淺談?dòng)?jì)算機(jī)虛擬化技術(shù)論文
計(jì)算機(jī)虛擬化通常上是指計(jì)算元件在虛擬的基礎(chǔ)上而不是真實(shí)的基礎(chǔ)上運(yùn)行。合理的采用虛擬化技術(shù),不僅能夠改善政府部門(mén)現(xiàn)有機(jī)房資源的使用,更能在管理、安全和可擴(kuò)展能力上為機(jī)房的發(fā)展提供一個(gè)良好的基礎(chǔ),從而構(gòu)建一個(gè)功能完善、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能相對(duì)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)中心。 以下是學(xué)習(xí)啦小編為大家精心準(zhǔn)備的：淺談?dòng)?jì)算機(jī)虛擬化技術(shù)相關(guān)論文。內(nèi)容僅供參考，歡迎閱讀!
淺談?dòng)?jì)算機(jī)虛擬化技術(shù)全文如下：
摘 要 虛擬化(Virtualization)，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。在信息化建設(shè)的不同時(shí)期，虛擬化都受到了計(jì)算機(jī)廠商和用戶的關(guān)注。虛擬化的優(yōu)勢(shì)在于它能將所有可用的計(jì)算和存儲(chǔ)資源以資源池的方式組成一個(gè)單一的整合視圖，通過(guò)提供虛擬功能，可將資源看作一個(gè)單一公共的平臺(tái)，最終資源池就像我們?nèi)粘Ｉ钪械乃碗娨粯?，成為企業(yè)信息系統(tǒng)中的“公用設(shè)施”。在未來(lái)的幾年內(nèi)，虛擬化將成為計(jì)算機(jī)技術(shù)中最具發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域。
關(guān)鍵詞 虛擬化 資源 潛力領(lǐng)域
1計(jì)算機(jī)虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)介
虛擬化是一個(gè)廣義的術(shù)語(yǔ)，在計(jì)算機(jī)方面通常是指計(jì)算元件在虛擬的基礎(chǔ)上而不是真實(shí)的基礎(chǔ)上運(yùn)行。虛擬化技術(shù)可以擴(kuò)大硬件的容量，簡(jiǎn)化軟件的重新配置過(guò)程。CPU的虛擬化技術(shù)可以單CPU模擬多CPU并行，允許一個(gè)平臺(tái)同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，并且應(yīng)用程序都可以在相互獨(dú)立的空間內(nèi)運(yùn)行而互不影響，從而顯著提高計(jì)算機(jī)的工作效率。
純軟件虛擬化解決方案存在很多限制。“客戶”操作系統(tǒng)很多情況下是通過(guò)VMM(Virtual Machine Monitor，虛擬機(jī)監(jiān)視器)來(lái)與硬件進(jìn)行通信，由VMM來(lái)決定其對(duì)系統(tǒng)上所有虛擬機(jī)的訪問(wèn)。(注意，大多數(shù)處理器和內(nèi)存訪問(wèn)獨(dú)立于VMM，只在發(fā)生特定事件時(shí)才會(huì)涉及VMM，如頁(yè)面錯(cuò)誤。)在純軟件虛擬化解決方案中，VMM在軟件套件中的位置是傳統(tǒng)意義上操作系統(tǒng)所處的位置，而操作系統(tǒng)的位置是傳統(tǒng)意義上應(yīng)用程序所處的位置。這一額外的通信層需要進(jìn)行二進(jìn)制轉(zhuǎn)換，以通過(guò)提供到物理資源(如處理器、內(nèi)存、存儲(chǔ)、顯卡和網(wǎng)卡等)的接口，模擬硬件環(huán)境。這種轉(zhuǎn)換必然會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。此外，客戶操作系統(tǒng)的支持受到虛擬機(jī)環(huán)境的能力限制，這會(huì)阻礙特定技術(shù)的部署，如64位客戶操作系統(tǒng)。在純軟件解決方案中，軟件堆棧增加的復(fù)雜性意味著，這些環(huán)境難于管理，因而會(huì)加大確保系統(tǒng)可靠性和安全性的困難。
而CPU的虛擬化技術(shù)是一種硬件方案，支持虛擬技術(shù)的CPU帶有特別優(yōu)化過(guò)的指令集來(lái)控制虛擬過(guò)程，通過(guò)這些指令集，VMM會(huì)很容易提高性能，相比軟件的虛擬實(shí)現(xiàn)方式會(huì)很大程度上提高性能。虛擬化技術(shù)可提供基于芯片的功能，借助兼容VMM軟件能夠改進(jìn)純軟件解決方案。由于虛擬化硬件可提供全新的架構(gòu)，支持操作系統(tǒng)直接在上面運(yùn)行，從而無(wú)需進(jìn)行二進(jìn)制轉(zhuǎn)換，減少了相關(guān)的性能開(kāi)銷(xiāo)，極大地簡(jiǎn)化了VMM設(shè)計(jì)，進(jìn)而使VMM能夠按通用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編寫(xiě)，性能更加強(qiáng)大。
2計(jì)算機(jī)虛擬化技術(shù)
