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計算機虛擬化技術(shù)及應用前景分析
虛擬化技術(shù)已被廣泛應用于臺式電腦和服務(wù)器上，取得了很好的應用效果，下面是小編搜集整理的一篇探究虛擬化技術(shù)應用的論文范文，供大家閱讀借鑒。
【摘 要】虛擬化技術(shù)用于支持高層軟件共用底層硬件資源，為用戶(hù)提供多個(gè)應用軟件運行環(huán)境。本文分析了虛擬化技術(shù)高性能計算機的應用，對虛擬化技術(shù)在高性能計算中的應用前景進(jìn)行了展望。
【關(guān)鍵詞】虛擬化技術(shù) 應用 高效協(xié)同
隨著(zhù)高性能計算機性?xún)r(jià)比性能的提高，其規模不斷擴大，各部件之間的關(guān)系日益復雜，對系統的管理和使用也變得越來(lái)越困難。為了獲得較高的性能和效率，高性能計算機系統軟件必須根據體系結構的特點(diǎn)進(jìn)行定制，高性能計算應用程序也需要根據特定體系結構進(jìn)行優(yōu)化。虛擬化技術(shù)用于支持高層軟件共用底層硬件資源，為用戶(hù)提供多個(gè)應用軟件運行環(huán)境。虛擬化技術(shù)用于支持高層軟件共用底層硬件資源，為用戶(hù)提供多個(gè)應用軟件運行環(huán)境。本文分析了虛擬化技術(shù)高性能計算機的應用，對虛擬化技術(shù)在高性能計算中的應用前景進(jìn)行了展望。
一、虛擬化技術(shù)在高性能計算中的應用
從目前的研究可以看出，虛擬化技術(shù)尚未被廣泛應用于高性能計算領(lǐng)域，其主要原因包括以下幾個(gè)方面：
(一)虛擬化帶來(lái)的性能開(kāi)銷(xiāo)問(wèn)題。傳統的服務(wù)器虛擬化技術(shù)帶來(lái)額外的系統性能開(kāi)銷(xiāo)。在一個(gè)虛擬化系統中，VMMM運行在最高特權級上，VM和Guest 0S作為VMM上的用戶(hù)級程序運行。這就導致Guest OS運行過(guò)程中遇到特權級操作時(shí)，必須內陷到VMM中。由VMM執行。這種執行方式需進(jìn)行上下文切換，且會(huì )導致更長(cháng)的設備訪(fǎng)問(wèn)延遲，對于對系統性能敏感的高性能計算應用來(lái)說(shuō)是難以接受的。因此，需要研究面向高性能計算機系統的虛擬化技術(shù)，針對應用對高性能的需求，進(jìn)行VMM優(yōu)化設計。
(二)多VMM高效協(xié)同問(wèn)題。面向高性能計算機系統的虛擬化技術(shù)不同于傳統的服務(wù)器虛擬化技術(shù)。傳統的服務(wù)器虛擬化只需要單個(gè)VMM對服務(wù)器底層硬件設備進(jìn)行抽象。而在多維異構的高性能計算機系統中，每個(gè)節點(diǎn)都需要運行一個(gè)獨立的VMM，該VMM只對單個(gè)節點(diǎn)進(jìn)行虛擬化。整個(gè)系統中運行了大量相互關(guān)聯(lián)的VMM。VMM之間協(xié)同工作，構成統一的大規模系統級虛擬化環(huán)境。因此，需要研究高效的VMM協(xié)同機制，其中包括大量VMM之間的協(xié)同管理、協(xié)同部署、VM跨物理節點(diǎn)的高效通信、VM遷移以及系統級容錯等技術(shù)問(wèn)題。
(三)大量VM的管理問(wèn)題。為了支持高性能計算應用程序的運行�？赡苄枰淮尾渴疬\行上千個(gè)乃至上萬(wàn)個(gè)的VM。傳統的服務(wù)器虛擬化技術(shù)只涉及少量VM的部署問(wèn)題和運行時(shí)管理問(wèn)題。如何支持大量VM的動(dòng)態(tài)部署、根據應用需求快速分配所需的硬件資源、以較低的系統開(kāi)銷(xiāo)快速啟動(dòng)VM、對大量VM進(jìn)行運行時(shí)管理等，都是實(shí)現高性能計算機系統虛擬化時(shí)需要解決的重要技術(shù)問(wèn)題。
