Hyper-V چیست؟ معرفی، مزایا و کاربردهای آن در مجازی‌سازی

Hyper-V ابزار مایکروسافت برای اجرای هم‌زمان چند سیستم‌عامل روی یک سخت‌افزار است. این فناوری، بخشی از راهکارهای مجازی‌سازی در ویندوز به‌شمار می‌رود و برای ساخت، مدیریت و اجرای ماشین‌های مجازی استفاده می‌شود.

سازمان‌ها از Hyper-V برای جداسازی محیط‌ها، استفاده‌ی بهینه از منابع و ساده‌سازی مدیریت زیرساخت استفاده می‌کنند. کاربران با این ابزار، بدون نیاز به سخت‌افزار جداگانه، چند سیستم‌عامل مختلف را هم‌زمان روی یک سرور اجرا می‌کنند. Hyper-V جایگزین مناسبی برای روش‌های سنتی راه‌اندازی سرور است و در توسعه‌ی زیرساخت‌های نرم‌افزاری، تست، پشتیبان‌گیری و ارایه‌ی سرویس‌های متنوع نقش دارد.

در ادامه‌ی این مطلب، بررسی می‌کنیم که Hyper-V چیست؟ چگونه کار می‌کند؟ چه تفاوت‌هایی با دیگر فناوری‌های مجازی‌سازی دارد؟ و چه نقشی در مدیریت منابع، ساخت ماشین‌های مجازی و راه‌اندازی زیرساخت‌های نرم‌افزاری ایفا می‌کند؟

Hyper-V چیست؟

Hyper-V پلتفرم مجازی‌سازی مایکروسافت است که برای اجرای ماشین‌های مجازی روی ویندوز ساخته شده است. این ابزار به کاربران اجازه می‌دهد چند سیستم‌عامل را به‌طور هم‌زمان روی یک سرور یا رایانه اجرا کنند، بدون این‌که برای هرکدام سخت‌افزار جداگانه نیاز باشد. هر ماشین مجازی سیستم‌عامل، منابع پردازشی، حافظه و شبکه‌ی مخصوص خود را دارد و به‌شکل مستقل اجرا می‌شود.

مجازی‌سازی با Hyper-V روش موثری برای استفاده‌ی بهینه از منابع سخت‌افزاری به‌وجود می‌آورد، هزینه‌های زیرساخت را کاهش می‌دهد و مدیریت منابع را ساده‌تر می‌کند. این فناوری بخشی از مجموعه‌ابزارهای مجازی‌سازی مایکروسافت در ویندوز است و در محیط‌های توسعه‌ی نرم‌افزار، شبکه‌های سازمانی و دیتاسنترها استفاده می‌شود.

در بسیاری از محیط‌های سازمانی، Hyper-V نقش پایه‌ای در پیاده‌سازی زیرساخت مجازی‌سازی دارد. به‌خصوص زمانی که شرکت‌ها قصد دارند با خرید سرور ابری ساختار خود را به محیطی مقیاس‌پذیر، ایمن و منعطف منتقل کنند.

مجازی‌سازی چیست؟

مجازی‌سازی روشی برای تقسیم منابع یک سرور فیزیکی به چند محیط نرم‌افزاری مستقل است. با این روش، کاربران به‌جای خرید چند سیستم جداگانه، می‌توانند چند ماشین مجازی با سیستم‌عامل‌های مختلف را روی یک سرور راه‌اندازی کنند. هر ماشین مجازی پردازنده، حافظه، شبکه و فضای ذخیره‌سازی مخصوص به خودش را دارد.

نرم‌افزاری به‌نام Hypervisor واسطه‌ای میان سخت‌افزار و ماشین‌های مجازی است که منابع را به‌شکل کنترل‌شده بین آن‌ها توزیع می‌کند. این ساختار باعث می‌شود اجرای هم‌زمان چند محیط مختلف بدون تداخل امکان‌پذیر باشد.

مجازی‌سازی در بسیاری از زیرساخت‌های ابری، از جمله هنگام استفاده از محصولات ابری مانند سرور مجازی یا فضای ذخیره‌سازی ابری، پایه‌ی اصلی مدیریت منابع و بهینه‌سازی عملکرد به‌شمار می‌رود.

