虛擬化技術(shù)在高性能計算機系統(tǒng)中的應用研究

王全林

摘 要：隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，計算機技術(shù)的不斷提升，計算機的性能也有所提高，而且高性能計算機的使用規(guī)模也在不斷的擴大，再加上高性能計算機運行過程中可能產(chǎn)生復雜的部件關(guān)系，使得高性能計算機在使用中也變得越來越復雜，從某個角度來講，高性能計算機的使用性能也受到一定的限制，對此，需要將先進的虛擬化技術(shù)應用于高性能計算機中，有助于提高計算機的使用性能。

關(guān)鍵詞：虛擬化技術(shù);高性能計算機;系統(tǒng)

引言

虛擬化技術(shù)在近些年的發(fā)展中極為迅速，而且被廣泛的應用到計算機系統(tǒng)中，高性能計算機與普通計算機有著很大的不同，為了提升高性能計算機的使用性能，相關(guān)部門以及人員也嘗試將虛擬化技術(shù)應用到高性能計算機中，希望能夠?qū)μ嵘到y(tǒng)的使用性能有著一定的幫助。

一、虛擬化技術(shù)概述和分類

從上個世紀的60至10年代開始，我們的虛擬化技術(shù)就逐漸亮相在眾人面前。這個時代的虛擬化技術(shù)主要是用來給計算機的一些軟件提供支持的環(huán)境。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，我們的科學技術(shù)也在不斷的發(fā)展，計算機也在我們的日常生活中到了普及，但是我們的計算機的安全性也就變得比較脆弱。剛開始虛擬化技術(shù)是我們的科研人員為了處理和解決計算機系統(tǒng)的問題。我們所講的虛擬化技術(shù)是把我們的一些運行程序放在虛擬機上運行，虛擬機之間是有間隔性的，這樣可以有效的提高計算機的安全性。根據(jù)虛擬化技術(shù)的應用不同，我們對虛擬化技術(shù)主要分為以下幾類：

（一）平臺的虛擬化

平臺的虛擬化主要是說把我們計算機系統(tǒng)中的服務器和操作系統(tǒng)進行虛擬化。那么所講的服務器虛擬化是把我們的計算機系統(tǒng)中的物理層進行分割，然后把這些分配到每個虛擬機中。在分類上來講，我們的服務器虛擬化主要又可以分成硬件的虛擬化和軟件的虛擬化兩大類。

（二）資源虛擬化

在虛擬化中計算機系統(tǒng)使用的資源，這就是我們的資源虛擬化，這里面主要有網(wǎng)絡的虛擬化和存儲的虛擬化。網(wǎng)絡的虛擬化是把我們的網(wǎng)絡帶寬進行分割，分割成許多的獨立的通道，以此來控制和提高帶寬的使用率。存儲虛擬化主要是說在計算機的系統(tǒng)中有許多的物理存儲單元，把這些存儲單元看成是一個統(tǒng)一的存儲地。。但是對于我們的用戶來講是看不到具體的存儲磁盤的，因此為存儲虛擬化。

（三）應用虛擬化

把我們的應用程序從操作系統(tǒng)中分離出來，看似在操作系統(tǒng)中嗎，但是應用卻又不依賴我們的操作系統(tǒng)。這就是我們專門為應用程序提供的虛擬運行環(huán)境這就是我們所講的應用虛擬化。

（四）表示層虛擬化

表示虛擬化是在我們的用戶在運行應用程序時，沒有真正在我們的操作系統(tǒng)上面運行，而是在服務器上面運行，用戶那邊也只顯示程序的界面和用戶進行的操作，這就是我們講的表示虛擬化。

二、虛擬化技術(shù)在計算機系統(tǒng)應用中的問題

（一）虛擬機協(xié)同問題

性能比較高的計算機一般使用的虛擬化技術(shù)的服務器都會比較復雜，沒有僅僅只停留在底層的硬件設備的問題上。在一些多維結(jié)構(gòu)的計算機我們需要從多個節(jié)點來建立虛擬機，這樣可以利用虛擬化技術(shù)，讓我們的多個虛擬機進行協(xié)同工作來構(gòu)建比較龐大的系統(tǒng)，這樣也會得我們的計算機系統(tǒng)性能比較高。

（二）虛擬內(nèi)存的問題

在我們的計算機應用發(fā)展過程中，我們需要一次性的設置許多個虛擬內(nèi)存，這樣才能促進和支持我們計算機的發(fā)展。與傳統(tǒng)的計算機系統(tǒng)不同，這樣比較大的計算機內(nèi)存需要我們考慮很多實際的問題，如應該如何部署這些虛擬機的位置，以及內(nèi)存的分配和系統(tǒng)的管理這些都是給我們的計算機系統(tǒng)研究帶來了很大的問題。

