¿Qué es la tecnología de virtualización? ¿Cuáles son las clasificaciones y métodos de la tecnología de virtualización?

Para obtener más información, agregue mi cuenta o incluya mi foto en la suya y podremos chatear en privado. \x0d\ ¡Puedes probarlo gratis! ! ! ! ! ! ! ! ! \x0d\Desde que se propuso la virtualización, ha habido muchas clasificaciones de la tecnología de virtualización y muchos métodos. Echemos un vistazo a qué es la tecnología de virtualización, sus clasificaciones y métodos. \x0d\ Los países desarrollados de hoy han alcanzado un nivel considerable de automatización en términos de diseño, fabricación y tecnología de procesamiento. El diseño de sus productos generalmente utiliza CAD, CAM, CAE y simulación por computadora, y la gestión empresarial también ha adoptado métodos de gestión científicos y estandarizados. y medios En la actualidad se busca principalmente una salida a la automatización de los sistemas de fabricación, para ello se han propuesto una serie de nuevos sistemas de fabricación, como la fabricación ágil, la ingeniería concurrente, los sistemas de fabricación integrados por ordenador, etc. . En los últimos años, desde el despliegue a gran escala de máquinas virtuales hasta la aparición de casos exitosos, cada vez más empresas manufactureras han comenzado a prestar atención a la inspiración que aporta la tecnología de virtualización para optimizar la infraestructura de TI y promover la innovación empresarial, con la esperanza de combinarla. con las empresas. Encuentre formas de dominar nuevas tecnologías, innovar en sistemas de fabricación avanzados y modelos de fabricación avanzados. La virtualización se utiliza actualmente en la informatización de la fabricación principalmente para la integración de TI y el ahorro de costos, pero rara vez en otros aspectos. De hecho, debido a las características de la tecnología de virtualización, su valor de aplicación se puede utilizar en industrias manufactureras como oficinas remotas, fabricación virtual y. Control industrial. Se pueden reflejar todos los campos relacionados. Este artículo revisa principalmente la tecnología de virtualización y el estado de su aplicación en la industria manufacturera, propone un marco de aplicación para la virtualización en la industria manufacturera y proporciona al personal relevante una introducción al progreso de la investigación de aplicaciones y las tendencias de desarrollo en este campo. \x0d\ 1 Tecnología de virtualización \x0d\ La virtualización se refiere a la creación del entorno de ejecución necesario para ejecutar programas o software. Después de utilizar la tecnología de virtualización, la ejecución de programas o software ya no tiene acceso exclusivo a los recursos informáticos físicos subyacentes. exactamente el mismo recurso informático físico, y el impacto subyacente puede ser completamente diferente de la estructura informática en la que se ejecutaba antes. El objetivo principal de la virtualización es simplificar la forma en que se gestionan la infraestructura y los recursos de TI. Los consumidores de virtualización pueden ser usuarios finales, aplicaciones, sistemas operativos, recursos de acceso u otros servicios relacionados con la interacción con los recursos. Dado que la virtualización puede reducir el acoplamiento entre consumidores y recursos, los consumidores ya no dependen de la implementación específica de los recursos, por lo que con un impacto mínimo en la gestión de los consumidores, se puede gestionar de forma manual, semiautomática o mediante acuerdos de nivel de servicio (SLA). ), etc. para lograr la gestión de recursos. \x0d\ 1.1 Clasificación de la virtualización \x0d\ Desde el punto de vista de la virtualización, la tecnología de virtualización se divide principalmente en las siguientes categorías: \x0d\ (1) Virtualización de plataforma (virtualización de plataforma), que está dirigida a computadoras y virtualización de sistemas operativos. en virtualización de servidores y virtualización de escritorios. La virtualización de servidores es un modelo de virtualización que simplifica la administración y mejora la eficiencia al reducir los recursos reservados para picos de cargas de trabajo individuales al priorizar los recursos y asignar recursos del servidor a las cargas de trabajo que más los necesitan. La virtualización de escritorio es un modo de virtualización que mejora el control de las personas sobre las computadoras, reduce la complejidad del uso de las computadoras y brinda a los usuarios un entorno de uso más conveniente y aplicable. La virtualización de plataforma se implementa principalmente mediante virtualización de CPU, virtualización de memoria y virtualización de interfaz de E/S. \x0d\ (2) Virtualización de recursos (virtualización de recursos), virtualización de recursos informáticos específicos, como virtualización de almacenamiento, virtualización de recursos de red, etc. La virtualización del almacenamiento se refiere a distribuir orgánicamente el sistema operativo entre varias memorias internas y externas, y combinarlas para formar una memoria virtual. El ejemplo más típico de virtualización de recursos de red es la computación grid. La computación grid utiliza tecnología de virtualización para administrar datos en la red y presentarlos lógicamente a los consumidores como un sistema. Proporciona servicios que son consistentes con los usuarios y los recursos requeridos por el programa. , al mismo tiempo que proporciona el máximo intercambio y acceso simplificado a la infraestructura.

