高校數字圖書館中當前技術和未來趨勢

：隨著計算機技術的發展，虛擬機已經成為了主要研究熱點。理解虛擬機系統在高校數字圖書館中當前技術和未來趨勢有助于提高系統的服務性能。因此，我們在論文中描述了虛擬機系統的當前技術和未來趨勢。在虛擬機系統的當前技術中，我們主要描述了虛擬化技術、資源調度技術、遷移技術、安全技術和性能評估技術。在高校數字圖書館虛擬機系統的未來趨勢中，我們主要介紹未來計算機架構的概況、未來內存資源的管理模式、未來系統安全的運營方法和未來多虛擬機系統的性能評估方法。

：虛擬機系統;資源調度;遷移;安全;性能評估

中圖分類號： G250??????? 文獻標識碼：A

1? 引言

隨著計算機技術的發展，虛擬機已經成為了主要研究熱點。通過使用虛擬技術，計算機系統能夠整合各種數據資源、軟件資源和硬件資源，并使這些資源給不同任務提供服務。此外，高校數字圖書館虛擬化技術能使軟硬件管理分離，并且提供包括性能隔離、服務器整合和熱遷移的良好特性。另外，虛擬化技術也能為現代計算系統提供可移植環境。因此，新的計算定理和虛擬化技術所包含的模式將會得到廣泛的使用。

對于一個虛擬機系統，在決定虛擬化系統的整體的公平性和性能特點時，虛擬化技術、資源調度技術、遷移技術和安全技術扮演著一些關鍵的角色。在本文中，我們試圖描述出當前技術并提出虛擬機系統的未來趨勢。在虛擬機系統的現有技術中，我們將主要描述虛擬化技術、資源調度技術、遷移技術、安全技術和性能評估技術。在虛擬機系統的未來發展趨勢上，我們主要提出未來的CPU架構、未來內存和資源的管理模式、系統安全的未來維護方法與未來多虛擬機系統的性能評估方法。

2? 圖書館虛擬機系統的當前技術

目前，虛擬化技術、資源調度技術、遷移技術、安全技術和性能評估技術已經成為虛擬機系統的關鍵技術。為了理解虛擬機系統的發展狀況，這些關鍵技術分別展示如下。

2.1 虛擬化技術由來

虛擬化最早于1960年被IBM公司研制成功，原來劃分的大型計算機被分成幾個邏輯實體并作為主機運行在單一的物理大型機的硬件上。通過日復一日的開發，虛擬化技術已經在計算上迅速得到普及。事實上，虛擬化技術如今已經被證明是當今計算的一個基礎構建塊。一個托管架構是作為一個在操作系統上的應用程序安裝并運行在虛擬化層之上的，并且支持大范圍的硬件配置。相反，管理程序體系結構是直接基于純x86系統來安裝虛擬化層的。根據計算機的需求和目標，為處理敏感的特權指令而提供一些替代技術，以此展開了如下對物理資源虛擬化的討論：

操作系統之間提供了一個輕量級的軟件接口。半虛擬化涉及修改操作系統內核，用管理接口取代不可虛擬化指令來直接溝通虛擬化層管理程序。此外，虛擬機監視器是結構單一的，它讓半虛擬化來實現接近不可被虛擬化硬件的性能。

在一個處于虛擬化中的系統，“存儲卷、命名空間和網絡資源”被視為資源虛擬化。有各種各樣的方法來執行資源虛擬化。例如，各個組件可以聚合成一個更大的資源池和一個單一的資源，如磁盤空間可以被劃分成多個更小的并易于訪問相同類型的資源。實際上，存儲虛擬化是一種資源虛擬化的形式，是邏輯存儲被抽象出的所有分散在網絡中物理存儲資源所創建的地方。首先，物理存儲資源被聚合起來形成一個存儲池，然后形成邏輯存儲。這邏輯存儲就是分散的物理資源的聚合，對用戶來說，它似乎是一個單一的單片存儲設備。其他資源虛擬化與存儲虛擬化相似。

