基于混合虚拟化技术的计算机性能优化研究及应用

邱云乐

摘要在日常生活中，计算机扮演者越来越重要的角色，但是目前的计算机性能仍然存在很大的优化空间，笔者结合计算机虚拟化技术，介绍了优化计算机性能的方法，融合了虚拟化技术和辅助虚拟化技术的方案，可以有效改善计算机性能，可以提升虚拟机性能。计算机虚拟技术的出现是随着计算机技术的进步而产生的，计算机技术的进步推动了虚拟技术的发展，虚拟技术对于资源的利用效率逐步提升。在当今阶段，数据的整合已经具备了新的特点，不断改进计算机虚拟技术，可以适应时代发展的要求，利用计算机虚拟技术的不断创新营造新的经济増长点，在加快产业进步的同时，还能带来计算机技术的飞速发展，本文详细介绍了混合虚拟的各种技术，介绍了多种实现方案，并对其优缺点进行了详细的分析，除了计算机性能设计的优化，在其他方面也有应用的积极意义。

关键词混合虚拟化技术虚拟机计算机性能

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A

随着计算机技术的大范围普及应用，虚拟化技术在各个研究领域都获得了大范围的应用，借助虚拟机，可以有效提升服务器的服务效率，提升服务器的运行能力。目前，虚拟机技术借助虚拟化技术实现辅助虚拟化，虽然在实现虚拟化的方法上还存在着一些不足，但是虚拟化方案的改进和完善已经有了研究眉目。随着虚拟化技术的进步，各种系统虚拟化技术不断涌现出来，使得计算机资源的利用效率获得飞速提升，在当前阶段，数据的整合具有了不同以往的特点，为了适应时代发展的需要，虚拟技术需要在不断创新和改进的基础上获得综合提升。下文介绍的就是详细的系统虚拟技术，通过提升这项技术，可以改善虚拟化技术，通过不同方案特点的比较，本文介绍了系统虚拟的优点和缺点，对于计算机性能的优化方面，也提出了一些可行的方案。

1关于虚拟化技术的介绍

1.1混合虚拟化技术的现状

随着计算机技术的快速发展，虚拟化技术的手段不断创新，常见的有服务器虚拟化技术和系统虚拟化技术，服务器虚拟化技术是对数据进行了重新归类和部署管理，让数据得到更高效的配置，提高了数据的应用效率，减小了数据的损耗，系统虚拟化技术使得管理的方法更加高效，计算机服务更加经济和灵活，不同的技术从不同方面提升了虚拟化技术的实现水平，学术研究也对虚拟化技术的提升起到了促进作用。系统虚拟化是指利用计算机系统虚拟化出一台虚拟的计算机系统，使物理上的一台计算机在逻辑上变为两台，相对于传统的计算机而言，虚拟的计算机系统不会占用系统的全部资源，同时还降低了数据的利用效率，导致大部分有可能被浪费的资源不再被浪费，扭转了资源大量消耗的局面。在实践中大规模的运用虚拟化技术，可以提升计算机的利用效率，为了保证系统虚拟化的高效率，一般将虚拟化的层次安插在物理层和操作层之间，然后利用虚拟化平台，设置出独立的虚拟化硬件，虚拟化系统是要耗用一部分硬件资源的，当前的虚拟化平台就是利用虚拟化的硬件，例如CPU等设备，为虚拟化平台提供技术支持，运行虚拟平台的虚拟机具有一定的独立性和差异性，有利于具有特殊性的虚拟系统高效运转。

