云計算環境下資源管理研究

陳政聿 鄭路 楊晨 姜乃煜 薛東鵬

摘 要：本文在總結了以往對云計算的描述以及動態組織、優化分配和即時監控等方面研究成果的基礎上，進而闡述了云環境下資源管理所面臨和需要解決的新問題，并以此給出了構建了云環境下資源管理框架的思路。

關鍵詞：云計算：資源管理；資源優化配置

1 云計算定義

云計算是一種商業計算模型，它將計算任務分布到由大量服務器構成的資源池上，從而使用戶能夠根 據需要獲取計算能力、存儲空間和信息服務，這種資源池稱為“云”。“云”是一些可以自我維護和管理的 虛擬計算資源，通常是一些大型服務器集群，包括計算服務器、存儲服務器和寬帶資源等等。它是并行計算（Parallel Computing）、分布式計算（Distributed Computing）和網格計算（Grid Computing）的延續， 或者說是這些計算科學概念的商業實現。云計算是虛擬化（Virtualization）、效用計算（Utility Computing）、 laaS（Infrastructure as a Service，基礎設施即服務）、PaaS（Platform as a Service，平臺即服務）、SaaS（Software as a Service，軟件即服務）等概念混合演進并躍升的結果。在云計算的定義上，許多學者與機構各執一詞，下文列舉了幾個具有代表性的云計算定義方式：

Ian Foster等人[1]認為云計算是一個由經濟因素驅動的大規模分布式計算范式，在云計算之中有一個抽 象的、虛擬化的、動態伸縮的、計算能力得到管理的，且存儲、平臺和服務通過互聯網被按需提供給外部 用戶的資源池。

IBM在其技術白皮書[2]中指出：云計算一詞描述了一個系統平臺或一類應用程序；該平臺可以根據用 戶的需求動態部署、配置等；云計算是一種可以通過互聯網進行訪問的可以擴展的應用程序。

Michael Armbrust[3]等人認為云計算既是指通過Intemet作為服務發布的應用程序，也指提供這些服務 的數據中心中的軟硬件資源，這些服務通常被稱為SaaS。數據中心的硬件和軟件合在一起便是我們所稱的 “云”。當這些軟硬件資源以即用即付（pay as you go）方式提供給公眾時，稱其為公有云（public cloud），其所提供的服務就是效用計算（utility computing）；與之相對的是私有云（private cloud），其描述的是一個商業或其他機構對外不可用的內部數據中心，因此云計算即為SaaS和效用計算的融合。美國國家標準技術研究院給出的云計算定義為：云計算是一種普適的、便捷的、通過網絡按需介入到一組配置好的計算資源池（如網絡、服務器、存儲、 應用程序以及服務等）的模型，該模型能夠以最小的管理代價或與服務提供商的交互快速地準備及發布。

中國云計算網將云計算定義為[4]：云計算是分布式計算、并行計算和網格計算的發展，或者說是這些科學概念的商業實現。 根據部署模式的不同，云計算的類型又可以分為公用云、私有云和混合云。

資源管理是云計算的核心問題之一，它主要包括資源的描述、動態組織、發現匹配、優化配置和即時監控等活動。與傳統的分布式環境和網格環境下的資源管理所不同的是，云計算環境下資源管理是通過虛擬化技術的運用來屏蔽底層資源的異構性和復雜性，把分散的各種資源管理起來，使得分布式資源能夠被當作單一資源處理，形成一個統一的巨型資源池而不是分散的資源庫，以此確保資源的合理、高效的分配和使用，并且云計算環境下資源管理的各個組成部分之間并不是孤立的，資源的描述、組織、發現與匹配、

配置和監控是彼此之間存在緊密聯系的系統要素，它們之間的共同作用構成了一個整體。資源的描述和表示形式將影響到它的動態組織方式，而資源的發現與匹配機制又會因上述兩者的變化而做出相應的調整， 以實現高效資源提取；同樣的，在制定資源調度策略時，也會考慮底層資源的組織形式、發現與匹配機制；最后，資源動態監控將對系統中的各個要素進行檢測和控制，保證系統的安全、穩定和高效運行。

