................................................................................................................... 44

64 颗虚拟处理器的支持及更深入的集成服务支持 ................................................................................................... 45

合成桢缓冲区驱动 ................................................................................................................................................................. 45

动态内存支持 .......................................................................................................................................................................... 45

实时虚拟机备份支持 ............................................................................................................................................................ 46

实时动态扩展固定容量的 VHDX ...................................................................................................................................... 46

Linux kdump/kexec 支持 .................................................................................................................................................... 46

NMI 支持 ................................................................................................................................................................................... 46

内存映射 I/O（MMIO）Gap 规范................................................................................................................................... 46

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虚拟机可移植性 .......................................................................................................................................................................... 48

实时迁移 ................................................................................................................................................................................... 48

基于 SMB 的实时迁移 .......................................................................................................................................................... 49

更快速的并发迁移 ................................................................................................................................................................. 49

带压缩的实时迁移 ................................................................................................................................................................. 49

通过 SMB 实时迁移 .............................................................................................................................................................. 50

存储实时迁移 .......................................................................................................................................................................... 51

无需共享实时迁移 ................................................................................................................................................................. 51

跨版本实时迁移 ...................................................................................................................................................................... 54

可靠的虚拟机导入...................................................................................................................................................................... 55

Hyper-V 的自动化支持 ............................................................................................................................................................. 56

Hyper-V 网络虚拟化 ................................................................................................................................................................. 58

实用的应用程序 ...................................................................................................................................................................... 59

网络虚拟化 – 主要收益 ....................................................................................................................................................... 60

网络虚拟化概念 ...................................................................................................................................................................... 61

数据包封装 ............................................................................................................................................................................... 62

通过地址虚拟化实现网络虚拟化 ..................................................................................................................................... 63

网络虚拟化架构 ...................................................................................................................................................................... 64

网络虚拟化路由 | 虚拟子网间 ........................................................................................................................................... 65

网络虚拟化路由 | 虚拟网络外 ........................................................................................................................................... 66

高可用性与适应性 .................................................................. 68

网卡捆绑 ........................................................................................................................................................................................ 68

架构 ............................................................................................................................................................................................. 68

网卡捆绑的配置 ...................................................................................................................................................................... 69

通讯分配算法 .......................................................................................................................................................................... 69

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故障转移群集 ............................................................................................................................................................................... 71

Active Directory 分离的群集 ............................................................................................................................................. 73

群集仲裁及动态见证 ............................................................................................................................................................ 73

关闭时清空虚拟机 ................................................................................................................................................................. 76

虚拟机网络健康度检测 ........................................................................................................................................................ 76

增强的群集仪表板 ................................................................................................................................................................. 77

虚拟机监控 ............................................................................................................................................................................... 77

故障转移优先级，相关性及反相关性 ............................................................................................................................ 78

群集感知更新 .......................................................................................................................................................................... 80

来宾群集 ........................................................................................................................................................................................ 82

共享的 VHDX ........................................................................................................................................................................... 83

增量备份 ........................................................................................................................................................................................ 84

Windows Azure Backup 集成 ............................................................................................................................................ 85

Hyper-V 副本 ............................................................................................................................................................................... 87

扩展复制 ................................................................................................................................................................................... 89

Windows Azure Hyper-V 恢复管理器 ............................................................................................................................ 90

虚拟化的创新 ............................................................................................................................................................................... 91

第二代虚拟机 .......................................................................................................................................................................... 91

增强的会话模式 ...................................................................................................................................................................... 93

虚拟机自动激活 ...................................................................................................................................................................... 94

结论 ............................................................................................. 96

Windows Server 2012 R2 虚拟化 – 技术场景与解决方案 5

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超越虚拟化

过去多年来，服务器虚拟化已经从一项新技术变为 IT 的成熟功能。在这个过程中，不同行业与规模的企业都开始利用这项技术的优势满足不断变化的业务需求。通过对负载进行虚拟化，组织可以控制并降低成本，同时改善 IT 系统的扩展性、灵活性，及覆盖面。