（三）系統(tǒng)兼容性問題

現(xiàn)在的高性能計算機對系統(tǒng)的兼容性的要求都比較高，利用虛擬化技術(shù)可以把我們的計算機系統(tǒng)的硬件抽象出來，形成更多的計算機資源的形態(tài)，我們的研究人員為此研究出更加適用的編譯器和函數(shù)模型，讓我們的用戶使用更加方便。

三、虛擬化技術(shù)在計算機系統(tǒng)的應用

虛擬化技術(shù)的應用主要是在我們的高性能計算機中，這些計算機利用虛擬化技術(shù)進行資源整合。在我們的科學技術(shù)中我們已經(jīng)在研究把我們的虛擬化技術(shù)運用在虛擬環(huán)境的搭建，這種研究的目的是利用虛擬化技術(shù)來減少我們系統(tǒng)出錯。在虛擬化技術(shù)中我們還可以對我們的代碼進行運行，提高真正的系統(tǒng)的性能。以下主要是對虛擬化技術(shù)在計算機系統(tǒng)應用的趨勢。

（一）構(gòu)建專門的虛擬環(huán)境

運行環(huán)境對我們的計算機功能的發(fā)展有著特別重要的作用，在不同程度上影響著我們計算機的功能。虛擬化技術(shù)可以利用一些規(guī)模比較小的系統(tǒng)來開發(fā)出運行環(huán)境比較大的系統(tǒng)，這樣就可以保證我們的計算機應用程序的最佳運行，使得計算機系統(tǒng)也可以更加方便的操作。因此，在我么進行高性能計算機的研發(fā)時，我們的虛擬化技術(shù)可以支持我們的研發(fā)，從而提高我們的計算機的功能。

（二）實現(xiàn)資源的整合

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，我們的計算機結(jié)構(gòu)也在不斷的向不同結(jié)構(gòu)方向發(fā)展，我們需要利用我們的虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢來克服我們計算機系統(tǒng)中的一些問題。可以利用虛擬化技術(shù)來隱藏我們的硬件的資源存儲，這樣就能讓我們的用戶在同一個環(huán)境中使用不同結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。

（三）強化系統(tǒng)的可靠性和容錯性

一般性能比較高，規(guī)模比較大的高性能計算機中，我們計算機的機構(gòu)也在不斷的變得復雜，這樣我們計算機出現(xiàn)問題的可能性也在不斷增加。因此，使用虛擬計算機技術(shù)可以隔離我們的虛擬內(nèi)存，能夠有效的避免由于軟件的操作錯誤而引起的對虛擬內(nèi)存的影響。虛擬化技術(shù)可以快速的恢復我們正在使用的程序，防治引起運行中斷。

（四）增強系統(tǒng)的安全性

虛擬化技術(shù)可以提高我們計算機系統(tǒng)的安全性能，虛擬機能夠?qū)ξ覀兊膽贸绦蜻M行檢查，可以有效的避免病毒長時間對我們的計算機的影響，最大程度的保證了我們系統(tǒng)運行的安全性。

四、高性能計算機系統(tǒng)中虛擬化技術(shù)應用的注意事項

高性能計算機系統(tǒng)中應用虛擬化技術(shù)對提升計算機的運行性能有著極大的作用。為了確保虛擬技術(shù)應用的可靠性，在應用的過程中需要注意以下幾方面問題：多VMM協(xié)同問題，虛擬技術(shù)的應用與傳統(tǒng)計算機系統(tǒng)有著既然不同之處，尤其是虛擬化技術(shù)的應用要考慮到多VMM協(xié)同的問題，這是傳統(tǒng)計算機系統(tǒng)不需要考慮的問題;軟件環(huán)境的支持問題，虛擬化技術(shù)的應用，是將以往用戶所見的資源形態(tài)進行改變，雖然是一種抽象的改變方式，但是，在虛擬硬件系統(tǒng)應用的過程中，可能存在對一些系統(tǒng)軟件不支持的問題，無法實現(xiàn)更高的運行性能以及運行環(huán)境等。因此，在虛擬化技術(shù)應用到高性能計算機系統(tǒng)中必須要從多方面考慮，確保應用的合理性。

五、結(jié)束語

虛擬化技術(shù)是20 世紀60 年代的新生產(chǎn)物， 其產(chǎn)生在很大程度上推動了計算機系統(tǒng)的發(fā)展。經(jīng)過幾十年的沉淀和研究人員的不斷改進，虛擬化技術(shù)已經(jīng)漸漸趨向成熟化。就目前而言，虛擬化技術(shù)主要是應用在臺式計算機以及服務器上。但可以預見的是，隨著虛擬化技術(shù)地不斷發(fā)展，其將來一定會其他領(lǐng)域發(fā)揮出重要作用，進而在很大程度上推動世界經(jīng)濟、科技的發(fā)展。這是因為開展虛擬化技術(shù)的深入研究具有重大的意義，所以其相關(guān)技術(shù)研究人員應該加大對其的探索和研究，以切實提升虛擬化技術(shù)的實用性和可靠性。

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