虛擬化技術(shù)在并行計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用探討

徐 燁

上海理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理與服務(wù)中心，上海 200093

所謂虛擬化技術(shù)，就是指以邏輯簡(jiǎn)化思維為引導(dǎo)，使得事物物理層向邏輯層轉(zhuǎn)化，形成邏輯式特征的運(yùn)行模式。在現(xiàn)階段使用的并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，有著比較廣泛的應(yīng)用，被認(rèn)為是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源抽象與管理，使用的技術(shù)總稱。

1 虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

虛擬化技術(shù)是在計(jì)算機(jī)硬件和軟件體系的基礎(chǔ)上，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)件出全新的軟件層，以便形成虛擬機(jī)監(jiān)控器體系。依照類別來(lái)分，可以將其分為：平臺(tái)虛擬化，它是針對(duì)計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)的虛擬化，又分成服務(wù)器虛擬化和桌面虛擬化；資源虛擬化，針對(duì)特定的計(jì)算資源進(jìn)行的虛擬化；應(yīng)用程序虛擬化，它包括仿真、模擬、解釋技術(shù)；表示層虛擬化。在應(yīng)用上與應(yīng)用程序虛擬化類似，所不同的是表示層虛擬化中的應(yīng)用程序運(yùn)行在服務(wù)器上，客戶機(jī)只顯示應(yīng)用程序的UI 界面和用戶操作。相對(duì)于傳統(tǒng)的技術(shù)模式，虛擬化的優(yōu)勢(shì)主要集中以下幾個(gè)方面：其一，物理資源抽象化能力，可以在物理資源差異性，分布式屏蔽的方面發(fā)揮作用，由此使得物理資源可以在軟件層面上獲取視圖以及訪問(wèn)接口；其二，有利于實(shí)現(xiàn)底層物理資源的統(tǒng)一管理以及靈活配置；其三，可以對(duì)于系統(tǒng)指令運(yùn)行實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)控，從而達(dá)到敏感指令的獲取。下圖為虛擬化技術(shù)的運(yùn)行流程。

2 虛擬化技術(shù)在并行計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用問(wèn)題

所謂并行計(jì)算機(jī)，是指可以進(jìn)行并行計(jì)算的計(jì)算機(jī)。相對(duì)于傳統(tǒng)單獨(dú)計(jì)算機(jī)來(lái)講，其無(wú)論是計(jì)算機(jī)信息處理能力，還是計(jì)算機(jī)信息存儲(chǔ)能力，都是比較優(yōu)越的。至于虛擬化技術(shù)與并行計(jì)算機(jī)的關(guān)系，我們可以從以下的角度來(lái)進(jìn)行理解：并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是發(fā)揮其效能的關(guān)鍵，兩種體系結(jié)構(gòu)：SMP 與COW，也存在各自的缺陷，更好的將兩者融合到一起，趨利避害，是現(xiàn)階段研究人員不斷研究的問(wèn)題。而虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，也將成為并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的關(guān)鍵性問(wèn)題。簡(jiǎn)單來(lái)講，保證其能夠發(fā)揮最大優(yōu)勢(shì)之一的關(guān)鍵技術(shù)就在于其中的虛擬化技術(shù)，但是其在應(yīng)用的過(guò)程中遇到了很多問(wèn)題和缺陷。其主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。

2.1 集群方案結(jié)點(diǎn)地位不對(duì)稱帶來(lái)的困擾

眾所周知，虛擬化技術(shù)要想能夠在綜合貢獻(xiàn)，分布存儲(chǔ)等方面發(fā)揮作用，是以其兩種并行結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)為基礎(chǔ)的。而其實(shí)現(xiàn)途徑之一就是集群方式，這種方式卻在結(jié)點(diǎn)地位不對(duì)稱的方面帶來(lái)了負(fù)面影響。實(shí)際上，以機(jī)群機(jī)構(gòu)為結(jié)構(gòu)形式，可以形成多處理器工作站，多虛擬機(jī)服務(wù)器，以保證操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的運(yùn)行，其的確可以在共享存儲(chǔ)和分布存儲(chǔ)方面發(fā)揮著積極作用，但是由于其平臺(tái)有著不同的結(jié)點(diǎn)地位，需要設(shè)立管理結(jié)點(diǎn)，在任務(wù)分配和資源信息不全的基礎(chǔ)上，使得其結(jié)點(diǎn)擔(dān)負(fù)任務(wù)量過(guò)大，會(huì)影響其運(yùn)行質(zhì)量。