然而虽然有着诸多优势，实际上虚拟化技术本身并不能帮助组织构建或利用云服务，但业务任务对这一目标寄予越来越高的期望。

微软通过 Hyper-V 在虚拟化技术领域处于领先位置。该功能最早出现在 Windows Server 2008 中，并在 Windows Server 2008 R2 与 Windows Server 2012 中得以进一步扩展与增强，Hyper-V 为组织提供了优化服务器硬件投资所需的工具，可将多个服务器角色整合为不同的虚拟机，在一台物理宿主机上运行。此外组织还可以使用 Hyper-V 高效率地运行多个操作系统 — 包括 Windows 之外的操作系统，例如 Linux — 所有这些系统可在一台服务器上运行，并充分发挥 64 位计算技术的强大威力。

本白皮书将介绍 Windows Server 2012 R2 在虚拟化功能方面的巨大改进，以及如何将 Windows Server 2012 Hyper-V 现有的强大功能结合在一起为客户提供完善的平台，用于应对现代化数据中心的挑战。 在 Windows Server 2012 R2 之前

首先简要回顾一下老版本 Windows Server 中有关 Hyper-V 的改进。从 2008 年 6 月发布 Windows Server 2008 以来，通过 Hyper-V 提供的服务器虚拟化技术就成为操作系统不可分割的一部分。随后 Windows Server 2008 R2 中提供了一个新版 Hyper-V，并且在 Service Pack 1（SP1）中再次进行了增强。 Hyper-V 技术有两种实现方式：

Hyper-V 是 Windows Server 中一种基于 Hypervisor 的虚拟化角色。

Microsoft Hyper-V Server 则是一种基于 Hypervisor 的服务器虚拟化产品，可供客户将负载整合到一台物理服务器。该产品可免费下载。

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Windows Server 2008 R2 Hyper-V 的改进

随着 2009 年 10 月 Windows Server 2008 R2 Hyper-V 的发布，微软引入了一系列有竞争力的技术，帮助组织降低成本，同时提升敏捷度与灵活性。其中的主要功能包括：

实时迁移 – 可不中断或不停机移动运行中的虚拟机。

群集共享卷 – 能让虚拟机以更高扩展性与灵活性的方式使用共享存储（NAS）。

处理器兼容性 – 改善在不同架构 CPU 的宿主机之间实时迁移虚拟机时的灵活性。

热添加存储 – 灵活地为虚拟机添加或删除存储。

改善的虚拟网络性能 – 支持巨型帧及虚拟机队列（VMq）。

随着 2011 年 10 月 Hyper-V Service Pack 1（SP1）的发布，微软又引入了两个新增的重要功能，可帮助组织通过该平台获得更巨大的收益：

动态内存 – 更高效地利用内存，同时维持一致的负载性能与可扩展性。

RemoteFX – 为虚拟桌面基础架构（VDI）环境提供最丰富的虚拟化 Windows 7 体验。

Windows Server 2008 R2 Hyper-V 的收益

Hyper-V 是 Windows Server 的有机组成部分，提供的底层虚拟化平台可以让客户顺利过渡到云端。通过使用 Windows Server 2008 R2，客户将具备核心虚拟化场景、生产服务器整合、动态数据中心、业务连续性、虚拟桌面基础架构（VDI），以及测试与开发环境所需的完备解决方案。Hyper-V 通过实时迁移等功能为客户提供了更好的灵活性，并通过群集共享卷等功能提供了灵活的存储。在 Windows Server 2008 R2 中，Hyper-V 还提供了更好的扩展性，最高可支持 64 颗逻辑处理器，并通过动态内存改善了性能，同时具备更好的网络支持。

Windows Server 2012 Hyper V 与 Windows Server 2012 R2

很快到了 2012 年 9 月，Windows Server 2012 发布。该版本为 Hyper-V 带来了大量新增和改进的功能。这些功能围绕有关扩展性的改进，新的存储与网络功能，对实时迁移功能的大幅改进，与硬件的更深入集成，以及内建的虚拟机复制功能等，大部分都将在下文中详细介绍。这些改进、新功能以及增强的特性可分为四个主要类别，本白皮书将专注于这四个类别，分别对 Windows Server 2012 与 R2 进行介绍。这四个重要类别分别为：

扩展性，性能与密度 – 客户希望运行更大更强大的虚拟机，以处理要求最高的负载。此外随着硬件规模持续增长，客户希望充分利用最大规模的物理系统获得最高密度，同时降低整体成本。

