基于云計算的檔案管理系統(tǒng)平臺技術研究

楊陽

（西安工業(yè)大學陜西西安710032）

在目前，PC依然是我們日常工作生活中的核心工具：我們用PC處理文檔、存儲資料，通過電子郵件或U盤與他人分享信息。但是如果PC硬盤壞了，我們會因為資料丟失而束手無策。而在“云計算”時代，“云”會替我們做存儲和計算的工作?！霸啤本褪怯嬎銠C群，每一群包括了幾十萬臺、甚至上百萬臺計算機。“云”的好處還在于，其中的計算機可以隨時更新，保證“云”長生不老。

目前雖然云計算技術發(fā)展迅速，但是通用的私有云平臺功能有其通用性同時也有其局限性，此時就需要針對檔案管理系統(tǒng)開發(fā)一個更適合的云平臺，使私有的云計算平臺可以更好地支持檔案管理系統(tǒng)的運行。

在云平臺中，用戶通過云平臺門戶進入到云檔案管理平臺。當用戶進入這個平臺后，根據(jù)不同用戶個性化需要，能夠隨時獲取自己想要的資源和服務，這是一種高效率的查詢管理服務方式。由于服務的資源分布在不同的地方，具有動態(tài)性、異構性、復雜性等特點，很容易就會出現(xiàn)資源負載不平衡的問題，在網絡帶寬受限的情況下，系統(tǒng)將會出現(xiàn)癱瘓，所以要對資源進行遷移，從而確保整個云平臺能夠高效、安全、健壯的運行。

1 云平臺設計與搭建技術研究

云計算（Cloud Computing），是一種基于互聯(lián)網的計算方式，通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需提供給計算機和其他設備。典型的云計算提供商往往提供通用的網絡業(yè)務應用，可以通過瀏覽器等軟件或者其他Web服務來訪問，而軟件和數(shù)據(jù)都存儲在服務器上。云計算服務通常提供通用的通過瀏覽器訪問的在線商業(yè)應用，軟件和數(shù)據(jù)可存儲在數(shù)據(jù)中心。

被稱為Vanderpool的虛擬技術簡稱VT，是英特爾公司處理器市場策略的一部分，能夠使用戶在他們的個人電腦上建立多套虛擬的運行環(huán)境以便能夠使同一臺個人電腦上能夠運行不同的操作系統(tǒng)。在VT中，可以同時運行多個操作系統(tǒng)，而且每一個操作系統(tǒng)中都有多個程序運行，每一個操作系統(tǒng)都運行在一個虛擬的CPU或者是虛擬主機上。

虛擬化技術既是云計算的關鍵技術之一，同時，它也是云的核心技術之一。虛擬化技術可以實現(xiàn)對于虛擬機的全狀態(tài)遷移以及熱遷移，也就是說遷移的對象不只是成員本身，也包括將其相應的執(zhí)行環(huán)境和系統(tǒng)狀態(tài)。應用虛擬化技術可以在單獨的物理服務器[4]上安裝不同的操作系統(tǒng)，開發(fā)不同的應用，這樣程序的運行環(huán)境和物理環(huán)境相隔離，可以極大限度的利用現(xiàn)有的硬件資源，同時也確保應用之間不受干擾，使得系統(tǒng)易于擴展。

VMware是研究虛擬化技術的先驅，通過對IT基礎設施進行構建虛擬數(shù)據(jù)中心，可以將分散在不同地方的硬件資源統(tǒng)一起來，搭建共享平臺，不同的應用程序可以根據(jù)需要動態(tài)的獲取資源，這樣就會使應用程序就具有高效性、安全性和易擴展性。

存儲是搭建云計算平臺過程中一個很重要的問題，數(shù)據(jù)存儲是虛擬化技術在進行實現(xiàn)時非常重要一個部分，數(shù)據(jù)通過共享存儲的方式，記錄當前虛擬機的運行狀態(tài)信息，為虛擬化的遷移做好準備。數(shù)據(jù)共享通過將一份文件存儲在設備的某一個分區(qū)，允許用戶共享訪問。沒有這個功能，那么凡是需要這份文件的用戶，都必須花時間、花存儲空間來自己備份文件，很明顯這樣會造成空間的極大浪費。