虛擬化技術(shù)和分區(qū)技術(shù)是緊密結(jié)合在一起，從60年代Unix誕生起，虛擬化技術(shù)術(shù)和分區(qū)技術(shù)就開(kāi)始了發(fā)展，并且經(jīng)歷了從“硬件分區(qū)”→“虛擬機(jī)”→“準(zhǔn)虛擬機(jī)”→“虛擬操作系統(tǒng)”的發(fā)展歷程。最早的分區(qū)技術(shù)誕生自人們想提升大型主機(jī)利用率需求。比如在金融、科學(xué)等領(lǐng)域，大型Unix服務(wù)器通常價(jià)值數(shù)千萬(wàn)乃至上億元，但是實(shí)際使用中多個(gè)部門(mén)卻不能很好地共享其計(jì)算能力，常導(dǎo)致需要計(jì)算的部門(mén)無(wú)法獲得計(jì)算能力，而不需要大量計(jì)算能力的部門(mén)占有了過(guò)多的資源。這個(gè)時(shí)候分區(qū)技術(shù)出現(xiàn)了，它可以將一臺(tái)大型服務(wù)器分割成若干分區(qū)，分別提供給生產(chǎn)部門(mén)、測(cè)試部門(mén)、研發(fā)部門(mén)以及其他部門(mén)。
2.1硬件分區(qū)技術(shù)
硬件資源被劃分成數(shù)個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)享有獨(dú)立的CPU、內(nèi)存，并安裝獨(dú)立的操作系統(tǒng)。在一臺(tái)服務(wù)器上，存在有多個(gè)系統(tǒng)實(shí)例，同時(shí)啟動(dòng)了多個(gè)操作系統(tǒng)。這種分區(qū)方法的主要缺點(diǎn)是缺乏很好的靈活性，不能對(duì)資源做出有效調(diào)配。隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在對(duì)于資源劃分的顆粒已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)提升，例如在IBM AIX系統(tǒng)上，對(duì)CPU資源的劃分顆?？梢赃_(dá)到0.1個(gè)CPU。這種分區(qū)方式，在目前的金融領(lǐng)域，比如在銀行信息中心得到了廣泛采用。
2.2虛擬機(jī)技術(shù)
在虛擬機(jī)技術(shù)(Virtual Machine Monitor)中，不再對(duì)底層的硬件資源進(jìn)行劃分，而是部署一個(gè)統(tǒng)一的Host系統(tǒng)。在Host系統(tǒng)上，加裝Virtual Machine Monitor，虛擬層作為應(yīng)用級(jí)別的軟件而存在，不涉及操作系統(tǒng)內(nèi)核。虛擬層會(huì)給每個(gè)虛擬機(jī)模擬一套獨(dú)立的硬件設(shè)備，包含CPU、內(nèi)存、主板、顯卡、網(wǎng)卡等硬件資源，在其上安裝所謂的Guest操作系統(tǒng)。最終用戶的應(yīng)用程序，運(yùn)行在Guest操作系統(tǒng)中。這種虛擬機(jī)運(yùn)行的方式有一定的優(yōu)點(diǎn)，比如能在一個(gè)節(jié)點(diǎn)上安裝多個(gè)不同類型的操作系統(tǒng);但缺點(diǎn)也非常明顯，虛擬硬件設(shè)備要消耗資源，大量代碼需要被翻譯執(zhí)行，造成了性能的損耗，使其更合適用于實(shí)驗(yàn)室等特殊環(huán)境。其代表產(chǎn)品有EMC旗下的VMware系列、微軟旗下的Virtual PC/Server系列等。
2.3準(zhǔn)虛擬機(jī)技術(shù)
為了改善虛擬機(jī)技術(shù)(Virtual Machine Monitor)的性能，一種新的準(zhǔn)虛擬化技術(shù)(Para-Virtualizion)技術(shù)誕生了。這種虛擬技術(shù)以Xen為代表，其特點(diǎn)是修改操作系統(tǒng)的內(nèi)核，加入一個(gè)Xen Hypervisor層。它允許安裝在同一硬件設(shè)備上的多個(gè)系統(tǒng)可以同時(shí)啟動(dòng)，由Xen Hypervisor來(lái)進(jìn)行資源調(diào)配。在這種虛擬環(huán)境下，依然需要模擬硬件設(shè)備，安裝Guest操作系統(tǒng)，并且還需要修改操作系統(tǒng)的內(nèi)核。Xen相對(duì)于傳統(tǒng)的Virtual Machine Monitor，性能稍有提高，但并不十分顯著。為了進(jìn)一步提高性能，Intel和AMD分別開(kāi)發(fā)了VT和Pacifica虛擬技術(shù)，將虛擬指令加入到了CPU中。使用了CPU支持的硬件虛擬技術(shù)，將不再需要修改操作系統(tǒng)內(nèi)(下轉(zhuǎn)第156頁(yè))(上接第153頁(yè))核，而是由CPU特有的指令集進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換操作。
2.4操作系統(tǒng)虛擬化技術(shù)
