謝飛揚

摘要：隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，計算機技術(shù)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(chǎn)生復(fù)雜的部件關(guān)系，使得高性能計算機在使用中也變得越來越復(fù)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(shù)應(yīng)用于高性能計算機中，有助于提高計算機的使用性能。

關(guān)鍵詞：高性能計算機；虛擬化技術(shù)；資源管理；異構(gòu)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(shù)在近些年的發(fā)展中極為迅速，而且被廣泛的應(yīng)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(guān)部門以及人員也嘗試將虛擬化技術(shù)應(yīng)用到高性能計算機中，希望能夠?qū)μ嵘到y(tǒng)的使用性能有著一定的幫助。實踐證明，將虛擬化技術(shù)應(yīng)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(gòu)資源中的應(yīng)用、虛擬化系統(tǒng)環(huán)境（VSE）的實現(xiàn)、在資源管理中的應(yīng)用等幾方面的應(yīng)用已經(jīng)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(shù)的應(yīng)用進行分析。

1 虛擬化技術(shù)概述

所謂虛擬化技術(shù)就是能夠在計算機系統(tǒng)中實現(xiàn)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(shù)應(yīng)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(nèi)存、存儲虛擬化、服務(wù)虛擬化、網(wǎng)絡(luò)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(shù)的應(yīng)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(shù)的應(yīng)用分析

2.1 在整合異構(gòu)資源中的應(yīng)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(gòu)資源整合的過程中，要比普通計算機復(fù)雜很多[2]。高性能計算機異構(gòu)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(yīng)用到多種類型的處理技術(shù)，如，向量計算、標量計算、可重構(gòu)計算、多線程計算等技術(shù)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(shù)過多而影響到處理性能。而通過虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以將各項資源以及處理技術(shù)集成到一個系統(tǒng)中，同時可以根據(jù)各項技術(shù)以及資源的特點，對其進行分類，將其運行在不同應(yīng)用程序中，虛擬化技術(shù)的應(yīng)用也是對高性能計算機系統(tǒng)應(yīng)用程序的修改，這樣可以有效的提升高性能計算機異構(gòu)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(xiàn)

虛擬化技術(shù)在高性能計算機中的應(yīng)用，可以實現(xiàn)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(wù)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(jié)構(gòu)組成（如圖1所示）。

圖1 VSE的組成架構(gòu)

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(shù)提供虛擬測試平臺，來構(gòu)建虛擬的計算機硬件設(shè)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(chǎn)生任何影響。

2.3 在資源管理中的應(yīng)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(shù)在高性能計算機資源管理中的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)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(jié)構(gòu)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(shù)應(yīng)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(yīng)用虛擬化技術(shù)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(shù)應(yīng)用的可靠性，在應(yīng)用的過程中需要注意以下幾方面問題：多VMM協(xié)同問題，虛擬技術(shù)的應(yīng)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(shù)的應(yīng)用要考慮到多VMM協(xié)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(shù)的應(yīng)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(yīng)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(xiàn)更高的運行性能以及運行環(huán)境等。因此，在虛擬化技術(shù)應(yīng)用到高性能計算機系統(tǒng)中必須要從多方面考慮，確保應(yīng)用的合理性。

4 總結(jié)

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(shù)的應(yīng)用分析，作者結(jié)合自身的多年工作經(jīng)驗，以及對高性能計算機與虛擬化技術(shù)的認識，主要從在整合異構(gòu)資源中的應(yīng)用、虛擬化系統(tǒng)環(huán)境（VSE）的實現(xiàn)、在資源管理中的應(yīng)用等幾方面的應(yīng)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(shù)字化虛擬人對高性能計算機提出的挑戰(zhàn)[J]. 中國基礎(chǔ)科學(xué)， 2013（3）.

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

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

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