安全与多租户 – 虚拟化的数据中心越来越普及。IT 组织与托管供应商都开始提供基础架构即服务（IaaS），能为客户提供更灵活的虚拟化基础架构—―按需获得服务器实例‖。在这一趋势的影响下，IT 组织与托管供应商必须能为客户提供更高安全性与隔离，某些情况下还要通过加密满足合规性要求。 灵活的基础架构 – 在现代化数据中心，客户希望更敏捷，以快速高效地响应不断变化的业务需求。在基础架构内部灵活地移动负载这一点至关重要，此外客户希望能根据需求及负载的特性选择最佳部署方式。 高可用性与适应性 – 随着客户对虚拟化的信心持续增长，他们开始对关键业务应用进行虚拟化，而确保负载持续可用就变得更加重要。通过平台内建的功能确保负载具备高可用性，同时在面临灾难时可快速还原到其他地理位置，这也成为选择现代化数据中心平台的一个重要参考因素。

在上述四个领域内，我们将介绍客户面临的挑战，以及 Windows Server 2012 R2 内建的功能是如何帮助客户通过强大但具备成本效益的解决方案应对这些挑战的。

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扩展性，性能与密度

Windows Server 2008 R2 中的 Hyper-V 支持为虚拟机最多配置四颗虚拟处理器，以及最高 64GB 内存。然而 IT 组织逐渐开始希望通过虚拟化技术部署关键业务第一层应用程序。更大规模，要求更高的负载，例如在线事务处理（OLTP）数据库与在线事务分析（OLTA）解决方案通常需要在具备至少 16 颗处理器，以及更大量内存的系统中运行。对于此类负载，更多虚拟处理器与虚拟机内存数量已经成为核心要求。

然而扩展性不只是运行负载那么简单。客户还希望确保能通过对存储与网络基础架构进行扩展，高效率地满足负载需求的变化，为此就必须充分利用最新最先进的硬件创新。

在 Windows Server 2012 以及后续的 2012 R2 中，有很多设计目标其目的就是为了解决这些挑战。我们不仅希望客户能运行要求最高的应用程序，提供最高级别的性能与扩展性，同时我们希望确保客户能针对整个基础架构获得最优化的资源利用率与可用性。

从扩展性角度看，Windows Server 2012 R2 中的 Hyper-V 相比 Windows Server 2008 R2 Hyper-V 极大扩展了对宿主机处理器与内存的支持。新功能包括 Hyper-V 来宾系统最多支持 64 颗虚拟处理器与 1TB 内存，最高支持 64TB 容量的全新 VHDX 虚拟磁盘格式，以及更优化的适应性与敏捷度，这些都将在下文中介绍。这些功能确保了虚拟化的基础架构可支持配置更大规模的高性能虚拟机，为需要大规模扩展的负载提供支持。

这些并非 Windows Server 2012 Hyper-V 仅有的改进，具体改进请参阅下表：

宿主机 资源 逻辑处理器

物理内存

每宿主机虚拟 CPU 数 Windows Server 2008 R2 Hyper-V 64 1TB 512 4

64GB

384

否

16

1,000 Windows Server 2012 R2 Hyper-V 320 4TB 2,048 64 1TB 1,024 是 64 8,000 改进比例 5× 4× 4× 16× 16× 2.7× - 4× 8× 虚拟机 每虚拟机虚拟 CPU 数 每虚拟机内存数 每宿主机活跃虚拟机数 来宾 NUMA 群集 节点最大数 虚拟机最大数

表 1 – Windows Server 2008 R2 Hyper-V 与 Windows Server 2012 R2 Hyper-V 扩展性对比

从宿主机的角度来说，在上表中可以看到，Hyper-V 的每台宿主机最多支持 4TB 物理内存，每台宿主机最多支持 2,048 颗虚拟 CPU。相比 Windows Server 2008 R2 Hyper-V，扩展性提升了四倍，同时也意味着实际上客户能够运行 1,024 个双虚拟处理器的虚拟机，每个虚拟机分配 4GB 内存，这样的配置依然能得到支持。这样的扩展性令人印象深刻，并可确保客户能通过硬件投资获得更高价值。

虚拟机本身的扩展性也得到了大幅增强，现在的 Hyper-V 虚拟机最多可支持 64 颗虚拟 CPU 及 1TB 内存。如此高的扩展性为运行高端关键业务内存中事务或分析负载提供了可能，能从更高容量中获得更大收益。