(四)編程模型和軟件環(huán)境的支持問(wèn)題。傳統的編程模型和支持應用開(kāi)發(fā)和運行的軟件環(huán)境都是直接針對非虛擬化系統設計的，而虛擬化技術(shù)對硬件系統進(jìn)行了抽象，改變了用戶(hù)所見(jiàn)的資源組織形態(tài)，使得傳統的編程模型和軟件環(huán)境無(wú)法適應用戶(hù)對虛擬化系統的使用要求。因此，需要研究面向虛擬化高性能計算機系統的新型編程模型和針對虛擬化系統進(jìn)行優(yōu)化設計的配套軟件環(huán)境，如并行編譯器、鏈接器、調試優(yōu)化工具、并行函數庫等。
二、 虛擬化技術(shù)在高性能計算中的應用前景
目前，虛擬化技術(shù)已被廣泛應用于臺式電腦和服務(wù)器上，取得了很好的應用效果。相比之下，在高性能計算領(lǐng)域的應用還非常有限。隨著(zhù)高性能計算技術(shù)的發(fā)展和對虛擬化技術(shù)研究的深入，兩者之間的結合將會(huì )變得越來(lái)越緊密，虛擬化技術(shù)也將為高性能計算領(lǐng)域的諸多難題提供新的解決方法。
(一)構建虛擬應用開(kāi)發(fā)環(huán)境。高性能計算應用程序與運算環(huán)境關(guān)系密切，不同規模的運行環(huán)境下表現的行為也不盡相同。利用虛擬化技術(shù)，可以在小規模系統上構建大規模的虛擬應用開(kāi)發(fā)環(huán)境，使應用程序可以在更為接近最終運行環(huán)境的系統環(huán)境下進(jìn)行開(kāi)發(fā)和優(yōu)化，開(kāi)發(fā)的應用程序可以被更快、更方便地移植到大規模系統上運行。
(二)整合異構資源。隨著(zhù)應用需求和高性能計算技術(shù)的發(fā)展，高性能計算機體系結構正在逐步向著(zhù)異構化的方向發(fā)展。如何高效管理和使用異構系統是高性能計算系統軟件和應用程序開(kāi)發(fā)人員面臨的主要技術(shù)難題。虛擬化技術(shù)在整合異構資源方面有其固有的優(yōu)勢。利用虛擬化技術(shù)對底層異構硬件資源進(jìn)行抽象和管理，可以有效地隱藏硬件平臺的異構特性，為用戶(hù)提供一個(gè)統一的系統環(huán)境，方便用戶(hù)對異構系統的使用。
(三)提供定制的Appliance。不同的高性能計算應用程序需要不同的系統環(huán)境，如面向應用優(yōu)化的操作系統環(huán)境、特定版本的編譯器以及通信庫等，這使得應用程序的部署費時(shí)費力，系統環(huán)境也難以做到最優(yōu)化，系統效能得不到充分發(fā)揮。采用虛擬化技術(shù)有助于解決上述問(wèn)題。虛擬化技術(shù)支持預先將定制的操作系統、經(jīng)過(guò)優(yōu)化配置的應用運行環(huán)境和應用二進(jìn)制代碼一起打包成VM映像，這種映像被稱(chēng)為Appliance。通過(guò)直接部署Appliance，可以實(shí)現高性能計算應用程序的快速部署，并獲得較好的運行時(shí)性能。
(四)提高系統可靠性和容錯性能。隨著(zhù)高性能計算機規模的不斷擴大，部件間復雜性的不斷提高，系統硬件故障率也不斷增大。在虛擬化的系統中，由于節點(diǎn)上各VM之問(wèn)相互隔離，軟件錯誤如操作系統或應用程序故障只能直接影響到一個(gè)VM，甚至硬件故障如CPU、內存、設備的故障也只影響到它們所被指定到的VM。當出現故障時(shí)，通過(guò)VM遷移、快速重啟VM等方法可以重新恢復甚至于不中斷應用程序的運行。
三、結論
總之，隨著(zhù)虛擬化技術(shù)的不斷發(fā)展，底層硬件越來(lái)越多地加入對虛擬化的支持，有效地降低了虛擬化的性能開(kāi)銷(xiāo)。而高性能計算機體系結構向多層次、多粒度的異構化方向發(fā)展的趨勢也必將進(jìn)一步推動(dòng)高性能計算機虛擬化技術(shù)的發(fā)展。
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