深入研究Windows 7系统中的VHD技术

绝大多数人最初接触VHD格式的文件,是在使用Virtual PC或者Virtual Server时,VHD是以文件形式存在的虚拟机的磁盘 。微软在2005年公开了VHD格式文件的全部细节,可以从微软的TechNet网站下载Virtual Hard Disk Image Format Specification 。这说明了微软不仅仅要把VHD应用在虚拟机领域,更希望VHD能够成为一种新的磁盘格式和载体在业界得到更多的支持 。
让我们抛开虚拟机,把目光集中在VHD文件本身 。VHD是一块虚拟的硬盘,不同于传统硬盘的盘片、磁头和磁道,VHD硬盘的载体是文件系统上的一个VHD文件 。如果大家仔细阅读VHD文件的技术标准,就会发现标准中定义了很多Cylinder、Heads和Sectors等硬盘特有的术语,来模拟针对硬盘的I/O操作 。既然VHD是一块硬盘,那么就可以跟物理硬盘一样,进行分区、格式化、读写等操作 。
我们这可以这样认为,VHD也是硬盘的一种,就像2.5寸、3.5寸、SCSI、SATA、IDE等不同规格的硬盘一样,VHD是在一个文件中的硬盘 。
Windows 7支持VHD的技术实现方式
在讨论具体的技术实现方式之前,我们首先需要理解操作系统对磁盘和文件的管理 。操作系统有磁盘系统和文件系统两部分,分别处理对硬盘的I/O读写指令(磁盘系统),和管理硬盘之上的分区、数据和文件格式(文件系统) 。VHD是存在于文件之上的磁盘,可想而知它的技术实现必须横跨磁盘系统和文件系统这两部分 。如果您对操作系统中这一部分不是非常的了解,可以听一听微软网站上的Windows存储技术系列Webcast 。
简单的说,要把VHD文件当作硬盘一样读写,必须有相应的驱动程序 。在Virtual PC和Virtual Server中,微软就是通过在虚拟机种加入VHD的驱动程序,使得虚拟机可以从VHD启动并进行后续的操作 。
在Windows 7中,微软把VHD的驱动内置进了操作系统,也包括在了Windows 7的引导程序中 。这也就是说,我们可在使用Windows 7的时候,直接访问VHD文件中的内容(把VHD的硬盘映射到一个盘符,后面会详细描述),也可以通过Windows 7的引导程序,启动位于VHD磁盘上的另一个操作系统 。理解VHD驱动的工作细节,需要比较多的Windows底层知识,下图是一个比较简单和抽象的结构,可以发现,VHD的驱动是跟磁盘驱动和文件系统紧密结合的 。
眼花缭乱的VHD应用
既然在Windows 7中可以对VHD直接读写,让我们来看看这个强大的功能到底能有多少过人之处 。
首先,我们可以用命令行工具Diskpart创建VHD文件!(是的,命令行工具,你可能已经想到了自动化批处理和批量部署可以用到这个技术,没错,网管说:要硬盘,于是,大量的VHD就被创建出来了… )
1:; diskpart
2:; create vdisk file=c:windows7.vhd maximum=25600 type=fixed
3:; select vdisk file=c:windows7.vhd
4:; attach vdisk
5:; create partition primary
6:; assign letter=r
7:; format quick label=vhd
8:; exit
【深入研究Windows 7系统中的VHD技术】 上面这段命令,创建了一个固定尺寸的VHD文件,并且进行了分区、分配盘符和格式化,一气呵成 。Diskpart还能做很多事情,具体参数,请参考这个文档,如果你不喜欢命令行,那么Windows 7的磁盘管理工具,一样可以完成上述操作 。现在我们看看VHD在Windows 7中直接访问的几种方法:
方法一:Foo.VHD文件中可以包含一个以上的磁盘分区,这些分区都可以映射到Windows操作系统中,可以为之分配盘符,也可以映射到一个NTFS的目录 。
方法二:VHD的磁盘中可以包含VHD文件,这个VHD文件还可以被映射到操作系统中,目前版本的Windows支持2层嵌套VHD 。(我实在想不出有什么实际的用处,据说这个功能可能会在正式版中被去掉,以免把用户搞糊涂)

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