探析虛擬云計算平臺的應用與研究

呂永帥 李衛軍 趙耀棟

【摘 要】高速發展的現代化信息技術徹底改變了人們以往的生活、工作方式。越來越多的企業開始應用以數據中心為業務運營平臺的信息服務模式。而且伴隨著信息量以及運算復雜程度的不斷提升，如何有效地提高管理效率就成為了企業管理所必須面對的一個重要問題。為此，本文主要對虛擬化和云計算的發展與應用進行深入分析。

【關鍵詞】虛擬技術；云計算；應用

【中圖分類號】F224-39【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0108-01

一、虛擬技術以及云計算的概念

虛擬化技術是一個廣義的專業術語，在計算機信息技術領域當中主要是指計算元件在虛擬的基礎上運行，而并非傳統意義上的真實基礎。虛擬化技術的特點則是可以將原本復雜冗繁的數據處理工作簡單化，即通過簡化軟件的重新配置過程，降低IT應用服務器以及軟件系統的數量。例如CPU的虛擬化技術可以單CPU模擬多CPU并行，允許一個平臺同時運行多個操作系統，并且所有應用程序都可以在相互獨立的空間內運行而互不影響，這樣一來就可以有效地降低系統的復雜程度，最大限度的提升計算機的工作效率。現階段最常用的虛擬化軟件是Microsoft公司設計開發的Hyper-V、VMware公司設計開發的第三代虛擬架構軟件、SWsoft公司設計開發的Virtuozzo以及Citrix公司設計開發的Xen、這其中以VMware公司設計開發的第三代虛擬架構軟件最具市場和成熟度優勢。

云計算（cloud computing）是基于互聯網的相關服務的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯網來提供動態易擴展且經常是虛擬化的資源。云是網絡、互聯網的一種比喻說法。過去在圖中往往用云來表示電信網，后來也用來表示互聯網和底層基礎設施的抽象。狹義云計算指IT基礎設施的交付和使用模式，指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需資源；廣義云計算指服務的交付和使用模式，指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需服務。這種服務可以是IT和軟件、互聯網相關，也可是其他服務。它意味著計算能力也可作為一種商品通過互聯網進行流通。

虛擬云計算平臺主要是指通過更加先進的計算機模式，讓用戶在互聯網環境中擁有近乎無限的計算能力，讓用戶對計算機的應用和服務更加自由。虛擬化技術的靈活性和延展性能夠提升云計算的資源利用率，最大限度的降低服務器的管理流程和維護難度，通過對數以萬計的服務器資源進行整理，合并成資源池，然后再根據不同的服務的形式將其分配給具有實際需求的用戶。虛擬云計算平臺提供Windows和Linux系列常用主流操作系統的運行環境，可以給用戶帶來更加輕松、自如的使用體驗。

二、虛擬云計算平臺的體系結構

虛擬云計算平臺的體系結構主要包括中央處理器、內存以及硬盤等硬件設施，然后對這些硬件設施進行邏輯抽象和統一表示，抽象和表示出的虛擬資源構成一個或者多個虛擬機，以便對這些硬件設施進行協調管理，極大的減小了系統管理的復雜性以及運營成本，提高了資源的使用效率和系統的運營效率。系統結構主要包括以下功能：

（一）資源管理

虛擬云計算平臺的資源管理可以分為資源虛擬化和資源監控兩大部分，首先資源虛擬化主要是指虛擬云計算平臺上所有的央處理器、內存以及硬盤等硬件設施，將其抽象成虛擬資源，然后以虛擬機的形式提供給用戶。資源監控則是對虛擬云計算平臺上所有的物力資源進行實時監控，以便了解這些資源的最新動態。

（二）節點調度

虛擬云計算平臺主要是由一個集群控制器和若干個節點控制器構成的。其中每一個節點控制器都配備相對應的虛擬控制器，然后運行一個或者多個虛擬機。一旦用戶申請虛擬機，此時集群控制器接到指令，然后按照某種調度策略選擇相對應的節點控制器，確保資源的合理分配和負載均衡。

