劉源

摘 要：虛擬化技術(shù)自提出之日起就在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，而且其應(yīng)用廣度和深度還在隨著時(shí)間的延續(xù)而不斷增加，這對(duì)增強(qiáng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行高效性、工作可靠性和使用便捷性等均具有重要意義，必須得到充分的重視。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；虛擬化技術(shù)；高效性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.113

1 引言

虛擬化技術(shù)自提出之日起就是受到了廣泛的關(guān)注，而將其應(yīng)用到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中后，使得計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)內(nèi)容極大地拓展，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行速度和使用效率更是明顯提高?，F(xiàn)階段，雖然虛擬化技術(shù)給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的使用、運(yùn)行和管理水平都帶來(lái)了明顯的提升，但虛擬化系統(tǒng)的高效性還遠(yuǎn)未得到徹底的開(kāi)發(fā)，加強(qiáng)對(duì)虛擬化系統(tǒng)的研究和應(yīng)用工作，則不僅可以促使虛擬化技術(shù)本身不斷取得進(jìn)步，而且還能使其在高效能方面的優(yōu)勢(shì)得到充分體現(xiàn)，這對(duì)增強(qiáng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作可靠性、運(yùn)行高效性和使用便捷性等均具有重要意義。

2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)虛擬化技術(shù)的概述

計(jì)算機(jī)虛擬化技術(shù)從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)可以被看作是計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)發(fā)展分支，其主要是通過(guò)組件，利用不同的軟、硬件技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)平臺(tái)的虛擬，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)虛擬系統(tǒng)間的相互獨(dú)立和互不干擾。這種虛擬化的系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了不同操作系統(tǒng)和服務(wù)程序都可以安裝的特點(diǎn)，從而就實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)硬件平臺(tái)上就整合了多種數(shù)據(jù)服務(wù)的功能。現(xiàn)實(shí)中，虛擬化技術(shù)一般要在基礎(chǔ)物理服務(wù)器和操作系統(tǒng)之間插入中間層（如圖1所示），然后在這個(gè)中間層之上，可允許多個(gè)操作系統(tǒng)和服務(wù)應(yīng)用共享硬件。我們將插入的中間層稱作“元”操作程序（Hypervisor），它也是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)虛擬化的核心所在。

現(xiàn)實(shí)中，很多物理服務(wù)器的數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)性能都比較優(yōu)秀，但這些服務(wù)器卻往往只承擔(dān)著單一的任務(wù)，硬件資源的利用率較低。而通過(guò)運(yùn)用虛擬化技術(shù)，就可以在物理服務(wù)器上搭建多個(gè)操作系統(tǒng)，通過(guò)讓多個(gè)操作系統(tǒng)及其服務(wù)程序來(lái)共享物理硬件，從而可以使服務(wù)器的硬件資源利率獲得大幅度的提升。此外，通過(guò)將虛擬化技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)相結(jié)合，可以為用戶提供更好的數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)服務(wù)，每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)和程序都可以被放置在虛擬機(jī)中運(yùn)行，并可以利用虛擬機(jī)間的獨(dú)立性和隔離性來(lái)確保數(shù)據(jù)的保密和安全。

3 高效能虛擬技術(shù)的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

3.1 高效性

應(yīng)用虛擬化技術(shù)的最主要目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)服務(wù)的并行處理，這也是虛擬化技術(shù)高效性的直接體現(xiàn)。因?yàn)樘摂M化技術(shù)具有高效能、開(kāi)銷低的特點(diǎn)，所以通過(guò)操作系統(tǒng)中的虛擬化技術(shù)應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)多用戶在數(shù)據(jù)分析、任務(wù)提交和數(shù)據(jù)計(jì)算等過(guò)程中的相互獨(dú)立，這就降低了數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 安全性

在一般的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，存在著很多數(shù)據(jù)安全問(wèn)題，而這些問(wèn)題會(huì)降低系統(tǒng)的性能，導(dǎo)致運(yùn)行效率降低。但通過(guò)運(yùn)用虛擬化技術(shù)，各個(gè)用戶的運(yùn)行環(huán)境被進(jìn)行了安全隔離，這就提升了數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)過(guò)程的安全性。

3.3 可靠性

虛擬化技術(shù)采用了服務(wù)質(zhì)量保證和用戶登陸環(huán)境的動(dòng)態(tài)控制與遷移技術(shù)，從而能夠在整體上降低系統(tǒng)性能的損失，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

4 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)虛擬化高效性體現(xiàn)內(nèi)容的分析

4.1 服務(wù)器虛擬化

通過(guò)運(yùn)用虛擬化技術(shù)，可以在服務(wù)器的硬件之上搭建出一層兼容硬件，而這個(gè)兼容硬件層幾乎可以將物理服務(wù)器中所具備的一切硬件設(shè)備都模擬出來(lái)。這種狀態(tài)不僅可以從根本上提升服務(wù)器硬件資源的利用率，而且還可以有助于系統(tǒng)文件的備份和恢復(fù)。

4.2 平臺(tái)虛擬化

虛擬化技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的虛擬化，例如CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)介質(zhì)等硬件。這種虛擬化是通過(guò)在硬件層和操作系統(tǒng)層之間插入Hypervisor層的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，各個(gè)操作系統(tǒng)不再運(yùn)行在計(jì)算機(jī)硬件上，而是運(yùn)行在Hypervisor上。因?yàn)镠ypervisor層可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種硬件資源的完全模擬，所以傳統(tǒng)計(jì)算過(guò)程中的各種應(yīng)用需求在Hypervisor層上都能得到較好的滿足，這就有效地保障了資源的訪問(wèn)和系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4.3 虛擬化存儲(chǔ)技術(shù)

虛擬化存儲(chǔ)技術(shù)是在當(dāng)前社會(huì)生產(chǎn)和生活對(duì)硬件存儲(chǔ)量的要求不斷提升的背景下被提出的，它是對(duì)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)容量的一個(gè)重要補(bǔ)充?，F(xiàn)實(shí)中，在利用虛擬化存儲(chǔ)技術(shù)時(shí)，需要對(duì)虛擬化系統(tǒng)的可行性、可管理性、可擴(kuò)展性以及安全性等問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，同時(shí)對(duì)其實(shí)現(xiàn)成本和投資花費(fèi)等也進(jìn)行綜合考慮。

4.4 數(shù)據(jù)保護(hù)工作

應(yīng)用虛擬化技術(shù)，可以在一個(gè)操作系統(tǒng)中建立多個(gè)用運(yùn)行環(huán)境，這些環(huán)境被不同用戶使用，并且彼此之間可以實(shí)現(xiàn)完全隔離。因?yàn)槭窃谕粋€(gè)操作系統(tǒng)內(nèi)核中運(yùn)行，所以系統(tǒng)性能的損失就被降到了最低，同時(shí)因?yàn)橛脩暨\(yùn)行環(huán)境之間的相互獨(dú)立，使得數(shù)據(jù)保護(hù)和管理的效率獲得了明顯提升。

5 結(jié)束語(yǔ)

虛擬化技術(shù)自提出之日起就在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，而且其應(yīng)用廣度和深度還在隨著時(shí)間的延續(xù)而不斷增加，這對(duì)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的高效性意義重大，必須得到充分的重視。

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