43、深入了解Hyper - V的虚拟存储与高可用性

深入了解Hyper - V的虚拟存储与高可用性

1. 虚拟存储概述

在构建虚拟机（VM）并完成网络设置后，系统管理员通常会关注将安装在VM上的应用程序的存储问题。原因主要有两点：一是不想将应用程序安装在操作系统（OS）驱动器上；二是应用程序可能对存储的大小和/或性能有严格要求。接下来将介绍如何为Hyper - V主机和其上的VM添加存储，同时了解不同类型的磁盘和磁盘格式。

2. 虚拟磁盘格式

有两种常见的虚拟磁盘格式：VHD和VHDX，它们各有优缺点。
| 磁盘格式 | 支持的VM类型 | 最大容量 | 调整大小条件 | 适用场景 |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| VHD | 第一代VM、Azure基础设施即服务（IaaS） | 2TB | 需关闭关联的VM | 第一代VM（支持旧硬件）、将VM迁移到Azure |
| VHDX | 第一代和第二代VM | 64TB | 可在VM运行时调整 | 大多数场景，尤其是关键任务系统 |

3. 磁盘类型

Hyper - V中使用的磁盘有四种类型，每种都有其适用场景。
- 固定磁盘 ：类似于传统硬盘，若配置60GB硬盘，VM文件即为60GB。性能最佳，但创建后无法缩小，易造成空间浪费，也称为厚预分配。
- 动态磁盘 ：可节省空间。如应用程序需200GB存储，配置动态磁盘后，操作系统和应用程序会看到200GB磁盘，但实际磁盘文件大小为实际数据大小。性能不如固定磁盘，需注意避免过度分配Hyper - V主机上VM的可用存储，也称为薄预分配。
- 差异磁盘 ：与传统VHD/VHDX磁盘不同，是与父磁盘关联的动态磁盘，关联的磁盘为子磁盘。子磁盘存储对父磁盘所做的更改，适用于故障排除，但因使用动态磁盘，易导致存储过度分配。
- 直通磁盘 ：不是VHD，是连接到Hyper - V主机并传递给VM的物理驱动器。可利用连接到Hyper - V主机的物理网络存储，在虚拟环境中充分发挥昂贵物理存储阵列的优势，还能简化备份和恢复，因为数据以原生NTFS格式存储。

4. 为Hyper - V主机添加存储

为Hyper - V主机添加存储是常见管理任务，通常主机将VM配置文件和磁盘文件存储在本地存储上，除非配置为存储在某种网络存储上。以下以创建两个50GB驱动器并添加到主机为例，同时介绍如何更改虚拟硬盘和VM的默认保存位置。

4.1 添加驱动器

在将驱动器添加到服务器使用前，需先安装，安装后可进入服务器管理器进行初始化，步骤如下：
1. 从服务器管理器中，点击“文件和存储服务”。
2. 点击“磁盘”。
3. 右键点击显示为“脱机”的第一个磁盘，点击“联机”，会弹出关于数据丢失的警告对话框。
4. 点击“是”。
5. 再次右键点击磁盘，选择“初始化”。
6. 在出现的“初始化磁盘”警告框中，点击“是”。
7. 再次右键点击磁盘，选择“新建卷”。
8. 在“开始之前”屏幕上，点击“下一步”。
9. 选择联机并初始化的磁盘，点击“下一步”。
10. 在“指定卷大小”屏幕上，点击“下一步”。
11. 在“分配驱动器号或文件夹”屏幕上，点击“下一步”。
12. 在“选择文件系统设置”屏幕上，点击“下一步”。
13. 在“确认选择”屏幕上，点击“创建”。
14. 磁盘创建完成后，点击“关闭”。
15. 对第二个脱机磁盘重复步骤3 - 14。

graph LR
    A[进入服务器管理器] --> B[点击文件和存储服务]
    B --> C[点击磁盘]
    C --> D[右键点击脱机磁盘并联机]
    D --> E[确认数据丢失警告]
    E --> F[右键点击磁盘并初始化]
    F --> G[确认初始化警告]
    G --> H[右键点击磁盘并新建卷]
    H --> I[开始向导下一步操作]
    I --> J[选择磁盘并下一步]
    J --> K[指定卷大小并下一步]
    K --> L[分配驱动器号或文件夹并下一步]
    L --> M[选择文件系统设置并下一步]
    M --> N[确认选择并创建]
    N --> O[关闭]
    O --> P[重复操作第二个磁盘]