تفاوت Hyper-V و VMware

Hyper-V و VMware دو پلتفرم اصلی مجازی‌سازی هستند که برای اجرای ماشین‌های مجازی در سطح سازمانی استفاده می‌شوند. هر دو، نقش Hypervisor را ایفا می‌کنند و اجازه می‌دهند چند سیستم‌عامل مختلف به‌طور هم‌زمان روی یک سرور فیزیکی اجرا شوند. با این حال، تفاوت‌هایی بین این دو ابزار وجود دارد که انتخاب بین آن‌ها را به شرایط فنی و تجاری سازمان وابسته می‌کند.

سازگاری و پشتیبانی از سیستم‌عامل‌ها

Hyper-V از بسیاری از توزیع‌های لینوکس مانند Ubuntu ،CentOS ،Red Hat ،SUSE و FreeBSD پشتیبانی می‌کند. VMware نیز پشتیبانی گسترده‌تری از سیستم‌عامل‌ها دارد و علاوه‌بر لینوکس، از سیستم‌عامل‌هایی مانند Solaris و حتا نسخه‌هایی از macOS پشتیبانی می‌کند.

مدیریت منابع و عملکرد فنی

Hyper-V به دلیل ادغام مستقیم با هسته‌ی ویندوز، مصرف منابع کم‌تری دارد و نصب و پیکربندی آن ساده‌تر است. این موضوع سربار سیستم را کاهش می‌دهد. در مقابل، VMware (مانند vSphere و ESXi) منابع بیش‌تری مصرف می‌کند، ولی از نظر قابلیت‌های پیشرفته، انعطاف‌پذیری بالاتری دارد؛ به‌خصوص در محیط‌هایی که به سیستم‌عامل‌های غیر ویندوزی نیاز دارند.

نسخه‌ها و قابلیت‌ها

Hyper-V در نسخه‌های مختلف ویندوز سرور و ویندوز 10 به‌شکل پیش‌فرض در دسترس است. VMware نسخه‌های تجاری متنوعی دارد که با هزینه‌ی خرید لایسنس عرضه می‌شوند و امکانات بیش‌تری مانند مدیریت گسترده‌تر منابع، Snapshot پیشرفته، Failover Clustering و قابلیت‌های نظارتی دقیق‌تر دارند.

پشتیبانی سخت‌افزاری و محدودیت‌ها

Hyper-V در ویندوز سرور 2016 از حداکثر ۵۱۲ پردازنده منطقی و ۲۴ ترابایت RAM پشتیبانی می‌کند. VMware vSphere 6.7 تا ۷۶۸ پردازنده منطقی و ۱۶ ترابایت RAM را پوشش می‌دهد. در برخی مشخصات فنی، VMware ظرفیت بالاتری ارایه می‌دهد، مانند تعداد vCPUها یا حجم حافظه‌ی پشتیبانی‌شده برای هر VM.

امنیت و به‌روزرسانی‌ها

هر دو ابزار ویژگی‌های امنیتی داخلی مانند رمزگذاری، Snapshot ایمن و مدیریت دسترسی دارند. با این حال، Hyper-V وابسته به به‌روزرسانی‌های ویندوز است و گاهی به‌روزرسانی سیستم‌عامل ممکن است روی عملکرد آن تاثیر بگذارد. VMware با داشتن لایه‌ی مجزا برای Hypervisor، از این وابستگی جداست و کنترل بیش‌تری در به‌روزرسانی‌ها دارد.

Hyper-V Manager چیست؟

Hyper-V Manager رابط گرافیکی رسمی مایکروسافت برای مدیریت محیط‌های مجازی‌سازی Hyper-V است. این ابزار به مدیر سیستم امکان می‌دهد ماشین‌های مجازی را بسازد، تنظیم کند و به‌طور کامل زیر نظر بگیرد.

پس از فعال‌کردن نقش Hyper-V در ویندوز یا Windows Server، این ابزار در دسترس قرار می‌گیرد. در محیط Hyper-V Manager می‌توان منابع هر ماشین را به‌طور دقیق کنترل کرد؛ از جمله اختصاص CPU، حافظه، فضای ذخیره‌سازی و کارت شبکه. این ابزار، Snapshot هر ماشین را ذخیره می‌کند و در مواقع لازم، مدیر سیستم می‌تواند ماشین را به وضعیت همان لحظه برگرداند.

