探析高性能計算機系統(tǒng)中虛擬化技術的應用

謝飛揚

摘要：隨著社會經濟的不斷發(fā)展，計算機技術的不斷提升，計算機的性能也有所提高，而且高性能計算機的使用規(guī)模也在不斷的擴大，再加上高性能計算機運行過程中可能產生復雜的部件關系，使得高性能計算機在使用中也變得越來越復雜，從某個角度來講，高性能計算機的使用性能也受到一定的限制，對此，需要將先進的虛擬化技術應用于高性能計算機中，有助于提高計算機的使用性能。

關鍵詞：高性能計算機；虛擬化技術；資源管理；異構資源整合

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）11-0224-02

虛擬化技術在近些年的發(fā)展中極為迅速，而且被廣泛的應用到計算機系統(tǒng)中，高性能計算機與普通計算機有著很大的不同，為了提升高性能計算機的使用性能，相關部門以及人員也嘗試將虛擬化技術應用到高性能計算機中，希望能夠對提升系統(tǒng)的使用性能有著一定的幫助。實踐證明，將虛擬化技術應用到高性能計算機中，對提升計算機運行的性能有著極大的作用，例如，在整合異構資源中的應用、虛擬化系統(tǒng)環(huán)境（VSE）的實現、在資源管理中的應用等幾方面的應用已經取得很大的成果。對此，本文主要對高性能計算機系統(tǒng)中虛擬化技術的應用進行分析。

1 虛擬化技術概述

所謂虛擬化技術就是能夠在計算機系統(tǒng)中實現對系統(tǒng)的虛擬化，能夠同時運行多個操作系統(tǒng)，并且每個操作系統(tǒng)中也可以同時運行多個程序，而且每個操作系統(tǒng)也都運行的一個虛擬主機上或是CPU上[1]。虛擬化技術應用到計算機中極為普遍，主要分為軟件虛擬化、計算機桌面虛擬化、虛擬內存、存儲虛擬化、服務虛擬化、網絡虛擬化、硬盤虛擬化等，對提高計算機的運行性能以及拓展運行空間有著極大的作用。虛擬化技術的應用原理主要是對計算機的工作環(huán)境進行模擬和抽象，為計算機的使用帶來極大的好處。

2 高性能計算機系統(tǒng)中虛擬化技術的應用分析

2.1 在整合異構資源中的應用

高性能計算機與普通計算機有著很大的不同，尤其是在異構資源整合的過程中，要比普通計算機復雜很多[2]。高性能計算機異構資源的整合主要是為了將多種資源集成到一個系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)中的資源過多，為了達到用戶的使用要求，必須提升高性能計算機系統(tǒng)對程序處理的性能，而在這個過程中也就會應用到多種類型的處理技術，如，向量計算、標量計算、可重構計算、多線程計算等技術的整合，如果繼續(xù)采用傳統(tǒng)的高性能計算機運行的話，勢必會因為計算機程序以及處理技術過多而影響到處理性能。而通過虛擬化技術的應用，不僅可以將各項資源以及處理技術集成到一個系統(tǒng)中，同時可以根據各項技術以及資源的特點，對其進行分類，將其運行在不同應用程序中，虛擬化技術的應用也是對高性能計算機系統(tǒng)應用程序的修改，這樣可以有效的提升高性能計算機異構資源整合的效率，并達到用戶的使用要求。

2.2 虛擬化系統(tǒng)環(huán)境（VSE）的實現

虛擬化技術在高性能計算機中的應用，可以實現虛擬化系統(tǒng)環(huán)境，并且對系統(tǒng)環(huán)境有著很好的隔離性，可以為使用者提供系統(tǒng)軟件開發(fā)和部署的良好環(huán)境[3]。VSE主要由服務節(jié)點、計算節(jié)點、I/O節(jié)點、虛擬開發(fā)節(jié)點、虛擬計算節(jié)點等幾方面結構組成（如圖1所示）。

