倪毅

摘 要：隨著社會經(jīng)濟和科學技術的發(fā)展，計算機系統(tǒng)日益復雜，在該種形勢下將虛擬技術應用于計算機系統(tǒng)中解決計算機系統(tǒng)中存在的問題具有重要的意義。本文就虛擬化技術在計算機系統(tǒng)中的應用進行了相關研究，以此為我國計算機技術的發(fā)展提供參考。

關鍵詞：虛擬化技術；計算機系統(tǒng)；應用

近年來計算機系統(tǒng)復雜性越來越強，尤其是高性能計算機在性能不斷強化的同時規(guī)模與部件也在不斷增多，因此計算機系統(tǒng)的管理以及使用困難性也不斷增高。因此虛擬化技術被應用于高性能計算機系統(tǒng)中，解決了高性能計算機系統(tǒng)在應用和管理各種問題。本文從虛擬化技術應用于高性能計算機系統(tǒng)論述虛擬化技術給計算機系統(tǒng)帶來的革命性意義。

1 虛擬化技術概述

虛擬化技術誕生于上世紀60、70年代，主要用來支持計算機高層軟件以便為用戶提供更多的軟件應用環(huán)境。隨著科技的發(fā)展，個人計算機的普及以及操作系統(tǒng)功能的發(fā)展，計算機操作系統(tǒng)功能越來越強，而計算機的安全性卻越來越差。研究人員通過借助虛擬化技術解決計算機系統(tǒng)出現(xiàn)的問題。虛擬化技術是指的是將不同的計算機的運行程序全部置于虛擬機上并運行，因為虛擬機之間具有隔離性，從而使得各計算機系統(tǒng)安全性得到提高[1]。

2 虛擬化技術在高性能計算機系統(tǒng)中的應用

目前，虛擬化技術應用于高性能計算機最主要是用于整合異構資源。這一點Cray公司已經(jīng)開發(fā)出了具有智能性的自適應超級計算技術[2]。同時已經(jīng)有不少研究開始將虛擬化技術應用于系統(tǒng)容錯和虛擬環(huán)境的構建中，這種設想主要是通過借助虛擬化技術實現(xiàn)計算機提高編程模型當中的抽象層次達到減少系統(tǒng)出錯的目的。另外虛擬化技術中預測性能的高效性可以促進現(xiàn)代碼的優(yōu)質運行。

3 虛擬化技術在高能計算機應用存在的問題

3.1 開銷費用問題

傳統(tǒng)的服務器使用虛擬化技術會帶來另外的開銷問題。特權運行模式使得Guest OS在運行過程中陷入虛擬機中，從而導致設備訪問時間增長，這就與高性能計算機的要求恰好相反。因此將虛擬化技術用于高性能計算機中必須進行虛擬機優(yōu)化設計，從而實現(xiàn)真正的系統(tǒng)的優(yōu)化[3]。

3.2 虛擬機協(xié)同問題

高性能計算機系統(tǒng)應用虛擬化技術較傳統(tǒng)的服務器更為復雜，不能僅停留在對服務器底層硬件設備的抽象上。尤其是具有多維異構的計算機需要在多個節(jié)點建立虛擬機，因此在高性能計算機中使用虛擬化技術時會出現(xiàn)多個虛擬機需要進行協(xié)同才能構成龐大的互聯(lián)系統(tǒng)。這還需要相關研究人員對協(xié)同機制進行研究。

3.3 虛擬內(nèi)存的問題

只有一次性的部署上千個虛擬內(nèi)存才能支持計算機應用程序的發(fā)展，這與傳統(tǒng)的計算機區(qū)別較大，如此龐大的虛擬內(nèi)存如何實現(xiàn)動態(tài)的部署、采用較低的系統(tǒng)開銷較快的開動虛擬內(nèi)存以及如何進行虛擬內(nèi)存管理是高性能計算機必須解決的問題。

3.4 系統(tǒng)兼容性問題

虛擬化技術使用后會對高性能計算機的硬件系統(tǒng)進行抽象，這種改變將會變更計算機用戶能見資源的組織形態(tài)，導致用戶無法適應虛擬化的使用要求。這要求研究人員研制出編譯器、并行函數(shù)等編程模型。

4 虛擬化技術在計算機系統(tǒng)應用趨勢

4.1 構建專門的虛擬環(huán)境

高性能計算機之所以功能強大與其運行環(huán)境具有較大的影響，因此運行環(huán)境的不同對計算機的運行具有一定程度的影響。研究人員借助虛擬化技術可以實現(xiàn)在小規(guī)模的系統(tǒng)中開發(fā)出龐大的系統(tǒng)運行環(huán)境，從而實現(xiàn)計算機的應用程序在最佳的環(huán)境中運行，實現(xiàn)計算機的便捷操作。同時借助虛擬化技術能夠為高性能計算機研發(fā)特殊的支持，如虛擬機可以對虛擬內(nèi)存進行多個虛擬內(nèi)存進行通信狀態(tài)的監(jiān)控，從而再次強化高性能計算機功能。

4.2 實現(xiàn)異構資源的重組

計算機結構隨著科學技術的發(fā)展正逐步向異構方向發(fā)展。只有克服異構系統(tǒng)的管理和使用問題才能切實發(fā)揮虛擬化技術的優(yōu)勢。采用虛擬化技術對計算機硬件資源進行抽象從而達到隱藏異構性的目的，實現(xiàn)一個客戶在同一的環(huán)境中使用異構系統(tǒng)。

4.3 強化系統(tǒng)的可靠性和容錯性

高性能計算機在規(guī)模上將會越來越大，計算機部件的復雜性也在不斷增強，發(fā)生故障的可能性也在不斷增大。但是使用虛擬化技術可以實現(xiàn)虛擬內(nèi)存的隔離，這就是說如果某一軟件操作錯誤影響的僅有一個虛擬內(nèi)存，同時通過虛擬內(nèi)存的遷移作用可以快速恢復正在運行的程序，防止程序的中斷。

4.4 增強系統(tǒng)安全性

虛擬化技術之所以被用于高性能計算機主要目的之一就是為了提高系統(tǒng)的安全性。虛擬機對加載的虛擬內(nèi)存以及應用程序進行可信度檢查，進行病毒掃描，確保虛擬內(nèi)存運行的正確性，這樣可以有效增強計算機系統(tǒng)的安全性。

5 結語

虛擬化技術已經(jīng)成功的應用于臺式計算機服務器中，虛擬技術的發(fā)展將會使其更好的應用于高性能計算機或其他領域，從而不斷擴大虛擬化技術對人類的作用，促進人類文明的發(fā)展。

[參考文獻]

[1]吳曉天.戴爾虛擬化整體解決方案為虛擬技術的普及鋪平道路[J].每周電腦報.2012（25）：106-108.

[2]劉梁平，吳旭東.證券業(yè)2000年問題實施解決方案[J].計算機與網(wǎng)絡.2011（10）：230-232.[3]戶鳳榮.數(shù)控虛擬技術的發(fā)展前景[J].改革與開放.2011（20）：452-458.