مدیریت روزمره‌ی ماشین‌ها نیز از راه این محیط انجام می‌شود. همه‌ی ماشین‌های فعال روی سرور به‌شکل لیست نمایش داده می‌شوند و می‌توان آن‌ها را روشن، خاموش یا ویرایش کرد. هم‌چنین ابزارهایی برای اتصال به کنسول ماشین، انجام مهاجرت زنده (Live Migration) و استفاده از سرویس‌های یک‌پارچه‌سازی (Integration Services) در اختیار کاربر قرار دارد.

در کنار استفاده از Hyper-V Manager برای سازمان‌هایی که به مجازی‌سازی سبک و منعطف نیاز دارند، خرید VPS گزینه‌ای مناسب خواهد بود.

اجزای اصلی Hyper-V

پلتفرم Hyper-V از چند مولفه‌ی اصلی تشکیل شده که در کنار هم مجازی‌سازی و اجرای ماشین‌های مجازی را روی سرور یا رایانه ممکن می‌کنند:

Hypervisor

Hypervisor نرم‌افزاری است که چند ماشین مجازی را روی یک رایانه‌ی فیزیکی اجرا می‌کند. هر ماشین مجازی سیستم‌عامل و برنامه‌های مخصوص خودش را دارد. Hypervisor منابع سخت‌افزاری مانند CPU و حافظه را بین این ماشین‌ها تقسیم می‌کند تا همه‌ی آن‌ها به‌درستی کار کنند. به‌این‌ترتیب، از توان سخت‌افزار فیزیکی به‌شکل بهینه استفاده می‌شود.

ماشین‌های مجازی (Virtual Machines)

ماشین مجازی شامل سیستم‌عامل، پردازنده، حافظه، دیسک مجازی و کارت شبکه است. کاربران می‌توانند چندین ماشین مجازی با سیستم‌عامل‌های مختلف مانند ویندوز یا لینوکس را روی یک میزبان ایجاد و اجرا کنند.

مدیریت منابع

Hyper-V این امکان را در اختیار مدیر سیستم قرار می‌دهد که منابع سخت‌افزاری را به‌شکل دقیق بین ماشین‌های مجازی تخصیص دهد: شامل حافظه، CPU، دیسک، شبکه مجازی و دیگر اجزای I/O.

Integration Services

Integration Services مجموعه‌ای از سرویس‌ها و درایورهاست که تعامل بین سیستم‌عامل مهمان و Hyper-V را بهینه می‌کند و باعث بهتر‌شدن عملکرد و قابلیت‌های ماشین مجازی می‌شود.

چه سیستم‌عامل‌هایی از Hyper-V پشتیبانی می‌کنند؟

Hyper-V با مجموعه‌ای گسترده از سیستم‌عامل‌ها سازگار است و کاربر می‌تواند روی یک سرور واحد، ماشین‌های مجازی مختلفی را با سیستم‌عامل‌های متفاوت اجرا کند. به‌ دلیل همین سازگاری، بسیاری از تیم‌های توسعه و عملیات، از Hyper-V برای راه‌اندازی محیط‌های ترکیبی در پروژه‌های تست، توسعه و اجرای سرویس‌ها استفاده می‌کنند. مهم‌ترین سیستم‌عامل‌های پشتیبانی‌شده شامل این موارد هستند:

• نسخه‌های مختلف Windows Server، از جمله 2016، 2019 و 2022
• نسخه‌های حرفه‌ای و سازمانی ویندوز دسکتاپ مانند Windows 10 Pro و Windows 11 Enterprise
• توزیع‌های پرکاربرد لینوکس از جمله Ubuntu ،Debian ،CentOS ،Red Hat ،Oracle Linux و SUSE
• FreeBSD در نسخه‌های منتخب

Hyper-V چگونه کار می‌کند؟

Hyper-V با مجازی‌سازی منابع سخت‌افزاری یک رایانه‌ فیزیکی، چند ماشین‌ مجازی را به‌طور هم‌زمان روی همان سیستم اجرا می‌کند. در این ساختار، رایانه‌ فیزیکی نقش میزبان (Host) را دارد و هر ماشین‌ مجازی یا VM به‌عنوان مهمان (Guest) شناخته می‌شود.

هر ماشین‌ مجازی حافظه، پردازنده، فضای ذخیره‌سازی، شبکه و سیستم‌عامل مخصوص خودش را دارد. این جداسازی موجب می‌شود ماشین‌های مختلف بدون تداخل با هم کار کنند، حتا اگر سیستم‌عامل‌های متفاوتی روی آن‌ها نصب شده باشد. برای نمونه، یک اپلیکیشن ++C را داخل CentOS اجرا می‌کنند و هم‌زمان روی همان سرور، یک اپلیکیشن Java را داخل Windows Server راه‌اندازی می‌کنند.