（三）虛擬機生命周期管理

所謂虛擬機生命周期主要是指用戶申請虛擬機開始到用戶關閉虛擬機結束。在虛擬機生命周期內，用戶可以根據自身的實際情況對虛擬機的運行環境做出相應的調整，例如啟動、關閉、重啟以及遷移等，在虛擬機運行的時間段內，整個系統的所有權歸申請者，包括虛擬云計算平臺管理員在內的任何人都不允許對該系統進行任何操作。

（四）虛擬機監控

虛擬監控是云計算平臺中的一個重要功能。在虛擬環境中可以借助虛擬技術將中央處理器、內存以及硬盤等硬件設施整合成虛擬資源，然后以虛擬機的形式呈現給用戶。因此就需要對這些虛擬機進行實時監控，讓用戶了解虛擬機的運行狀態，以便做出及時的調整。在虛擬云計算平臺中，虛擬監控主要分為節點控制器對虛擬機的監控和集群控制器對云計算平臺上所有虛擬機的監控兩種形式。其中節點控制器對虛擬機的監控，可以了解到虛擬機的最新動態；集群控制器對云計算平臺上所有虛擬機的監控則可以獲得平臺上所有虛擬機的最新動態。

三、虛擬云計算平臺的應用研究

從上文中我們了解到虛擬云計算平臺上的核心功能包括資源管理、節點調度、虛擬生命周期以及虛擬機監控四大部分，對于這些核心部分的具體實現，需要從以下幾個方面進行深入探討：

（一）資源管理上統計集群所有節點控制器資源的結構體系為ccResourceCache。該結構體系一方面保存了所有節點控制器的中央處理器、內存以及硬盤等硬件設施，另一方面確保數據的實時性和有效性。

（二）節點調度提供三種調度方式，主要有GREEDY（每次選擇一個資源能夠滿足需求的可用節點）、ROUNDROBIN（將節點排序，按照輪詢的方式就選擇一個可用節點）、POWERSAVE（當節點上沒有虛擬機運行時，節點處于休眠狀態。每次選擇資源滿足需求的可用非休眠節點，如果沒有滿足要求的節點，則可以喚醒可用的休眠節點）。

（三）節點控制器中保存虛擬生命周期的結構體系為nc Instance。該結構體系中包含虛擬機的Id，虛擬機運行狀態、鏡像Id、鏡像URL、虛擬機類型等參數。與cc Instance相比，instance Id代表虛擬機的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表示虛擬機的登錄時間、啟動時間以及關閉時間。

（四）虛擬機監控則是利用集群控制器循環查看每個虛擬機的運行狀態，根據實際需要釋放被占有的網絡資源。具體根據獲取的每個虛擬機的最新動態信息，更新保存在集群控制器上該虛擬機的信息，如果某一個節點控制上在集群控制器設定的空閑時間內沒有虛擬機在運行，則該節點表示正在休眠狀態。

四、結束語

綜上所述，伴隨著信息技術以及互聯網技術的快速發展，使得虛擬云計算平臺的應用日趨成熟。虛擬化技術的興起徹底引起了信息技術的變革、促進產業格局的重新分配、改變了企業以及個人實用信息資源方式的先進技術已經被越來越多的部門所重視，與此同時，云計算作為一個新興事物也正在信息領域中被廣泛應用。本文首先分析了虛擬技術以及云技術的相關概念，然后分析了資源管理、節點調度、虛擬生命周期以及虛擬機監控這四大模塊的結構設計和具體應用，為今后虛擬技術在云計算平臺上的應用研究提供有力支持。

參考文獻

[1] 陳海波.云計算平臺可信性增強技術的研究[J].復旦大學，2008年第10期

[2] 王含章.可信云計算平臺模型的研究及其改進[J].中國科技技術大學，2011年第04期

[3] 羅登亮. 基于云計算的虛擬化容忍侵入系統研究[J].內蒙古科技大學，2011年第06期

[4] 王柳峰.基于虛擬化的云計算平臺內存資源協同共享技術研究[J]. 國防科學技術大學，2011年第11期

[5] 肖斐.虛擬化云計算中資源管理的研究與實現[J].西安電子科技大學，2010年第03期