論文：高性能虛擬技術(shù)的研究
當(dāng)前，在服務(wù)整合、安全管理等方面已經(jīng)實現(xiàn)了虛擬化技術(shù)的廣泛應(yīng)用。高性能計算技術(shù)向著高產(chǎn)出率的方向不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的高效能計算機共享服務(wù)模式已經(jīng)不能夠滿足其發(fā)展的需求了，同時還會給共享使用環(huán)境造成一定的安全隱患。當(dāng)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(yīng)用并不廣泛，本文針對這種現(xiàn)象提出了針對高效能計算機的虛擬化技術(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)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(shè)計目標(biāo)
高性能虛擬域技術(shù)（High Performance Virtual Zone ，HPVZ）的設(shè)計目標(biāo)包括兩個方面：第一，對高效性計算系統(tǒng)的計算性能實現(xiàn)盡可能的保持；第二，實現(xiàn)了系統(tǒng)管理最大限度的簡化，同時增強其安全性、可靠性與易用性。
（一）高效性
高性能并行計算機在進行設(shè)計的過程中，其核心的目標(biāo)就是要實現(xiàn)計算服務(wù)的高性能。虛擬化技術(shù)具有開銷較低的特點，通過操作系統(tǒng)層中虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)用戶在編程、編譯及任務(wù)提交、計算等環(huán)節(jié)中性能損失的降低。
（二）易用性
傳統(tǒng)的高性能并行計算機為用戶提供的共享使用環(huán)境是一致的，在這種情況之下，在對共享使用環(huán)境進行管理與使用的過程中就會變得較為復(fù)雜。通過虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)計算環(huán)境的靈活構(gòu)建，滿足不同用戶的需求，實現(xiàn)屬于用戶自身的高性能計算系統(tǒng)。
（三）安全性
在傳統(tǒng)高性能并行計算機系統(tǒng)進行設(shè)計的過程中，往往會忽略安全問題，對系統(tǒng)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(shù)據(jù)的安全。系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)的攻擊、誤用等情況是用戶數(shù)據(jù)安全威脅的.主要來源，因此計算機在確保其性能的基礎(chǔ)上應(yīng)該實現(xiàn)用戶之間的安全隔離，通過這種方式實現(xiàn)安全性的提高。
二、高性能虛擬域技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)
高性能虛擬域技術(shù)的系統(tǒng)中包括服務(wù)結(jié)點虛擬計算域、計算結(jié)點高性能計算域、面向虛擬域的作業(yè)管理系統(tǒng)三個方面。
服務(wù)結(jié)點的虛擬計算域主要的作用是為用戶提供獨立登陸環(huán)境，而且這種獨立登陸環(huán)境是可以定制的，用戶在對虛擬計算域進行配置的過程中可以將自身的需求作為依據(jù)，使用編程、編譯、調(diào)試、提交等功能。面向虛擬域的作業(yè)管理系統(tǒng)主要的作用是實現(xiàn)系統(tǒng)資源的管理，在對計算資源進行管理的過程中，要將據(jù)用戶提交任務(wù)的規(guī)模與服務(wù)質(zhì)量需求作為依據(jù)。此外，面向虛擬域的作業(yè)管理系統(tǒng)的作用還包括構(gòu)建高性能計算域的動態(tài)構(gòu)建。計算結(jié)點的高性能計算域的文件目錄視圖與服務(wù)結(jié)點的虛擬計算域相同，同時還增加服務(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)
（一）服務(wù)結(jié)點虛擬計算域
服務(wù)結(jié)點的虛擬計算域是以操作系統(tǒng)級虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)形成的。操作系統(tǒng)級虛擬化技術(shù)能夠在操作系統(tǒng)中實現(xiàn)多個用戶運行環(huán)境的構(gòu)建，而且這些用戶運行環(huán)境之間是相互獨立的，從而實現(xiàn)了多個獨立的用戶運行環(huán)境在同一個操作系統(tǒng)內(nèi)核中運行。系統(tǒng)性能的損失較小是操作系統(tǒng)級虛擬化技術(shù)的特點。高性能虛擬域技術(shù)采用雙分區(qū)單影像優(yōu)化技術(shù)，這種方式具有兩方面的優(yōu)點，一方面能夠滿足服務(wù)陣列的單系統(tǒng)映像需求，另一方面能夠進一步實現(xiàn)性能損失的降低。
（二）計算結(jié)點高性能計算域
用戶在高性能并行計算機中進行作業(yè)提交的過程中，這些作業(yè)將會被提交到服務(wù)結(jié)點中，之后在計算結(jié)點中對這些作業(yè)進行處理。計算結(jié)點的功能只包括用戶任務(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銷，在計算結(jié)點操作系統(tǒng)中采用精簡內(nèi)核。因此，如果在計算結(jié)點中實現(xiàn)完整的Open VZ環(huán)境的構(gòu)造，將會造成系統(tǒng)性能的損失。依據(jù)計算結(jié)點的使用方式，高性能虛擬域技術(shù)實現(xiàn)了基于文件路徑轉(zhuǎn)換的高性能計算域構(gòu)成技術(shù)的應(yīng)用。高性能虛擬域技術(shù)通過CHROOT的方式實現(xiàn)了用戶作業(yè)的轉(zhuǎn)換，依據(jù)用戶作業(yè)的VZ根路徑信息將其切換到對應(yīng)的VZ環(huán)境中，實現(xiàn)了服務(wù)結(jié)點與計算結(jié)點文件視圖的一致性。
（三）面向虛擬域的作業(yè)管理
在服務(wù)結(jié)點虛擬計算域與計算結(jié)點高性能域之間，作業(yè)管理主要的作用就是實現(xiàn)兩者之間的連接。高性能虛擬域技術(shù)的作業(yè)管理系統(tǒng)是以Slurm為基礎(chǔ)進行構(gòu)造的，在用戶加載作業(yè)的過程中，作用管理系統(tǒng)依據(jù)用戶的任務(wù)規(guī)模對計算資源進行分配，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(jié)點。高性能虛擬域技術(shù)在批處理作業(yè)加載的過程中，采用了修改路徑名與路徑切換相結(jié)合的方式，從而確保系統(tǒng)運行的準(zhǔn)確性。
總結(jié)：
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而提出的虛擬化方案。以系統(tǒng)計算性能保持為前提條件，通過高性能虛擬域技術(shù)實現(xiàn)了傳統(tǒng)高性能并行計算機共享使用模式向著獨立使用模式的轉(zhuǎn)變，為用戶的使用提供了更多的便捷。未來針對高可靠計算需求進行研究的過程中，還需要對虛擬化網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的進程動態(tài)遷移計算進行研究，確保計算結(jié)點在出現(xiàn)故障之前實現(xiàn)用戶任務(wù)的遷移，從而實現(xiàn)系統(tǒng)可靠性的進一步增強。
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