基于云計算機的虛擬化技術應用研究

楊博超，金能智，李懷堂，王林柱

（1 甘肅省計算中心 甘肅 蘭州 730030）

（2 甘肅省先進計算重點實驗室 甘肅 蘭州 730030）

0 引言

利用虛擬化技術能夠對互聯網環境下的資源進行高效化管理與科學應用，具有顯著的優勢。 基于虛擬化技術能夠降低管理難度，進一步提高互聯網信息資源的利用效率。 隨著對虛擬化技術研究的逐漸深入，越來越多的學者和企業嘗試將云計算機技術應用到虛擬化技術中，以進一步提高許虛擬化技術的數據處理能力，豐富信息服務類型，并實現信息資源的規?；芾怼?用戶在使用技術時并不需要再進行設備維護和相關數據軟件的購置。 基于云計算機的虛擬化技術已經成為信息化技術的熱門研究話題，對其進行深入研究具有重要的現實意義。

1 云計算機概述

云計算機技術以云計算技術為基礎。 云計算技術是分布式計算技術系統中的一種，通過網絡“云”將龐大的數據處理計算流程分解成無數個小型程序，然后通過多個服務器系統對其進行處理計算，并將最終集成的處理結果傳遞回用戶端完成整個處理流程。 與超級計算機和個人計算機不同，云計算機以分布式體系為核心，基于云計算虛擬化技術將計算資源融合，形成具有超級計算能力的計算機系統，能夠支撐大數據處理、高安全信息服務以及高吞吐率等服務需求，并具有存儲能力和計算能力無線擴展的功能［1］。 云計算機能夠為用戶提供托管應用存儲環境，以此實現動態化分配或部署計算資源的操作效果，并對信息資源的使用情況進行動態化的實時監控管理。 現階段，云計算機已經成為互聯網領域中的重要技術之一。

2 虛擬化技術概述

2.1 服務器虛擬化

服務器虛擬化可以根據不同的情況劃分出不同的資源，并可以在任何時間、任何地點將服務器資源配置到最需要的工作負荷上，從而降低管理難度，提升工作效率。例如，使用一個虛擬的服務器可以減輕對企業服務器的實際操作負荷，并加快其操作速度。 與網絡虛擬化應用相比，服務器虛擬化的應用更早。 而虛擬服務器在大眾的認識中，指的就是在整個網絡系統中安裝一臺服務器，然后利用虛擬化技術衍生出諸多虛擬服務器，用以存儲網絡資源。 如此一來，整個服務器的管理就變得更加高效了。

2.2 存儲虛擬化

存儲虛擬化是一種對存儲硬件資源進行抽象化處理的技術。 隨著云終端技術的發展，虛擬存儲技術的功能也日益凸顯出來。 其本質是利用虛擬化技術將多個存儲媒體統一管理，形成一個超級磁盤，為用戶提供了一個容量巨大、數據傳輸效率高的存儲系統。 例如，網易的“云存儲”就屬于比較典型的“虛擬存儲”。 存儲虛擬化主要包括磁盤條帶組和存儲局域網技術等。

2.3 客戶端虛擬化

客戶端虛擬化技術是一種將用戶終端和應用服務分離的技術。 它通過在云端構建一個虛擬機環境，并將應用服務部署在虛擬機中，讓用戶通過網絡直接訪問應用服務，從而實現資源共享和負載均衡的目的。 客戶端的主要功能是對計算機桌面、各類網站頁面、對話窗口以及服務器等展開一種虛擬的系統化服務，使得各種平臺操作更加方便靈活，確保服務器的各項顯示更加安全、可靠、高效。在這些技術中，最常用的就是電腦桌面和服務器的虛擬化。 通過桌面虛擬化技術，用戶可以在任意一臺電腦上訪問網頁，瀏覽網頁信息［2］。

3 基于云計算機的虛擬化技術設計分析

3.1 高資源使用率設計

為確?；谠朴嬎銠C的虛擬化技術在實際應用時能夠實現系統運行與數據資源處理的高利用率，在設計時可利用VMware DRS 功能。 該功能會在以下情況下進行操作或者提出合理建議：一是集群中的資源配置不夠科學合理，存在失衡問題；二是基于云計算機的虛擬化系統首次運行。 從系統運行的實際情況分析，VMware DRS 功能主要會受到DRS 配置情況的影響，通過設置DRS 配置級別即可實現對上述情況的控制選擇［3］。 在手動條件下，VMware DRS 會提出相關建議；在自動條件下，VMware DRS 則會進行基于云計算機的虛擬化系統的遷移處理。

3.2 高可用性設計

應用基于云計算機的虛擬化技術時，需要全面考慮系統原有的核心業務或者關鍵性系統。 這部分系統通常要求將系統停機時間控制在極短的范圍內，因此可將vSphere 中的HA 功能應用其中。 HA 功能會在運行期間對技術系統的運行情況進行監督控制，如果出現系統異常的情況，則會及時進行虛擬化云計算機的重新啟動處理。在應用HA 功能時還需要注意確保系統具有充足的資源，以保障系統重新啟動能夠順利進行。 一般情況下，基于HA 功能的虛擬化云計算機的重啟時間在3 min 以內。

3.3 維護控制設計

應用基于云計算機的虛擬化技術時，相關管理人員需要登錄vCenter 來查看和管理虛擬化技術相關應用運行狀態。 這樣可以對系統的運行狀態進行較為全面的監督，從而降低系統故障發生率和故障影響程度。 如果出現故障或異常情況，需要及時對其類型進行分析。 如果其屬于虛擬化層次，則會將其分配給專業的技術工程師進行處理和維護；如果其屬于應用層次，則會將其分配給相應的應用管理員進行處理和維護。 在完成系統虛擬化后，需要嚴格設置和管理系統運行的管理權限，并設置不同級別的異常故障警報，以實現高效精準的系統運行管理目標。

