虛擬儀器的計(jì)算機(jī)圖像處理與分析系統(tǒng)

賴(lài)宏慧　王蓉

摘 要：傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖像處理與分析系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，可移植性差，而基于虛擬儀器的計(jì)算機(jī)圖像處理與分析系統(tǒng)的研發(fā)，使得人們對(duì)圖像的編程方式更加靈活可移植性大幅度改善。為此，本文通過(guò)對(duì)虛擬儀器技術(shù)的論述，就其在計(jì)算機(jī)圖像處理與分析系統(tǒng)中的應(yīng)用做進(jìn)一步探究。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；計(jì)算機(jī)；圖像處理；分析系統(tǒng)

為了滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需要，必須在計(jì)算機(jī)圖像處理與分析系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)可以將服務(wù)器資源科學(xué)的分配到若干個(gè)虛擬機(jī)上，針對(duì)不同的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)虛擬化支持，甚至可以在同一企業(yè)級(jí)服務(wù)器上同時(shí)運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)，有效解決了大多數(shù)服務(wù)器中央處理器和內(nèi)存利用率偏低和低資源服務(wù)器資源過(guò)剩問(wèn)題，對(duì)于提升計(jì)算機(jī)圖像處理與分析的運(yùn)行速度大有裨益。

1 虛擬儀器技術(shù)概述

在服務(wù)器管理中，虛擬儀器是一種在現(xiàn)有硬件平臺(tái)上，采用虛擬技術(shù)構(gòu)建虛擬處理器與存儲(chǔ)空間，得到一個(gè)硬件管理層，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器功能拓展的技術(shù)。實(shí)際上，計(jì)算機(jī)虛擬化技術(shù)在儀器中的應(yīng)用就是虛擬儀器技術(shù)。在儀器管理中，虛擬化技術(shù)的作用包括：①整合資源：可以通過(guò)整合若干臺(tái)硬件設(shè)備，得到一臺(tái)足以高性能的邏輯設(shè)備，用以滿(mǎn)足特殊客戶(hù)端的性能要求。②拆分資源：通過(guò)拆分資源利用率低，閑置的硬件設(shè)備，得到若干個(gè)邏輯設(shè)備，并將其轉(zhuǎn)讓給客戶(hù)端使用，起到優(yōu)化配置硬件資源的作用。③遷移資源：在不影響邏輯設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的情況下，可以實(shí)現(xiàn)閑置資源在邏輯設(shè)備之間的動(dòng)態(tài)遷移，甚至還能將其遷移至遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)中。所以，以虛擬化技術(shù)為跳板，虛擬儀器在計(jì)算機(jī)圖像處理與分析中具有重要作用，其中，圖像處理與分析系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如下圖所示：

第一，充分發(fā)揮軟、硬件資源的效用。在虛擬儀器的支撐下，無(wú)論有應(yīng)用系統(tǒng)有多少個(gè)，都可以在同一臺(tái)服務(wù)器上運(yùn)行。另外，通過(guò)整合、拆分、遷移硬件資源之后，能夠大大增強(qiáng)原硬件設(shè)備的性能，因?yàn)榭捎觅Y源已經(jīng)被科學(xué)地分配到了每一個(gè)虛擬機(jī)上。

第二，控制成本，簡(jiǎn)化管理。虛擬儀器縮短了部署、安裝、維護(hù)工作的流程，節(jié)省了一些不必要的開(kāi)銷(xiāo)，有效控制了擴(kuò)建機(jī)房、購(gòu)置新服務(wù)器、散熱處理方面的成本。

第三，優(yōu)化各應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境。虛擬儀器技術(shù)具有靈活調(diào)配動(dòng)態(tài)資源的功能，確保每項(xiàng)資源都被合理的分配到了不同業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)中，從而優(yōu)化了這些應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，使服務(wù)器始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。

第四，降低了系統(tǒng)維護(hù)的難度。虛擬儀器在進(jìn)行升級(jí)和更新的狀態(tài)下也能提供應(yīng)用服務(wù)，如此高效的運(yùn)作狀態(tài)一方面提供了理想的軟件調(diào)試環(huán)境，另一方面有效地控制了測(cè)試成本。