4.2 更改默认保存位置

添加新存储后，可更改虚拟硬盘和VM的默认保存位置，步骤如下：
1. 从Hyper - V管理器中，右键点击Hyper - V主机，选择“Hyper - V设置”。
2. 点击“浏览”，选择之前添加的一个新驱动器。
3. 点击“选择文件夹”。
4. 点击“应用”。
5. 点击“虚拟硬盘”下方的“虚拟机”。
6. 选择“浏览”，选择之前添加的另一个驱动器。
7. 点击“选择文件夹”。
8. 点击“应用”，然后点击“确定”。注意，这不会更改之前创建的VM，需通过存储迁移将其移动到新位置。

5. 为虚拟机添加存储

为VM添加存储是系统管理员的日常工作，有时需扩展虚拟驱动器，有时需添加额外的虚拟驱动器。

5.1 添加新虚拟驱动器

• 第一代VM ：可选择VHD或VHDX格式驱动器。若要将VM迁移到Azure，需选择VHD格式；否则，通常可选择VHDX格式。步骤如下：
  1. 右键点击VM，点击“设置”。
  2. 选择IDE控制器，选择“硬盘”，然后点击“添加”。
  3. 点击“新建”。
  4. 在“开始之前”屏幕上，点击“下一步”。
  5. 在“选择磁盘格式”屏幕上，选择所需格式，点击“下一步”。
  6. 在“选择磁盘类型”屏幕上，选择“动态扩展”，然后点击“下一步”。
  7. 在“指定名称和位置”屏幕上，可为磁盘命名。
  8. 若之前更改了默认位置，此处会显示，如有需要可更改，然后点击“下一步”。
  9. 在“配置磁盘”屏幕上，选择“创建新的空白虚拟硬盘”，更改大小，然后点击“下一步”。
  10. 确认设置正确后，点击“完成”。
  11. 在“VM设置”页面上，点击“确定”。
• 第二代VM ：只能使用VHDX格式驱动器，创建时需选择驱动器类型。步骤如下：
  1. 右键点击VM，点击“设置”。
  2. 选择SCSI控制器，选择“硬盘”，然后点击“添加”。
  3. 点击“新建”。
  4. 在“开始之前”屏幕上，点击“下一步”。
  5. 在“选择磁盘类型”屏幕上，选择“动态扩展”，然后点击“下一步”。
  6. 在“指定名称和位置”屏幕上，为磁盘命名，可接受默认位置或选择其他位置，然后点击“下一步”。
  7. 在“配置磁盘”屏幕上，选择“创建新的空白虚拟硬盘”，设置所需大小，然后点击“下一步”。
  8. 在最终摘要页面上，验证设置正确后，点击“完成”。
  9. 在“VM设置”屏幕上，点击“确定”。

5.2 扩展磁盘驱动器

若要扩展VHDX文件，可在VM运行时进行；若使用VHD格式磁盘，则需关闭VM才能扩展。步骤如下：
1. 右键点击VM，点击“设置”。
2. 选择要扩展的硬盘，点击“编辑”。
3. 在“定位虚拟硬盘”屏幕上，点击“下一步”。
4. 在“选择操作”屏幕上，选择“扩展”，然后点击“下一步”。
5. 在“扩展虚拟硬盘”屏幕上，设置所需大小，然后点击“下一步”。
6. 在摘要页面上，验证设置正确后，点击“完成”。
7. 在“VM设置”屏幕上，点击“确定”。

5.3 添加直通磁盘

VM要识别直通磁盘，该磁盘在主机上必须处于脱机状态。可通过服务器管理器的“文件和存储服务”中的“磁盘”区域验证是否有可用的脱机磁盘。验证有可用脱机磁盘后，操作步骤如下：
1. 右键点击要添加磁盘的VM，点击“设置”。
2. 选择SCSI控制器，选择“硬盘”，然后点击“添加”。
3. 选择“物理硬盘”，若没有列出硬盘，确保磁盘在Hyper - V主机上显示为脱机。
4. 点击“应用”，然后点击“确定”。

