倪毅
摘 要:隨著社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,計算機系統(tǒng)日益復(fù)雜,在該種形勢下將虛擬技術(shù)應(yīng)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(shù)在計算機系統(tǒng)中的應(yīng)用進行了相關(guān)研究,以此為我國計算機技術(shù)的發(fā)展提供參考。
關(guān)鍵詞:虛擬化技術(shù);計算機系統(tǒng);應(yīng)用
近年來計算機系統(tǒng)復(fù)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(shù)被應(yīng)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(yīng)用和管理各種問題。本文從虛擬化技術(shù)應(yīng)用于高性能計算機系統(tǒng)論述虛擬化技術(shù)給計算機系統(tǒng)帶來的革命性意義。
1 虛擬化技術(shù)概述
虛擬化技術(shù)誕生于上世紀(jì)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(yīng)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(shù)解決計算機系統(tǒng)出現(xiàn)的問題。虛擬化技術(shù)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(shù)在高性能計算機系統(tǒng)中的應(yīng)用
目前,虛擬化技術(shù)應(yīng)用于高性能計算機最主要是用于整合異構(gòu)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(yīng)超級計算技術(shù)[2]。同時已經(jīng)有不少研究開始將虛擬化技術(shù)應(yīng)用于系統(tǒng)容錯和虛擬環(huán)境的構(gòu)建中,這種設(shè)想主要是通過借助虛擬化技術(shù)實現(xiàn)計算機提高編程模型當(dāng)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(shù)中預(yù)測性能的高效性可以促進現(xiàn)代碼的優(yōu)質(zhì)運行。
3 虛擬化技術(shù)在高能計算機應(yīng)用存在的問題
3.1 開銷費用問題
傳統(tǒng)的服務(wù)器使用虛擬化技術(shù)會帶來另外的開銷問題。特權(quán)運行模式使得Guest OS在運行過程中陷入虛擬機中,從而導(dǎo)致設(shè)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(shù)用于高性能計算機中必須進行虛擬機優(yōu)化設(shè)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(yīng)用虛擬化技術(shù)較傳統(tǒng)的服務(wù)器更為復(fù)雜,不能僅停留在對服務(wù)器底層硬件設(shè)備的抽象上。尤其是具有多維異構(gòu)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(shù)時會出現(xiàn)多個虛擬機需要進行協(xié)同才能構(gòu)成龐大的互聯(lián)系統(tǒng)。這還需要相關(guān)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(yīng)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(shù)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(dǎo)致用戶無法適應(yīng)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(shù)在計算機系統(tǒng)應(yīng)用趨勢
4.1 構(gòu)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(shù)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(yīng)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(shù)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(gòu)資源的重組
計算機結(jié)構(gòu)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展正逐步向異構(gòu)方向發(fā)展。只有克服異構(gòu)系統(tǒng)的管理和使用問題才能切實發(fā)揮虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢。采用虛擬化技術(shù)對計算機硬件資源進行抽象從而達到隱藏異構(gòu)性的目的,實現(xiàn)一個客戶在同一的環(huán)境中使用異構(gòu)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(fù)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(shù)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(fù)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(shù)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(yīng)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(jié)語
虛擬化技術(shù)已經(jīng)成功的應(yīng)用于臺式計算機服務(wù)器中,虛擬技術(shù)的發(fā)展將會使其更好的應(yīng)用于高性能計算機或其他領(lǐng)域,從而不斷擴大虛擬化技術(shù)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(shù)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(luò).2011(10):230-232.[3]戶鳳榮.數(shù)控虛擬技術(shù)的發(fā)展前景[J].改革與開放.2011(20):452-458.