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上文中我们简要介绍了客户如何对重要的虚拟化负载提出了更严格的可用性与适应性要求。通过使用 Windows Server 与 Hyper-V 作为基础，还能通过故障转移群集提供更高级别的可用性。在 Windows Server 2012 R2 中，群集规模也得以提高，从 Windows Server 2008 R2 的最多 16 个节点增至 Windows Server 2012 与 Windows Server 2012 R2 的 64 个节点。同时每个群集可支持的活跃虚拟机数量也由之前的 1,000 个增加至 8,000 个。

此外表格中还强调了另一项创新，能为虚拟化负载提供更高性能，对使用更多数量的虚拟处理器与内存运行负载更是至关重要，那就是虚拟机 NUMA。

虚拟机 NUMA

Windows Server 2012 R2 Hyper-V 现在可在虚拟机内部支持非一致性内存访问：NUMA。NUMA 是指一种多处理器系统的计算机架构，在这种架构中处理器访问内存所需的时间取决于内存与处理器的相对位置。 通过使用 NUMA，处理器可用比访问远程内存（这样的内存对系统中其他处理器来说是本地内存）更快的速度访问本地内存（直接连接到处理器的内存）。现代化操作系统与高性能应用程序，例如 SQL Server 通过优化已经可以识别系统的 NUMA 拓扑，并会在调度线程或分配内存时考虑 NUMA，借此提升性能。 将虚拟 NUMA 拓扑投射到虚拟机中，即可在大规模虚拟机环境中提供更好的性能与负载扩展性。为此需要让来宾操作系统及应用程序，例如 SQL Server 或 Windows Web Server，即 IIS 充分利用内建的 NUMA 性能优化机制。投射给 Hyper-V 虚拟机的默认虚拟 NUMA 拓扑通过优化可与宿主机的 NUMA 拓扑相匹配，如下图所示。

图 1 – 虚拟机 NUMA 节点与物理 NuMA 拓扑保持一致

这一点为何重要

来宾 NUMA 确保了可感知 NUMA 的重要负载能用尽可能高的级别执行，充分利用硬件本身的底层性能特性与功能，充分利用硬件、软件，及应用程序方面的投资。运行 SQL 与 IIS 的客户即可从来宾 NUMA 中获得大量收益。

某些高性能应用程序，例如 Microsoft SQL Server 2012 与 Windows Server 2012 中的 Internet Information Services（IIS）8 可感知 NUMA，因此相比在不支持 NUMA 的平台与虚拟机中运

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增强的存储功能

Windows Server 2012 包含了一系列新增的强大存储功能，在虚拟化基础架构中扮演了重要的角色，可支持要求最高的关键业务负载。在 Windows Server 2012 R2 中，通过进一步提升性能与灵活性还可帮您获得持续可用性。

Hyper-V 支持高级磁盘格式（4KB 扇区磁盘）

存储密度与可靠性的提升，与其他因素一起推动存储产业将硬盘的物理格式由 512 字节扇区提升为 4,096 字节扇区（即 4KB 扇区）。然而大部分软件依然需要使用长度为 512 字节的磁盘扇区。扇区大小的变化让很多应用程序遇到了兼容性问题。为了将对生态系统的影响降到最低，硬盘供应商引入了一种过渡期的―512 字节模拟驱动器‖，即 ―512e‖ 驱动器。这类驱动器能提供 4KB 原生驱动器的某些优势，例如提升了格式效率，并改善了纠错代码（ECC）的架构，不过在磁盘接口方面不像 4KB 扇区磁盘那样会产生太多兼容性问题。Windows Server 2012 与 Windows Server 2012 R2 的 Hyper-V 可支持 ―512e‖ 与 4KB 磁盘扇区。 面临挑战的客户还需要确保能采用并充分利用新的磁盘格式提供最佳性能，并针对重要负载进行优化。 虚拟磁盘支持 4,096 字节扇区（4KB 磁盘扇区），这种新标准是整个业界未来几年为满足对存储需求的提升努力的方向，新的格式最先在 Windows Server 2012 Hyper-V 中得到了支持。Windows Server 2012，以及后续 Windows Server 2012 R2 中的 Hyper-V 能在传统标准的 512 字节模拟驱动器，即 512字节模拟（512e）上提供更高的性能。对 4KB 磁盘扇区与 512e 的支持确保了您的虚拟化基础架构跟上存储行业创新的步伐。

