自主虛擬化技術(shù)在資源自主管理中的應(yīng)用

張建業(yè)卿松王旭

（1.國網(wǎng)新疆電力公司科技信通部，新疆烏魯木齊 830000；2.新疆電力公司電力科學(xué)研究院，新疆烏魯木齊 830000）

自主虛擬化技術(shù)在資源自主管理中的應(yīng)用

張建業(yè)1卿松1王旭2

（1.國網(wǎng)新疆電力公司科技信通部，新疆烏魯木齊 830000；2.新疆電力公司電力科學(xué)研究院，新疆烏魯木齊 830000）

虛擬化技術(shù)伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。虛擬化的特點(diǎn)在于其能將所有有用的存儲(chǔ)和計(jì)算資源以資源池的方式整合成一個(gè)單一的視圖。通過虛擬功能的有效發(fā)揮，全部資源將變成如日常生活中的“水”和“電”，并成為企業(yè)信息系統(tǒng)中的“公用設(shè)施”。文章首先對(duì)計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)進(jìn)行扼要介紹；其次對(duì)分布式環(huán)境下資源管理的問題和需求進(jìn)行分析；最后構(gòu)建虛擬化技術(shù)應(yīng)用于資源自主管理的藍(lán)圖，并就一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行探討，以期為提升虛擬化技術(shù)的應(yīng)用水平而拋磚引玉。

虛擬化 資源管理 應(yīng)用

互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，各種形式的IT資源和基礎(chǔ)架構(gòu)分散在不同的地方，且不同資源往往配置不同的管理系統(tǒng)，因此很難實(shí)現(xiàn)綜合管理。此外，應(yīng)用側(cè)需求也不斷發(fā)生變化。因此，搭建有效的資源管理平臺(tái)，成為當(dāng)下Internet領(lǐng)域急需解決的重大問題。

1 計(jì)算機(jī)虛擬化技術(shù)

1.1 硬件分區(qū)

即將硬件劃分為數(shù)個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)配獨(dú)立CPU和內(nèi)存，并安裝獨(dú)立操作系統(tǒng)。這種方式在金融領(lǐng)域應(yīng)用較廣，但明顯缺乏良好的靈活性。

1.2 虛擬機(jī)技術(shù)

不對(duì)底層硬件進(jìn)行分區(qū)，而是部署統(tǒng)一Host系統(tǒng)，并在該系統(tǒng)上加裝“Virtual Machine Monitor”。很顯然，虛擬層只是一個(gè)應(yīng)用軟件，而不涉及到操作系統(tǒng)內(nèi)核。虛擬機(jī)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：能將多個(gè)異類的操作系統(tǒng)安裝于同一個(gè)節(jié)點(diǎn)上。缺點(diǎn)：代碼量大，執(zhí)行時(shí)對(duì)設(shè)備性能的要求高，一般僅用于實(shí)驗(yàn)室。

1.3 準(zhǔn)虛擬機(jī)技術(shù)

該技術(shù)以Xen為代表。特點(diǎn)是通過改動(dòng)操作系統(tǒng)內(nèi)核，加入Xen Hypervisor層，并以此來調(diào)配各類資源。Xen Hypervisor層仍然要模擬各種硬件和安裝Guest系統(tǒng)，但它能允許同時(shí)啟動(dòng)安裝在相同硬件設(shè)備上的多個(gè)不同系統(tǒng)。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，一些公司開發(fā)出Pacifica和VT等技術(shù)，即在CPU中加入虛擬指令，從而避免修改內(nèi)核、降低了對(duì)硬件性能的要求。

1.4 操作系統(tǒng)虛擬化

技術(shù)特點(diǎn)：通過對(duì)單一節(jié)點(diǎn)運(yùn)行的唯一操作系統(tǒng)加裝虛擬化平臺(tái)，將系統(tǒng)分隔成許多獨(dú)立的“容器”，每個(gè)容器是一個(gè)虛擬專用服務(wù)器（也稱虛擬環(huán)境）。在該項(xiàng)虛擬化技術(shù)中，數(shù)個(gè)虛擬環(huán)境共享同一個(gè)文件系統(tǒng)（以模板方式），且不存在對(duì)硬件設(shè)備的模擬，每個(gè)節(jié)點(diǎn)也只有一個(gè)內(nèi)核，因此整體性能有了很大提升。

圖1 基于虛擬化的資源自主管理架構(gòu)

