對(duì)計(jì)算機(jī)服務(wù)器虛擬化關(guān)鍵技術(shù)的幾點(diǎn)探討

高翔 簡麗瓊

寧夏血液中心 寧夏 銀川 750001

引言

計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為人們常用的工具之一，也是各個(gè)行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一，將虛擬化技術(shù)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)服務(wù)器中，提高了計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍，也提高計(jì)算機(jī)作為服務(wù)器的應(yīng)用效率。大量的應(yīng)用實(shí)例表明，將虛擬化技術(shù)應(yīng)用計(jì)算機(jī)服務(wù)器中，不能提高計(jì)算機(jī)內(nèi)部功能的利用效率，還能充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)服務(wù)器的兼容性功能，在提升計(jì)算機(jī)服務(wù)器運(yùn)用的穩(wěn)定性、安全性、可靠性方面具有十分重要的作用。計(jì)算機(jī)服務(wù)器虛擬技術(shù)已經(jīng)在不同的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。通過對(duì)計(jì)算機(jī)服務(wù)器虛擬化關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，便于人們更多地了解該技術(shù)的具體應(yīng)用。

1 計(jì)算機(jī)服務(wù)器虛擬化技術(shù)的作用

1.1 整合計(jì)算機(jī)資源

計(jì)算機(jī)服務(wù)器虛擬化一個(gè)基本的功能是整合計(jì)算機(jī)的資源，隨著信息數(shù)據(jù)不讀的增加，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出幾何級(jí)數(shù)的變化，在數(shù)據(jù)處理的過程中，如何綜合有效的利用數(shù)據(jù)與資源，成為各個(gè)行業(yè)需要解決的關(guān)鍵問題，利用計(jì)算機(jī)虛擬服務(wù)器技術(shù)可以為各種資源整合提供技術(shù)支持，隨著云計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用不斷普及，計(jì)算機(jī)應(yīng)用資源的集中化管理已經(jīng)成為關(guān)鍵技術(shù)，為云計(jì)算與大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用提供條件。目前，雖然計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了全面的改善，但在具體的應(yīng)用中還存在著硬件資源利用率不足而資源浪費(fèi)的情況，采用計(jì)算機(jī)虛擬服務(wù)器技術(shù)能改善這一現(xiàn)象，可以在原有的技術(shù)保持不變的基礎(chǔ)上，將各種資源集中在某一計(jì)算機(jī)服務(wù)器中，提高其他資源的利用效率，也能降低計(jì)算機(jī)硬件資源的成本投入，節(jié)約企業(yè)的日常辦公成本[1]。

1.2 節(jié)能降耗

利用計(jì)算機(jī)虛擬服務(wù)器技術(shù)，提高了企業(yè)資源的利用效率，還可以對(duì)企業(yè)的能源效率進(jìn)行合理的控制，利用虛擬化技術(shù)可以構(gòu)建與模擬企業(yè)生產(chǎn)的不同場景，對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種硬件設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行模擬分析，從而能夠?qū)ζ髽I(yè)生產(chǎn)的多個(gè)環(huán)節(jié)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟硬件運(yùn)行情況進(jìn)行檢測，如果發(fā)現(xiàn)問題就理解反饋到控制界面上，檢測人員就快速的發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)進(jìn)行處理，從而達(dá)到降低能耗，提高資源的利用效率。

1.3 降低運(yùn)營成本

隨著信息服務(wù)商提供的技術(shù)愈發(fā)多元化的背景下，集約化的投入對(duì)企業(yè)的運(yùn)行成本提出了更高的要求，企業(yè)實(shí)施信息化的關(guān)鍵數(shù)據(jù)的集中管理，需要企業(yè)加大對(duì)中心數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，首先需要完善計(jì)算機(jī)硬件與許可服務(wù)支持的投資，該項(xiàng)的成本費(fèi)用比較高，第二，需要對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)維成本的投資。如果企業(yè)采用計(jì)算機(jī)虛擬服務(wù)器技術(shù)，不僅能提高企業(yè)的數(shù)據(jù)建設(shè)與管理，發(fā)揮服務(wù)器應(yīng)有的性能，還能有效降低企業(yè)的成本投資。

1.4 應(yīng)用更加平坦化

企業(yè)在數(shù)據(jù)的應(yīng)用與管理上，采用計(jì)算機(jī)服務(wù)器虛擬化技術(shù)，可以使得計(jì)算機(jī)服務(wù)器的應(yīng)用平臺(tái)更加透明化、便捷化與扁平化，隨著企業(yè)生產(chǎn)條件不斷提升，其數(shù)據(jù)中心的平臺(tái)也需要不斷增加，計(jì)算機(jī)服務(wù)器的計(jì)算也就變得更加復(fù)雜。在不同的環(huán)境中，就需要充分考慮不同的操作環(huán)境與中間件之間的層面問題，利用虛擬服務(wù)器技術(shù)可以將系統(tǒng)的應(yīng)用于硬件平臺(tái)相互隔開，跨越不同系統(tǒng)之間的平臺(tái)限制，快速地完成不同數(shù)據(jù)之間的處理，有效解決不同系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)不兼容的問題。