1.2虚拟技术的优化方案

虚拟技术有多重优化方案，按照方案逻辑的严密程度，可以划分成准虚拟化技术和完全虚拟化技术。第一类为准虚拟化技术，利用虚拟平台通过虚拟机对监视器进行重新定义，有可能需要修改虚拟机的操作程序，为了满足虚拟机对于环境的高要求，实现虚拟化的高效性，还存在着一种完全虚拟技术。完全虚拟技术是指将虚拟平台的运行和虚拟机保持完全一致，让虚拟机系统修改操作系统。根据实践检验，虚拟机对于应用者给予虚拟机的指令有很强的传导性，为了保证虚拟机系统的正常运行，虚拟机需要对数据和指令进行正确处理。完全虚拟方案的实现前提，就是系统不需进行修改，可以将指令代码迅速的转换成机器代码，对于CPU系统而言，由于指令代码无需转换，因此无法实现虚拟化。对于系统内出现的与虚拟化相关的敏感指令，可以进行详细的转化，本文介绍的指令是wine指令、sky eye指令和qemu指令。系统虚拟化有多重解决方案，一些比较典型的解决方案例如硬件虚拟化就是常见解决方案。硬件虚拟化拥有完整的定义，在硬件虚拟化模式下，通过增加硬件的层次，可以完全解决问题，通过指令对硬件进行有效的访问，当虚拟器获取指令之后，对指令进行处理，会实现与真实计算机相仿的环境，保证计算机运行的高效率，根据调查可知，硬件辅助虚拟化技术中，应用交广的是X86技术和VT技术。

准虚拟化技术是对虚拟化技术的内核进行了修改，为了防止虚拟化的指令当中出现敏感指令，让虚拟化技术存在应用风险，在虚拟化技术的方案中增加了压缩技术，最为典型的应用就是压缩环技术，即在传统的操作层面增加了物理层，让物理层深入到虚拟层之中，当前最为常用的平台就是利用了物理层虚拟化，比较具有代表性的云计算提供平台，例如阿里巴巴和华为公司等，就是利用的准虚拟化技术。

完全虚拟化技术和准虚拟化技术都有缺点和优势，准虚拟化技术的优点是增加了虚拟机与物理机的差异性，让物理层和虚拟机实现了一对一和一对多的关系，从而可以帮助用户大范围的降低成本，同时操作系统因此具备了大范围的普适性，可以再无需修改技术的前提下，实现虚拟机系统的高适用性，同时此方案也存在着一些不足，为了实现降低系统性能的需求，与没有实现虚拟化的技术相比，可以让虚拟机的性能有所下降，通常可以降低百分之三十左右，虽然在现实应用当中具备一定的局限性，但是更加适用于小型的系统。硬件辅助虚拟化技术的最大优点就是能够实现系统的虚拟化，为了让系统的虚拟化更加合适，同时考虑到兼容性等一些强化功能，让系统的設计更加简洁，还能提升系统运行的空间。软件系统运行的灵活性和适应性以及连续性等问题都需要系统的简化性来支持，如何降低系统的漏洞和程序的设计风险就是研究的主要方面。计算机设计程序的解决方案永远无法达到完美的境地，计算机应用程序的实用性也需要逐步进行加强。

准虚拟化技术也是具备很多优点的，例如纯软件虚拟化就为技术的实现提供了解决方案，降低了冗余信息的成本，避免了内存出现复制等巨大问题。同时，由于语义存在理解问题，一些处于虚拟层面的操作系统和实际操作系统之间往往容易出现不足，消除不足的方法可以有效提升系统的利用效率，但是实践之中如何利用系统还有考量的余地，最困扰大家的方案则是虚拟器如何设置监视器。

2利用混合虚拟技术实现计算机性能的优化设计

2.1如何进行混合虚拟设计

当前理论研究的重点在于如何通过虚拟机性能的设置测试虚拟机优化方案的效果，根据实践当中对虚拟机技术融入虚拟化和辅助设备的技术特点，如何通过发挥虚拟技术和辅助技术的优势，弥补两者之间的不足，提升虚拟系统的整体性能，可以解决具有广泛性和普遍性的问题。根据研究结论，目前可以实现的设计途径有，利用硬件辅助虚拟技术，实现内存和cpu 的虚拟化。在内存虚拟技术的作用下，实现了I/O的虚拟化，让控制其运行的不再是模拟执行状态，发生几率也有所降低，从而可以大范围的降低运营成本，在现阶段，投入虚拟机技术的方案中操作性最强的就是虚拟机及技术和混合辅助虚拟技术，二者实现的途径是一致的，只是在细节方面存在着一定差异，在可操作性的实现方面，稍微存在不足。

