探析虛擬云計(jì)算平臺(tái)的應(yīng)用與研究

呂永帥 李衛(wèi)軍 趙耀棟

【摘 要】高速發(fā)展的現(xiàn)代化信息技術(shù)徹底改變了人們以往的生活、工作方式。越來越多的企業(yè)開始應(yīng)用以數(shù)據(jù)中心為業(yè)務(wù)運(yùn)營平臺(tái)的信息服務(wù)模式。而且伴隨著信息量以及運(yùn)算復(fù)雜程度的不斷提升，如何有效地提高管理效率就成為了企業(yè)管理所必須面對(duì)的一個(gè)重要問題。為此，本文主要對(duì)虛擬化和云計(jì)算的發(fā)展與應(yīng)用進(jìn)行深入分析。

【關(guān)鍵詞】虛擬技術(shù)；云計(jì)算；應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】F224-39【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0108-01

一、虛擬技術(shù)以及云計(jì)算的概念

虛擬化技術(shù)是一個(gè)廣義的專業(yè)術(shù)語，在計(jì)算機(jī)信息技術(shù)領(lǐng)域當(dāng)中主要是指計(jì)算元件在虛擬的基礎(chǔ)上運(yùn)行，而并非傳統(tǒng)意義上的真實(shí)基礎(chǔ)。虛擬化技術(shù)的特點(diǎn)則是可以將原本復(fù)雜冗繁的數(shù)據(jù)處理工作簡單化，即通過簡化軟件的重新配置過程，降低IT應(yīng)用服務(wù)器以及軟件系統(tǒng)的數(shù)量。例如CPU的虛擬化技術(shù)可以單CPU模擬多CPU并行，允許一個(gè)平臺(tái)同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，并且所有應(yīng)用程序都可以在相互獨(dú)立的空間內(nèi)運(yùn)行而互不影響，這樣一來就可以有效地降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度，最大限度的提升計(jì)算機(jī)的工作效率。現(xiàn)階段最常用的虛擬化軟件是Microsoft公司設(shè)計(jì)開發(fā)的Hyper-V、VMware公司設(shè)計(jì)開發(fā)的第三代虛擬架構(gòu)軟件、SWsoft公司設(shè)計(jì)開發(fā)的Virtuozzo以及Citrix公司設(shè)計(jì)開發(fā)的Xen、這其中以VMware公司設(shè)計(jì)開發(fā)的第三代虛擬架構(gòu)軟件最具市場和成熟度優(yōu)勢。

云計(jì)算（cloud computing）是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展且經(jīng)常是虛擬化的資源。云是網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)的一種比喻說法。過去在圖中往往用云來表示電信網(wǎng)，后來也用來表示互聯(lián)網(wǎng)和底層基礎(chǔ)設(shè)施的抽象。狹義云計(jì)算指IT基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用模式，指通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需資源；廣義云計(jì)算指服務(wù)的交付和使用模式，指通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需服務(wù)。這種服務(wù)可以是IT和軟件、互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)，也可是其他服務(wù)。它意味著計(jì)算能力也可作為一種商品通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行流通。

虛擬云計(jì)算平臺(tái)主要是指通過更加先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模式，讓用戶在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中擁有近乎無限的計(jì)算能力，讓用戶對(duì)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和服務(wù)更加自由。虛擬化技術(shù)的靈活性和延展性能夠提升云計(jì)算的資源利用率，最大限度的降低服務(wù)器的管理流程和維護(hù)難度，通過對(duì)數(shù)以萬計(jì)的服務(wù)器資源進(jìn)行整理，合并成資源池，然后再根據(jù)不同的服務(wù)的形式將其分配給具有實(shí)際需求的用戶。虛擬云計(jì)算平臺(tái)提供Windows和Linux系列常用主流操作系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，可以給用戶帶來更加輕松、自如的使用體驗(yàn)。

二、虛擬云計(jì)算平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)

虛擬云計(jì)算平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)主要包括中央處理器、內(nèi)存以及硬盤等硬件設(shè)施，然后對(duì)這些硬件設(shè)施進(jìn)行邏輯抽象和統(tǒng)一表示，抽象和表示出的虛擬資源構(gòu)成一個(gè)或者多個(gè)虛擬機(jī)，以便對(duì)這些硬件設(shè)施進(jìn)行協(xié)調(diào)管理，極大的減小了系統(tǒng)管理的復(fù)雜性以及運(yùn)營成本，提高了資源的使用效率和系統(tǒng)的運(yùn)營效率。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括以下功能：

（一）資源管理

虛擬云計(jì)算平臺(tái)的資源管理可以分為資源虛擬化和資源監(jiān)控兩大部分，首先資源虛擬化主要是指虛擬云計(jì)算平臺(tái)上所有的央處理器、內(nèi)存以及硬盤等硬件設(shè)施，將其抽象成虛擬資源，然后以虛擬機(jī)的形式提供給用戶。資源監(jiān)控則是對(duì)虛擬云計(jì)算平臺(tái)上所有的物力資源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便了解這些資源的最新動(dòng)態(tài)。

（二）節(jié)點(diǎn)調(diào)度

虛擬云計(jì)算平臺(tái)主要是由一個(gè)集群控制器和若干個(gè)節(jié)點(diǎn)控制器構(gòu)成的。其中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)控制器都配備相對(duì)應(yīng)的虛擬控制器，然后運(yùn)行一個(gè)或者多個(gè)虛擬機(jī)。一旦用戶申請?zhí)摂M機(jī)，此時(shí)集群控制器接到指令，然后按照某種調(diào)度策略選擇相對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)控制器，確保資源的合理分配和負(fù)載均衡。