云計算之所以可靠性高和經濟性強，是因為通過采用廉價的普通PC和分布式處理技術，雖然在存儲數(shù)據(jù)上可能會在云端保存多個副本，但是這些冗余是必要的，因為他可以提高系統(tǒng)的安全性，在系統(tǒng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤的時候能夠很方便的進行容災性恢復。

2 云管理平臺的系統(tǒng)框架設計

VMware vSphere的虛擬化管理程序體系結構在虛擬基礎架構的管理中起關鍵作用。2001年推出的裸機ESX體系結構大幅增強了性能和可靠性，客戶可借此將虛擬化的優(yōu)勢擴展到他們的關鍵任務應用上。新的ESXi體系結構去除了基于Linux的服務控制臺，這代表著可靠性和虛擬化管理向前發(fā)生了類似的飛躍。新的vSphere ESXi體系結構的大小不足ESX的5%，從安全、部署和配置以及日常管理等方面改進了虛擬化管理程序的管理。

在已經搭建好的VMware云平臺的基礎上，開發(fā)一套基于VMware云平臺的用于檔案管理的遠程管理軟件，旨在使VMware vSphere云平臺更適用于系統(tǒng)的運行和管理，使系統(tǒng)更加高效、穩(wěn)定的運行。采用B/S架構，這樣可以直接通過Web方式進行管理和配置。

基于云計算的檔案管理系統(tǒng)平臺主要具備的功能包括：用戶權限管理；云平臺認證和授權；ESXi主機管理；虛擬機配置；虛擬機管理；存儲管理；網絡管理；資源管理；任務和計劃任務；事件和警告；vSphere性能監(jiān)控；HTTP訪問vSphere服務器文件等。

在上述功能中用戶權限管理、性能監(jiān)測以及虛擬機管理是系統(tǒng)的核心，其具體功能介紹如下：

用戶權限管理：通過Web登陸開發(fā)的管理平臺系統(tǒng)。可以多用戶登陸，可以有不同的角色權限管理。

性能監(jiān)測：vSphere性能數(shù)據(jù)收集、整理、存儲和展示。

虛擬機管理：添加刪除虛擬機、獲取虛擬機信息、配置虛擬機（名稱和位置、硬件版本、啟動選項、操作系統(tǒng)、CPU和內存信息、網絡、文件位置）、存儲管理：獲取存儲信息、配置磁盤分區(qū)，配置iSCSI存儲、管理VMFS卷。

虛擬機遷移（冷遷移、VMotion遷移，存儲vMotion）、快照、導入OVF。

3 系統(tǒng)開發(fā)的原理實現(xiàn)機制

利用VMotion機制，可以將物理主機上的一個虛擬系統(tǒng)遷移到其他的物理主機上，這個過程的實現(xiàn)需要涉及到下述3項技術：

1）虛擬機當前運行的全部狀態(tài)信息，如CPU運行情況，軟件本身的運行情況等都會被壓縮到一個共享存儲的文件系統(tǒng)中。

2）虛擬機的動態(tài)內存和當前的執(zhí)行狀態(tài)信息會通過一個高速的網絡進行快速傳輸，這樣就實現(xiàn)了虛擬機之間即時信息的傳輸，一旦任務需要發(fā)生遷移，源虛擬機就會將系統(tǒng)內存和狀態(tài)信息復制到目標ESX服務器中，當復制完成以后，VMotion將會自動關閉源虛擬機，并在目標ESX服務器中重新啟動虛擬機。