Actualmente, algunos investigadores han propuesto utilizar tecnología de agentes de software para virtualizar los recursos espaciales de la red informática, como Gaia, Net Chaser [21] y Spatial Agent. \x0d\ (3) Virtualización de aplicaciones (virtualización de aplicaciones), que incluye simulación, simulación, tecnología de interpretación, etc. La máquina virtual Java normalmente se virtualiza en la capa de aplicación. Basado en la tecnología de virtualización de la capa de aplicación, al guardar la información de configuración del entorno informático personalizado del usuario, el entorno informático personalizado del usuario se puede reproducir en cualquier computadora. La virtualización de servicios ha sido un tema candente de investigación en los últimos años. La virtualización de servicios puede permitir a los usuarios empresariales crear rápidamente requisitos de aplicaciones bajo demanda. A través de la agregación de servicios, se puede proteger la complejidad del uso de los recursos del servicio, lo que facilita a los usuarios mapear directamente el negocio. requerimientos a recursos de servicios virtuales. La complejidad de la arquitectura de software moderna y su configuración dificulta el ciclo de vida del desarrollo de software. Al establecer un modelo virtualizado en la capa de aplicación, se puede proporcionar el mejor entorno operativo, de prueba y de desarrollo. \x0d\ (4) Virtualización de la capa de representación. La aplicación es similar a la virtualización de aplicaciones, pero la diferencia es que la aplicación en la virtualización de la capa de presentación se ejecuta en el servidor y el cliente solo muestra la interfaz de usuario y las operaciones del usuario de la aplicación. El software de virtualización de la capa de presentación incluye principalmente Microsoft Windows Remote Desktop (incluidos Terminal Services), Citrix Metaframe Presentation Server y Symantec PcAnywhere. \x0d\ 1.2 Método de virtualización \x0d\ En términos generales, la virtualización se refiere principalmente a la virtualización de la plataforma, que oculta las características físicas reales de la plataforma informática a través de programas de control y proporciona a los usuarios un entorno informático abstracto, unificado y simulado. Por lo general, la virtualización se puede lograr mediante la virtualización a nivel de instrucción y la virtualización a nivel de sistema. \x0d\ 1.2.1 Método de virtualización a nivel de instrucción \x0d\ Realiza la virtualización a nivel de conjunto de instrucciones, es decir, convierte el código binario en una determinada plataforma de hardware en código binario en otra plataforma para lograr la compatibilidad entre diferentes conjuntos de instrucciones. "traducción binaria". La traducción binaria se logra mediante simulación, es decir, en un sistema con una determinada interfaz y función, se implementa otro sistema con una interfaz y función diferente. El método de software de traducción binaria se puede implementar de tres formas: interpretación y ejecución, traducción estática y traducción dinámica. \x0d\ En los últimos años, las últimas investigaciones sobre sistemas de traducción binaria se han centrado principalmente en la compilación en tiempo de ejecución y la optimización adaptativa. Dado que la sobrecarga de tiempo de los procesos dinámicos de traducción y ejecución incluye principalmente cuatro partes: sobrecarga de acceso al disco, sobrecarga de acceso al almacenamiento, traducción y optimización. sobrecarga y sobrecarga de ejecución del código de destino. Por lo tanto, para mejorar la eficiencia del sistema de traducción binaria, se debe reducir la sobrecarga en los últimos tres aspectos. En la actualidad, los sistemas de traducción binaria típicos incluyen principalmente Daisy/BOA, Crusoe, Aeries, IA-32EL, sistema de optimización dinámica Dynamo y tecnología de compilación JIT. \x0d\ 1.2.2 Método de virtualización a nivel del sistema \x0d\ La virtualización del sistema consiste en virtualizar varias máquinas virtuales en una máquina física. Desde la perspectiva de la arquitectura del sistema, el monitor de máquina virtual (VMM) es el núcleo de todo el sistema de máquina virtual. Es responsable de la programación, asignación y administración de recursos, lo que garantiza que varias máquinas virtuales puedan ejecutar múltiples sistemas operativos invitados mientras están aisladas. entre sí. La virtualización a nivel de sistema se logra mediante la virtualización de CPU, virtualización de memoria y virtualización de E/S. \x0d\ (1) Virtualización de CPU \x0d\ La virtualización de CPU proporciona una o más CPU virtuales para cada máquina virtual. Varias CPU virtuales comparten el tiempo de la CPU física. Una CPU física solo puede ser utilizada por una CPU virtual en cualquier momento. . El VMM debe asignar razonablemente intervalos de tiempo a cada CPU virtual y mantener el estado de todas las CPU virtuales. Cuando el intervalo de tiempo de una CPU virtual se agota y es necesario cambiarlo, se debe guardar el estado de la CPU virtual actual y el estado de la programada. La CPU virtual debe cargarse en la CPU física.