2.2 虛擬化技術(shù)應(yīng)用弱化了計(jì)算機(jī)資源利用率

將虛擬化技術(shù)運(yùn)用到并行計(jì)算機(jī)體系中去，集群方式的確可以獲得比較好的效果，但是其問(wèn)題在于：編程工作任務(wù)量大，難以針對(duì)于用戶需求進(jìn)行單一的系統(tǒng)映像，在實(shí)現(xiàn)任務(wù)分割和分配的過(guò)程中也面臨著同樣的問(wèn)題，由此使得計(jì)算機(jī)資源利用效率處于較低狀態(tài)。如果這個(gè)問(wèn)題難以解決，及時(shí)集群可以達(dá)到良好的效果，但是其在運(yùn)行過(guò)程中計(jì)算機(jī)資源利用率處于較低狀態(tài)，也難以發(fā)揮其最大效能。因此，在今后的研究工作中，應(yīng)該積極以此為突破口去進(jìn)行嘗試和探索。

3 虛擬化技術(shù)在并行計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用策略

虛擬化是并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的關(guān)鍵性技術(shù)，如何保證將其最大效能發(fā)揮出來(lái)，就需要我們針對(duì)于上述存在的缺陷和不足，積極采取有效措施進(jìn)行改善，以保證其能夠更好的發(fā)揮其效能。具體來(lái)講，我們需要從以下角度入手。

3.1 DVMM 新型機(jī)群體系結(jié)構(gòu)的采用

為了能夠應(yīng)對(duì)上述提到的集群方案存在的不足之處，可以將DVMM 新型機(jī)群體系機(jī)構(gòu)運(yùn)用進(jìn)去，簡(jiǎn)單來(lái)講，是在集群方案結(jié)點(diǎn)硬件的基礎(chǔ)上，構(gòu)建不同結(jié)點(diǎn)完全對(duì)等的結(jié)構(gòu)和功能體系，使得控制器可以更好的感知資源，整合資源和呈現(xiàn)資源，使得系統(tǒng)運(yùn)行朝著透明化，單一化，共享化和分布存儲(chǔ)化的方向發(fā)展和進(jìn)步。這種模式不僅僅可以盡量的消除劣勢(shì)，使得成本處于可控狀態(tài)，還具備良好的擴(kuò)展性，有利于編程工作的開(kāi)展，使得整體性能不斷增強(qiáng)，由此被認(rèn)為是目前比較有前景的新型機(jī)群體系結(jié)構(gòu)。

3.2 實(shí)現(xiàn)虛擬化技術(shù)計(jì)算機(jī)資源利用率的提高

針對(duì)于虛擬化技術(shù)在計(jì)算機(jī)資源利用率方面的問(wèn)題，我們應(yīng)該積極開(kāi)展措施，正確將物理服務(wù)器資源整合成為一個(gè)具備單一系統(tǒng)映像的虛擬資源集合體。詳細(xì)來(lái)講：其一，迎合實(shí)際情況，構(gòu)建服務(wù)器整合方案，在單臺(tái)物理器的基礎(chǔ)上構(gòu)建多臺(tái)虛擬服務(wù)器，以保證對(duì)于物理設(shè)備資源的充分使用。這樣一來(lái)不僅僅可以使得硬件資源虛擬化管理和分配變得簡(jiǎn)單，還可以構(gòu)建支持操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的系統(tǒng)環(huán)境，并且兩者互不干涉。在這樣的模式下，使得單臺(tái)物理服務(wù)器在不同虛擬機(jī)中處于運(yùn)行狀態(tài)，節(jié)省了有效的物理資源，還使得單臺(tái)物理服務(wù)器得到了最大化的應(yīng)用。當(dāng)然，也存在特殊的情況:用戶資源需求量高于單臺(tái)物理服務(wù)器資源量，可以選擇以VM 集群方案來(lái)進(jìn)行操作，以保證計(jì)算機(jī)資源利用效率處于理想狀態(tài)。

4 結(jié)論

綜上所述，虛擬化技術(shù)運(yùn)用到并行計(jì)算機(jī)中，不僅僅是并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不斷完善的需求，也是信息技術(shù)不斷發(fā)展的要求。處于這樣的背景下，應(yīng)該積極探析目前存在的缺陷和不足，并且以此為出發(fā)點(diǎn)，積極采取有針對(duì)性的措施進(jìn)行改善和調(diào)整，以保證虛擬化技術(shù)能夠在并行計(jì)算機(jī)中充分的展現(xiàn)其效能。

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