3）目標ESX服務器將虛擬機使用的網絡進行虛擬化，將MAC地址作為進程的一部分來進行管理，這樣在實時遷移之后，虛擬機的網絡身份和連接能夠得到保留。只要目標機被激活，由于虛擬機使用VMotion機制來進行實時的遷移，VMotion就會通過自動檢查網絡路由器來確保虛擬機的物理地址能夠被系統(tǒng)識別。由于在遷移時虛擬機系統(tǒng)的運行狀態(tài)，網絡身份以及動態(tài)鏈接都能夠受到保護，而在遷移的過程中并沒有引起主機停機或者是發(fā)生網絡中斷，因此，整個遷移過程對用戶來說并沒有影響。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1 配置步驟

在云平臺中，有許多邦員，每個邦員上運行的程序都不同，因此，每個聯(lián)邦成員對于虛擬機cpu、內存大小以及運算能力的要求都各不相同，為了實現(xiàn)資源的最大化利用和負載平衡，需要根據(jù)每個邦員的需要對虛擬機進行配置，配置的步驟如下：

第一步：進行云管理平臺系統(tǒng)的初始化，具體代碼如下：

private static AppUtil.AppUtil cb=null；

private ManagedObjectReference_virtualMachine=

null；

第二步：對云管理平臺系統(tǒng)進行實例化，具體代碼如下：

_virtualMachine=cb.getServiceUtil（）.GetDecendent

MoRef（null，"VirtualMachine"，vmName）；

VirtualMachineConfigSpec vmConfigSpec=new Virtual

MachineConfigSpec（）；

第三步：調用ReconfigVM_Task方法實現(xiàn)虛擬機的重新配置，具體代碼如下：

ManagedObjectReference tmor

=cb.getConnection（）._service.ReconfigVM_Task（_vir tualMachine，vmConfigSpec）；

在上述系統(tǒng)配置實現(xiàn)的基礎上，再依次獲取主機和虛擬機，內存和CPU等信息，再把后臺獲取到的數(shù)據(jù)，整理后顯示在web前臺頁面上，具體代碼形式如圖1所示。

圖1 性能監(jiān)測核心代碼Fig.1 The core code of performance testing

4.2 云平臺管理實現(xiàn)

云平臺管理系統(tǒng)實現(xiàn)的界面如圖2所示。

圖2 云平臺管理系統(tǒng)界面Fig.2 The interface of Cloud platform management system

在上述界面中首先點擊左邊列表中的虛擬機名稱，選擇要遷移的虛擬機，然后在可選擇目標主機欄里面選擇目的主機，最后再點擊界面上的“遷移虛擬機”按鈕，就可以實現(xiàn)虛擬機的手動遷移和自動遷移

主要接口函數(shù)：vmVMotion（String vmName2，String targethost2，String sourcehost2，String targetpool2，String targetdatastore，，String priority2，String state2）

//實現(xiàn)遷移功能，其中，參數(shù)有遷移的虛擬機名稱，目的主機、原主機、目標資源池、目標數(shù)據(jù)中心、優(yōu)先級和虛擬機的狀態(tài)，例如開機、關機、掛起等。

實現(xiàn)遷移的步驟如下：

第一步：從web頁面調用相應的action，具體代碼如下：

＜action nname="toVMotion"class="com.myclient.myaction.VMActio"method="toVMotion"＞

＜result name="success"＞vm_vmotion.jsp＜/result＞

第二步：由action層調用service層的方法，具體代碼如下：

userService.vmVMotion（vmName，"192.168.1.2"，"192.168.1.3"，"Resources"，"dk-disk-40g"，"default_Priority"，"poweredOff"）；

第三步：service層調用MyVmotion類中的方法來實現(xiàn)遷移的操作，具體代碼如下：

Public void vmVMotion（String vmName2，String targethost2，String sourcehost2，String targetpool2，String targetdatastore，String priority2，Stringstate2）

5 結束語

文中通過Java和Webservice技術，借助VMware提供的vSphere APIs開發(fā)了一臺云平臺客戶端管理系統(tǒng)，并且實現(xiàn)了云平臺上，在出現(xiàn)掉電、斷網、突然關機等情況下，應用的遷移，保證了檔案管理過程的繼續(xù)運行，提高了系統(tǒng)吞吐量及其性能，為進一步開展更復雜的云平臺應用進行了有益的探索。

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