基于云計算的虛擬計算平臺的研究與構建

◆周麗娟

數據安全與云計算

基于云計算的虛擬計算平臺的研究與構建

◆周麗娟

（山西財經大學實驗中心 山西 030006）

本文將云計算作為主要的研究對象，首先介紹了云計算以及云計算的重要性，討論了虛擬技術相關方面內容，并在此基礎之上，給出了虛擬計算機平臺實現構建方案的分析和總結，并對該平臺的系統功能進行介紹說明。

虛擬計算平臺；云計算；研究與構建

云計算好似一種將Grid Computing（網格計算）、Distributed Computing（分布式計算）和Parallel Computing（并行處理）作為基礎而出現的思維，是一種全新商業界常用的就算模型，我國的相關專業人士認為，云計算就是把就是在諸多的計算機資源池上進行計算任務的有效分布，并且將計算機中的諸多不同形式的系統進行充分應用，將其計算力、軟件服務以及存儲空間作為應用的依據來展開。從廣義的角度來看，云計算就是在網絡服務器集群上，給多種不一樣類型的客戶提供計算分析、數據存儲、硬件租借、在線軟件服務等諸多不同的服務。而從狹義的角度來看，云計算就是利用虛擬技術以及分布形式計算，共同組建起來的超級計算機或者數據的中心，通過按需租用或者免費的方法給技術方面開發人員以及相關客戶企業提供具有科學性的計算和分析，以及存儲數據等諸多服務[1]。

1 云計算技術重要性與虛擬技術

1.1 云計算技術重要性

當前，工程系統計算軟件更新速度較迅速，平均一年就將對其更新一次，并且隨著相關技術的不斷發展，更新過程中的軟件功能也在不斷完善，而主要的硬件設施也有了更高的要求，其中，實驗室的建設是近期研究最為頻繁的一個項目，在諸多高校實驗室中，除了對軟件不斷進行更新的同時，還需要通過大量的資金將計算能力進行有效的提升，而被淘汰下來的諸多設備則閑置處理，這樣的情況造成不小的浪費。而云計算可以對虛擬技術進行充分的利用，把諸多客戶端以及工作站有效結合成一個整體，從而形成虛擬計算實驗室，并且在進行更新的時候，舊工作站能給用戶繼續使用，有效減少不必要的浪費，因此，對其開展深入研究有著十分重要的研究意義和價值。

1.2 虛擬技術

在云計算當中，虛擬化技術是其中的一項核心技術項目，同時也為云計算和其他普通計算之間最根本性的一項區別特點，充分利用虛擬化技術，可以把單個的物力資源進行有效的劃分，將其劃分為諸多個虛擬資源，實際的操作系統在虛擬機上進行實際操作和運行，虛擬服務器和物理服務器之間完全一樣，可以對任意應用軟件進行有效的安裝。到目前為止，可以在虛擬服務器上進行應用的軟件有：Hyper-V、Xen、VMWare以及KVM等，而在這幾種虛擬化軟件當中，Hyper-V2.0集成在Window 2008，以及Window 2008之后的服務器相關操作系統之上，因此，Hyper-V2.0有著較強通用性能[2]。

2 虛擬計算機平臺實現構建方案

2.1 核心服務器構建

云計算的核心服務是云計算的三種不同模式，即Software as a Service（軟件服務）、Infrastructure as a Service（基礎設施服務）和Platform as a Service（平臺服務）。云計算整體構架體系如圖1。

圖1 云計算整體構架體系

基礎設施服務（Infrastructure as a Service）處于三層結構的最底層，其主要作用是給上層服務器提供存儲、網絡以及服務等操作的基礎性硬件設備資源。用戶可以在基礎設施的服務基礎上，對其中的系統以及運行程序進行有效的操作。此外，想要將硬件資源分配進行有效的優化，可以在基礎設施服務上引入虛擬技術，使其具有虛擬功能。

平臺服務（Platform as a Service）：該項服務主要作用是給計算應用程序提供運行的操作平臺。它可以把在正常運行過程中需要使用的基礎性設施以及資源以服務形式提供給用戶。

軟件服務（Software as a Service）：該項服務是一種應用程序，主要由開發商自己在服務器上進行部署和使用操作。

2.2 服務器云構建

服務器云是云計算平臺最核心部分，所有云計算平臺中的功能及子系統都依賴于服務器云來實現。它不僅包括了硬件服務器和底層操作系統部分，還包括了云計算平臺中的虛擬機超級監督器功能，是運行虛擬系統/功能服務器系統的底層基礎平臺。計算模式從大型機的方式逐漸過渡到微型個人計算機的方式，并且近年來過渡到普適計算上。但用戶仍然很難獲得異構類型的操作系統以及應用程序，在輕量級的設備上很難獲得完善的服務。本研究的基于虛擬化的云計算模式中，用戶無須感知計算具體所在位置，以及操作系統、中間件、應用等技術細節，虛擬化技術使底層差異封裝為應用的統一接口，用戶由同一接口只需要根據自己的需求，通過云計算平臺選取相應服務[3]。

2.3 構建物理結構

本次研究中采用的試驗平臺，其硬件方面的主要配置有：兩臺16GB隨機存儲器組合形成的雙通道內存、一顆至強四核中央處理器、一塊256GB固態硬盤，以及由4塊2TB的硬盤組合形成的RAID5儲存陣列。并將Windows Server 2008R2進行有效安裝，將其當做服務器的主要操作系統。

圖2 虛擬結構平臺整體結構圖

從本次研究的操作系統中，將工作站內部本地的用戶和組打開，系統中建立起遠程形式的用戶信息登錄，并把該用戶添加到管理員組當中。將終端服務器進行有效配置，讓該終端服務器可以同時支持多個不同用戶的遠程形式登錄[4]。

2.4 虛擬資源構建

通過對Hyper-V2.0進行充分的利用，創建出一個Windows 7 X64形式的虛擬機平臺。同時在這個平臺之安裝一些常用的工程軟件，其中包括：ANSYS、CATIA、MATLAB、Lab-VIEW以及ABAQUS等。然后經過操作sysprep，把創建完成的虛擬機平臺的封裝定為VHD的母盤文件。在此之后，能夠通過對母盤進行復制或者采用差分磁盤的方法，從而創建出虛擬機的平臺。創建出來的諸多臺虛擬機可以在同一個物理服務器上進行同時性工作，并形成了一個整體化的虛擬資源池，如圖3所示。

2.5 平臺的管理與訪問

在此方面，需要對Hyper-V2.0中的管理器進行充分的利用，并且對諸多虛擬機的整體運行情況以及狀態進行實時性監督和控制。同時，還實現了將諸多虛擬機的中央處理器以及內存的容量進行動態形式分配。

用戶客戶機對資源進行訪問的機制為預約形式，可以通過網絡瀏覽器向相關的管理員提出預約申請。在申請過程中，用戶需要提交計算任務中所需要的中央處理器數目、客戶機中MAC的地址以及內存的容量。管理員則需要將用戶所提出的要求作為基本型根據，將諸多虛擬機中的一臺虛擬機進行有效激活，并且開放接口。用戶可以采用遠程桌面進行連接，遠程連接后，需對MAC地址進行驗證，驗證成功，用戶即可對虛擬機進行訪問，并調用虛擬資源。有效驗證用計算來進行，如果驗證沒有通過，或者預約沒有成功時，訪問直接結束，系統將會直接回收虛擬機資源。當預約成功之后，則會與VCL系統下虛擬機資源池中的虛擬機加載相連，從而實現遠程連接。當用戶的有效訪問結束之后，整個訪問流程結束，同時系統會將虛擬機中的資源進行回收，將資源回收到虛擬機資源池中，可再一次進行加載以及遠程連接。如果驗證沒有成功，會直接進行資源回收，將資源返回到虛擬機資源池中，等待下一次進行加載以及遠程連接，依此循環進行訪問操作。圖4為云計算訪問的流程圖。

圖3 虛擬構建流程圖

圖4 云計算訪問的流程

虛擬計算機平臺的優勢及其應用

虛擬計算機平臺的推出和應用得到廣泛的關注和重視，它的優勢在于：第一，節約，虛擬技術可以實現將諸多不同的操作系統安裝在一個計算機上，節約了硬件成本；第二，仿真，由于采用了虛擬技術，即使只有一臺計算機，同樣可以對C/S以及B/S程序進行調試；第三，能干，虛擬計算機平臺可以在諸多方面工作領域中進行應用，并且可以進行網絡測試、網絡實驗、軟件測試，以及一些病毒、黑客攻擊等類型的測試工作；第四，安全，在虛擬計算機平臺中進行操作，不用擔心出現數據方面以及病毒方面造成的安全威脅，在正式運行的過程中，可以開啟虛擬技術，并且虛擬技術可將諸多復雜程序簡化，用戶的賬戶安全性可以得到極大的提高[5]。

以“藍云”為例，這是一種硬件和軟件集為一體的計算機平臺，該平臺已經可以在企業方面的平臺上進行應用，其數據與互聯網中的數據相類似。“藍云”將IBM Almaden的云基礎架構研究中心作為基礎，對Xen以及PowerVM的虛擬化軟件進行了應用，其中還包括由Linux操作系統映像和Hadoop軟件（Google File System以及MapReduce的開源實現）。目前，IBM已經推出在x86芯片服務器的系統進行操作應用的“藍云”系列產品。IBM創建云計算生態系統，“藍云”系列產品對虛擬化、SOA、軟件即服務、RDP（按需部署資源）等進行了充分的應用。IBM 將通過下面三種方式幫助客戶及其合作伙伴實現云環境：IBM 幫助客戶建立供內、外部使用的云環境；IBM 提供可供客戶及合作伙伴直接使用的云服務和軟件；IBM 正在建立一個由開發人員、合作伙伴、廠商和大學組成的云計算生態系統，推進云計算技術和標準的采用。通過新的云計算能力，IBM 將為企業開發并測試一體化的云計算解決方案，在保證業務的安全性與彈性的同時，保持了企業最佳的業務運營水平。除此之外，IBM推出了云計算基礎設施咨詢服務，該服務旨在幫助客戶識別與發掘利用云環境為最終用戶提供服務的機遇。隨著云計劃基礎設施策略與規劃的推出，IBM在此方面的實力得到了進一步加強。本項服務由一個策略研討會組成，它將企業與技術團隊召集起來進行長期規劃和準備評估，以使現有資產得到充分利用。

圖5 “藍云”部門界面圖

對于“藍云”系列之前沒有應用虛擬技術的計算機平臺產品，其完全不具有虛擬技術所提供的優勢，在對資源進行共享時，不可在同一臺計算機上對多個資源進行共享，真實的操作環境對其實際的操作造成了嚴重的限制，因此也無法對物力資源根據需求進行有效分配，同時造成了很大的浪費。而虛擬計算機平臺中加入了虛擬技術在其中，利用對虛擬機的封裝，用戶可以各自獨立的擁有可以進行操作以及運行的環境，從而實現諸多用戶對服務器中的諸多中心資源進行有效的共享。用戶能通過對虛擬化技術對資源進行充分的利用，實現了對私有形式的虛擬機進行有效的配置，得到了所需要的磁盤的空間、中央處理器數目以及內存的容量等，從而實現了根據需求有效分配資源。充分利用虛擬化技術，能夠有效提高服務器資源的利用率，減少浪費。此外，更好的幫助了服務器節能和均衡負載。

4 結束語

本文主要研究的云計算技術，適合應用于高校的計算工作站當中，該項設計和研究可以有效且大幅度的提升工作站自身工作的效率，擺脫資金造成的困境，合理降低開展日常維護工作總量，同時也可為財經類高校的網絡教學提供有效的幫助。本次研究對云計算技術中的低成本、高性能的特性進行了充分的利用，設計出一個將云計算平臺作為基礎的實驗室，有效提高了計算機實驗室整體支撐水平及服務能力。

[1]孫健, 賈曉菁.Google云計算平臺的技術架構及對其成本的影響研究[J]. 電信科學，2010(01)：123-124.

[2]李剛健.基于虛擬化技術的云計算平臺架構研究[J]. 吉林建筑工程學院學報，2011(01)：151-152.

[3]鐘輝新, 黃曉斌.基于軟件即服務的企業競爭情報服務模式與應對策略[J]. 情報理論與實踐，2012(07)：106-107.

[4]楊澤, 呂爭, 陳軍.基于網絡數據傳輸過程中數據流參數分析研究[J]. 信陽師范學院學報(自然科學版)，2010(02)：147-148.