2 分布式環(huán)境下資源管理的現(xiàn)狀

（1）互聯(lián)網(wǎng)上存在海量的來自不同地域的異構(gòu)資源，這些資源要被用戶有效共享，需要一系列中間解決方案。而傳統(tǒng)的方法均是基于操作系統(tǒng)層面，易受到跨管理域的限制，帶有明顯局限性。另外，傳統(tǒng)的資源處理方式容易受惡意用戶或不可信代碼的影響，進(jìn)而使網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制得不到實(shí)現(xiàn)，使資源完整性無法保證。（2）資源管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是建立高效、靈活的分布式共享資源渠道，而當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境所支撐的共享資源仍非常依賴于操作系統(tǒng)的機(jī)制，使廣域環(huán)境中的區(qū)域管制、多用戶管理、運(yùn)行環(huán)境支持、文件系統(tǒng)管理等許多方面的問題變得復(fù)雜。（3）為了保護(hù)布式環(huán)境中大量的傳統(tǒng)性應(yīng)用系統(tǒng)，在進(jìn)行資源管理平臺(tái)的開發(fā)時(shí)應(yīng)盡可能少地改動(dòng)傳統(tǒng)應(yīng)用。因此，如何有效移植傳統(tǒng)應(yīng)用將是今后階段的一個(gè)重要研究方向。

3 虛擬化技術(shù)在資源自主管理的應(yīng)用

根據(jù)本文前面的論述可知：在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，采用虛擬化技術(shù)可將當(dāng)前的資源管理模式提升一個(gè)層次，為建立大數(shù)據(jù)計(jì)算基礎(chǔ)提供核心支撐，并有效解決跨域管理、用戶隔離性、運(yùn)行環(huán)境部署及資源安全性等一系列重大問題。

本文以虛擬化技術(shù)的基礎(chǔ)方法與理論為導(dǎo)向，探索建立以契約機(jī)制為重心的自主資源管理機(jī)制，結(jié)構(gòu)框圖見圖1所示。

以上架構(gòu)要順利實(shí)現(xiàn)，需要依次采取以下步驟：（1）為提高系統(tǒng)配置和軟件安裝效率，首先建立云仿真中心系統(tǒng)；（2）為動(dòng)態(tài)產(chǎn)生虛擬資源并盡量提升存儲(chǔ)空間的利用效率，制定虛擬機(jī)映像機(jī)制（如TVA），并編制模糊聚類算法。（3）為優(yōu)化緩存使用和預(yù)取策略，設(shè)計(jì)環(huán)境自動(dòng)部署系統(tǒng)，以快速建立虛擬化集群。（4）建立QoS評(píng)估模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源管理的輔助決策，同時(shí)優(yōu)化搜索效率。（5）對(duì)幾種典型的資源服務(wù)模式進(jìn)行分類并建模：①為實(shí)現(xiàn)異構(gòu)/異地資源相互轉(zhuǎn)化的高效率，需建立專門的協(xié)同分配模型；②規(guī)定（分布式）數(shù)據(jù)資源的放置方法，并經(jīng)過天文網(wǎng)格的檢驗(yàn)；③為達(dá)到選擇性接收資源預(yù)約的管理目的，設(shè)計(jì)自適應(yīng)類型的任務(wù)管理模式；④為了在資源與用戶等先知信息缺失的情況下，依舊保持較優(yōu)的搜索用時(shí)、準(zhǔn)確度、非熱點(diǎn)覆蓋等性能，需編制資源推薦算法（一般可選用基于序列分析的原理）。（6）云平臺(tái)監(jiān)控中，需考慮遷移機(jī)制以及容錯(cuò)，因此可編制類Huffman策略的（聯(lián)邦數(shù)據(jù)整合）算法；QoS架構(gòu)采用自主思想，即根據(jù)服務(wù)者與用戶之間的SLA約定，以“閉循環(huán)”自適應(yīng)調(diào)解方式實(shí)現(xiàn)服務(wù)保障。

4 結(jié)語

資源管理是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及建模、分析、估測(cè)、優(yōu)化等諸多方面，需要占用大量硬件資源。在互聯(lián)互通的Internet時(shí)代，運(yùn)用虛擬化技術(shù)不但可幫助實(shí)現(xiàn)資源的自主管理，還能節(jié)約不菲的硬件設(shè)施，值得廣泛推廣。

［1］王曉英.基于虛擬化技術(shù)的資源自主管理模型與機(jī)制［J］.中國科技成果，2014.（7）：38-39.

［2］常亮.網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境下的分布式自主資源管理框架設(shè)計(jì)［J］.大科技，2013.（3）：48-50.

張建業(yè)（1972—），男，國網(wǎng)新疆電力公司科技信通部，學(xué)歷：碩士，職稱：高工，從事信息化管理工作；

卿松（ 1975—），男，國網(wǎng)新疆電力公司科技信通部，學(xué)歷：本科，職稱：高工，從事信息化建設(shè)工作；

王旭（ 1964—），男，新疆電力公司電力科學(xué)研究院，學(xué)歷：本科，職稱：高工，從事信息安全工作。