第五，保證了系統(tǒng)的安全。在虛擬儀器中，各子系統(tǒng)之間互不干擾彼此的運(yùn)作，并且能在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)恢復(fù)已丟失和損壞的數(shù)據(jù)。

2 虛擬儀器在計(jì)算機(jī)圖像處理與分析系統(tǒng)中存在的問(wèn)題

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以及各類(lèi)應(yīng)用系統(tǒng)的不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的虛擬儀器技術(shù)已無(wú)法滿(mǎn)足各類(lèi)應(yīng)用的需求，傳統(tǒng)虛擬儀器的弊端也日益顯現(xiàn)，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，傳統(tǒng)虛擬儀器缺乏靈活性，缺乏測(cè)試和備用機(jī)制。在過(guò)去，源系統(tǒng)是系統(tǒng)升級(jí)、測(cè)試、維護(hù)的基礎(chǔ)，一旦源系統(tǒng)出現(xiàn)故障，整個(gè)服務(wù)器的運(yùn)行都會(huì)受到影響；另外，為便于測(cè)試新應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，還要額外創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)環(huán)境，這嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的靈活性。服務(wù)器的數(shù)量也無(wú)法隨著應(yīng)用系統(tǒng)的增加而增加。

第二，資源無(wú)法得到有效利用。在過(guò)去，只有通過(guò)不斷的新建服務(wù)器，才能滿(mǎn)足應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行需求，這往往會(huì)使得一些低資源利用率服務(wù)器的剩余資源無(wú)法調(diào)配到高資源利用率服務(wù)器上，而且，為保證CPU處理器的資源請(qǐng)求在業(yè)務(wù)峰值期內(nèi)得到迅速響應(yīng)，又必須使用較高的資源配置，這在無(wú)形中浪費(fèi)了許多寶貴的系統(tǒng)資源。

第三，缺乏雙機(jī)系統(tǒng)，災(zāi)難恢復(fù)困難。運(yùn)行中的信息系統(tǒng)可能會(huì)因?yàn)楦鞣N各樣的原因（操作不當(dāng)、病毒入侵、硬件故障等）發(fā)生故障，導(dǎo)致數(shù)據(jù)和資料的損壞、遺失。盡管所有的系統(tǒng)中都有數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)，但只有雙機(jī)系統(tǒng)能保證系統(tǒng)的連續(xù)性?，F(xiàn)階段，還沒(méi)有任何一種系統(tǒng)可以與核心應(yīng)用媲美。

仔細(xì)分析以上問(wèn)題不難發(fā)現(xiàn)，通過(guò)運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)在硬件平臺(tái)上構(gòu)建一個(gè)虛擬硬件管理層（包括虛擬內(nèi)存、虛擬CPU、虛擬硬盤(pán)等），可以大幅度地提升業(yè)務(wù)的連續(xù)性，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)圖像處理與分析的優(yōu)化配置。

3 虛擬儀器在計(jì)算機(jī)圖像處理與分析系統(tǒng)中的應(yīng)用

在虛擬儀器管理中，虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用要視情況而定，通常而言，只要在順利整合現(xiàn)有運(yùn)行系統(tǒng)（包括不同的操作系統(tǒng)、不同中間件的系統(tǒng)）的應(yīng)用的前提下，給出具體的數(shù)據(jù)遷移方案，便可實(shí)現(xiàn)。比如，面對(duì)一個(gè)對(duì)服務(wù)器需求較高，且包含若干個(gè)并行應(yīng)用信息系統(tǒng)時(shí)，就可通過(guò)運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)來(lái)改善現(xiàn)有服務(wù)器的使用和管理效率。

3.1 虛擬儀器的計(jì)算機(jī)圖像處理與分析系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）硬件需求。XenServer對(duì)服務(wù)器的配置要求相對(duì)較低。只要內(nèi)存1G以上，硬盤(pán)16G以上，千兆網(wǎng)卡，中央處理器為雙核1.5GHz以上即可，但考慮到要在服務(wù)器上運(yùn)行虛擬機(jī)，建議根據(jù)具體規(guī)模適當(dāng)調(diào)整配置。