5.4 将VHD磁盘文件转换为VHDX磁盘文件

可能因达到2TB限制、提高对停电的恢复能力或升级到第二代VM等原因，需要将VHD磁盘文件转换为VHDX磁盘文件，可通过图形用户界面（GUI）或PowerShell进行转换。
- 通过图形用户界面转换 ：
1. 选择要转换的硬盘，点击“编辑”。
2. 在“定位虚拟硬盘”屏幕上，点击“下一步”。
3. 在“选择操作”屏幕上，点击“转换”，然后点击“下一步”。
4. 在“转换虚拟硬盘”屏幕上，选择“VHDX”，然后点击“下一步”。
5. 保持“动态”选项选中（若为固定磁盘，则保持“固定”选项选中），然后点击“下一步”。
6. 若不需要更改存储位置，可跳过此步骤。
7. 指定转换后磁盘的名称，点击“下一步”，确保文件扩展名为.vhdx。
8. 在摘要屏幕上，点击“完成”。
- 使用PowerShell转换 ：使用简单命令即可完成转换，示例如下：

Convert - VHD - Path "G:\Virtual Disks\VHD_PS.vhd" - DestinationPath "G:\Virtual Disks\VHD_PS.vhdx"

若路径中无空格，则无需引号。转换后的磁盘驱动器不会自动附加到VM，需手动指定VM使用VHDX文件，过程类似于创建新硬盘，只需点击“浏览”选择VHDX文件，选择后点击“确定”即可。

6. Hyper - V的高可用性

讨论Hyper - V时，高可用性是重要话题。对大多数组织而言，最大的优势是在底层物理硬件故障时减少停机时间。下面介绍使Hyper - V部署具有高可用性的相关技术。

7. Hyper - V副本

Hyper - V副本是灾难恢复的理想解决方案，可将实时虚拟机（VM）复制到脱机的Hyper - V副本。当活动主机出现问题时，可在副本服务器上启动VM。Hyper - V副本可位于同一物理数据中心，也可位于地理上相距较远的数据中心。

7.1 设置Hyper - V主机的Hyper - V副本

在使用Hyper - V副本前，需先设置Hyper - V主机，可通过未加密的Kerberos连接或基于证书的（HTTPS）连接进行配置。生产环境建议使用基于证书的连接，因为复制流量会加密；测试或开发环境中，Kerberos连接更合适。以下以设置未加密副本为例：
1. 打开Hyper - V管理器，右键点击Hyper - V主机。
2. 选择“Hyper - V设置”。
3. 选择“复制配置”，选中“将此计算机启用为副本服务器”复选框。
4. 选中“使用Kerberos（HTTP）”复选框。
5. 在“授权和存储”部分，选择“允许来自任何经过身份验证的服务器的复制”。
6. 若需要，设置复制的VM硬盘的存储位置。
7. 点击“应用”，然后点击“确定”。

设置完成后，需验证Windows防火墙是否允许复制流量，有两个规则可能需要启用：
- Hyper - V副本HTTP侦听器（TCP - In） ：使用基于Kerberos的连接时需要启用。
- Hyper - V副本HTTPS侦听器（TCP - In） ：使用基于证书的连接时需要启用。

启用规则的步骤如下：
1. 点击“开始”，然后点击齿轮图标访问“设置”菜单。
2. 点击“网络和Internet”。
3. 在“状态”页面上，向下滚动并选择“Windows防火墙”。
4. 点击“允许应用通过防火墙”。
5. 向下滚动到“Hyper - V副本”，启用适用的规则。
6. 点击“确定”。

graph LR
    A[打开Hyper - V管理器] --> B[右键点击主机选设置]
    B --> C[选复制配置并启用副本服务器]
    C --> D[选使用Kerberos（HTTP）]
    D --> E[设置授权和存储]
    E --> F[设置存储位置]
    F --> G[点击应用和确定]
    G --> H[验证防火墙规则]
    H --> I[点击开始进设置菜单]
    I --> J[点击网络和Internet]
    J --> K[选Windows防火墙]
    K --> L[点击允许应用通过防火墙]
    L --> M[启用适用规则]
    M --> N[点击确定]