Los métodos de virtualización de CPU X86 incluyen principalmente: traducción binaria dinámica, paravirtualización y tecnología de previrtualización. Para compensar las deficiencias de virtualización del procesador, los sistemas de máquinas virtuales existentes adoptan tecnología de virtualización asistida por hardware. Los problemas que deben resolverse para la virtualización de CPU son: ① El correcto funcionamiento de la CPU virtual La clave para el correcto funcionamiento de la CPU virtual es garantizar que las instrucciones de la máquina virtual se ejecuten correctamente y que las máquinas virtuales no afecten. entre sí, es decir, los resultados de la ejecución de las instrucciones no cambian los resultados de otras máquinas virtuales. Actualmente se ejecuta principalmente mediante ejecución de simulación y monitoreo; La programación de CPU virtual significa que VMM determina qué CPU virtual se está ejecutando actualmente en la CPU física para garantizar el aislamiento entre las máquinas virtuales, el rendimiento de la CPU virtual y la equidad de la programación. Los requisitos de programación del entorno de la máquina virtual son hacer un uso completo de los recursos de la CPU, admitir una asignación precisa de la CPU, aislamiento del rendimiento, considerar la asimetría entre las máquinas virtuales y considerar las dependencias entre las máquinas virtuales. Los algoritmos de programación de CPU comunes incluyen BVT, SEDF, CB, etc. \x0d\ (2) Virtualización de memoria \x0d\ VMM generalmente usa la idea de compartir bloques para virtualizar la memoria física de la computadora. VMM asigna la memoria de la máquina a cada máquina virtual y mantiene la relación de mapeo entre la memoria de la máquina y la memoria de la máquina virtual. Desde la perspectiva de la máquina virtual, estas memorias son un espacio de direcciones físicas continuo que comienza desde la dirección 0. Después de la virtualización de la memoria, la dirección de la memoria tendrá tres tipos de direcciones: dirección de la máquina, dirección pseudofísica y dirección virtual. En el mecanismo de direccionamiento de memoria de X86, VMM puede establecer la relación de mapeo entre direcciones virtuales y direcciones de máquinas en unidades de páginas, y usar la configuración de permisos de página para lograr el aislamiento y la protección de la memoria entre diferentes máquinas virtuales. Para mejorar el rendimiento de la traducción de direcciones, se agrega un TLB al Para lograr una conversión eficiente de direcciones virtuales a direcciones físicas, generalmente se adopta la idea de mapeo compuesto y la virtualización de tablas de páginas se implementa mediante paravirtualización MMU y tablas de páginas ocultas. La máquina virtual no puede acceder a los datos del monitor de la máquina virtual, por lo que se requiere un mecanismo de aislamiento. Este mecanismo de aislamiento se logra principalmente modificando el sistema operativo invitado o la protección del segmento. El mecanismo de optimización de la virtualización de la memoria incluye paginación bajo demanda, almacenamiento virtual, uso compartido de memoria, etc. \x0d\ (3) Virtualización de E/S \x0d\ Dado que los dispositivos de E/S son muy heterogéneos y sus estados internos son difíciles de controlar, el sistema VMM tiene virtualización completa, paravirtualización y paravirtualización para la virtualización de dispositivos de E/S. como simulación de software y acceso directo a E/S. En los últimos años, más académicos han centrado su investigación en la virtualización de E/S en la virtualización de dispositivos de red compartida y han propuesto mapear la estructura IOVM a plataformas de servidores multinúcleo. Además de aumentar el rendimiento y el flujo de datos paralelo inherente, junto con funciones seriales y protocolos basados ​​en paquetes, los dispositivos de E/S también deben tener en cuenta el hardware PCI Express tradicional compatible con PCI y construir los adaptadores de bus correspondientes para compensar los efectos de un único Requerido cuando el host no tiene un controlador dedicado. Algunos investigadores se centran en la investigación de virtualización de almacenamiento externo y proponen permitir que el emulador de destino SCSI en el sistema de virtualización de almacenamiento se ejecute en la SAN, almacene información física dinámica del host de destino y use el método de la tabla de mapeo para modificar la dirección del comando SCSI, usando Bitmap. tecnología para gestionar ideas