虛擬化技術在計算機系統中的應用研究

倪毅

摘 要：隨著社會經濟和科學技術的發展，計算機系統日益復雜，在該種形勢下將虛擬技術應用于計算機系統中解決計算機系統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中的應用進行了相關研究，以此為我國計算機技術的發展提供參考。

關鍵詞：虛擬化技術；計算機系統；應用

近年來計算機系統復雜性越來越強，尤其是高性能計算機在性能不斷強化的同時規模與部件也在不斷增多，因此計算機系統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中，解決了高性能計算機系統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論述虛擬化技術給計算機系統帶來的革命性意義。

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境。隨著科技的發展，個人計算機的普及以及操作系統功能的發展，計算機操作系統功能越來越強，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出現的問題。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安全性得到提高[1]。

2 虛擬化技術在高性能計算機系統中的應用

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公司已經開發出了具有智能性的自適應超級計算技術[2]。同時已經有不少研究開始將虛擬化技術應用于系統容錯和虛擬環境的構建中，這種設想主要是通過借助虛擬化技術實現計算機提高編程模型當中的抽象層次達到減少系統出錯的目的。另外虛擬化技術中預測性能的高效性可以促進現代碼的優質運行。

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化設計，從而實現真正的系統的優化[3]。

3.2 虛擬機協同問題

高性能計算機系統應用虛擬化技術較傳統的服務器更為復雜，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多個虛擬機需要進行協同才能構成龐大的互聯系統。這還需要相關研究人員對協同機制進行研究。

3.3 虛擬內存的問題

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

3.4 系統兼容性問題

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，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、并行函數等編程模型。

4 虛擬化技術在計算機系統應用趨勢

4.1 構建專門的虛擬環境

高性能計算機之所以功能強大與其運行環境具有較大的影響，因此運行環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在小規模的系統中開發出龐大的系統運行環境，從而實現計算機的應用程序在最佳的環境中運行，實現計算機的便捷操作。同時借助虛擬化技術能夠為高性能計算機研發特殊的支持，如虛擬機可以對虛擬內存進行多個虛擬內存進行通信狀態的監控，從而再次強化高性能計算機功能。

4.2 實現異構資源的重組

計算機結構隨著科學技術的發展正逐步向異構方向發展。只有克服異構系統的管理和使用問題才能切實發揮虛擬化技術的優勢。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，實現一個客戶在同一的環境中使用異構系統。

4.3 強化系統的可靠性和容錯性

高性能計算機在規模上將會越來越大，計算機部件的復雜性也在不斷增強，發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虛擬內存的隔離，這就是說如果某一軟件操作錯誤影響的僅有一個虛擬內存，同時通過虛擬內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的安全性。虛擬機對加載的虛擬內存以及應用程序進行可信度檢查，進行病毒掃描，確保虛擬內存運行的正確性，這樣可以有效增強計算機系統的安全性。

5 結語

虛擬化技術已經成功的應用于臺式計算機服務器中，虛擬技術的發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2000年問題實施解決方案[J].計算機與網絡.2011（10）：230-232.[3]戶鳳榮.數控虛擬技術的發展前景[J].改革與開放.2011（20）：452-458.