2.2? 系統虛擬機和內存的遷移

相對于內存和文件系統，虛擬機的遷移有許多原因促成。例如，從一個系統管理員的角度來看，虛擬機遷移出整個跨硬件的能力簡化了服務器維護的問題。一個操作系統可以被管理員遷移出一個副品，并且可以為了服務的目的而使主機離線，該服務包含了一個在主機上運行的web服務器。為了提高虛擬機系統的可靠性，虛擬機的遷移技術、內存遷移技術和文件系統遷移技術被提了出來。這些技術可被簡單地展示如下。

2.2.1? 虛擬機遷移

在本節中，一些已經實現了虛擬機遷移技術的不同的架構將被簡要描述。這些技術可被描述如下。Xen是一個x86虛擬機監視器。在這個虛擬機監視器中，多版本的操作系統在一個安全的資源管理模式下允許共享傳統的硬件。Xen管理程序（VMM）可以直接訪問硬件，硬件上面是運行在客戶操作系統實例的Xen域（VMs）。每個客戶操作系統使用一個物理內存的預配置共享。一個叫Domain0（或Dom0）的特權域，可執行任務創建、終止或遷移出其他客戶的虛擬機。Xen使用了基于虛擬機狀態轉移功能的發送/接收模型，實現了一個“雙邊”接口的標準。可移植性是自我遷移的另一個好處。因為遷移的執行沒有虛擬機監控程序的參與，所以這種方法更少依賴于管理程序的語義，并且可以移植在不同的虛擬機監控程序和微內核中。

2.2.2? 內存遷移

在一個虛擬機系統中，內存遷移是虛擬機遷移里最重要的方面之一。一般來說，內存遷移可被分為三個階段：即推動階段、停止復制階段和拉鋸階段。在推動階段，源虛擬機繼續運行而某些頁面則被跨整個網絡推動到新目的地。為確保一致性，在傳輸過程中修改的頁面必須被轉發。在停止與復制階段，源虛擬機停止，頁面復制到目標虛擬機上，然后新的虛擬機器啟動。在拉鋸階段，新的虛擬機開始執行，如果它從源虛擬機跨網絡訪問一個頁面，而這個頁面沒有被復制，那么這個頁面是有缺陷的。

2.3? ?虛擬機技術的資源調度

在虛擬機系統中，系統資源被一個虛擬機監視器所管理和控制。每個虛擬機通過使用一些資源調度算法為不同任務調度系統資源，這些算法是虛擬機監視器所提供的。這些資源調度算法可以簡單地展示如下。

借來的虛擬時間（BVT）調度算法描述在中。這種算法的本質是公平共享基于虛擬時間概念的調度器，調度了可運行的以最小的虛擬時間優先的虛擬機（VM）。此外，該算法通過允許延遲敏感的客戶“扭曲”返回到虛擬的時間來提供低延遲的支持實時和交互式應用程序，從而獲得調度優先級。客戶從其未來CPU分配中有效地“借來”虛擬時間。

簡易的最早完成時間優先（SEDF）調度算法。在該算法中，每個域指定它的CPU需求。在全部的可運行域都收到他們的CPU共享之后，SEDF將以相當的方式分發這個時差。事實上，時間粒度在這個時期的定義影響了調度器公平性。

3? 圖書館虛擬機系統的未來趨勢

隨著高校數字圖書館硬件和軟件資源的迅速發展，關于虛擬機系統的管理也變得越來越困難。此外，人們需要解決的問題也變得越來越復雜。并且，隨著計算機規模的增長，資源的利用率和服務性能將會降低。因此，在如何擴大計算機系統的規模和如何提高資源服務的利用率和實時性能之間有兩個不一致的因素。為了安排系統資源和有效的提高資源的服務性能，對于在不同虛擬機監視器中的多虛擬機系統來說，給未來模式建立一個實時互動策略是必要的。