圖1 VSE的組成架構

VSE為使用者提供一個便利、有效的使用環(huán)境，尤其是在對系統(tǒng)軟件進行開發(fā)和部署的過程中，可以利用虛擬技術提供虛擬測試平臺，來構建虛擬的計算機硬件設備，在這個系統(tǒng)環(huán)境中對其進行開發(fā)和測試，并不需要工作人員將原有操作系統(tǒng)的軟件進行卸載，更便于工作人員對系統(tǒng)軟件的開發(fā)，而且，VSE環(huán)境的隔離性非常好，新開發(fā)測試的軟件并不會對系統(tǒng)原有的軟件產生任何影響。

2.3 在資源管理中的應用

高性能計算機在運行的過程中，由于用途的不同，計算機中的資源也會有所不同，但相同的是高性能計算機會涉及到大量的資源，而對這些資源的管理也成為計算機的主要工作之一[4]。通過虛擬化技術在高性能計算機資源管理中的應用，能夠實現虛擬化集群系統(tǒng)。虛擬化集群系統(tǒng)主要由物理資源、前端、VM映像管理器、管理模塊、存儲節(jié)點等結構組成，相比于傳統(tǒng)高性能計算機資源管理有著很大的優(yōu)勢，更便于計算機的資源管理（如圖2所示）。

圖2 虛擬化集群系統(tǒng)的組成

3 高性能計算機系統(tǒng)中虛擬化技術應用的注意事項

通過以上的分析得知，高性能計算機系統(tǒng)中應用虛擬化技術對提升計算機的運行性能有著極大的作用。為了確保虛擬技術應用的可靠性，在應用的過程中需要注意以下幾方面問題：多VMM協同問題，虛擬技術的應用與傳統(tǒng)計算機系統(tǒng)有著既然不同之處，尤其是虛擬化技術的應用要考慮到多VMM協同的問題，這是傳統(tǒng)計算機系統(tǒng)不需要考慮的問題；軟件環(huán)境的支持問題，虛擬化技術的應用，是將以往用戶所見的資源形態(tài)進行改變，雖然是一種抽象的改變方式，但是，在虛擬硬件系統(tǒng)應用的過程中，可能存在對一些系統(tǒng)軟件不支持的問題，無法實現更高的運行性能以及運行環(huán)境等。因此，在虛擬化技術應用到高性能計算機系統(tǒng)中必須要從多方面考慮，確保應用的合理性。

4 總結

綜上所述，高性能計算機在使用中與普通計算機的使用有著很大的不同，隨著社會科技的不斷發(fā)展，使用者對高性能計算機的處理性能也提出了更高的要求，傳統(tǒng)的計算機運行方式已無法滿足使用者的要求，因此，必須要對高性能計算機進行不斷的改進。通過本文對高性能計算機系統(tǒng)中虛擬化技術的應用分析，作者結合自身的多年工作經驗，以及對高性能計算機與虛擬化技術的認識，主要從在整合異構資源中的應用、虛擬化系統(tǒng)環(huán)境（VSE）的實現、在資源管理中的應用等幾方面的應用進行分析，希望通過本文的分析，對提升高性能計算機系統(tǒng)的運行性能有著一定的啟發(fā)。

參考文獻：

[1] 劉麗艷， 賈富倉， 趙國英， 等. 數字化虛擬人對高性能計算機提出的挑戰(zhàn)[J]. 中國基礎科學， 2013（3）.

[2] 木克代斯·卡德爾. 虛擬化技術在計算機系統(tǒng)中的應用研究[J]. 電子技術與軟件工程， 2014（15）.

[3] 錢磊， 李宏亮， 謝向輝， 等. 虛擬化技術在高性能計算機系統(tǒng)中的應用研究[J]， 計算機工程與科學， 2014（S1）.

[4] 董向軍， 張恩剛， 張沛， 等. 桌面虛擬化技術研究[J]. 中國信息界， 2013（4）.