基于云計(jì)算環(huán)境的虛擬化資源管理分析

蘇君麗

【摘要】? ? 文章先分析了相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)和云計(jì)算平臺(tái)管理需求，隨后介紹了VMWARE VSPHERE的APPLICATION SERVICE，最后介紹了VMWARE VSPHERE資源調(diào)度框架的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，希望能給相關(guān)人士提供有效參考。

【關(guān)鍵詞】? ? 云計(jì)算環(huán)境? ? 虛擬化資源? ? 管理策略

引言：

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，云計(jì)算技術(shù)逐漸變成一種全新服務(wù)形式，并逐漸滲透到人們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中，合理應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)可以將某些計(jì)算任務(wù)利用虛擬化云計(jì)算技術(shù)，分布于由各種計(jì)算機(jī)設(shè)備組成的資源池中，能夠有效提升云計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用程序和相關(guān)資源效率。

一、基礎(chǔ)知識(shí)分析

1.1云計(jì)算平臺(tái)

云模型對(duì)應(yīng)三種規(guī)則組建分別是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)服務(wù)、平臺(tái)服務(wù)和程序服務(wù)。應(yīng)用程序服務(wù)模塊屬于云中運(yùn)行的應(yīng)用程序，而平臺(tái)服務(wù)層則是主要是把應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)當(dāng)成一系列服務(wù)的層，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)服務(wù)層屬于一套物理資產(chǎn)。而云則是某種計(jì)算資源，通常是部分大型服務(wù)器集群，結(jié)合需求差異為用戶提供不同服務(wù)，平臺(tái)服務(wù)能夠促進(jìn)使用者結(jié)合各自需求提供程序基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，而基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)服務(wù)層屬于云底層。云共有三種類型，分別是混合云、私有云和公共云。公共云主要是云供應(yīng)商提供，私有云屬于企業(yè)自身提供云服務(wù)，混合云則是私有云和公共云兩種混合形式，具體來(lái)說(shuō)，云供應(yīng)商應(yīng)該針對(duì)各種軟硬件資源實(shí)施有效的供給、管理與維護(hù)，而私有云同時(shí)具有公共云無(wú)法比擬的安全性，公共云和私有云之間交互較為復(fù)雜。

虛擬機(jī)監(jiān)視器VMM模型。虛擬化能夠于計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)中的各個(gè)抽象層實(shí)現(xiàn)，最早是由IBM提出了虛擬化概念，而VM屬于虛擬化基礎(chǔ)單元，同時(shí)也是創(chuàng)建虛擬化環(huán)境基礎(chǔ)平臺(tái)。虛擬化實(shí)質(zhì)本質(zhì)針對(duì)底層資源實(shí)施合理分區(qū)，而一個(gè)VM普遍是由和物理機(jī)對(duì)應(yīng)虛擬硬件構(gòu)成，結(jié)合計(jì)算機(jī)自身層次結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步把虛擬化系統(tǒng)分成操作系統(tǒng)虛擬化、程序庫(kù)虛擬化、編程語(yǔ)言虛擬化、硬件虛擬化、指令虛擬化。VMM也是虛擬化中的核心技術(shù)軟件，聯(lián)系VMM具體結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步分為以下幾種模式：宿主機(jī)模式，即在宿主機(jī)操作系統(tǒng)中運(yùn)行的應(yīng)用程序，宿主機(jī)模式主要優(yōu)勢(shì)是能夠合理利用現(xiàn)有主機(jī)內(nèi)部操作系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)。而具體操作缺陷是VM資源會(huì)受到宿主機(jī)系統(tǒng)控制，只有經(jīng)過(guò)VMM層才能實(shí)現(xiàn)硬件訪問。獨(dú)立監(jiān)視器模式下，相關(guān)VMM屬于一種簡(jiǎn)化后的操作系統(tǒng)，VMM能夠?qū)τ布M(jìn)行全面控制，提升資源虛擬化效率。而主要運(yùn)行缺陷是需要提供不同硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)。而混合虛擬化同時(shí)具備上述兩種模式優(yōu)勢(shì)，擁有較高的虛擬化效率[1]。

