作者：Hari Pulapaka

Windows是一種多功能、靈活的操作系統(tǒng)，可在多種機(jī)器架構(gòu)上運(yùn)行，并有多種SKU。它目前支持x86、x64和ARM體系結(jié)構(gòu)。它甚至曾經(jīng)支持Itanium、PowerPC、Alpha和MIPS(wiki：http://en.wikipedia.org/wiki/Windows_NT)。Windows也可以在多種環(huán)境中運(yùn)行;從數(shù)據(jù)中心、筆記本電腦和電話到ATM機(jī)等嵌入式設(shè)備。

即使有了所有這些支持，Windows的核心在所有這些架構(gòu)和SKU上幾乎保持不變。Windows可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，這取決于其運(yùn)行的體系結(jié)構(gòu)和處理器，以充分利用硬件的功能。這同樣適用于Microsoft Azure。因此，如果您曾經(jīng)想知道Windows如何在數(shù)據(jù)中心運(yùn)行Azure節(jié)點(diǎn)，請(qǐng)繼續(xù)往下看!

正如Satya所說(shuō)，“我們正在將Azure打造成世界級(jí)計(jì)算機(jī)”，為世界級(jí)計(jì)算機(jī)提供動(dòng)能表明了Windows的擴(kuò)展能力。為了展示這種規(guī)模，這里是數(shù)據(jù)中心M系列機(jī)器(Azure中可用的最大虛擬機(jī)之一，具有896個(gè)邏輯處理器)中直接在Azure主機(jī)上運(yùn)行的taskmgr的快照。

M-series taskmgr

在這篇文章中，我們將討論為數(shù)據(jù)中心的Azure主機(jī)服務(wù)的Azure主機(jī)操作系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

云主機(jī)–Azure主機(jī)操作系統(tǒng)

Azure是微軟的云計(jì)算服務(wù)，它提供IaaS(基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù))虛擬機(jī)(VM)、PaaS(平臺(tái)即服務(wù))容器和許多其他SaaS服務(wù)(例如Azure Storge、Networking等)。對(duì)于IaaS和PaaS服務(wù)，所有客戶代碼最終都在虛擬機(jī)中運(yùn)行。因此，在核心平臺(tái)層，Azure主機(jī)操作系統(tǒng)的主要目的是管理虛擬機(jī)并將其管理得非常好!管理VM包括啟動(dòng)、關(guān)閉、實(shí)時(shí)遷移、更新等。

由于Azure使用Windows作為操作系統(tǒng)，所有這些虛擬機(jī)都作為Microsoft Hyper-V(即我們的虛擬機(jī)管理程序)的guest運(yùn)行。Microsoft Hyper-v是一種type1(https://en.wikipedia.org/wiki/Hypervisor)的管理程序，因此，當(dāng)我說(shuō)Azure Host操作系統(tǒng)時(shí)，它在技術(shù)上是根操作系統(tǒng)。這是一個(gè)完全控制硬件并提供虛擬化設(shè)施以運(yùn)行g(shù)uest VM的操作系統(tǒng)。

請(qǐng)記住，我們使用的hypervisor與我們?cè)谒袛?shù)百萬(wàn)客戶計(jì)算機(jī)上的Windows客戶端和Windows服務(wù)器上使用的hypervisor相同。我們將在即將發(fā)布的博客文章中解釋Microsoft Hyper-V的一些關(guān)鍵功能，這些功能允許Azure安全可靠地管理guest VM。

云主機(jī)

正如我提到的，Azure主機(jī)操作系統(tǒng)的目標(biāo)是良好地管理VM的生命周期。這意味著Windows(或稱Azure主機(jī)操作系統(tǒng))不需要通常與Windows關(guān)聯(lián)的大量功能來(lái)執(zhí)行此功能。因此，我們創(chuàng)建了一個(gè)專門的控制臺(tái)(沒(méi)有GUI，有些人還稱之為headless)版本的Windows，稱為云主機(jī)。

這是基于OneCore的Windows版本。OneCore是所有Windows SKU系列(或版本)構(gòu)建其功能的基礎(chǔ)層。它是所有版本的Windows(PC、Windows Server、XBOX或IOT)所需的一組組件(可執(zhí)行文件、DLL等)。如果拿編程類比的話，它是所有Windows類繼承的基類(例如Object)。如果您查看OneCore內(nèi)部以了解它提供的功能，您可以看到提供核心功能的API集，如內(nèi)核、虛擬機(jī)監(jiān)控程序、文件系統(tǒng)支持、網(wǎng)絡(luò)、安全、Win32 API等。下圖中調(diào)用的OneCoreUAP是用于構(gòu)建客戶端PC版本的稍高層的另一個(gè)示例，GUI堆棧和更高級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)組件，如媒體堆棧和WiFi。

OneCore中可用的一些代表性組件

我們?nèi)绾螛?gòu)建云主機(jī)?

