論文：高性能虛擬技術(shù)的研究
當前，在服務(wù)整合、安全管理等方面已經(jīng)實(shí)現了虛擬化技術(shù)的廣泛應用。高性能計算技術(shù)向著(zhù)高產(chǎn)出率的方向不斷發(fā)展，傳統的高效能計算機共享服務(wù)模式已經(jīng)不能夠滿(mǎn)足其發(fā)展的需求了，同時(shí)還會(huì )給共享使用環(huán)境造成一定的安全隱患。當前，虛擬化技術(shù)由于性能等方面的原因在高效能計算機中的應用并不廣泛，本文針對這種現象提出了針對高效能計算機的虛擬化技術(shù)，實(shí)現系統安全性、可靠性與易用性的增強。
一、高性能虛擬域技術(shù)的設計目標
高性能虛擬域技術(shù)（High Performance Virtual Zone ，HPVZ）的設計目標包括兩個(gè)方面：第一，對高效性計算系統的計算性能實(shí)現盡可能的保持；第二，實(shí)現了系統管理最大限度的簡(jiǎn)化，同時(shí)增強其安全性、可靠性與易用性。
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高性能并行計算機在進(jìn)行設計的過(guò)程中，其核心的目標就是要實(shí)現計算服務(wù)的高性能。虛擬化技術(shù)具有開(kāi)銷(xiāo)較低的特點(diǎn)，通過(guò)操作系統層中虛擬化技術(shù)的應用，實(shí)現用戶(hù)在編程、編譯及任務(wù)提交、計算等環(huán)節中性能損失的降低。
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傳統的高性能并行計算機為用戶(hù)提供的共享使用環(huán)境是一致的，在這種情況之下，在對共享使用環(huán)境進(jìn)行管理與使用的過(guò)程中就會(huì )變得較為復雜。通過(guò)虛擬化技術(shù)的應用，能夠實(shí)現計算環(huán)境的靈活構建，滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需求，實(shí)現屬于用戶(hù)自身的高性能計算系統。
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在傳統高性能并行計算機系統進(jìn)行設計的過(guò)程中，往往會(huì )忽略安全問(wèn)題，對系統的性能造成較大的損失。在高性能計算機中，其安全的核心就是確保數據的安全。系統內部出現的攻擊、誤用等情況是用戶(hù)數據安全威脅的.主要來(lái)源，因此計算機在確保其性能的基礎上應該實(shí)現用戶(hù)之間的安全隔離，通過(guò)這種方式實(shí)現安全性的提高。
二、高性能虛擬域技術(shù)的體系結構
高性能虛擬域技術(shù)的系統中包括服務(wù)結點(diǎn)虛擬計算域、計算結點(diǎn)高性能計算域、面向虛擬域的作業(yè)管理系統三個(gè)方面。
服務(wù)結點(diǎn)的虛擬計算域主要的作用是為用戶(hù)提供獨立登陸環(huán)境，而且這種獨立登陸環(huán)境是可以定制的，用戶(hù)在對虛擬計算域進(jìn)行配置的過(guò)程中可以將自身的需求作為依據，使用編程、編譯、調試、提交等功能。面向虛擬域的作業(yè)管理系統主要的作用是實(shí)現系統資源的管理，在對計算資源進(jìn)行管理的過(guò)程中，要將據用戶(hù)提交任務(wù)的規模與服務(wù)質(zhì)量需求作為依據。此外，面向虛擬域的作業(yè)管理系統的作用還包括構建高性能計算域的動(dòng)態(tài)構建。計算結點(diǎn)的高性能計算域的文件目錄視圖與服務(wù)結點(diǎn)的虛擬計算域相同，同時(shí)還增加服務(wù)質(zhì)量保證、文件隔離等功能，為高性能的計算服務(wù)提供支持。
三、面向高性能計算的高性能虛擬域技術(shù)
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服務(wù)結點(diǎn)的虛擬計算域是以操作系統級虛擬化技術(shù)為基礎形成的。操作系統級虛擬化技術(shù)能夠在操作系統中實(shí)現多個(gè)用戶(hù)運行環(huán)境的構建，而且這些用戶(hù)運行環(huán)境之間是相互獨立的，從而實(shí)現了多個(gè)獨立的用戶(hù)運行環(huán)境在同一個(gè)操作系統內核中運行。系統性能的損失較小是操作系統級虛擬化技術(shù)的特點(diǎn)。高性能虛擬域技術(shù)采用雙分區單影像優(yōu)化技術(shù)，這種方式具有兩方面的優(yōu)點(diǎn)，一方面能夠滿(mǎn)足服務(wù)陣列的單系統映像需求，另一方面能夠進(jìn)一步實(shí)現性能損失的降低。
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用戶(hù)在高性能并行計算機中進(jìn)行作業(yè)提交的過(guò)程中，這些作業(yè)將會(huì )被提交到服務(wù)結點(diǎn)中，之后在計算結點(diǎn)中對這些作業(yè)進(jìn)行處理。計算結點(diǎn)的功能只包括用戶(hù)任務(wù)計算，不包括登陸服務(wù)。因此，大部分的高性能并行計算機為了能夠降低軟件開(kāi)銷(xiāo)，在計算結點(diǎn)操作系統中采用精簡(jiǎn)內核。因此，如果在計算結點(diǎn)中實(shí)現完整的Open VZ環(huán)境的構造，將會(huì )造成系統性能的損失。依據計算結點(diǎn)的使用方式，高性能虛擬域技術(shù)實(shí)現了基于文件路徑轉換的高性能計算域構成技術(shù)的應用。高性能虛擬域技術(shù)通過(guò)CHROOT的方式實(shí)現了用戶(hù)作業(yè)的轉換，依據用戶(hù)作業(yè)的VZ根路徑信息將其切換到對應的VZ環(huán)境中，實(shí)現了服務(wù)結點(diǎn)與計算結點(diǎn)文件視圖的一致性。
�。ㄈ┟嫦蛱摂M域的作業(yè)管理
在服務(wù)結點(diǎn)虛擬計算域與計算結點(diǎn)高性能域之間，作業(yè)管理主要的作用就是實(shí)現兩者之間的連接。高性能虛擬域技術(shù)的作業(yè)管理系統是以Slurm為基礎進(jìn)行構造的，在用戶(hù)加載作業(yè)的過(guò)程中，作用管理系統依據用戶(hù)的任務(wù)規模對計算資源進(jìn)行分配，之后提取虛擬計算的運行路徑，將虛擬計算運行路徑作為環(huán)境變量，與作業(yè)一起加載到計算結點(diǎn)。高性能虛擬域技術(shù)在批處理作業(yè)加載的過(guò)程中，采用了修改路徑名與路徑切換相結合的方式，從而確保系統運行的準確性。
總結：
高性能虛擬域技術(shù)是針對高性能并行計算機所具有的特點(diǎn)而提出的虛擬化方案。以系統計算性能保持為前提條件，通過(guò)高性能虛擬域技術(shù)實(shí)現了傳統高性能并行計算機共享使用模式向著(zhù)獨立使用模式的轉變，為用戶(hù)的使用提供了更多的便捷。未來(lái)針對高可靠計算需求進(jìn)行研究的過(guò)程中，還需要對虛擬化網(wǎng)絡(luò )通信設備的進(jìn)程動(dòng)態(tài)遷移計算進(jìn)行研究，確保計算結點(diǎn)在出現故障之前實(shí)現用戶(hù)任務(wù)的遷移，從而實(shí)現系統可靠性的進(jìn)一步增強。
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