Hyper-V 与 512e 磁盘

512e 磁盘只能按照物理扇区的大小执行写入，也就是说，无法直接按照请求执行一个刚好为 512 字节的扇区操作。磁盘的内部流程会通过下列步骤执行这样的写操作：

1. 磁盘将 4KB 物理扇区读入内部缓存，其中包含写操作需要写入的 512 字节逻辑扇区。

2. 4KB 缓冲区中的数据修改，通过更新包含这 512 字节的扇区内容。

3. 磁盘针对 4KB 缓冲区的更新结果执行写操作，将其写回磁盘的物理扇区。

上述过程也叫做―读取-修改-写入‖，即 RMW。RMW 过程会导致虚拟磁盘性能退化，原因主要有：

动态与差分虚拟磁盘在数据载荷前有 512 字节的扇区位图。此外 footer/header/parent 的定位都是以 512 字节扇区为基准进行对齐的。因此为了更新这些结构，虚拟磁盘驱动器会频繁发起 512 字节写操作，导致频繁进行上文描述的 RMW 行为。

应用程序通常以 4KB（NTFS 的默认簇大小）为单位发起读写操作请求。因为 512 字节扇区位图位于动态和差分虚拟磁盘的数据载荷最前端，4KB 块将无法与物理 4KB 边界对齐，如下图所示。

在下图中，虚拟磁盘的 4KB 块并未与 4KB 物理边界对齐。

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图 2 – 虚拟磁盘的 4KB 块（蓝色）并未与物理 4KB 边界对齐

较老的解析程序所发起的每个 4KB 写操作都要更新载荷数据，导致需要针对磁盘上的块执行两次读取操作，随后进行更新并写回两个磁盘块中。因此 RMW 操作对负载整体性能的影响大部分时候高达 30-80%，有时候甚至会更高。

RMW 操作对负载整体性能的影响大部分时候高达 30-80%，有时候甚至会更高。

Windows Server 2012 R2 中的 Hyper-V 会预先让上文提及的结构与 VHD 格式的 4KB 边界对齐，借此降低 512e 磁盘上的虚拟磁盘堆栈对性能的影响。这样在访问虚拟磁盘文件中的数据，以及更新虚拟磁盘元数据结构时可避免 RMW 产生影响。

原生支持 4KB 扇区

Windows Server 2012 R2 中的 Hyper-V 在虚拟磁盘层实施了软件 RMW 算法，因此可将虚拟磁盘存储到 4KB 磁盘上。这种算法可将 512 字节的访问并更新请求转换为相应的 4 KB 访问与更新。

需求

要充分利用 Hyper-V 对 4KB 磁盘扇区的支持，您需要具备：

带 Hyper-V 的Windows Server 2012、带 Hyper-V 的 Windows Server 2012 R2、Hyper-V Server 2012 或 Hyper-V Server 2012 R2。

物理磁盘驱动器使用 512e 或原生 4KB 格式。

随着存储系统的发展，以及对虚拟化企业负载要求的增加，Windows Server 的 VHD 格式也需要与时俱进。新的格式更能解决运行企业级负载时当前及未来的需求，尤其是：

VHD 的体积超过 2TB。

更好地保护动态与差分磁盘在断电情况下不会出现问题。

防止新的大扇区物理磁盘遇到性能退化的问题。

Windows Server 2012 Hyper-V 对 VHD 格式进行了大量更新，引入新的 VHDX 格式，可获得更大容量及更好的适应性。VHDX 最高可支持 64TB 存储容量，此外还能提供额外的保护，将针对 VHDX 元数据结构的更新全都记录在案，防范断电导致的故障，并能优化结构对齐，防范大扇区物理磁盘的性能退化问题。 新的 VHDX 格式还具备多项新功能：

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容量 – 每个虚拟磁盘最大支持 64TB，每个 Hyper-V 虚拟机最多支持 256 个虚拟磁盘，总共可获得上 PB 级别的存储。

错误保护 – 通过记录对 VHDX 元数据结构的更新，可防范断电导致的错误。该格式包含的内部日志可获取对虚拟磁盘文件元数据的更新，随后才写入目的位置。如果端点，并且到目标位置的写入出错，则可从日志中恢复，确保虚拟磁盘文件的一致性。