مدیر سیستم با استفاده از Hyper-V، می‌تواند منابع را به‌شکل دقیق بین ماشین‌ها تقسیم کند، کارایی سیستم را بالا ببرد و از تکرار هزینه‌های سخت‌افزاری جلوگیری کند.

نسخه‌های مختلف Hyper-V

مایکروسافت Hyper-V را در سه نسخه‌‌‌ی اصلی عرضه کرده که هرکدام برای کاربرد مشخصی طراحی شده‌اند.

Hyper-V Server (نسخه مستقل)

این نسخه یک سیستم‌عامل جداگانه است که فقط برای اجرای زیرساخت مجازی‌سازی به بازار عرضه شده است. کاربران آن می‌توانند بدون نصب کامل Windows Server، ماشین‌های مجازی را روی یک سرور اختصاصی مدیریت کنند. محیط این نسخه فاقد رابط گرافیکی است و بیش‌تر در دیتاسنترها یا پروژه‌های بزرگ استفاده می‌شود. از سال ۲۰۱۹، مایکروسافت دیگر نسخه‌ی جدیدی برای Hyper-V Server منتشر نکرده است.

Hyper-V در Windows Server

در نسخه‌های Windows Server مانند 2016، 2019 و 2022، Hyper-V به‌شکل داخلی وجود دارد. این نسخه امکانات پیشرفته‌تری مانند Live Migration ،Replica و خوشه‌بندی را ارایه می‌دهد.

Hyper-V در ویندوز ۱۰ و ۱۱

در نسخه‌های Pro ،Enterprise و Education از Windows 10 و 11، Hyper-V به‌شکل یک ویژگی اختیاری در دسترس قرار دارد. این نسخه برای توسعه‌دهندگان نرم‌افزار، شبیه‌سازی محیط تست و کاربران حرفه‌ای مناسب است.

الزامات سخت‌افزاری Hyper-V

برای اجرای Hyper-V، سخت‌افزار باید از قابلیت‌های خاصی پشتیبانی کند. مهم‌ترین پیش‌نیاز، داشتن پردازنده‌ای با ویژگی SLAT یا Second Level Address Translation است. قابلیتی که در اغلب پردازنده‌های مدرن اینتل و AMD وجود دارد.

نصب Hyper-V فقط روی نسخه‌های ۶۴بیتی ویندوز ممکن است. سیستم‌عامل‌های Windows 10 Pro و Enterprise ،Windows 11 Pro و نسخه‌های Windows Server 2016 به بعد از این قابلیت پشتیبانی می‌کنند.

حداقل منابع موردنیاز برای اجرای Hyper-V:

• حداقل ۴ گیگابایت رم (هر ماشین مجازی جداگانه نیاز به منابع اضافی دارد)
• پردازنده ۶۴بیتی با پشتیبانی از SLAT
• فعال‌بودن گزینه Virtualization در تنظیمات BIOS یا UEFI
• قابلیت فعال‌سازی Data Execution Prevention

کاربردهای Hyper-V در شبکه و سازمان‌ها

در حوزه‌ی فناوری اطلاعات، Hyper-V زمانی کاربرد دارد که نیاز باشد چند سیستم‌عامل مختلف روی یک سرور فیزیکی اجرا شوند. در ادامه، برخی از کاربردهای رایج این فناوری را مرور می‌کنیم:

استفاده در دیتاسنترها و سرورها

در محیط‌های دیتاسنتری، Hyper-V چند ماشین مجازی را روی یک سخت‌افزار راه‌اندازی می‌کند. این کار هزینه‌ی زیرساخت را پایین می‌آورد و استفاده از فضا و انرژی را بهینه می‌کند. برای نمونه، سازمان‌ها به‌جای خرید چند سرور فیزیکی، از یک سرور با چند ماشین مجازی برای وظایف مختلف استفاده می‌کنند.

زیرساخت دسکتاپ مجازی (VDI)

Hyper-V نقش مهمی در پیاده‌سازی زیرساخت دسکتاپ مجازی دارد. این ساختار به سازمان‌ها کمک می‌کند که دسترسی کاربران به محیط کاری را بدون وابستگی به سخت‌افزار شخصی، کنترل و ایمن‌سازی کنند.