2 計(jì)算機(jī)虛擬服務(wù)器的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 CPU虛擬化技術(shù)

CPU技術(shù)是虛擬服務(wù)器的關(guān)鍵技術(shù)之一，能提高服務(wù)器的運(yùn)行效率，主要將服務(wù)器中的物理CPU虛擬成一個(gè)虛擬化的CPU，提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的效率，將計(jì)算機(jī)服務(wù)器中的物理CPU虛擬成為一個(gè)虛擬化的CPU，這樣在服務(wù)器運(yùn)行的過程中，就可以使用一個(gè)或者多個(gè)虛擬的CPU，而且利用服務(wù)器虛擬化的CPU在實(shí)際運(yùn)行的過程中，能夠相互隔離，一方面提高了服務(wù)器的數(shù)據(jù)處理的效率，另一方面也能夠保證服務(wù)器中數(shù)據(jù)的安全。目前，很多計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)都是基于X86技術(shù)框架而構(gòu)建的，在具體的系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計(jì)中，CPU在運(yùn)行與數(shù)據(jù)處理的過程中，對(duì)于相關(guān)命令的執(zhí)行，主要包括Ring0、Ring1、Ring2、Ring3幾個(gè)層級(jí)的指令，其中Ring0屬于指令層級(jí)，也是CPU的關(guān)鍵指令層級(jí)，可有效執(zhí)行任何指令，例如，在修改CPU的運(yùn)行指令時(shí)，就需要在Ring0中來設(shè)置與完成。通過虛擬化X86系統(tǒng)，這就就在計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)與服務(wù)器的硬件層之間同時(shí)設(shè)置了相應(yīng)的虛擬層，Ring0的功能就是執(zhí)行控制指令，保住用戶的指令只能在虛擬層中運(yùn)行，從而能提高虛擬服務(wù)器的運(yùn)行效率，使得一些比較特殊的指令，無法直接作用在硬件上，從而保障服務(wù)器數(shù)據(jù)運(yùn)行的穩(wěn)定性。在服務(wù)器中，采用虛擬化技術(shù)則能對(duì)各種指令進(jìn)行控制，從而能有效執(zhí)行各種指令，并且在計(jì)算機(jī)服務(wù)器虛擬中，為了提高數(shù)據(jù)的處理效率，采用了先進(jìn)的二進(jìn)制代碼動(dòng)態(tài)翻譯機(jī)，可以有效地對(duì)一些特殊的指令進(jìn)行處理，還能將一些應(yīng)用比較先進(jìn)的指令前插陷入指令，使得它們直接作用在虛擬機(jī)上，這樣不管是特殊的指令還是普通的指令，都可以由虛擬機(jī)進(jìn)行指令翻譯之后，再執(zhí)行相關(guān)操作。CPU的這種虛擬技術(shù)與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)相比，能夠?qū)崿F(xiàn)多種復(fù)雜的系統(tǒng)操作與指令，是當(dāng)前計(jì)算機(jī)虛擬服務(wù)器CPU虛擬化的關(guān)鍵技術(shù)之一[2]。

2.2 內(nèi)存虛擬化技術(shù)