优化的结构对齐 – 通过对齐与大扇区磁盘保持匹配。如果向这些磁盘发起了未对齐的 I/O 操作，为了满足这些 I/O 操作的要求所执行的读取-修改-写入周期会导致性能退化。新格式的结构通过对齐可确保不存在未对齐的 I/O。

此外新的 VHDX 格式还具备一系列其他功能与收益。

动态与差异磁盘可实现更大体积的块 – 让这些磁盘更好地满足负载的需求。

4KB 逻辑扇区的虚拟磁盘可改善性能，尤其是应用程序与负载都是针对 4KB 扇区设计的。

能够存储自定义元数据，记录有关文件的信息，例如操作系统版本或所安装的补丁。

数据的呈现更高效（也叫做 Trim），生成的文件体积更小，并能由底层物理存储设备回收不再使用的空间。Trim 要求使用直通或 SCSI 磁盘，以及兼容 Trim 的硬件。

下图演示了 VHDX 磁盘格式。

图 3 – 新的 VHDX 磁盘格式

正如您在上图中看到的，大部分结构都是较大的区块，以 MB 为单位对齐。这样即可减缓与虚拟磁盘有关的对齐问题。VHDX 格式的不同区块如下：

页头区块 – 页头区块是文件的第一个区块，用于标识出其他结构的位置，包括日志、块分配表（BAT），以及元数据区块。页头区块包含两个页头，同一时间只有一个是活跃的，这样是为了增强面对错误的适应性。

意图日志 – 意图日志是一个循环缓冲区。对 VHDX 元结构的更改会首先写入该日志，随后才写入目标位置。如果在对实际位置进行写入更新时由于断电导致出错，在下次打开时，将从日志重新应用改动，VHDX 文件会重新变为一致的状态。日志并不追踪载荷块的变动，因此无法对其中包含的数据提供保护。 数据区 - BAT 包含了指向用户数据块及 VHDX 文件中区块位图位置的项。这与 VHD 文件存在很大不同，因为区块位图会聚合成自己的块，而非附加到每个载荷块的开头处。

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元数据区 – 元数据区包含的表指向了用户定义的元数据及虚拟磁盘文件元数据，例如块大小、物理扇区大小，及逻辑扇区大小等。

VHDX：更高效，适应性更强

Windows Server 2012 以及 Windows Server 2012 R2 中的 Hyper V 还可以让 VHDX 文件用更高效率呈现其中的数据。

由于 VHDX 文件的体积可能非常大，取决于所支持的负载，文件所占用的空间可能会快速增长。目前，当应用程序删除虚拟磁盘中的内容，来宾操作系统与 Hyper-V 宿主机的 Windows 存储堆栈存在一定的局限，会阻止这些信息与虚拟磁盘及物理存储设备通讯。

因此 Hyper-V 存储堆栈会对空间使用进行优化，防止底层存储设备收回之前被已删除数据占用的空间。 在 Windows Server 2012 R2 中，Hyper V 支持 Unmap notifications，可以让 VHDX 文件更高效地呈现其中的数据。因此文件体积更小，底层存储设备可以顺利回收不再使用的空间。

需求

要重新利用新的 VHDX 格式，您需要满足下列条件：

带 Hyper-V 的 Windows Server 2012、带 Hyper-V 的 Windows Server 2012 R2、Hyper-V Server 2012 或 Hyper-V Server 2012 R2。

要重新利用 Trim 功能，您需要满足下列条件：

基于 VHDX 的虚拟磁盘作为虚拟 SCSI 设备连接，或直接附加物理磁盘（有时也叫做直通磁盘）。该优化技术也支持原生附加的 VHDX 虚拟磁盘。

支持 Trim 的硬件。

联机调整虚拟磁盘大小

Windows Server 2012 R2 的 Hyper-V 包含大量改进，可在虚拟机运行过程中按需调整虚拟磁盘文件的大小。您无法始终准确估计出虚拟磁盘何时需要扩展容量调整大小，但更重要的是，如果容量不再需要还能重新将其回收。在 Windows Server 2012 R2 之前，必须将虚拟机关闭才能扩展或收缩虚拟磁盘文件。不过在 Windows Server 2012 R2 中，该操作可以联机进行，无需让负载停机。这一改进极大提升了可用性，并能提供更好的 SLA。