需要在Azure主機(jī)上運(yùn)行少量代碼，以與控制平面集成，并監(jiān)控和管理容器/VM。基于對(duì)該代碼的依賴集的分析，我們確定了Azure在OneCore之上需要的一組功能(DLL和API集)。然后將這些二進(jìn)制文件(數(shù)十個(gè)二進(jìn)制文件)添加到OneCore中，將其用作Azure主機(jī)的操作系統(tǒng)。

為了添加這些DLL，我們創(chuàng)建了一個(gè)名為云主機(jī)的全新SKU，并將所有這些二進(jìn)制文件添加到云主機(jī)。您可以將云主機(jī)視為OneCore的“子類”。注意，我們必須創(chuàng)建一個(gè)新的SKU“云主機(jī)”，因?yàn)槲覀冃枰騉neCore添加新的二進(jìn)制文件。我們可以直接將它們添加到OneCore中，但它更干凈，可以創(chuàng)建專門構(gòu)建的SKU/版本，同時(shí)保持OneCore未修改。換句話說(shuō)，云主機(jī)是一個(gè)專門為運(yùn)行數(shù)據(jù)中心中的Azure主機(jī)節(jié)點(diǎn)而設(shè)計(jì)和構(gòu)建的SKU。您可能更熟悉其他Windows SKU，通常稱為版本，如Pro、Enterprise等[wiki：https://en.wikipedia.org/wiki/Windows_10_editions]。云主機(jī)是一個(gè)類似的SKU/版本，僅用于數(shù)據(jù)中心中的Azure節(jié)點(diǎn)。

有了這個(gè)解釋，讓我們看看這個(gè)云主機(jī)。這是一張?jiān)浦鳈C(jī)WIM(https://en.wikipedia.org/wiki/Windows_Imaging_Format#:~:text=The%20Windows%20Imaging%20Format%20(WIM,Windows%20Fundamentals%20for%20Legacy%20PCs.)文件的圖片(WIM文件就像一個(gè)zip文件，用于存儲(chǔ)要啟動(dòng)的Windows映像)。您可以看到它的大小為280MB，比典型的PC WIM文件小10倍多。

這比您在PC上使用的任何Windows都要小得多，典型的客戶端企業(yè)版WIM文件大小為3.6 GB。

云主機(jī)引導(dǎo)到控制臺(tái)Shell中，體驗(yàn)通常類似于Windows Server Core。這是一張?jiān)浦鳈C(jī)會(huì)話的圖片，來(lái)自我們的一臺(tái)測(cè)試機(jī)器。

(請(qǐng)記住，我們通常不會(huì)登錄到Azure主機(jī)節(jié)點(diǎn)，這純粹是為了演示目的)

帶有cmd shell、taskmgr和Regedit的云主機(jī)

您可能注意到的另一件事是，taskmgr甚至regedit看起來(lái)與您在Windows 11上看到的不同。這是因?yàn)檎缥姨岬降模浦鳈C(jī)是基于OneCore構(gòu)建的，它是headless(或基于控制臺(tái)的)，因此它不包含任何Windows的GUI部分。我們有一個(gè)特殊的taskmgr和regedit版本，它與Windows11中的所有現(xiàn)代GUI功能都不相關(guān)聯(lián)，這給了他們“老式”的外觀。

API：什么樣的代碼可以在Azure主機(jī)節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行?

我們可以在Azure主機(jī)上運(yùn)行C++、Python甚至Rust代碼。要記住的主要一點(diǎn)是，作為一名開(kāi)發(fā)人員，如果您正在構(gòu)建代碼以在Azure Host上運(yùn)行(這只是我們的內(nèi)部開(kāi)發(fā)人員)，您只能鏈接OneCore SDK(OneCore.lib)。我們?cè)谶@里(https://docs.microsoft.com/en-us/windows/win32/apiindex/windows-umbrella-libraries)記錄了OneCore可用的API界面，以對(duì)應(yīng)在這里(https://docs.microsoft.com/en-us/windows-hardware/drivers/develop/building-for-onecore)構(gòu)建OneCore的信息。

隨著對(duì)Azure云主機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的深入了解，未來(lái)的博客文章將繼續(xù)介紹更新Azure主機(jī)的代碼和設(shè)計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)(例如，Tardicade、VM PHU、Hypervisor熱重啟和實(shí)時(shí)遷移)、內(nèi)核/虛擬化功能、安全性以及操作系統(tǒng)平臺(tái)中的許多其他領(lǐng)域。

審核編輯：湯梓紅