2.2 PVM技术

PVM技术的缺点在于如果缺少技术方案的支持，将会导致虚拟技术实现不利，受到压缩技术的影响，虚拟机的监控器拥有最高权限，其内核能够在闭环通道上运行，虽然该架构运行在系统之内，增加了系统运行的消耗，但是该模式与用户模式的权限环相比，由于处于不同的空间，虚拟机的监视器需要调取更多的系统行为，导致系统的可执行路径不足，从而系统的性能不夠，为了解决上述难题，实践中会选用混合虚拟化技术，采用混合虚拟化技术可以提升系统分隔权限，恢复系统分隔定义，消除压缩技术的影响，将运行成本压缩到最低。PVM已经有了虚拟化的方案，可以通过移植解决系统运行的权限问题，同时由于系统的硬件辅助页面有支持系统，可以通过虚拟机的翻译作业加快操作速度，该种方法虽然依然存在不足，但是可以改变外部加载模块，但是由于在启动的时候难以自动启动，还需要运行外部的加载模块。

2.3 HPV技术

由于CPU和内存虚化技术的提升，硬件辅助虚化技术的应用日益普及，CPU和内存的优化方案都得到了有效解决，但是I/O的虚化问题还是没能解决，在I/O 的负荷比较密集的情况下，HVM还是难以及时处理I/O的负荷比较密集的问题，如果遇到I/O引起虚拟机进入到模拟执行操作模式，将会随之而来产生大量的冗余操作问题，混合虚拟方案的解决，需要在原有的模式下，解决PVM的问题，提升虚拟机的利用效率。HVM使得CPU的内存得以虚拟化，采用了授权技术和通道技术，借助Xen技术，改进了I/O的虚拟性能。采用虚拟接口的方法处理信息，减少了HVM内核的代码的修改的几率，原本的HVM性能处理会改变常见的性能问题，这种方案设计的优点在于可以让系统内核的逻辑性得以恢复，加强了调试方法的便捷化优势，原本HVM的性能问题会因为系统内核的逻辑的反复适用而增加便捷化，降低耦合度，最终实现自启动功能。

2.4混合解决方法

Xen虚拟平台有特权虚拟机构和虚拟监控器组成，通过虚拟监控器管理虚拟化的各种资源，负责虚拟机的接口正常运转，在平台上运行的虚拟机有两种类型，分别是标准化的虚拟机和类型化的虚拟机，在实际操作中，平台支持的有x86虚拟机和Embedded等虚拟机。经过笔者分析，类似的平台都具备可移植性和广泛的适用性。PVM和HVM都是虚拟化技术的硬件辅助虚拟化方案，可以实现技术优势互补，提升虚拟机的运行效率，与PVM不同的是，HVM具有更加强大的可行性，并且具有更加强大的可操作性，在Xen虚拟机运行的模式下，为了保证开发者开发的有效性和可靠性，必须在开发过程中加入混合虚拟技术使得混合虚拟的技术得到高效发挥，其中涉及到的应用有中断处理技术和设备驱动技术等辅助技术。

2.5优化虚拟机

混合虚拟优化技术就是借助了不同的技术模式，对虚拟机进行了优化，提升了虚拟机的运行效能，在实际操作中，技术人员更应该关注系统的调用，传统的CPU架构具有的解决方案中有多重纯软件虚拟技术方案，这种方案的关键节点为压缩虚拟技术，在硬件虚拟技术的支持当中，准虚拟技术的优势就会更加明显，需要解决的问题将会从性能上的到完美执行。准虚拟化技术的优势由于执行效果明显，一些性能问题由于执行效率偏低，在实际调用程序的过程中存在目录操作和清空等问题，在实际目录操作页面，应用不同的页面目录，可以区分用户的运行特权，同时在实际优化的过程中，可以根据不同的问题，设置CPU识别的路径。

3结论

根据上文论述的观点，可以得出的结论是，在虚拟化技术的运用当中，由于计算机技术不断地进步，虚拟技术的实现也需要不断进步，计算机技术是推动虚拟化技术前进的动力。虚拟技术中，系统虚拟技术是虚拟技术中的最重要部分，系统虚拟技术对于资源的利用更加有效率。但是在现阶段，计算机软件数据的实际部署过程中，数据更新会有新的特点，资源的利用也会因而更加高效，为了适应实际发展的要求，计算机虚拟技术经过不断创新改善之后，会有更多解决方案，本文介绍的虚拟技术实现方案只是其中的一部分，并且一些方案还存在着不足之处，比较了各种方案的优缺点之后，可以应用更多方案提升计算机的性能，帮助虚拟软件实现更多的应用价值。

参考文献

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