虚拟磁盘扩展

客户能够灵活扩大运行中虚拟机所连接 VHD 或 VHDX 文件的大小。管理员可以首先使用 Hyper-V 管理工具或 PowerShell 扩大虚拟磁盘，随后在来宾操作系统中，管理员可以在操作系统内使用磁盘管理器扩展卷容量。例如可使用下列 PowerShell 命令调整虚拟磁盘大小：

PS C:\> Resize-VirtualDisk -FriendlyName "Sqldata5" -Size (25GB)

注意，该命令也能用于收缩虚拟磁盘。

虚拟磁盘收缩

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客户也希望能灵活收缩运行中虚拟机所连接 VHDX 文件的大小。管理员可以首先在来宾操作系统中收缩卷容量，随后通过 Hyper-V 管理工具或 PowerShell 收缩虚拟磁盘。可收缩的大小与从虚拟机卷中释放出的容量保持一致。注意，收缩操作只能针对 VHDX 进行。

需求

要充分利用联机调整虚拟磁盘大小的功能，您需要具备：

Windows Server 2012 R2 Hyper-V 或 Hyper-V Server 2012 R2。 VHDX 文件连接到虚拟 SCSI 控制器。

联机检查点合并

检查点（原名快照）主要用于测试对现有虚拟机环境进行的改动，可在需要时将虚拟机还原到之前的时间点。如果您需要创建特定的虚拟机状态，以便对问题进行排错，通过轻松的方式还原虚拟机状态将为您提供很大的帮助。

在某些情况下，也需要在生产环境中使用检查点。例如，您可以使用检查点在生产环境中轻松还原可能存在隐患的操作，例如对虚拟机中运行的软件应用更新。在成功测试新的改动或更新后，很多组织希望将检查点重新合并回原始父磁盘（降低存储空间的占用，提升虚拟机磁盘性能）。然而该操作会让虚拟机暂停运行，在进行合并的过程中虚拟机将不可用。

在 Windows Server 2012 R2 中，Hyper-V 实时合并功能可以让组织在不影响虚拟机正常运行的前提下，将当前检查点合并到原始父磁盘。

Hyper-V 虚拟机检查点功能提供了一种快速简单的方法，可将虚拟机恢复到之前的状态。检查点数据文件（虚拟磁盘的当前分支会分割为只读的父差异磁盘）会保存为 .avhd 文件。在删除检查点后，相应的 .avhd 磁盘无法在虚拟机运行过程中删除。Windows Server 2012 R2 使您能够在虚拟机继续运行的过程中将相应的 .avhd 磁盘合并到父磁盘。

随着过程的继续，I/O 会被限制在一个小范围中，以便读取源文件，并写入到目标位置。当分支充分合并后，后续的写操作由于已经被合并，因此会重定向到合并后的位置。操作完成后，联机合并功能会修复运行链，撤销到合并后磁盘的链接，并关闭这些文件。

需求

这一点为何重要 带 Hyper-V 的 Windows Server 2012、带 Hyper-V 的 Windows Server 2012 R2、Hyper-V Server 2012 或 Hyper-V Server 2012 R2。

主要介绍Windows Server 2012中Hyper-V

很多企业已经投资了光纤通道 SAN，并部署到数据中心内满足不断增长的存储需求。这些客户通常都希望不仅能让 Hyper-V 宿主机访问并使用这些存储，并且希望能将其用于虚拟机。此外客户还希望能从虚拟机中获得 SAN 所能提供的实际速度。

直接访问 SAN

Hyper-V 的虚拟光纤通道能让来宾操作系统使用关联给虚拟机的标准全局通用名称（WWN），无需中介直接访问 SAN。Hyper-V 可供您使用光纤通道 SAN 对需要直接访问 SAN 逻辑单元号（LUN）的负载进行虚拟化。光纤通道 SAN 还能让您实现其他新场景，例如在连接到光纤通道存储的虚拟机来宾操作系统内部运行 Windows 故障转移群集功能。

通过基于硬件的 I/O 路径访问 Windows 软件虚拟磁盘堆栈

中高端存储阵列提供的高级存储功能有助于将某些管理任务从宿主机卸载给 SAN。虚拟光纤通道提供了另一种用于访问 Windows 软件虚拟磁盘堆栈的硬件 I/O 路径。该路径可供您直接在 Hyper-V 虚拟机内部使用 SAN 的高级功能。例如，Hyper-V 用户可在 Hyper-V 虚拟机内部使用硬件卷影复制服务（VSS）提供程序，将某些存储功能（例如为 LUN 创建快照）卸载给 SAN 硬件。