como el espacio disponible. El sistema de virtualización de almacenamiento debe proporcionar características como tamaño de volumen lógico, diversas funciones, duplicación de datos e instantáneas, y ser compatible con hosts de clúster y múltiples sistemas operativos. Debido a que la virtualización del almacenamiento fuera de banda puede mejorar integralmente la calidad del servicio de la red de área de almacenamiento, la virtualización fuera de banda tiene las ventajas de un alto rendimiento y una buena escalabilidad en comparación con la virtualización dentro de banda mediante el uso de operaciones secuenciales, registros de rehacer y. autenticación de integridad de registros, diseño de un método de organización de metadatos de virtualización en disco basado en el modelo relacional, que puede formar un sistema de virtualización fuera de banda consistente y duradero.

\x0d\ 1.3 Gestión de virtualización \x0d\ La gestión de virtualización se refiere principalmente a la gestión de sistemas de máquinas múltiples virtuales. Los sistemas de máquinas múltiples virtuales se refieren a la construcción de computación virtual de acuerdo con su propia configuración de recursos basada en la representación abstracta de la computación múltiple. Recursos del sistema. El sistema incluye principalmente tecnología de migración dinámica de máquinas virtuales y tecnología de administración de máquinas virtuales. \x0d\ (1) Migración entre máquinas virtuales \x0d\ Utilice la virtualización como un medio para administrar los recursos existentes y mejorar su utilización en la computación en red, mediante la creación de máquinas virtuales distribuidas y reconfigurables, cuando sea necesario. Migre los servicios mientras el servidor físico está en ejecución. Mejore la utilización de recursos y la disponibilidad de servicios a través de tecnología de agentes móviles, máquinas virtuales distribuidas, etc., y migre en máquinas virtuales reconfigurables y distribuidas encontrando la estrategia de servicio óptima. Para migrar el sistema operativo y las aplicaciones que se ejecutan en una máquina virtual de un nodo físico a otro nodo en ejecución mientras se mantiene el sistema operativo invitado y las aplicaciones ininterrumpidas, algunos investigadores han propuesto operaciones virtuales migratorias centradas en datos, que permiten el entorno operativo del usuario. para realizar migración remota y reconstrucción perfecta \x0d\ Algunos investigadores también han propuesto un mecanismo de configuración dinámico bajo demanda para el entorno de ejecución del programa; Al migrar máquinas virtuales entre servidores físicos y realizar una administración automatizada de servidores virtuales, se deben considerar requisitos de calidad del servicio de alto nivel y costos de administración de recursos. Algunos investigadores han propuesto métodos controlados por hipervisores para admitir la migración en vivo de máquinas virtuales IP móviles en la red, permitiendo que las máquinas virtuales migren en vivo sus recursos informáticos distribuidos, mejorando así el rendimiento de la migración, reduciendo los retrasos en la recuperación de la red y proporcionando alta confiabilidad y tolerancia a fallas. Algunas instituciones de investigación realizan la portabilidad de múltiples máquinas virtuales mediante el diseño de una capa de abstracción de hardware común para permitir la ejecución eficiente de dispositivos móviles en el entorno. Los pasos de migración de una máquina virtual generalmente incluyen la migración de inicio, la migración de memoria, la congelación de la máquina virtual y la ejecución de la recuperación de la máquina virtual. \x0d\ (2) Gestión de máquinas virtuales \x0d\ Para múltiples máquinas virtuales, un aspecto muy importante es reducir la gestión y el mantenimiento por parte del usuario de dispositivos físicos dinámicos y complejos, y lograr la gestión de tareas a través de software y herramientas. El software de administración de servidores de máquinas múltiples virtuales típico actual es Virtual Infrastructure, que administra el grupo de máquinas virtuales del servidor a través de Virtual Center, completa la migración de máquinas virtuales a través de VMotion y administra sistemas de archivos de máquinas múltiples virtuales a través de VMFS. En segundo lugar, Parallax es un administrador de máquinas multivirtuales para Xen. Elimina el uso compartido de escritura, mejora el almacenamiento en caché del cliente y utiliza imágenes de plantilla para construir