توسعه و تست نرم‌افزار

تیم‌های توسعه برای تست نرم‌افزار در محیط‌های مختلف از Hyper-V استفاده می‌کنند. ایجاد سریع ماشین‌های مجازی با سیستم‌عامل‌ها و تنظیمات گوناگون، روند تست را ساده و سریع می‌کند.

پشتیبان‌گیری و بازیابی اطلاعات

با استفاده از قابلیت‌هایی مانند Hyper-V Replica، می‌توان نسخه‌های پشتیبان از ماشین‌های مجازی تهیه کرد و هنگام بروز مشکل، خدمات را در کم‌ترین زمان ممکن بازیابی کرد.

انتقال بار کاری (Workload Migration)

Hyper-V از ویژگی‌هایی مانند Live Migration پشتیبانی می‌کند که به مدیران شبکه اجازه می‌دهد ماشین‌های مجازی را بدون قطعی از یک سرور به سرور دیگر منتقل کنند.

Hyper-V چه ویژگی‌هایی دارد؟

فناوری Hyper-V ابزارهای متنوعی در زمینه‌ی شبکه، امنیت، پشتیبان‌گیری و مدیریت منابع ارایه می‌کند. به‌همین‌خاطر، Hyper-V در بسیاری از سازمان‌ها استفاده می‌شود.

شبکه‌های مجازی

Hyper-V شبکه‌های مجازی بین ماشین‌های مجازی و محیط بیرونی را ایجاد و مدیریت می‌کند. با کمک Virtual Switch، مدیران شبکه می‌توانند نوع ارتباط (داخلی، خصوصی یا خارجی) را برای هر ماشین مجازی مشخص کنند. هم‌چنین، NAT داخلی برای ارتباط VMها با شبکه‌های بیرونی بدون نیاز به IP عمومی مجزا استفاده می‌شود.

Snapshot و Checkpoint

یکی از قابلیت‌های کلیدی Hyper-V، ایجاد Checkpoint است. این ویژگی به کاربران اجازه می‌دهد از وضعیت فعلی یک ماشین مجازی نسخه‌ای ذخیره کنند تا هنگام نیاز، سیستم را به همان وضعیت بازگردانند.

پشتیبانی از ذخیره‌سازی مشترک

در Hyper-V می‌توان یک دیسک مجازی را بین چند ماشین مجازی به‌شکل مشترک استفاده کرد؛ قابلیتی که در اجرای خوشه‌ها و پایگاه‌های داده نقش دارد.

جابه‌جایی و مهاجرت ماشین‌ها

قابلیت‌هایی مانند Live Migration و Storage Migration در Hyper-V موجب می‌شوند VMها بدون خاموش‌شدن یا قطعی، به سرور یا ذخیره‌ساز دیگری منتقل شوند. این موضوع نقش مهمی در حفظ در دسترس‌بودن خدمات دارد. اگر با مفهوم دسترس‌پذیری آشنا نیستید، می‌توانید در مطلب high availability چیست با جزییات بیش‌تری در این باره بخوانید.

امنیت پیشرفته

Hyper-V با استفاده از قابلیت‌هایی مانند Secure Boot و Shielded VM از دسترسی غیرمجاز به ماشین مجازی و تغییر در فایل‌های سیستمی جلوگیری می‌کند. این قابلیت‌ها برای سازمان‌هایی با الزامات حفاظتی بالا اهمیت زیادی دارند.

جمع‌بندی

Hyper-V یکی از ابزارهای کلیدی در پیاده‌سازی زیرساخت‌های مجازی‌سازی سازمانی است. این فناوری به مدیران شبکه اجازه می‌دهد چند ماشین مجازی مستقل را روی یک سرور فیزیکی اجرا کنند و از منابع سخت‌افزاری به‌شکل بهینه استفاده کنند.

Hyper-V با قابلیت‌هایی مانند مدیریت متمرکز، مهاجرت زنده (Live Migration)، پشتیبانی از سیستم‌عامل‌های مختلف و ابزارهای امنیتی پیشرفته، پاسخ‌گوی نیازهای حرفه‌ای در موقعیت‌های متنوع سازمانی است.

Hyper-V در سازمان‌هایی که به‌دنبال انعطاف‌پذیری بیش‌تر، کاهش هزینه‌ها و توسعه‌ی سریع زیرساخت هستند، راه‌حلی کاربردی برای اجرای دسکتاپ مجازی، محیط تست و سرویس‌های عملیاتی محسوب می‌شود.