虛擬器件應用研究

程 瑩，張云勇,劉 露，賈興華

（1.中國聯通研究院 北京 100048；2.中國聯合通信網絡有限公司技術部 北京 100140）

1 引言

云計算技術通過提供靈活、按需服務的IT基礎設施架構，促使信息處理方式正發生著革命性的轉變。其核心包括虛擬化技術和海量數據處理技術。其中，虛擬化技術所帶來的獨立性、高度整合性和移動性，為計算資源池化提供了實現的可能，它通過消除應用層和物理主機之間的障礙，使IT部署更為輕松便捷，工作負載的移動性也得到了顯著增強，從而改變了當前IT的基礎架構 、流 程 以 及 成 本[1，2]。

目前，業內推出的各種云計算方案，由于維護其正常運行的技術標準多有不同，廠商間由于商業利益的原因導致云計算產品往往自成體系，使得希望提供公共計算服務的運營商很難在不被特定廠家鎖定的情況下提供池化的計算服務，這極大地限制了云計算的普及和推廣。因此，標準的缺失已經嚴重限制了云計算的進一步發展并釋放其全部潛能，制定行業互操作性是當前亟待解決的問題。惟有如此，用戶才能放心地選擇云計算技術，獲得按需服務的靈活性。同時，這也有助于IT技術廠商專注于改進產品的功能、可靠性及性能，而不再將重點放在格式和協議上。

2 虛擬器件概述

虛擬化技術在提高系統管理的自動化程度和加快應用部署速度等方面具有卓越的潛力和優勢，然而目前大多數系統管理員在部署應用時依然采用物理機時代的方式，不斷重復地從底層操作系統、支撐應用的軟件、配置應用、激活軟件、優化系統、軟件設置等逐層配置，花大量的時間在重復的工作上，有礙于系統管理的自動化和應用的快速部署。

正是在這樣的背景下，虛擬器件（virtual appliance）的概念應運而生，它定義了一個預配置的軟件堆棧，包括一個或多個虛擬機，每個虛擬機都自帶操作系統和相關應用，可自運行，并明確了其所需的虛擬資源。虛擬器件主要應用于發布和部署，支持跨平臺、預配置、多層架構，同時在安全性方面也有所覆蓋。下面簡要介紹虛擬器件和虛擬機的主要區別以及虛擬器件的生命周期。

2.1 虛擬器件和虛擬機的對比分析

虛擬器件和虛擬機的對比分析見表1。從表中可以看出，虛擬器件完全具備普通虛擬機的優勢并且在安全措施方面更為靈活，同時支持多個虛擬機不具備的功能，主要包括跨平臺、多層架構部署、預配置和預優化、應用激活和調優以及許可證和清單管理。

表1 虛擬器件與虛擬機的對比分析

2.2 虛擬器件的生命周期

虛擬器件的生命周期主要包括開發→封裝和分發→部署→管理→下線[3]。

（1）開發

分析應用的環境需求；準備和啟動一個或多個操作系統虛擬鏡像；安裝支撐應用的軟件；安裝配置應用；安裝用于激活的軟件；優化系統和軟件設置。

（2）封裝和分發

將虛擬鏡像和必要的格式封裝成虛擬器件；在本地調試虛擬器件包。

（3）部署

在虛擬化平臺上部署虛擬器件包；啟動已經部署成功的虛擬器件；激活已部署的虛擬器件的網絡和軟件設置。

（4）管理

監控虛擬器件的資源利用率和SLA。

（5）下線

刪除或存檔這個虛擬器件，同時釋放該虛擬器件所占用的資源。

以虛擬器件生命周期為核心的管理模式，將極大提高數據中心資源池化的自動化部署程度。從上面的介紹可以看到，虛擬器件已將一系列繁冗重復的步驟抽象并流程化，從而盡最大可能地流程化，使得虛擬器件在系統管理和應用部署方面的價值發揮到最大。

3 虛擬器件的優劣勢分析

3.1 虛擬器件的優勢分析

從前面的介紹不難看出，虛擬器件的優勢主要包括：簡化開發并降低測試的成本；加快發布的速度；提供更可靠的安全保障；支持多層架構的應用；避免被特定廠商壟斷；降低維護和購買成本；采用類似Apple的App Store模式，從而降低虛擬化技術應用的復雜度。

3.2 虛擬器件的劣勢分析

虛擬器件的設計導致了它所需的空間比單純的應用大很多，因為每個虛擬器件包至少要包含一個操作系統。對于那些安全非常方便且輕量級的軟件，虛擬器件不是最佳的發布方式。

另外，很難對現有的虛擬器件進行有效的更新。因為現在常用的更新方式是以虛擬器件為單位的，假設要更新這個虛擬器件，首先要重新下載一個新版本，用新版本替換舊版本。這樣的模式很難在現有虛擬器件基礎上做細粒度的更新。

