基于混合虛擬化技術的計算機性能優化研究及應用

邱云樂

摘要在日常生活中，計算機扮演者越來越重要的角色，但是目前的計算機性能仍然存在很大的優化空間，筆者結合計算機虛擬化技術，介紹了優化計算機性能的方法，融合了虛擬化技術和輔助虛擬化技術的方案，可以有效改善計算機性能，可以提升虛擬機性能。計算機虛擬技術的出現是隨著計算機技術的進步而產生的，計算機技術的進步推動了虛擬技術的發展，虛擬技術對于資源的利用效率逐步提升。在當今階段，數據的整合已經具備了新的特點，不斷改進計算機虛擬技術，可以適應時代發展的要求，利用計算機虛擬技術的不斷創新營造新的經濟増長點，在加快產業進步的同時，還能帶來計算機技術的飛速發展，本文詳細介紹了混合虛擬的各種技術，介紹了多種實現方案，并對其優缺點進行了詳細的分析，除了計算機性能設計的優化，在其他方面也有應用的積極意義。

關鍵詞混合虛擬化技術虛擬機計算機性能

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A

隨著計算機技術的大范圍普及應用，虛擬化技術在各個研究領域都獲得了大范圍的應用，借助虛擬機，可以有效提升服務器的服務效率，提升服務器的運行能力。目前，虛擬機技術借助虛擬化技術實現輔助虛擬化，雖然在實現虛擬化的方法上還存在著一些不足，但是虛擬化方案的改進和完善已經有了研究眉目。隨著虛擬化技術的進步，各種系統虛擬化技術不斷涌現出來，使得計算機資源的利用效率獲得飛速提升，在當前階段，數據的整合具有了不同以往的特點，為了適應時代發展的需要，虛擬技術需要在不斷創新和改進的基礎上獲得綜合提升。下文介紹的就是詳細的系統虛擬技術，通過提升這項技術，可以改善虛擬化技術，通過不同方案特點的比較，本文介紹了系統虛擬的優點和缺點，對于計算機性能的優化方面，也提出了一些可行的方案。

1關于虛擬化技術的介紹

1.1混合虛擬化技術的現狀

隨著計算機技術的快速發展，虛擬化技術的手段不斷創新，常見的有服務器虛擬化技術和系統虛擬化技術，服務器虛擬化技術是對數據進行了重新歸類和部署管理，讓數據得到更高效的配置，提高了數據的應用效率，減小了數據的損耗，系統虛擬化技術使得管理的方法更加高效，計算機服務更加經濟和靈活，不同的技術從不同方面提升了虛擬化技術的實現水平，學術研究也對虛擬化技術的提升起到了促進作用。系統虛擬化是指利用計算機系統虛擬化出一臺虛擬的計算機系統，使物理上的一臺計算機在邏輯上變為兩臺，相對于傳統的計算機而言，虛擬的計算機系統不會占用系統的全部資源，同時還降低了數據的利用效率，導致大部分有可能被浪費的資源不再被浪費，扭轉了資源大量消耗的局面。在實踐中大規模的運用虛擬化技術，可以提升計算機的利用效率，為了保證系統虛擬化的高效率，一般將虛擬化的層次安插在物理層和操作層之間，然后利用虛擬化平臺，設置出獨立的虛擬化硬件，虛擬化系統是要耗用一部分硬件資源的，當前的虛擬化平臺就是利用虛擬化的硬件，例如CPU等設備，為虛擬化平臺提供技術支持，運行虛擬平臺的虛擬機具有一定的獨立性和差異性，有利于具有特殊性的虛擬系統高效運轉。

