摘要：虚拟化技术在高性能计算领域的应用还并不多见，其原因主要是高性能计算应用通常对系统性能有苛刻的要求，而虚拟化必然带来性能的损失，这对于许多高性能计算应用来说是不被容许的。

　　随着高性能计算机性能的提高，其规模不断扩大，各部件之间的关系日益复杂，对系统的管理和使用也变得越来越困难。为了获得较高的性能和效率，高性能计算机系统软件必须根据体系结构的特点进行定制，高性能计算应用程序也需要根据特定体系结构进行优化。这样不仅大大增加了系统软件和应用程序的开发时间，加大了开发难度，还降低了应用的可移植性。
　　
　　此外，越来越大的系统规模和越来越高的软硬件复杂性也降低了系统可靠性。特别是高性能计算机体系结构向多层次、多粒度异构化方向的发展使得上述问题变得更为突出。如何高效管理和使用高性能计算机系统，使其发挥最大效能，已成为系统软件和应用开发人员亟待解决的关键技术难题。将虚拟化技术应用于构建高性能计算机系统是解决上述问题的一个有效途径。
　　
　　虚拟化技术最早出现在上世纪六、七十年代的IBM大型机系统中，用于支持高层软件共用底层硬件资源，为用户提供多个应用软件运行环境。到了八十年代，由于多任务操作系统的出现、硬件费用的降低以及个人电脑的流行，虚拟化技术逐渐淡出人们的视野。随着计算机软硬件技术的进一步发展，硬件性能得到了显著的提高，操作系统功能也越来越丰富，但系统可靠性和安全性却变得越来越差。
　　
　　为了提高系统可靠性，系统管理员重新采用以往一台机器运行一个应用的计算模型，但这种计算模型会导致更多的硬件成本和管理开销。而虚拟化技术正好满足了上述需求。将在多台物理机器上运行的程序放置在虚拟机(VM)上运行，可以节约硬件设备成本，提高资源利用率，降低管理的成本，通过虚拟机之间相互隔离，可以有效提高系统可靠性和安全性。目前，虚拟化技术在台式电脑和应用服务器领域已经取得了很好的应用效果，拥有如VMwareworkstation、VirtualPC和Xen等一批成功的虚拟化软件。硬件厂商也纷纷加入虚拟化的行列，推动虚拟化技术的发展，如Intel的VT-X、VT-i和VT-d技术，AMD的Pacific技术等。
　　
　　与在服务器领域的广泛应用相比，虚拟化技术在高性能计算领域的应用还相对较少。本文首先详细介绍目前虚拟化技术在高性能计算领域已有的几个成功应用;然后分析总结虚拟化技术应用于高性能计算机系统时所面临的主要问题;最后对虚拟化技术在高性能计算中的应用前景进行了展望。
　　
　　虚拟化技术在高性能计算机系统中的应用研究
　　
　　目前，国外一些公司和研究机构已经成功地将虚拟化技术应用到了高性能计算中，并取得了一些研究成果。这些应用包括了异构资源整合、系统容错、虚拟环境构建以及并行编程等多个方面。
　　
　　虚拟化技术应用于高性能计算中
　　
　　从目前的研究可以看出，虚拟化技术尚未被广泛应用于高性能计算领域，其主要原因包括以下几个方面：
　　
　　(1)虚拟化带来的性能开销问题。
　　
　　(2)多VMM高效协同问题。
　　
　　(3)大量VM的管理问题。
　　
　　(4)编程模型和软件环境的支持问题。
　　
　　目前。虚拟化技术已被广泛应用于台式电脑和服务器上，取得了很好的应用效果。相比之下，在高性能计算领域的应用还非常有限。随着高性能计算技术的发展和对虚拟化技术研究的深入，两者之间的结合将会变得越来越紧密，虚拟化技术也将为高性能计算领域的诸多难题提供新的解决方法。
　　
　　基于Xen等成熟的虚拟化技术，一些研究人员已经在高性能计算领域做了一些开拓性的探索，在集群系统虚拟化等方面开辟了一些成功的应用。到目前为止，虚拟化技术在高性能计算领域的应用还并不多见，其原因主要是高性能计算应用通常对系统性能有苛刻的要求，而虚拟化必然带来性能的损失，这对于许多高性能计算应用来说是不被容许的。
　　
　　因此，需要专门研究面向高性能计算机系统的高效率虚拟化技术，如针对高性能计算机系统的虚拟化模型、大规模虚拟化系统上的应用开发和部署机制、支持虚拟化系统的编程模型和配套软件环境等。随着虚拟化技术的不断发展，底层硬件越来越多地加入对虚拟化的支持，有效地降低了虚拟化的性能开销。而高性能计算机体系结构向多层次、多粒度的异构化方向发展的趋势也必将进一步推动高性能计算机虚拟化技术的发展。
　　
　　责任编辑：许剑