內(nèi)存虛擬技術(shù)是提高計(jì)算機(jī)運(yùn)行效率的關(guān)鍵技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)服務(wù)器虛擬化的關(guān)鍵核心之一，而且計(jì)算機(jī)的內(nèi)存是決定計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定的關(guān)鍵，內(nèi)存虛擬化技術(shù)的主要功能是服務(wù)器中的內(nèi)存進(jìn)行統(tǒng)一管理，并利用虛擬化的封裝技術(shù)來保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，在對(duì)內(nèi)存進(jìn)行封裝后，保證內(nèi)存能夠在虛擬機(jī)內(nèi)保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，并為每一個(gè)虛擬機(jī)提供足夠的內(nèi)存，保證它們運(yùn)行穩(wěn)定，并能快速的處理數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)服務(wù)器虛擬技術(shù)中，內(nèi)存虛擬技術(shù)與CPU虛擬技術(shù)一樣，二者之間的訪問次數(shù)的頻率也相互一致與相互配合使用，通過虛擬化的技術(shù)，關(guān)鍵是對(duì)系統(tǒng)的物理內(nèi)存進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的管理，對(duì)服務(wù)器的內(nèi)存進(jìn)行合理劃分，從而能構(gòu)建與虛擬層所需的內(nèi)存地址相一致的映射關(guān)系，也能保證計(jì)算機(jī)服務(wù)器的內(nèi)存地址與之相一致，進(jìn)而能保證整個(gè)虛擬層的內(nèi)存訪問功能，使得虛擬化內(nèi)存與物理內(nèi)存運(yùn)行的一致性工作，提高虛擬服務(wù)器的工作效率。內(nèi)存管理技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展是緊密聯(lián)系在一起，在計(jì)算機(jī)發(fā)展時(shí)，就需要內(nèi)存管理技術(shù)，來優(yōu)化計(jì)算機(jī)的工作效率，它是采用計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)的，采用這種方法，耗時(shí)比較長，而且虛擬內(nèi)存技術(shù)的成本也比較高，在大量的數(shù)據(jù)處理時(shí)代，這種就內(nèi)存管理技術(shù)已經(jīng)不能滿足要求，合理的采用虛擬化的技術(shù)，可以提高內(nèi)存管理的效率，主要通過CPU的內(nèi)存管理與網(wǎng)頁轉(zhuǎn)換技術(shù)，在計(jì)算機(jī)中的虛擬機(jī)中構(gòu)建服務(wù)器的邏輯內(nèi)部與虛擬內(nèi)存之間建立相應(yīng)的映射關(guān)系，從而能真正實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)內(nèi)存的虛擬化管理。

3 計(jì)算機(jī)服務(wù)器虛擬化技術(shù)的類型與工作方式

3.1 計(jì)算機(jī)服務(wù)器虛擬化

該技術(shù)主要功能是針對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的運(yùn)行狀況，來生存虛擬化的計(jì)算機(jī)硬件模擬環(huán)境，來完成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的兼容性操作，一般情況下，在某一種服務(wù)器的環(huán)境中，可以完成多臺(tái)虛擬機(jī)的虛擬化配置，它可以將服務(wù)器的物理資源進(jìn)行處理，將其抽象與優(yōu)化為多種具有相應(yīng)聯(lián)系的邏輯化資源，然后將服務(wù)器中的物理配置進(jìn)行優(yōu)化，將它們分隔為若干個(gè)物理區(qū)域，例如虛擬CPU、虛擬內(nèi)存、磁盤與I/O接口等，使之它們成為可以隨意更改的動(dòng)態(tài)化、虛擬化的資源，從而能優(yōu)化服務(wù)器的資源配置。計(jì)算機(jī)虛擬服務(wù)器技術(shù)從虛擬的映射的關(guān)系進(jìn)行分析，主要包括“一虛多”、“多虛一”和“多虛多”等多種虛擬化技術(shù)，不同虛擬化技術(shù)也提供了多種不同的虛擬形態(tài)與關(guān)鍵性的技術(shù)，能形成不同的通信方式，可以將多臺(tái)物理服務(wù)器虛擬為單個(gè)的邏輯服務(wù)中，形成“一虛多”的虛擬化模式，也可以將多臺(tái)服務(wù)器虛擬為單個(gè)邏輯后，再形成多個(gè)的虛擬化的技術(shù)環(huán)境，從而形成“多虛多”的虛擬化工作環(huán)境。在具體的工作中，需結(jié)合具體的工作環(huán)境，形成不同的虛擬化環(huán)境，例如可以完成數(shù)據(jù)的制作與存儲(chǔ)的功能，將文件信息共享、備份、恢復(fù)等提供多方面的支持與管理等。計(jì)算機(jī)的服務(wù)器虛擬化技術(shù)，不僅能節(jié)約大量的設(shè)備成本，還能提高服務(wù)器數(shù)據(jù)處理的效率，為數(shù)據(jù)的處理提供多元化的環(huán)境，對(duì)提高數(shù)據(jù)處理的安全性具有十分重要的作用[3]。