1.2虛擬技術的優化方案

虛擬技術有多重優化方案，按照方案邏輯的嚴密程度，可以劃分成準虛擬化技術和完全虛擬化技術。第一類為準虛擬化技術，利用虛擬平臺通過虛擬機對監視器進行重新定義，有可能需要修改虛擬機的操作程序，為了滿足虛擬機對于環境的高要求，實現虛擬化的高效性，還存在著一種完全虛擬技術。完全虛擬技術是指將虛擬平臺的運行和虛擬機保持完全一致，讓虛擬機系統修改操作系統。根據實踐檢驗，虛擬機對于應用者給予虛擬機的指令有很強的傳導性，為了保證虛擬機系統的正常運行，虛擬機需要對數據和指令進行正確處理。完全虛擬方案的實現前提，就是系統不需進行修改，可以將指令代碼迅速的轉換成機器代碼，對于CPU系統而言，由于指令代碼無需轉換，因此無法實現虛擬化。對于系統內出現的與虛擬化相關的敏感指令，可以進行詳細的轉化，本文介紹的指令是wine指令、sky eye指令和qemu指令。系統虛擬化有多重解決方案，一些比較典型的解決方案例如硬件虛擬化就是常見解決方案。硬件虛擬化擁有完整的定義，在硬件虛擬化模式下，通過增加硬件的層次，可以完全解決問題，通過指令對硬件進行有效的訪問，當虛擬器獲取指令之后，對指令進行處理，會實現與真實計算機相仿的環境，保證計算機運行的高效率，根據調查可知，硬件輔助虛擬化技術中，應用交廣的是X86技術和VT技術。

準虛擬化技術是對虛擬化技術的內核進行了修改，為了防止虛擬化的指令當中出現敏感指令，讓虛擬化技術存在應用風險，在虛擬化技術的方案中增加了壓縮技術，最為典型的應用就是壓縮環技術，即在傳統的操作層面增加了物理層，讓物理層深入到虛擬層之中，當前最為常用的平臺就是利用了物理層虛擬化，比較具有代表性的云計算提供平臺，例如阿里巴巴和華為公司等，就是利用的準虛擬化技術。

完全虛擬化技術和準虛擬化技術都有缺點和優勢，準虛擬化技術的優點是增加了虛擬機與物理機的差異性，讓物理層和虛擬機實現了一對一和一對多的關系，從而可以幫助用戶大范圍的降低成本，同時操作系統因此具備了大范圍的普適性，可以再無需修改技術的前提下，實現虛擬機系統的高適用性，同時此方案也存在著一些不足，為了實現降低系統性能的需求，與沒有實現虛擬化的技術相比，可以讓虛擬機的性能有所下降，通常可以降低百分之三十左右，雖然在現實應用當中具備一定的局限性，但是更加適用于小型的系統。硬件輔助虛擬化技術的最大優點就是能夠實現系統的虛擬化，為了讓系統的虛擬化更加合適，同時考慮到兼容性等一些強化功能，讓系統的設計更加簡潔，還能提升系統運行的空間。軟件系統運行的靈活性和適應性以及連續性等問題都需要系統的簡化性來支持，如何降低系統的漏洞和程序的設計風險就是研究的主要方面。計算機設計程序的解決方案永遠無法達到完美的境地，計算機應用程序的實用性也需要逐步進行加強。

準虛擬化技術也是具備很多優點的，例如純軟件虛擬化就為技術的實現提供了解決方案，降低了冗余信息的成本，避免了內存出現復制等巨大問題。同時，由于語義存在理解問題，一些處于虛擬層面的操作系統和實際操作系統之間往往容易出現不足，消除不足的方法可以有效提升系統的利用效率，但是實踐之中如何利用系統還有考量的余地，最困擾大家的方案則是虛擬器如何設置監視器。

2利用混合虛擬技術實現計算機性能的優化設計

2.1如何進行混合虛擬設計

當前理論研究的重點在于如何通過虛擬機性能的設置測試虛擬機優化方案的效果，根據實踐當中對虛擬機技術融入虛擬化和輔助設備的技術特點，如何通過發揮虛擬技術和輔助技術的優勢，彌補兩者之間的不足，提升虛擬系統的整體性能，可以解決具有廣泛性和普遍性的問題。根據研究結論，目前可以實現的設計途徑有，利用硬件輔助虛擬技術，實現內存和cpu 的虛擬化。在內存虛擬技術的作用下，實現了I/O的虛擬化，讓控制其運行的不再是模擬執行狀態，發生幾率也有所降低，從而可以大范圍的降低運營成本，在現階段，投入虛擬機技術的方案中操作性最強的就是虛擬機及技術和混合輔助虛擬技術，二者實現的途徑是一致的，只是在細節方面存在著一定差異，在可操作性的實現方面，稍微存在不足。