4 基于云計算機的虛擬化技術實踐應用探究

為進一步驗證基于云計算機的虛擬化技術在實際生活中的應用效果，本文以某企業機房設備的自動化管理項目為例，對其自動化管理系統的設計方案進行深入研究。

4.1 系統設計架構與技術路線

為實現機房設備自動化管理功能，首先需要對系統總體架構進行科學設計。 通過多點控制單元進行嵌入式開發設計，利用ARM 模塊對系統進行軟件開發，同時使用專門協議H.450.1 等進行業務補充。 終端模塊由網關、網守、終端軟件等共同組成［4］。 系統信息編碼模型結構由壓縮編碼規則和ASN.1 編碼規則等組成。 利用Visual DSP ＋＋4.53開發平臺中的多點控制單元構建信息處理終端和信息主動檢測模塊。 利用總線開發設計方法建立視頻信息監控、流程數據監控以及虛擬化數據處理模型。 利用上位機通信設計方案對人機交互系統進行設計。 基于云計算機的虛擬化技術的機房設備自動化管理系統如圖1 所示。

圖1 機房設備自動化管理系統結構圖

以ADSP-BF537 作為系統開發設計核心處理器；基于DSP 環境監理信息采集模型，利用RFID 射頻技術對初始數據進行采集整理；基于ARM Cortex-M0 進行系統APP開發；基于ZigBee 物聯網模塊構建系統開發環境；基于SIP 用戶代理和SIP 用戶服務器進行終端信息數據的交互。 同時，利用同態分類控制方法在系統中進行幀同步脈沖控制，對發送寄存器進行合理配置。 信息數據采集流程如圖2 所示。

圖2 系統信息數據采集流程

4.2 系統設計指標與組件模型

系統接口設計為通用接口和I／O 接口，利用MCU 控制單元對系統APP 軟件進行控制管理，安防信息數據采集使用安防監控傳感器，內部電路包括放大器、轉換器、濾波器等［5］。 在核心處理器中，利用設備中間件技術進行數據標簽的閱讀與識別。 在系統信息輸出端，利用AD 模塊進行數模轉換，并在控制顯示單元進行輸出穩態的特征分析。 通過人機交互控制和交叉編譯的方法建立數據傳輸控制模型與無線傳感組網，進而得到系統硬件設備。 詳細情況如圖3 所示。

圖3 系統硬件設備

4.3 系統開發設計與功能實現

4.3.1 系統硬件設計

利用統一資源定位符SIP UP 實現機房設備標簽設置與標記，以ARM Cortex-M0 作為主控制系統，在APP 終端對機房設備進行遠程監控和自動化管理，并通過異構節點控制方法實現輸出終端的融合設計［6］。 整個系統分為3個部分：感知控制層、網絡傳輸層以及應用服務層。 具體情況如圖4 所示。

圖4 系統結構體系

系統信息處理終端設計為ZigBee，其工作效率能達到20～250 kB／s。 同時，結合GPRS 通信技術和CompactPCI總線協議控制技術，能夠實現分組交換通道下的機房設備監控信息數據交換操作［7］。 在系統GPRS 和SGSN 網關中利用GGSN 通信傳輸形式進行分組數據交換，進一步得到系統動態參數的解析模型，并對其進行針對性處理，將最終數據信息發送到目的網絡系統中，基于分組控制單元以及Gb 接口單元可以得到GSM 空中接口的Um 接口數據，進而得到最終組網模型。

4.3.2 系統軟件設計

SIP 終端用戶協議采用nesC 組件接口設計形式，以此構建多媒體通信傳輸模式下的系統模型， 通過PCA82C250 與ADUM1201 實現系統控制，并基于BFCP 協議得到系統集中式媒體拓撲模型。 系統軟件詳細情況如表1 所示。

結合表中數據信息能夠建立系統信道輸出控制模型。媒體傳輸以RTP 協議為基礎，利用ast＿sip＿realtime 類對數據庫的數據信息進行直接讀取，以此對系統進行輸出穩定性的相關調節處理。

通過上述軟件和硬件系統的設計，最終得到基于云計算機虛擬化技術的機房設備自動化管理系統的集成化設計。

4.4 系統測試分析

在系統設計后對其進行性能測試分析。 將ZigBee 路由節點設置為240 個，CC2530F256 閃存設置為256 kB，通過32 MHz 晶振完成傳感信息采集操作，并將系統時鐘設置為32.768 kHz。 系統仿真測試的相關參數設定情況如表2 所示。 本文中提出的基于云計算機虛擬化技術設計的機房設備自動化管理系統在實際應用中具有相對較小的時間開銷，系統運行穩定性相對良好，能夠進一步提高該企業對機房設備的自動化管理能力。

表2 系統仿真測試相關參數設定

5 結語

通過本次研究能夠發現，基于云計算機的虛擬化技術在實際應用中具有良好的應用效果，能夠為信息化體系的建設提供有力支持。 然而，在應用過程中，該項技術也存在一定的挑戰問題，需要相關人員進行深入研究。 本文在分析該技術時以某企業機房設備自動化管理系統項目為例，深入分析了技術應用的注意事項和重點內容，對虛擬化云計算機技術進行了比較全面的闡述。 希望通過本次研究為教育領域的信息化建設提供一定支持。