3.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬化

在網(wǎng)絡(luò)通信中，為了保證用戶數(shù)據(jù)的安全，可以采用計(jì)算機(jī)虛擬化的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這種虛擬技術(shù)一般應(yīng)用于不同計(jì)算機(jī)設(shè)備的信息交換，可以采用部分網(wǎng)絡(luò)虛擬化或者全部網(wǎng)絡(luò)虛擬化兩種方式，當(dāng)前的虛擬化網(wǎng)絡(luò)主要包括VLAN、VPN等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議而構(gòu)建的虛擬化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以及利用虛擬機(jī)監(jiān)視器而且形成虛擬網(wǎng)絡(luò)，從而能夠訪問服務(wù)器上的所有物理設(shè)備的虛擬網(wǎng)絡(luò)。VLAN也被稱為廣播域，采用的是單個(gè)的廣播域來對(duì)應(yīng)特定的用戶的通信活動(dòng)，在與不同用戶建立連接時(shí)，需要采用不同的路由器來完成相應(yīng)的通信連接。這種虛擬化的通信方式是在ATM交換技術(shù)的基礎(chǔ)上，不同用戶的功能與網(wǎng)絡(luò)的連接方式，將不同的用戶節(jié)點(diǎn)劃分為不同的“邏輯工作組”，來構(gòu)建不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)，利用這種“邏輯工作組”的通信方式，可以對(duì)通信區(qū)域進(jìn)行劃分，在一定程度上限制虛擬廣播的通信方式，在保證數(shù)據(jù)傳輸安全的同時(shí)，還減少了整改虛擬網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸量，而且在不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)之間，只能通過路由器來連接完成通信活動(dòng)，也有利于網(wǎng)絡(luò)通信的安全。VPN技術(shù)主要功能是在公共網(wǎng)絡(luò)中建立虛擬專用網(wǎng)絡(luò)，采用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，與虛擬服務(wù)器之間建立連接，而是不采用物理連接來完成通信之間的連接，也是采用邏輯框架來完成數(shù)據(jù)的通信，在數(shù)據(jù)通信的過程中，邏輯網(wǎng)絡(luò)由公用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商來提供，而數(shù)據(jù)的傳輸則采用公共網(wǎng)絡(luò)提供的網(wǎng)絡(luò)通道來建立邏輯通信，這種虛擬專用網(wǎng)絡(luò)的通信時(shí)一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸與通信的方式，在通信傳輸?shù)倪^程中，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)會(huì)進(jìn)行加密處理，用戶只有完成登錄認(rèn)證之后，在用戶與虛擬服務(wù)器之間建立安全的通信通道之后，才能完成相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)接收工作，進(jìn)而能有效提高網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)的安全。

3.3 計(jì)算機(jī)虛擬化技術(shù)的工作方式

計(jì)算機(jī)虛擬化技術(shù)也是提高計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的重要技術(shù)之一，能有效解決計(jì)算機(jī)性能運(yùn)行不足的問題，利用邏輯管理平臺(tái)，將計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行虛擬化的處理，對(duì)各種硬件資源進(jìn)行優(yōu)化配置。它一般可以分為橋接模式和網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換等兩種工作方式，不同的工作技術(shù)應(yīng)用在不同的工作環(huán)境中。橋接模式又被稱為柄體模式或接口模式，主要是采用虛擬化軟件技術(shù)來實(shí)現(xiàn)虛擬服務(wù)器的橋接任務(wù)，從而能提高計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的性能，在具體的橋接過程中，計(jì)算機(jī)的抽象部分與物理部分是分離的，在具體的橋接過程中，能夠形成不同的虛擬系統(tǒng)，使得虛擬化技術(shù)的形成可以通過相應(yīng)的協(xié)議實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備的連接。在計(jì)算機(jī)虛擬化技術(shù)與其他設(shè)備的連接過程中，需要利用網(wǎng)絡(luò)安全碼來完成不同數(shù)據(jù)信息的溝通與傳輸，對(duì)保證通信的安全具有十分重要的作用。網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換模式屬于接入廣域網(wǎng)技術(shù)，也是計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)的一種重要形式，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換通過路由NAT來完成，從而簡化了計(jì)算機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)的流程，NAT是一種IP地址轉(zhuǎn)換技術(shù)，不僅提高網(wǎng)絡(luò)通信中的IP地址不足的情況，能夠完成通信網(wǎng)絡(luò)中的虛擬路由器與交換機(jī)的建設(shè)，完善虛擬計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的資源配置，提高網(wǎng)絡(luò)資源的運(yùn)行效率，還能避免外部網(wǎng)絡(luò)攻擊，有效的保證通信數(shù)據(jù)的安全，降低了網(wǎng)絡(luò)通信的成本，提高了網(wǎng)絡(luò)通信的安全效率[4]。

4 結(jié)束語

計(jì)算機(jī)服務(wù)器虛擬化技術(shù)在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中具有十分廣泛的應(yīng)用，但就目前的技術(shù)來分析，服務(wù)器虛擬化技術(shù)的發(fā)展仍處于初級(jí)階段，在網(wǎng)絡(luò)通信安全、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾侍幚淼确矫孢€需要進(jìn)一步提升，而在數(shù)據(jù)備份、存儲(chǔ)容量的虛擬化技術(shù)方面還需進(jìn)行深入的研究。計(jì)算機(jī)服務(wù)器虛擬化技術(shù)的工作原理較為復(fù)雜，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬化技術(shù)的運(yùn)用也會(huì)發(fā)生變化，在具體地使用過程中，需要不斷地對(duì)計(jì)算機(jī)虛擬化技術(shù)進(jìn)行研究，才能滿足未來計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用的需求。