4 OVF簡介

為了使虛擬器件的概念落到實處，DMTF（distributed management task force，分布式管理任務組）創建了OVF（open virtualization format，開放虛擬化格式）標準，并且將其作為 VMAN（virtualization management，虛擬化管理）項目的組成部分，旨在推動虛擬化的管理和互操作性。目前已開發至1.1版本。該標準描述了開放、安全、可移動、高效并且可擴展的格式，可應用于運行于虛擬機之上軟件的封裝和分發。OVF1.1目前處于虛擬器件生命周期中封裝、分發和部署的階段。OVF1.1采用XML文件捕獲虛擬器件的元數據，該文件主要包括虛擬機的元數據和其他多個組成部分——虛擬磁盤、網絡及資源的需求（如CPU和內存限制）、軟件許可、虛擬機啟動順序以及一個或多個虛擬機的配置信息。OVF是可擴展的同時允許OVF包的創建者加入額外的元數據信息。

OVF1.1 標準[4]中定義了 OVF 包（OVF package）結構和OVF 環境文件（OVF environment）等內容。

4.1 OVF包結構

作為OVF標準的核心，OVF包中包括5種文件，見表2。其中，OVF描述符文件、OVF清單文件和OVF認證文件需要同名。

表2 OVF包文件描述

4.2 OVF描述符及信封

OVF描述符文件是虛擬器件的核心文件，所有關于包的元數據及其內容都存儲在OVF描述符文件中，它是一個可擴展的XML文件，便于寫入信息，包括軟件產品細節、虛擬硬件需求以及軟件版權。OVF描述符文件包括一個信封（envelope）元素，它是描述符文件中的核心內容。信封元素描述了虛擬機的所有元數據，包括虛擬硬件和OVF包本身的結構等內容。主要元數據模塊見表3[5]。

表3 OVF信封主要元數據模塊

4.3 OVF環境文件

OVF環境文件也是一個XML文檔[6]，它定義了運行于虛擬機之上的軟件（包括操作系統、應用軟件及服務）與部署平臺間的交互方式，應用于部署階段。它由OVF部署平臺在部署OVF包的過程中生成，并提供給已部署虛擬系統中的軟件使用。OVF環境文件的作用是提供已部署在OVF包中的軟件的配置、屬性等信息。在OVF包的部署過程中，部署平臺將收集與自定義屬性鍵相關的值，并構建OVF環境文件。

OVF環境文件包括協議 （protocol）模塊和通信(transport)模塊。其中，協議模塊定義了XML文檔的格式和語義，從而可以配置OVF包中軟件。通信模塊定義了部署平臺和OVF包內軟件如何交互。

OVF環境文件部署的具體流程如下：

·部署工具提示用戶確定信封的產品模塊內的軟件配置選項；

·部署工具通過用戶的數據生成OVF環境文件并將其傳入虛擬機中；

·虛擬機上軟件會讀取這個環境文件，并執行相關操作。

5 OVF的應用及未來發展方向

OVF1.1發布以來，得到了業內主流廠商的關注和重視，目前已經有多家廠商在產品設計時采納了OVF協議并將其作為核心的部署模型，主要包括VMware的vCloud Express、IBM的WebSphere CloudBurst Appliance以及開源的Xen Cloud Platform等。

OVF協議本身作為DMTF中VMAN項目的基礎和核心組成部分，為虛擬化管理、云平臺互操作性提供了實現的可能和依據[3，7]。OVF協議已取得了業內多家廠商的認可和跟進，正提交至國際三大標準組織ISO、IEC和ITU，已獲得初步肯定。DMTF正在開展OVF2.0的開發工作，不僅包括虛擬機的封裝，還將涉及防火墻、負載均衡、QoS、SLA、網絡基礎設施等內容。但是，必須看到，OVF協議目前還不夠完善，在虛擬器件生命周期中僅涉及了封裝和部署兩個階段，在后續同樣重要的平臺管理方面缺乏支持，限制了它的推廣。另外，目前實現的功能也需進一步強化，特別是在OVF包的軟件激活上。

6 結束語

虛擬器件的發展將突破目前虛擬化管理和互操作上廠商各自為戰的“戰國時代”，打破廠商自成體系的產品壁壘，為云計算標準化打下堅實的基礎，使計算資源池化成為可能，實現按需服務的靈活性。OVF協議是虛擬器件思想的協議級實現，目前已經得到多家廠商的跟進并獲得國際標準化組織的初步認可，未來在深度和廣度上的加強和擴展將極大地推動云計算的普及和推廣。

1 童曉渝，張云勇，戴元順.從公眾通信網向公眾計算通信網演進.電信科學，2010，26（6）

2 劉鵬.云計算.北京：電子工業出版社，2010

3 DMTF VMAN Technical Note.Virtualization management(VMAN)initiative,2010

4 DMTF DSP0243_1.1.0.Open virtualization format specification,2010

5 DMTF dsp8023_1.1 OVF envelope XSD.xml，2010

6 DMTF dsp8027_1.1 OVF environment XSD.xml，2010

7 DMTF VMAN&Cloud Interoperability Overview Document.Virtualization management(VMAN):a building block for cloud interoperability,2009