（2）構(gòu)建虛擬服務(wù)器。直接安裝在裸機(jī)中安裝XenServer6.0，將物理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為虛擬機(jī)映像文件，然后使用System Center Virtual Machine Manager（VMM）2012統(tǒng)一對(duì)XenServer主機(jī)和虛擬機(jī)進(jìn)行管理、監(jiān)控。

（3）遷移資源。在不影響應(yīng)用系統(tǒng)提供服務(wù)的基礎(chǔ)上，采用新版XenServer中的XenMotion技術(shù)，將資源順利遷移至虛擬服務(wù)器中。

（4）分布式資源配置的實(shí)現(xiàn)。為確?，F(xiàn)有資源能充分滿(mǎn)足應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求，可采用分布式資源調(diào)度程序（DRS），對(duì)資源進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的分配，使每一項(xiàng)資源都得到合理地利用。

3.2 虛擬儀器的計(jì)算機(jī)圖像處理與分析系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

（1）利用諸如XenServer 這類(lèi)虛擬化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有處理器、磁盤(pán)空間、內(nèi)存空間、網(wǎng)絡(luò)與物理服務(wù)器之間的連接，這一方面將原有的應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)完好無(wú)缺的移植到了虛擬機(jī)中，另一方面將所有的硬件資源都統(tǒng)一匯總到了邏輯資源池中，以便管理。然后，根據(jù)各個(gè)虛擬機(jī)具體的業(yè)務(wù)需求及其優(yōu)先級(jí)別，科學(xué)地、合理地配置邏輯資源池中的資源。在虛擬的邏輯資源池中，系統(tǒng)資源會(huì)被優(yōu)先分配到那些最需要資源的主機(jī)上，更重要的是，虛擬機(jī)可以在任何一臺(tái)物理服務(wù)器上運(yùn)行，這成功的實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器之間的無(wú)縫遷移。同時(shí)也使硬件資源得到了最大限度的利用和開(kāi)發(fā)，滿(mǎn)足了應(yīng)用業(yè)務(wù)的個(gè)性化需求。

（2）與VMware Infrastructure一類(lèi)的虛擬化平臺(tái)相比，XenServer具有更強(qiáng)的適應(yīng)能力，無(wú)論IT環(huán)境發(fā)生何種變化，其功能都不受影響，它可以對(duì)服務(wù)器工作負(fù)荷進(jìn)行整合，利用現(xiàn)有硬件提升整個(gè)服務(wù)器的性能，從而有效地控制了冷卻、電源和管理成本。為提升服務(wù)器的響應(yīng)速度，XenServer提供了一個(gè)創(chuàng)建無(wú)縫集成現(xiàn)有存儲(chǔ)環(huán)境的虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)。除此以外，XenServer還可以對(duì)服務(wù)器工作負(fù)載的位置進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)提供了一個(gè)始終可用的虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)，以便IT工作人員了解資源池內(nèi)服務(wù)器的運(yùn)作狀況，以及及時(shí)地更新與升級(jí)服務(wù)器系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在計(jì)算機(jī)圖像處理與分析系統(tǒng)中，每一個(gè)虛擬機(jī)都在同一物理服務(wù)器內(nèi)運(yùn)行，它與獨(dú)立的服務(wù)器并無(wú)任何區(qū)別，無(wú)論有多少應(yīng)用，都可以通過(guò)直接創(chuàng)建新的虛擬服務(wù)器來(lái)滿(mǎn)足應(yīng)用需求，而且，虛擬儀器管理人員可在不影響服務(wù)器運(yùn)行狀態(tài)的情況下，將虛擬機(jī)從一個(gè)服務(wù)器移至另一個(gè)服務(wù)器。在計(jì)算機(jī)圖像處理與分析系統(tǒng)中應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)，可以有效提升服務(wù)器資源的利用率，未來(lái)虛擬儀器在計(jì)算機(jī)圖像處理與分析系統(tǒng)的應(yīng)用前景將更加廣闊。

參考文獻(xiàn)

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