支持实时迁移

为了跨越 Hyper-V 宿主机为虚拟机的实时迁移提供支持，同时维持光纤通道连接，需要为每个虚拟光纤通道适配器配置 Set A 和 Set B 两个 WWN。Hyper-V 会在实时迁移过程中自动选择 Set A 与 Set B 这两个 WWN 地址。这样既可确保在迁移操作完成前，所有 LUN 都能被目标宿主机使用，因此迁移过程不会造成停机。维持光纤通道连接的实时迁移过程可参考下图示例：

图 4 – 实时迁移过程中的备用 WWN

地址

N_Port ID 虚拟化（NPIV）

NPIV 是一种光纤通道功能，可以让多个 N_Port ID 分享一个物理 N_Port。这样既可让多个光纤通道发起程序使用同一个物理接口，简化 SAN 设计中的硬件需求，尤其是在使用虚拟 SAN 的环境中。Hyper-V 的虚拟

主要介绍Windows Server 2012中Hyper-V

光纤通道来宾使用 NPIV（T11 标准）在宿主机的物理光纤通道端口基础上创建多个 NPIV 端口。每次在虚拟机内部创建虚拟 HBA 时，都要在宿主机上创建新的 NPIV 端口。当虚拟机停止运行时，该 NPIV 端口会被移除。

灵活的宿主机到 SAN 连接

Hyper-V 可供您在宿主机上定义虚拟 SAN，实现一台 Hyper-V 宿主机通过多个光纤通道接口连接到不同 SAN 的场景。虚拟 SAN 定义了物理光纤通道接口的命名组，可用于连接到同一个物理 SAN。例如，假设 Hyper-V 宿主机连接到两个 SAN—一个生产用 SAN 及一个测试用 SAN。宿主机通过两个物理光纤通道接口连接到每个 SAN。在本例中，您可以配置两个虚拟 SAN—一个名为―生产 SAN‖，通过两个物理光纤通道接口连接到生产用 SAN，一个名为―测试 SAN‖，通过两个物理光纤通道接口连接到测试用 SAN。您可以使用这样的技术为一个存储目标创建两个独立路径。

每虚拟机四个 vFC 适配器

在每个虚拟机上，您最多可配置四个虚拟光纤通道适配器，并将每个关联给一个虚拟 SAN。每个虚拟光纤通道适配器都关联给一个或两个 WWN 地址，借此可实现实时迁移。每个 WWN 地址可设置为自动或手工。 多路径 I/O（MPIO）

Windows Server 2012 R2 中的 Hyper-V 使用多路径 I/O（MPIO）功能保障虚拟机到光纤通道存储的连接。您可以通过下列方式对光纤通道使用 MPIO 功能：

使用 MPIO 的虚拟化负载。在虚拟机中使用多个光纤通道接口，并使用 MPIO 为宿主机可访问的 LUN 提供高可用连接。

在虚拟机中配置多个虚拟光纤通道适配器，在虚拟机的来宾操作系统中使用不同的 MPIO 副本，借此连接到虚拟机可访问的 LUN。该配置可与宿主机 MPIO 配置共存。

为宿主机和虚拟机使用不同的设备规范模块（DSM）。该方法可对虚拟机配置进行迁移，包括 DSM 的配置及宿主机之间的连接，并能与现有的服务器配置与 DSM 兼容。

需求

Hyper-V 中的虚拟光纤通道支持要求具备下列条件：

带 Hyper-V 的 Windows Server 2012、带 Hyper-V 的 Windows Server 2012 R2、Hyper-V Server 2012 或 Hyper-V Server 2012 R2。

具备一个或多个光纤通道 HBA 的计算机，每个都装有可支持虚拟光纤通道的新版 HBA 驱动。有关您的 HBA 对虚拟光纤通道的支持情况，请咨询 HBA 供应商。

虚拟机配置为使用虚拟光纤通道适配器，并且必须运行 Windows Server 2008、Windows Server 2008 R2、Windows Server 2012 或 Windows Server 2012 R2 作为来宾操作系统。

仅连接到数据 LUN。通过虚拟光纤通道访问的存储所连接的 LUN 不能用于保存重新启动介质。