最新的虛擬化技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了操作系統(tǒng)虛擬化，以SWsoft的Virtuozzo/OpenVZ和Sun基于Solaris平臺(tái)的Container技術(shù)為代表，其中Virtuozzo是商業(yè)解決方案，而OpenVZ是以Virtuozzo為基礎(chǔ)的開(kāi)源項(xiàng)目。他們的特點(diǎn)是一個(gè)單一的節(jié)點(diǎn)運(yùn)行著唯一的操作系統(tǒng)實(shí)例，通過(guò)在這個(gè)系統(tǒng)上加裝虛擬化平臺(tái)，可以將系統(tǒng)劃分成多個(gè)獨(dú)立隔離的容器，每個(gè)容器是一個(gè)虛擬的操作系統(tǒng)，被稱為虛擬環(huán)境(即VE，Virtual Environment)，也被稱為虛擬專用服務(wù)器(即VPS，Virtual Private Server)。在操作系統(tǒng)虛擬化技術(shù)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)上只有唯一的系統(tǒng)內(nèi)核，不虛擬任何硬件設(shè)備。此外，多個(gè)虛擬環(huán)境以模板的方式共享一個(gè)文件系統(tǒng)，性能得以大幅度提升。在生產(chǎn)環(huán)境中，一臺(tái)服務(wù)器可根據(jù)環(huán)境需要，運(yùn)行一個(gè)VE/VPS，或者運(yùn)行上百個(gè)VE/VPS。所以，操作系統(tǒng)虛擬化技術(shù)是面向生產(chǎn)環(huán)境、商業(yè)運(yùn)行環(huán)境的技術(shù)。
3虛擬化技術(shù)的前景及問(wèn)題
近年來(lái)，虛擬技術(shù)成為IT技術(shù)發(fā)展的一個(gè)亮點(diǎn)。之所以如此，是人們看到了虛擬技術(shù)帶來(lái)的價(jià)值――降低總體擁有成本(TCO)和提高投資回報(bào)率(ROI)。當(dāng)前傳統(tǒng)的IT架構(gòu)中的主要問(wèn)題是：IT特性與IT經(jīng)濟(jì)性不成比例;應(yīng)用被捆綁在固定的平臺(tái)上;各種應(yīng)用不同的平臺(tái)，需有專用或針對(duì)特別應(yīng)用的開(kāi)發(fā)、測(cè)試、生產(chǎn)、災(zāi)難恢復(fù)環(huán)境;每個(gè)應(yīng)用環(huán)境均需按預(yù)計(jì)最大負(fù)載來(lái)構(gòu)建，彼此之間僅有較低的或根本沒(méi)有資源共享等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了IT的投資回報(bào)，使企業(yè)難以從IT技術(shù)平臺(tái)上獲得最大化的支持。虛擬技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用為解決上述問(wèn)題提供了方法。為了虛擬技術(shù)的廣泛的應(yīng)用，下面幾個(gè)問(wèn)題值得重視。
要加強(qiáng)虛擬技術(shù)在IT架構(gòu)中的綜合應(yīng)用研究，虛擬技術(shù)在IT架構(gòu)中應(yīng)該得到充分的應(yīng)用，應(yīng)該包括服務(wù)器虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、數(shù)據(jù)中心虛擬化、應(yīng)用虛擬化等方面，隨時(shí)滿足客戶的應(yīng)用需求。
負(fù)載均衡是虛擬計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)重要問(wèn)題，這一問(wèn)題解決得好壞直接影響系統(tǒng)的性能。負(fù)載均衡即任務(wù)調(diào)度是將各個(gè)任務(wù)比較均衡地分配到不同的虛擬計(jì)算機(jī)中進(jìn)行計(jì)算處理。在虛擬環(huán)境下，通過(guò)工作負(fù)載管理軟件，還將實(shí)現(xiàn)服務(wù)器群的虛擬化管理。當(dāng)發(fā)現(xiàn)一個(gè)服務(wù)器的能力不夠用時(shí)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和軟件調(diào)用另一個(gè)服務(wù)器，通過(guò)軟件監(jiān)控，然后自動(dòng)做出調(diào)整，使系統(tǒng)擁有更強(qiáng)的可靠性和高的可用性、靈活性。目前一些廠商的工作負(fù)載管理軟件只支持單一服務(wù)器資源和工作流的管理。應(yīng)該說(shuō)，虛擬環(huán)境的建立健全是大范圍的，因而系統(tǒng)的容錯(cuò)和災(zāi)備在虛擬技術(shù)應(yīng)用中也就不難加以實(shí)現(xiàn)。
虛擬計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化是虛擬計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的關(guān)鍵，標(biāo)準(zhǔn)化的一個(gè)重要特點(diǎn)就是擴(kuò)展的隨意性。標(biāo)準(zhǔn)化已經(jīng)成為用戶選用虛擬計(jì)算機(jī)的一個(gè)條件，“基于標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算”的概念，將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
參考文獻(xiàn)
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