（三）虛擬機(jī)生命周期管理

所謂虛擬機(jī)生命周期主要是指用戶申請?zhí)摂M機(jī)開始到用戶關(guān)閉虛擬機(jī)結(jié)束。在虛擬機(jī)生命周期內(nèi)，用戶可以根據(jù)自身的實(shí)際情況對(duì)虛擬機(jī)的運(yùn)行環(huán)境做出相應(yīng)的調(diào)整，例如啟動(dòng)、關(guān)閉、重啟以及遷移等，在虛擬機(jī)運(yùn)行的時(shí)間段內(nèi)，整個(gè)系統(tǒng)的所有權(quán)歸申請者，包括虛擬云計(jì)算平臺(tái)管理員在內(nèi)的任何人都不允許對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行任何操作。

（四）虛擬機(jī)監(jiān)控

虛擬監(jiān)控是云計(jì)算平臺(tái)中的一個(gè)重要功能。在虛擬環(huán)境中可以借助虛擬技術(shù)將中央處理器、內(nèi)存以及硬盤等硬件設(shè)施整合成虛擬資源，然后以虛擬機(jī)的形式呈現(xiàn)給用戶。因此就需要對(duì)這些虛擬機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，讓用戶了解虛擬機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，以便做出及時(shí)的調(diào)整。在虛擬云計(jì)算平臺(tái)中，虛擬監(jiān)控主要分為節(jié)點(diǎn)控制器對(duì)虛擬機(jī)的監(jiān)控和集群控制器對(duì)云計(jì)算平臺(tái)上所有虛擬機(jī)的監(jiān)控兩種形式。其中節(jié)點(diǎn)控制器對(duì)虛擬機(jī)的監(jiān)控，可以了解到虛擬機(jī)的最新動(dòng)態(tài)；集群控制器對(duì)云計(jì)算平臺(tái)上所有虛擬機(jī)的監(jiān)控則可以獲得平臺(tái)上所有虛擬機(jī)的最新動(dòng)態(tài)。

三、虛擬云計(jì)算平臺(tái)的應(yīng)用研究

從上文中我們了解到虛擬云計(jì)算平臺(tái)上的核心功能包括資源管理、節(jié)點(diǎn)調(diào)度、虛擬生命周期以及虛擬機(jī)監(jiān)控四大部分，對(duì)于這些核心部分的具體實(shí)現(xiàn)，需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行深入探討：

（一）資源管理上統(tǒng)計(jì)集群所有節(jié)點(diǎn)控制器資源的結(jié)構(gòu)體系為ccResourceCache。該結(jié)構(gòu)體系一方面保存了所有節(jié)點(diǎn)控制器的中央處理器、內(nèi)存以及硬盤等硬件設(shè)施，另一方面確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和有效性。

（二）節(jié)點(diǎn)調(diào)度提供三種調(diào)度方式，主要有GREEDY（每次選擇一個(gè)資源能夠滿足需求的可用節(jié)點(diǎn)）、ROUNDROBIN（將節(jié)點(diǎn)排序，按照輪詢的方式就選擇一個(gè)可用節(jié)點(diǎn)）、POWERSAVE（當(dāng)節(jié)點(diǎn)上沒有虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)，節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)。每次選擇資源滿足需求的可用非休眠節(jié)點(diǎn)，如果沒有滿足要求的節(jié)點(diǎn)，則可以喚醒可用的休眠節(jié)點(diǎn)）。

（三）節(jié)點(diǎn)控制器中保存虛擬生命周期的結(jié)構(gòu)體系為nc Instance。該結(jié)構(gòu)體系中包含虛擬機(jī)的Id，虛擬機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、鏡像Id、鏡像URL、虛擬機(jī)類型等參數(shù)。與cc Instance相比，instance Id代表虛擬機(jī)的Id，而image Id、kernel Id和ramdisk Id都代表鏡像Id，image URL、kemel URL以及ramdisk URL表示鏡像地址。Launch Time、boot Time以及termination Time表示虛擬機(jī)的登錄時(shí)間、啟動(dòng)時(shí)間以及關(guān)閉時(shí)間。

（四）虛擬機(jī)監(jiān)控則是利用集群控制器循環(huán)查看每個(gè)虛擬機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)實(shí)際需要釋放被占有的網(wǎng)絡(luò)資源。具體根據(jù)獲取的每個(gè)虛擬機(jī)的最新動(dòng)態(tài)信息，更新保存在集群控制器上該虛擬機(jī)的信息，如果某一個(gè)節(jié)點(diǎn)控制上在集群控制器設(shè)定的空閑時(shí)間內(nèi)沒有虛擬機(jī)在運(yùn)行，則該節(jié)點(diǎn)表示正在休眠狀態(tài)。

四、結(jié)束語

綜上所述，伴隨著信息技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，使得虛擬云計(jì)算平臺(tái)的應(yīng)用日趨成熟。虛擬化技術(shù)的興起徹底引起了信息技術(shù)的變革、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)格局的重新分配、改變了企業(yè)以及個(gè)人實(shí)用信息資源方式的先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)被越來越多的部門所重視，與此同時(shí)，云計(jì)算作為一個(gè)新興事物也正在信息領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。本文首先分析了虛擬技術(shù)以及云技術(shù)的相關(guān)概念，然后分析了資源管理、節(jié)點(diǎn)調(diào)度、虛擬生命周期以及虛擬機(jī)監(jiān)控這四大模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和具體應(yīng)用，為今后虛擬技術(shù)在云計(jì)算平臺(tái)上的應(yīng)用研究提供有力支持。

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