2 云計算資源管理框架構建

1.資源信息的表示和描述針對云環境下資源信息的表示和描述方法具有服務化、語義化和用戶化等特點，該方向主要有以下幾點問題：

①由于目前分布式計算及網格計算環境中資源信息的表現形式各異，描述語言多樣且雜亂，會使得在 此環境下的資源難以得到有效管理，因此云計算環境下資源信息描述方法應在現有的資源信息表示格式、方法及框架基礎之上進行相應的描述轉換問題，從而實現資源的統一描述，克服資源描述方式的多樣性， 資源的異構性和分布性等障礙，以此來支持云計算服務系統的開放性，降低系統構造復雜度，也為云資源發現與匹配提供良好的環境和基礎。

②在對云計算資源進行統一描述過程中，充分考慮資源的語義化描述問題，使其更貼近用戶的自然理解，更加準確反映資源的實際內容，從而達到高效的資源發現和匹配及支持面向用戶的智能化資源管理的目的。

③在對資源進行統一描述過程中，充分考慮用戶的個性化需求問題，以期進一步增強表述用戶信息的能力，加入如滿足SLA、QoS等需求的用戶個性化偏好信息，為用戶提供滿意的信息資源。因而，在云環境下信息資源管理研究中，應將重點放在研究適用于云計算環境的、面向資源管理的服務語義描述框架，進而研究基于用戶興趣的個性化資源定制需求的擴展服務語義描述框架。

2.資源的發現與匹配機制針對云計算資源的分布性和異構性特點，以及從資源發現過程中充分考慮用戶需求的角度出發，云環境下資源發現與匹配機制所面臨的關鍵問題主要在以下幾方面：

①基于分布式環境下的資源發現機制。云環境作為一種廣域的大規模分布式環境，資源存儲在異構平臺上，并且由不同的管理策略控制，研究不依賴集中控制的、迅速的、分布式、可擴展、能適應資源動態變化，并且定位性能好的資源發現機制是個亟待解決的問題。

②基于語義匹配的資源發現方法與技術。由于語義化資源描述可以使機器精確地理解、采集和組合信息，并且基于語義的信息很容易加入如SLA，QoS等個性化需求，從而研究云環境下基于語義匹配的資源發現方法也就成為一種必然。針對云計算環境中的海量資源，該領域應主要研究具有自適應特征的資源發現機制，建立基于服務語義描述和迭代反饋調整機制的資源匹配模型，并提出相應的求解方法。

3.資源的動態管理云計算資源的動態管理是個復雜的問題。在云環境中，資源的地理分布極廣，類型豐富和數量巨大，而且要求一定程度的協同工作：資源是動態變化的，包括資源屬性的變化，以及在云環境中的復制和遷移等；資源工作在異構平臺上，并且由不同的管理策略控制；在跨云計算平臺的資源需求協調過程中，資源為不同的組織擁有，這些組織具有不同的使用規則、計費模型、負荷能力和使用模型。

在這樣的環境中，就需要研究一種實時性強、擴展性能優異且適應資源動態變化的資源動態管理機制， 從而該領域未來的研究方法向應致力于協調用戶與資源提供者之間的關系，對資源進行有效組織、分配，研究云計算環境下基于用戶需求和用戶行為的資源推薦模型及算法，研究獲取跨組織、跨管理域的資源服 務協議，建立資源的動態優化分配機制，最終為云用戶提供優質的資源服務。

3 小結

在動態的云計算環境下對資源實現有效的管理是保證云計算系統高效運行、資源優化配置和服務即時提供的保障。本文在總結云計算資源的基礎上，提出了該領域所面臨的關鍵問題和挑戰。并構建了云計算環境下資源管理框架。

參考文獻

[1]Foster I，et a1.Cloud computing and grid computing 360-degree compared[C].Grid Computing Environments Workshop，IEEE，2008：1-10.

[2]智慧的地球一IBM動態基礎架構白皮書.http//www.ibm.com/cn/express/migratetoibm/dynamicinfrastructure/download/dy7namicinfrastructure_whitepaper0903.pdf.

[3]Michael Armbrust，et a1.Above the Clouds：A Berkeley View of Cloud Computing，mimeo， UCBerkeley，RAD Laboratory，2009.http：//www.eecs.berkeley.edu/Pubs/TechRpts/2009/EECS-2009-28.pdf.

[4]什么是云計算？中國云計算網[EB/OL].http：//www.cloudcomputin92china.cn/Article/ShowArticle.asp？Article ID=1.