通过以上对虚拟存储和高可用性的介绍，系统管理员可以更好地管理Hyper - V环境，提高系统的性能和可靠性。

深入了解Hyper - V的虚拟存储与高可用性

8. 实时迁移

实时迁移允许在不中断虚拟机（VM）运行的情况下，将其从一个Hyper - V主机移动到另一个Hyper - V主机。这对于硬件维护、负载均衡等场景非常有用。以下是实时迁移的一般步骤：
1. 确保源主机和目标主机都已启用实时迁移功能。可以在Hyper - V管理器中，右键点击主机，选择“Hyper - V设置”，在“实时迁移”选项中进行配置。
2. 确保网络连接稳定，并且源主机和目标主机之间的网络带宽足够支持迁移。
3. 在源主机的Hyper - V管理器中，右键点击要迁移的VM，选择“迁移”。
4. 在迁移向导中，选择“实时迁移”。
5. 选择目标主机，点击“下一步”。
6. 确认迁移设置，点击“完成”。

graph LR
    A[确保主机启用实时迁移] --> B[确保网络连接稳定]
    B --> C[在源主机选VM迁移]
    C --> D[选择实时迁移]
    D --> E[选择目标主机]
    E --> F[确认设置完成迁移]

9. 存储迁移

存储迁移是将VM的存储从一个位置移动到另一个位置的过程。这可以帮助优化存储资源，提高性能。以下是存储迁移的步骤：
1. 打开Hyper - V管理器，右键点击要迁移存储的VM，选择“设置”。
2. 在设置窗口中，选择要迁移的硬盘，点击“编辑”。
3. 在“定位虚拟硬盘”屏幕上，点击“下一步”。
4. 在“选择操作”屏幕上，选择“迁移”，然后点击“下一步”。
5. 指定新的存储位置，点击“下一步”。
6. 确认迁移设置，点击“完成”。

10. 配置故障转移群集

故障转移群集是一种高可用性解决方案，它允许在多个Hyper - V主机之间共享资源，当一个主机出现故障时，VM可以自动转移到其他主机上继续运行。以下是配置故障转移群集的步骤：
1. 准备工作
- 确保所有参与群集的主机都运行相同版本的Windows Server。
- 确保所有主机之间的网络连接稳定，并且有共享存储（如iSCSI或FC存储）。
- 确保所有主机都已加入同一个Active Directory域。
2. 创建故障转移群集
- 打开“故障转移群集验证配置向导”，选择要参与群集的主机。
- 运行验证测试，确保主机满足群集要求。
- 根据验证结果，创建故障转移群集。
3. 配置群集角色
- 在故障转移群集管理器中，创建群集角色，如虚拟机角色。
- 将VM添加到群集角色中，配置故障转移策略。

步骤	操作内容
准备工作	主机版本一致、网络稳定、有共享存储、加入同一AD域
创建群集	运行验证向导、选择主机、运行测试、创建群集
配置角色	创建群集角色、添加VM、配置故障转移策略

11. 总结

通过对Hyper - V虚拟存储和高可用性的深入了解，我们可以看到Hyper - V提供了丰富的功能来满足不同场景的需求。在虚拟存储方面，我们了解了不同的磁盘格式（VHD和VHDX）和磁盘类型（固定、动态、差异、直通），以及如何为Hyper - V主机和虚拟机添加存储、扩展磁盘、转换磁盘格式等操作。在高可用性方面，Hyper - V Replica、实时迁移、存储迁移和故障转移群集等技术可以帮助我们减少系统停机时间，提高系统的可靠性和性能。

系统管理员可以根据实际需求，合理选择和配置这些功能，以确保Hyper - V环境的稳定运行。例如，在灾难恢复场景中，可以使用Hyper - V Replica进行VM的复制；在硬件维护时，可以使用实时迁移将VM迁移到其他主机；在优化存储资源时，可以使用存储迁移调整VM的存储位置；在需要高可用性保障时，可以配置故障转移群集。

总之，掌握Hyper - V的虚拟存储和高可用性技术，对于构建高效、稳定的虚拟化环境至关重要。