探析高性能计算机系统中虚拟化技术的应用

谢飞扬

摘要：随着社会经济的不断发展，计算机技术的不断提升，计算机的性能也有所提高，而且高性能计算机的使用规模也在不断的扩大，再加上高性能计算机运行过程中可能产生复杂的部件关系，使得高性能计算机在使用中也变得越来越复杂，从某个角度来讲，高性能计算机的使用性能也受到一定的限制，对此，需要将先进的虚拟化技术应用于高性能计算机中，有助于提高计算机的使用性能。

关键词：高性能计算机；虚拟化技术；资源管理；异构资源整合

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）11-0224-02

虚拟化技术在近些年的发展中极为迅速，而且被广泛的应用到计算机系统中，高性能计算机与普通计算机有着很大的不同，为了提升高性能计算机的使用性能，相关部门以及人员也尝试将虚拟化技术应用到高性能计算机中，希望能够对提升系统的使用性能有着一定的帮助。实践证明，将虚拟化技术应用到高性能计算机中，对提升计算机运行的性能有着极大的作用，例如，在整合异构资源中的应用、虚拟化系统环境（VSE）的实现、在资源管理中的应用等几方面的应用已经取得很大的成果。对此，本文主要对高性能计算机系统中虚拟化技术的应用进行分析。

1 虚拟化技术概述

所谓虚拟化技术就是能够在计算机系统中实现对系统的虚拟化，能够同时运行多个操作系统，并且每个操作系统中也可以同时运行多个程序，而且每个操作系统也都运行的一个虚拟主机上或是CPU上[1]。虚拟化技术应用到计算机中极为普遍，主要分为软件虚拟化、计算机桌面虚拟化、虚拟内存、存储虚拟化、服务虚拟化、网络虚拟化、硬盘虚拟化等，对提高计算机的运行性能以及拓展运行空间有着极大的作用。虚拟化技术的应用原理主要是对计算机的工作环境进行模拟和抽象，为计算机的使用带来极大的好处。

2 高性能计算机系统中虚拟化技术的应用分析

2.1 在整合异构资源中的应用

高性能计算机与普通计算机有着很大的不同，尤其是在异构资源整合的过程中，要比普通计算机复杂很多[2]。高性能计算机异构资源的整合主要是为了将多种资源集成到一个系统中，由于系统中的资源过多，为了达到用户的使用要求，必须提升高性能计算机系统对程序处理的性能，而在这个过程中也就会应用到多种类型的处理技术，如，向量计算、标量计算、可重构计算、多线程计算等技术的整合，如果继续采用传统的高性能计算机运行的话，势必会因为计算机程序以及处理技术过多而影响到处理性能。而通过虚拟化技术的应用，不仅可以将各项资源以及处理技术集成到一个系统中，同时可以根据各项技术以及资源的特点，对其进行分类，将其运行在不同应用程序中，虚拟化技术的应用也是对高性能计算机系统应用程序的修改，这样可以有效的提升高性能计算机异构资源整合的效率，并达到用户的使用要求。

2.2 虚拟化系统环境（VSE）的实现

虚拟化技术在高性能计算机中的应用，可以实现虚拟化系统环境，并且对系统环境有着很好的隔离性，可以为使用者提供系统软件开发和部署的良好环境[3]。VSE主要由服务节点、计算节点、I/O节点、虚拟开发节点、虚拟计算节点等几方面结构组成（如图1所示）。

图1 VSE的组成架构

VSE为使用者提供一个便利、有效的使用环境，尤其是在对系统软件进行开发和部署的过程中，可以利用虚拟技术提供虚拟测试平台，来构建虚拟的计算机硬件设备，在这个系统环境中对其进行开发和测试，并不需要工作人员将原有操作系统的软件进行卸载，更便于工作人员对系统软件的开发，而且，VSE环境的隔离性非常好，新开发测试的软件并不会对系统原有的软件产生任何影响。

2.3 在资源管理中的应用

高性能计算机在运行的过程中，由于用途的不同，计算机中的资源也会有所不同，但相同的是高性能计算机会涉及到大量的资源，而对这些资源的管理也成为计算机的主要工作之一[4]。通过虚拟化技术在高性能计算机资源管理中的应用，能够实现虚拟化集群系统。虚拟化集群系统主要由物理资源、前端、VM映像管理器、管理模块、存储节点等结构组成，相比于传统高性能计算机资源管理有着很大的优势，更便于计算机的资源管理（如图2所示）。

图2 虚拟化集群系统的组成

3 高性能计算机系统中虚拟化技术应用的注意事项

通过以上的分析得知，高性能计算机系统中应用虚拟化技术对提升计算机的运行性能有着极大的作用。为了确保虚拟技术应用的可靠性，在应用的过程中需要注意以下几方面问题：多VMM协同问题，虚拟技术的应用与传统计算机系统有着既然不同之处，尤其是虚拟化技术的应用要考虑到多VMM协同的问题，这是传统计算机系统不需要考虑的问题；软件环境的支持问题，虚拟化技术的应用，是将以往用户所见的资源形态进行改变，虽然是一种抽象的改变方式，但是，在虚拟硬件系统应用的过程中，可能存在对一些系统软件不支持的问题，无法实现更高的运行性能以及运行环境等。因此，在虚拟化技术应用到高性能计算机系统中必须要从多方面考虑，确保应用的合理性。

4 总结

综上所述，高性能计算机在使用中与普通计算机的使用有着很大的不同，随着社会科技的不断发展，使用者对高性能计算机的处理性能也提出了更高的要求，传统的计算机运行方式已无法满足使用者的要求，因此，必须要对高性能计算机进行不断的改进。通过本文对高性能计算机系统中虚拟化技术的应用分析，作者结合自身的多年工作经验，以及对高性能计算机与虚拟化技术的认识，主要从在整合异构资源中的应用、虚拟化系统环境（VSE）的实现、在资源管理中的应用等几方面的应用进行分析，希望通过本文的分析，对提升高性能计算机系统的运行性能有着一定的启发。

参考文献：

[1] 刘丽艳， 贾富仓， 赵国英， 等. 数字化虚拟人对高性能计算机提出的挑战[J]. 中国基础科学， 2013（3）.

[2] 木克代斯·卡德尔. 虚拟化技术在计算机系统中的应用研究[J]. 电子技术与软件工程， 2014（15）.

[3] 钱磊， 李宏亮， 谢向辉， 等. 虚拟化技术在高性能计算机系统中的应用研究[J]， 计算机工程与科学， 2014（S1）.

[4] 董向军， 张恩刚， 张沛， 等. 桌面虚拟化技术研究[J]. 中国信息界， 2013（4）.