實作 Hyper-V Nested Virtualization

前言

在 Hyper-V 虛擬化化平台舊版本中，要實作出 Nested Virtualization 環境非常困難。現在，Windows Server 2016 直接內建支援「Nested Virtualization in Windows Server Hyper-V」機制，往後 IT 管理人員建置 Lab 環境將更方便了。

簡單來說，在舊版的 Hyper-V 虛擬化平台當中僅支援 Level 0、Level 1 這樣的運作架構。

圖片來源： Virtualization Blog - Windows Insider Preview: Nested Virtualization


現在，可以在 Hyper-V Hypervisor (Level 1) 當中，再產生出一層 Guest Hypervisor (Level 2) 並且能夠運作 Guest OS，甚至 Level 2 的 VM 虛擬主機還能再次產生出一層 Guest Hypervisor (Level 3) 並運作 Guest OS。

圖片來源： Virtualization Blog - Windows Insider Preview: Nested Virtualization
下列為目前 Hyper-V Nested Virtualization 的環境需求及相關限制：
  • 實體主機 CPU 必須支援 Intel VT-x 及 EPT 硬體輔助虛擬化技術，作業系統必須採用 Windows 10 年度更新版 (Enterprise, Professional, Education) 或 Windows Server 2016 (Standard, Datacenter)。
  • 必須為擔任 Guest Hypervisor 的 VM 虛擬主機啟用 vCPU Virtualization Extensions 功能。
  • 必須為擔任 Guest Hypervisor 啟用 MAC Address Spoofing 功能，否則屆時建立的 Guest OS 網路連線會發生不通的情況。
  • 必須為擔任 Guest Hypervisor 採用第 2 世代及 8.0 版本格式的 VM 虛擬主機。
  • 必須要停用 VM 動態記憶體功能，同時為 VM 虛擬主機執行 Runtime Memory Resize 的動作時會失敗。



實作 Hyper-V Nested Virtualization

首先，我們可以看到在 Level 1 的 Hyper-V Host 中，所建立的 VM 虛擬主機採用 Coreinfo 檢查後可以發現，目前的 VM 虛擬主機「尚未感知」到母體的虛擬化功能。同時，當你嘗試為 VM 虛擬主機 (準備擔任 Guest Hypervisor) 安裝 Hyper-V 伺服器角色時，將會發現無法順利安裝。



請在 Level 1 的 Hyper-V Host 中，執行下列指令將 Hyper-V Host 的硬體輔助虛擬化技術「傳遞」給 VM 虛擬主機 (此實作該 VM 的名稱為 WS2016-Nested，當然前提是 Hyper-V Host 支援 Intel VT-x / EPT 硬體輔助虛擬化技術)。但是，請先將準備擔任 Guest Hypervisor 的 VM 虛擬主機關機，倘若 VM 虛擬主機未關機的話，稍後執行 vCPU Virtualization Extensions 的動作時，將會發生 PowerShell 指令執行失敗的情況。



順利將擔任 Guest Hypervisor 的 VM 虛擬主機關機後，便可以執行 PowerShell 指令「Set-VMProcessor -VMName <VMName> -ExposeVirtualizationExtensions $true」，為 Guest Hypervisor 的 VM 虛擬主機 (此實作中名稱為 WS2016-Nested)啟用「vCPU Virtualization Extenstions」的功能。




此時，重新將擔任 Guest Hypervisor 的 VM 虛擬主機 (WS2016-Nested) 開機後，再度使用 Coreinfo 檢查後可以發現，目前已經可以「感知」到 Hyper-V Host 所傳遞過來的硬體輔助虛擬化技術。當然，也就可以順利安裝 Hyper-V 伺服器角色了。



至此，我們完成為 Level 1 的 VM 虛擬主機啟用 Guest Hypervisor 功能。記得，啟用 MAC Address Spoofing 功能，否則屆時建立的 Guest OS 網路連線會發生不通的情況。


下列為 Hyper-V Nested Virtualization 巢狀虛擬化實作階層說明：
     Level 1 (實體伺服器、Hyper-V Hypervisor、Guardhost01)
          Level 2 (Guest Hypervisor、WS2016-Nested)
               Level 3 (Guest OS、WS2016)



同樣的組態設定方式，我們可以為 Level 3 的 VM 虛擬主機啟用 Guest Hypervisor 功能，建立出 Level 4 的 VM 虛擬。

下列為 Hyper-V Nested Virtualization 巢狀虛擬化實作階層說明：
     Level 1 (實體伺服器、Hyper-V Hypervisor、Guardhost01)
          Level 2 (Guest Hypervisor、WS2016-Nested)
               Level 3 (Guest Hypervisor、WS2016)
                    Level 4 (Guest OS、WS2016-Inner)






參考資源

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