2.2 PVM技術

PVM技術的缺點在于如果缺少技術方案的支持，將會導致虛擬技術實現不利，受到壓縮技術的影響，虛擬機的監控器擁有最高權限，其內核能夠在閉環通道上運行，雖然該架構運行在系統之內，增加了系統運行的消耗，但是該模式與用戶模式的權限環相比，由于處于不同的空間，虛擬機的監視器需要調取更多的系統行為，導致系統的可執行路徑不足，從而系統的性能不夠，為了解決上述難題，實踐中會選用混合虛擬化技術，采用混合虛擬化技術可以提升系統分隔權限，恢復系統分隔定義，消除壓縮技術的影響，將運行成本壓縮到最低。PVM已經有了虛擬化的方案，可以通過移植解決系統運行的權限問題，同時由于系統的硬件輔助頁面有支持系統，可以通過虛擬機的翻譯作業加快操作速度，該種方法雖然依然存在不足，但是可以改變外部加載模塊，但是由于在啟動的時候難以自動啟動，還需要運行外部的加載模塊。

2.3 HPV技術

由于CPU和內存虛化技術的提升，硬件輔助虛化技術的應用日益普及，CPU和內存的優化方案都得到了有效解決，但是I/O的虛化問題還是沒能解決，在I/O 的負荷比較密集的情況下，HVM還是難以及時處理I/O的負荷比較密集的問題，如果遇到I/O引起虛擬機進入到模擬執行操作模式，將會隨之而來產生大量的冗余操作問題，混合虛擬方案的解決，需要在原有的模式下，解決PVM的問題，提升虛擬機的利用效率。HVM使得CPU的內存得以虛擬化，采用了授權技術和通道技術，借助Xen技術，改進了I/O的虛擬性能。采用虛擬接口的方法處理信息，減少了HVM內核的代碼的修改的幾率，原本的HVM性能處理會改變常見的性能問題，這種方案設計的優點在于可以讓系統內核的邏輯性得以恢復，加強了調試方法的便捷化優勢，原本HVM的性能問題會因為系統內核的邏輯的反復適用而增加便捷化，降低耦合度，最終實現自啟動功能。

2.4混合解決方法

Xen虛擬平臺有特權虛擬機構和虛擬監控器組成，通過虛擬監控器管理虛擬化的各種資源，負責虛擬機的接口正常運轉，在平臺上運行的虛擬機有兩種類型，分別是標準化的虛擬機和類型化的虛擬機，在實際操作中，平臺支持的有x86虛擬機和Embedded等虛擬機。經過筆者分析，類似的平臺都具備可移植性和廣泛的適用性。PVM和HVM都是虛擬化技術的硬件輔助虛擬化方案，可以實現技術優勢互補，提升虛擬機的運行效率，與PVM不同的是，HVM具有更加強大的可行性，并且具有更加強大的可操作性，在Xen虛擬機運行的模式下，為了保證開發者開發的有效性和可靠性，必須在開發過程中加入混合虛擬技術使得混合虛擬的技術得到高效發揮，其中涉及到的應用有中斷處理技術和設備驅動技術等輔助技術。

2.5優化虛擬機

混合虛擬優化技術就是借助了不同的技術模式，對虛擬機進行了優化，提升了虛擬機的運行效能，在實際操作中，技術人員更應該關注系統的調用，傳統的CPU架構具有的解決方案中有多重純軟件虛擬技術方案，這種方案的關鍵節點為壓縮虛擬技術，在硬件虛擬技術的支持當中，準虛擬技術的優勢就會更加明顯，需要解決的問題將會從性能上的到完美執行。準虛擬化技術的優勢由于執行效果明顯，一些性能問題由于執行效率偏低，在實際調用程序的過程中存在目錄操作和清空等問題，在實際目錄操作頁面，應用不同的頁面目錄，可以區分用戶的運行特權，同時在實際優化的過程中，可以根據不同的問題，設置CPU識別的路徑。

3結論

根據上文論述的觀點，可以得出的結論是，在虛擬化技術的運用當中，由于計算機技術不斷地進步，虛擬技術的實現也需要不斷進步，計算機技術是推動虛擬化技術前進的動力。虛擬技術中，系統虛擬技術是虛擬技術中的最重要部分，系統虛擬技術對于資源的利用更加有效率。但是在現階段，計算機軟件數據的實際部署過程中，數據更新會有新的特點，資源的利用也會因而更加高效，為了適應實際發展的要求，計算機虛擬技術經過不斷創新改善之后，會有更多解決方案，本文介紹的虛擬技術實現方案只是其中的一部分，并且一些方案還存在著不足之處，比較了各種方案的優缺點之后，可以應用更多方案提升計算機的性能，幫助虛擬軟件實現更多的應用價值。

參考文獻

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