todo el sistema. También utiliza instantáneas y mecanismos de copia en escritura para lograrlo. compartir a nivel de bloque y utilizar réplicas para garantizar la disponibilidad. El hipervisor controla directamente los discos físicos utilizados por parallax, que ejecutan controladores de dispositivos físicos y proporcionan una interfaz de bloque común para la máquina virtual local de la imagen del disco virtual VDI. \x0d\ 2 Aplicación de la virtualización en la informatización de la fabricación \x0d\ 2.1 Marco de aplicación de la virtualización en la informatización de la fabricación \x0d\ La industria manufacturera actual avanza hacia la precisión, la automatización, la flexibilidad, la integración y la red. Se está desarrollando en la dirección de la modernización, la informatización. e inteligencia bajo esta tendencia, han nacido muchas tecnologías de fabricación avanzadas y modelos de fabricación avanzados. Estas tecnologías de fabricación avanzadas y modelos de fabricación avanzados requieren una infraestructura de TI existente para proporcionar niveles más altos de servicios informáticos. Por lo tanto, en la informatización de la fabricación, es necesario establecer una arquitectura de asignación de recursos orientada a la virtualización para proporcionar servicios impulsados ​​por el cliente. Administrar y calcular la gestión y el mantenimiento de riesgos. un sistema de asignación de recursos orientado a acuerdos de nivel de servicio (SLA). La virtualización se utiliza principalmente para la gestión centralizada de TI, la integración de aplicaciones, el control industrial, la fabricación virtual, etc. en la informatización de la fabricación.

\x0d\ En la parte inferior está el grupo de recursos informáticos virtuales (VirtualCluster) de la empresa de fabricación, que está formado por varios servidores físicos (PhysicsMachine). Cada servidor físico ejecuta software de virtualización (VMM), y el software de virtualización se ejecuta en Para. Para completar las máquinas virtuales necesarias para diversas tareas, el software de gestión de virtualización (VMS) del grupo de recursos informáticos virtuales proporciona funciones de centralización, automatización de operaciones y optimización de recursos para el entorno de TI, y puede implementar rápidamente asistentes y plantillas de máquinas virtuales. Las máquinas virtuales en el grupo de recursos informáticos virtuales encapsulan diferentes tipos de sistemas operativos invitados (SO invitado) y las aplicaciones (Aplicaciones) de capa de datos y de servicio que se ejecutan en ellos, formando un sistema completo para el diseño y la fabricación colaborativos empresariales. con diversas formas de procesamiento de datos y funciones de visualización. En el marco de la Figura 1, el módulo de programación dinámica de recursos (DRS) de un grupo de recursos informáticos virtuales puede monitorear continuamente la utilización de recursos en máquinas físicas y realizar la programación en múltiples máquinas virtuales en función de reglas predeterminadas que reflejan las necesidades comerciales y las prioridades cambiantes disponibles. recursos entre las máquinas. En la informatización de la industria manufacturera, diversos requisitos de aplicaciones, como la gestión centralizada de TI, la integración de aplicaciones, el control industrial y la fabricación virtual, se encapsularán en máquinas virtuales en forma de diversos servicios, como servicios de colaboración de tareas de fabricación, servicios de gestión de recursos, servicios de acceso a información, servicios WWW, servicios de control industrial, servicios de integración de sistemas de aplicaciones, servicios de gestión de datos, servicios informáticos de alto rendimiento, servicios de conjuntos de herramientas, etc., las bases de datos que respaldan todos los requisitos de las aplicaciones también se encapsulan en máquinas virtuales; como bases de datos de modelos empresariales, bases de datos de recursos de fabricación, bases de datos de modelos de productos, bases de datos de conocimientos profesionales, bases de datos de información de usuarios, etc. Las ventajas únicas de la virtualización le permiten garantizar que los servicios críticos en todas las máquinas virtuales se ejecuten de manera continua y confiable. \x0d\ 2.2 El papel de la virtualización en el marco de aplicación de la informatización de la fabricación \x0d\ Las principales aplicaciones de la virtualización en la informatización de la fabricación incluyen: