高校私有云計(jì)算資源分配策略的改進(jìn)

陳王盛

(華僑大學(xué),福建 泉州 362021)

0 引言

基于虛擬化技術(shù)構(gòu)建的私有云因其在可用性、可管理性、能效等方面的優(yōu)勢,已經(jīng)成為高校的一種新型基礎(chǔ)設(shè)施,為數(shù)字化校園向智慧化演進(jìn)提供了強(qiáng)有力的支撐[1]。

高校的私有云因其規(guī)模受限,供需矛盾一直存在,如何科學(xué)合理地制定云計(jì)算資源(以下簡稱“資源”)分配策略并落地實(shí)施,是實(shí)現(xiàn)高效、低耗的私有云運(yùn)營目標(biāo)的關(guān)鍵。私有云與公有云的規(guī)模及所面對的應(yīng)用環(huán)境大不相同,供需差異顯著,故公有云的運(yùn)維管理技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)對私有云來說可參考性不高。因此,高校私有云的運(yùn)維管理單位要根據(jù)本校實(shí)際探索行之有效的資源分配策略,并根據(jù)實(shí)施效果不斷對其進(jìn)行迭代優(yōu)化,以實(shí)現(xiàn)更有效的云資源閉環(huán)管理。

根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)及已知的高校實(shí)際情況來看,當(dāng)前很多高校由于各種原因?qū)λ接性撇捎玫亩际庆o態(tài)分配策略[2-6],該策略的實(shí)施主要是負(fù)責(zé)接收申請、配給及回收資源,對已分配資源的利用情況關(guān)注度不夠,缺乏有效的閉環(huán)管理,能效難以提升,故而對分配策略加以改進(jìn)就很有必要。

1 高校私有云運(yùn)維管理的有利因素

公有云所面對的用戶及其業(yè)務(wù)需求復(fù)雜多變,因此一般采用資源儲(chǔ)備的方式以及時(shí)響應(yīng)用戶的無序需求。私有云的情況則正相反,它面對的只是校內(nèi)用戶單位這個(gè)單一群體,服務(wù)對象很明確。

私有云的運(yùn)維管理可以依據(jù)高校的數(shù)字化校園發(fā)展建設(shè)規(guī)劃,其建維單位多據(jù)此同步或適度超前做出計(jì)劃,實(shí)現(xiàn)對資源分配策略的制定和實(shí)施。

2 資源分配策略

2.1 資源分配的主要考量

資源主要包括算力類(包括CPU和GPU)、內(nèi)存類、存儲(chǔ)類、通信類等幾類,不同信息系統(tǒng)對各類資源的需求配比不盡相同。有的系統(tǒng)(如用于研究方面的仿真模擬設(shè)計(jì)等)計(jì)算量大,就需要相對更多的算力和內(nèi)存資源;有的系統(tǒng)(如用于文件存儲(chǔ)的網(wǎng)盤等)I/O頻繁、流量大,就需要相對更多的通信帶寬資源;有的系統(tǒng)(如數(shù)據(jù)倉庫、網(wǎng)盤等)需要持續(xù)保存海量數(shù)據(jù),就需要相對更多的存儲(chǔ)資源;而有的系統(tǒng)對各類云資源的需求相對均衡。可見,在給各信息系統(tǒng)配給云資源時(shí)要根據(jù)其業(yè)務(wù)內(nèi)容按需進(jìn)行適當(dāng)配比。

另外,云部署的信息系統(tǒng)在其運(yùn)營期間的業(yè)務(wù)量可能隨時(shí)間而發(fā)生波動(dòng),對資源的需求也因之可能產(chǎn)生波動(dòng)。再者,伴隨著系統(tǒng)業(yè)務(wù)不斷擴(kuò)大及數(shù)據(jù)的累積,其對資源的需求也會(huì)不斷遞增。

高校常見的一些信息系統(tǒng),如學(xué)生口的迎新離校、教師口的招聘考核等,這些系統(tǒng)在運(yùn)營期間會(huì)出現(xiàn)明顯的周期性業(yè)務(wù)波動(dòng)。另外,一些信息系統(tǒng),如學(xué)工、研工、公文、人事、科研以及財(cái)務(wù)等,這些系統(tǒng)在運(yùn)營期間不會(huì)表現(xiàn)出明顯的周期性業(yè)務(wù)波動(dòng)。這樣,按照各信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)波動(dòng)特性,云資源的運(yùn)維單位也要及時(shí)對其進(jìn)行資源調(diào)配,以滿足其業(yè)務(wù)需求。

綜上所述,在分配云資源時(shí)的主要考量就在于各信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)內(nèi)容及其波動(dòng)特性,不僅要滿足還要適配,以實(shí)現(xiàn)高效和低耗的云資源運(yùn)維管理目標(biāo)。

2.2 靜態(tài)分配策略的主要不足

當(dāng)信息系統(tǒng)因業(yè)務(wù)波動(dòng)而產(chǎn)生資源需求變化時(shí),云運(yùn)維管理機(jī)制要及時(shí)給予響應(yīng),根據(jù)資源情況進(jìn)行合理調(diào)配。但目前所實(shí)行的靜態(tài)分配策略無法適應(yīng)實(shí)時(shí)調(diào)整,容易導(dǎo)致分配過多資源給信息系統(tǒng),造成資源空占、效能低下的不良局面。如圖1所示某一信息系統(tǒng)在一個(gè)業(yè)務(wù)周期內(nèi)對云計(jì)算資源的實(shí)際需求與實(shí)際分配(均以百分比表示)的情況,直觀顯示了靜態(tài)分配策略容易產(chǎn)生的過量資源分配問題。

3 動(dòng)態(tài)分配實(shí)施策略

3.1 動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制

所謂動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制就是要在信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)谷峰發(fā)生轉(zhuǎn)變之前,選擇一個(gè)恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī),及時(shí)對其資源進(jìn)行調(diào)配以滿足需求。從本質(zhì)上講,動(dòng)態(tài)分配策略是根據(jù)信息系統(tǒng)實(shí)際業(yè)務(wù)需求分階段實(shí)施靜態(tài)分配策略的辦法。

3.2 動(dòng)態(tài)分配實(shí)施策略

動(dòng)態(tài)分配實(shí)施策略的首要工作就是必須先確定高校各信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)波動(dòng)時(shí)間節(jié)點(diǎn)及其相應(yīng)的資源變化量,以補(bǔ)充完善在靜態(tài)分配策略中可能缺失的這部分工作。通過跟蹤記錄各信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)周期內(nèi)不同時(shí)期對現(xiàn)有資源的實(shí)際利用情況,經(jīng)簡單分析計(jì)算即可確定其在業(yè)務(wù)高峰及低谷期對應(yīng)的實(shí)際資源需求量,形成信息系統(tǒng)資源需求,如表1所示。這項(xiàng)準(zhǔn)備工作雖然較為煩瑣,但各高校在這方面都有相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)和積累。

表1 信息系統(tǒng)資源需求

當(dāng)各系統(tǒng)的信息齊備后,接下來的工作建議按照起始時(shí)間及結(jié)束時(shí)間的先后分別對表進(jìn)行排序,生成2張有序表作為動(dòng)態(tài)分配策略的操作依據(jù),然后在信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)高峰時(shí)間節(jié)點(diǎn)前據(jù)以調(diào)高其資源,而在業(yè)務(wù)低谷時(shí)間節(jié)點(diǎn)后據(jù)以回調(diào)。需要注意的是,因?qū)嵤r(shí)可能涉及信息系統(tǒng)的臨時(shí)下線或恢復(fù),需相關(guān)運(yùn)維單位予以配合。對于沒有明顯業(yè)務(wù)波動(dòng)的信息系統(tǒng)同樣可據(jù)此表將其資源需求與配給進(jìn)一步適配,以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)分配策略在資源管理上的全面實(shí)施,進(jìn)一步緩解資源的供需矛盾。如果有相關(guān)廠商的自動(dòng)化軟件工具可用(一般需要付費(fèi)購置),如VMware的vSphere DRS等[7-10],實(shí)施工作會(huì)更簡單高效。

這樣,經(jīng)過幾個(gè)業(yè)務(wù)周期的動(dòng)態(tài)調(diào)整后,絕大部分信息系統(tǒng)的資源供需將達(dá)到較高程度的適配,而效能提升數(shù)據(jù)則要通過對2種分配實(shí)施策略下的資源利用情況進(jìn)行計(jì)算比較得出。如表2所示對不同策略下示例信息系統(tǒng)一個(gè)業(yè)務(wù)周期(12個(gè)月)的各類資源占用率及時(shí)長進(jìn)行了比較,各百分比數(shù)據(jù)是以靜態(tài)分配策略下最高資源占用率為基準(zhǔn)(100%)。

表2 示例信息系統(tǒng)資源占用

信息系統(tǒng)一個(gè)業(yè)務(wù)周期的平均資源占用率計(jì)算公式為:

常規(guī)的能效計(jì)算因?yàn)樯婕澳茉吹葘?shí)際用量計(jì)量操作,難度較大且無法對云上各信息系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)測量,而平均資源占用率直接體現(xiàn)了信息系統(tǒng)的資源耗用情況,能間接反映能耗情況,因此信息系統(tǒng)的資源利用能效計(jì)算和比較采用這一指標(biāo)。

按照上述給定公式,由表2可算得該系統(tǒng)的平均資源占用率靜態(tài)策略是4,動(dòng)態(tài)策略約為2.92。與靜態(tài)策略相比,動(dòng)態(tài)策略的平均資源占用率減少了27%(即(4-2.92)/4),平均資源占用明顯減少,資源應(yīng)用效能可獲得有效的提升。

若云運(yùn)維單位各相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)均按照改進(jìn)后的資源分配策略予以實(shí)施,則能顯著提升資源管理效能。

4 結(jié)語

綜上所述,高校私有云計(jì)算應(yīng)用的有序特點(diǎn)為資源分配策略的制定提供了有利條件。理清高校信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)與云計(jì)算資源的供需關(guān)系后,就可以將不完善的資源分配靜態(tài)實(shí)施策略調(diào)整改進(jìn)為動(dòng)態(tài)分配實(shí)施策略,由此有效改善相關(guān)信息系統(tǒng)的資源多耗狀態(tài),顯著提升資源應(yīng)用能效,符合高校云計(jì)算運(yùn)維單位提高管理效能的實(shí)際需求。今后,如有條件對云平臺(tái)進(jìn)行升級(jí)改造,上述策略仍然可以結(jié)合自動(dòng)化管理手段參照實(shí)施。