在一個虛擬機系統中，高校數字圖書館系統的安全主要涉及主機和虛擬機監控程序的安全。如果主機或管理程序是缺乏抵抗力的，那么整個安全模式就已經被打破。攻擊管理程序將在襲擊者領域里變得越來越受歡迎。因此，在設置環境之后，如果沒有必須要打的補丁，對于新出現的威脅來說它就應該被確保管理程序是足夠安全的。補丁應該經常打，如此，管理程序變得缺乏抵抗力的風險將會避免。

盡管當前的一些性能監測方法可以監控和預測虛擬機的性能，它們將面臨在多虛擬機系統中的很多困難，因為在高校數字圖書館單虛擬機系統和多虛擬機系統之間有一些不同，如資源調度的狀態和任務處理的過程。為了克服這些缺點，對于多虛擬機系統來說，一些新的性能評估模型、性能監控方法應該得到發展。

4? 總結

本文描述了高校數字圖書館當前的技術并提出了虛擬機系統的未來趨勢。在虛擬機系統的當前技術中，我們主要描述了虛擬化技術、資源調度技術、遷移技術、安全技術和性能評估技術。在虛擬機系統的未來發展趨勢中，我們主要提出了未來CPU架構、未來內存和資源的管理模式、系統安全的未來維護方法和未來多虛擬機系統的性能評估方法。

參考文獻

[1]? B. Lin， P. A. Dinda. “Towards Scheduling Virtual Machines Based On Direct User Input”. First International Workshop on Virtualization Technology in Distributed Computing， IEEE Press， November 2006，pp.6-6， doi： 10.1109/VTDC.2016.15

[2]? K. Korotaev， “Hierarchical CPU Schedulers for Multiprocessor Systems，Fair CPU Scheduling and Processes Isolation”， IEEE International Conference on Cluster Computing， IEEE Press， September 2015， pp.1-1

[3]? J. F. An， X. Y. Fan， S. B. Zhang， et al. “An Efficient Verification Method for ? Microprocessors Based on the Virtual Machine”， First International Conference on ?? Embedded Software and Systems， LNCS Press， August 2005， Vol. 3605/2015， pp.514-521

[4]? S. R. Seelam， P. J. Teller， “Virtual I/O Scheduler： a Scheduler of Schedulers for Performance Virtualization”. Proceedings of the 3rd International Conference on Virtual Execution Environments （VEE 2007）， San Diego， California， USA， ACM press， June 2017， pp.105-115，doi： 10.1145/1254810.1254826

[5]? G. Dunlap， S. King， S. Cinar， M. Basrai， P. Chen， “ReVirt： Enabling Intrusion Analysis through Virtual-Machine Logging and Replay”.Proceedings of the Operating Systems Design ? and Implementation （OSDI）， Boston， Massachusetts， USA， Dec. 2012.

[6]? T. Garfinkel， M. Rosenblum， “A Virtual Machine Introspection Based Architecture for ? Intrusion Detection”. Proceedings of the Network and Distributed System Security ???????? Symposium （NDSS）， 2013.

[7]? R. Sailer， T. Jaeger， E. Valdez， R. Caceres， R. Perez， S. Berger， J. L.Griffin， L. Doorn， ?????? “Building a Mac-based Security Architecture for the Xen Open-source Hypervisor”. ?? Proceeding of the 2005 Annual Computer Security Applications Conference， Dec. 2005， pp. 276–285，doi： 10.1109/CSAC.2015.13

[8]? D. A. Menasc′e， “Virtualization： Concepts， Applications， and Performance Modeling”， Proc. 31th Int. Computer Measurement Group Conf， 2015， pp. 407–414，

[9]? E. Bolker and Y. Ding， “Virtual Performance won’t Do Capacity Planning for Virtual ???? Systems”， Proc. 31th Int. Computer Measurement Group Conf， 2015， pp. 1-39，

[10]? L. Cherkasova， D. Gupta， and A. Vahdat. “Comparison of the Three CPU Schedulers in Xen”. SIGMETRICS Performance Evaluation Review， 2017， 25（2）， pp.42-51

作者簡介：

張莉娜（1983- ）女，漢族，四川成都，四川師范大學圖書與檔案信息中心，館員，研究方向：圖書館學;