1.2虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)主要目標(biāo)是對(duì)物理計(jì)算資源進(jìn)行全面整合與合理劃分，從IBM公司提出對(duì)應(yīng)概念后，虛擬化技術(shù)開始在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中廣泛推廣應(yīng)用開來(lái)。發(fā)展到目前為止，虛擬化技術(shù)逐漸成為云計(jì)算平臺(tái)內(nèi)核心技術(shù)。從架構(gòu)層次角度分析，可以將虛擬化技術(shù)進(jìn)一步分成半虛擬化和完全虛擬化兩種形式。云計(jì)算平臺(tái)主要利用虛擬化層對(duì)物理資源進(jìn)行全面整合，針對(duì)資源內(nèi)容進(jìn)行合理劃分，同時(shí)在一臺(tái)物理機(jī)中發(fā)布多臺(tái)隔離虛擬機(jī)，虛擬化層同時(shí)也為云計(jì)算平臺(tái)的資源配置提供了有效支持，能夠促進(jìn)資源的靈活配置。CPU虛擬化主要是VMM實(shí)施硬件虛擬化處理中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而全虛擬化是完全模擬各種硬件設(shè)備的虛擬化運(yùn)行模式。半虛擬化還被稱作操作系統(tǒng)協(xié)助虛擬化，能夠于VMM中的GUESTOS中對(duì)內(nèi)核實(shí)施有效修改。硬件虛擬化是針對(duì)純軟件虛擬化技術(shù)各種功能通過(guò)硬件電路實(shí)現(xiàn)，而硬件虛擬化能夠提供各種新型架構(gòu)。VMM相關(guān)應(yīng)用指令集能夠從較大程度上優(yōu)化系統(tǒng)性能，支持操作系統(tǒng)直接運(yùn)行，同時(shí)需要軟件、BIOS、芯片組、主板和CPU的技術(shù)支持。

1.3 VMWARE VSPHERE結(jié)構(gòu)體系

VMWARE VSPHERE主要是以原有的VI3為基礎(chǔ)誕生的全新系統(tǒng)，也被當(dāng)成業(yè)界首個(gè)云計(jì)算操作系統(tǒng)。VSPHERE在底層硬件中將操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序有效分離出來(lái)，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了IT系統(tǒng)操作。可以將現(xiàn)有應(yīng)用程序當(dāng)成專有資源，可以把服務(wù)器當(dāng)成資源池實(shí)施有效管理。

VMWARE VSPHERE的主要目標(biāo)是通過(guò)創(chuàng)建云計(jì)算平臺(tái)，從而促進(jìn)虛擬資源和物理資源的統(tǒng)一管理，提供以WEB為基礎(chǔ)的企業(yè)云構(gòu)建、維護(hù)和管理，支持企業(yè)資源請(qǐng)求，輔助企業(yè)不斷控制成本，對(duì)資產(chǎn)進(jìn)行合理利用，實(shí)現(xiàn)資源的自動(dòng)維護(hù)、管理和分配，充分發(fā)揮資產(chǎn)價(jià)值，提升反應(yīng)能力，提升物理環(huán)境和虛擬環(huán)境資源利用率，針對(duì)用戶物理環(huán)境和虛擬環(huán)境實(shí)施統(tǒng)一管理，提升IT生產(chǎn)率，優(yōu)化業(yè)務(wù)服務(wù)響應(yīng)水平[2]。

VMWARE VSPHERE主要借助虛擬化技術(shù)把數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)化為云計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)，并借助虛擬化發(fā)揮出自助調(diào)配和部署功能，同時(shí)把IT基礎(chǔ)架構(gòu)當(dāng)成服務(wù)實(shí)施交付應(yīng)用。VSPHERE屬于整體架構(gòu)，并非單獨(dú)產(chǎn)品。

借助WEB GUI界面，VMWARE VSPHERE GUI能夠針對(duì)不同權(quán)限用，而用戶和管理員能夠在任意區(qū)域利用WEB實(shí)施管理，同時(shí)提供三種不同交互界面，訪問云平臺(tái)。管理員GUI界面實(shí)施用戶管理、云平臺(tái)狀況管理和包賬戶管理。從而為用戶定義所需機(jī)器內(nèi)型，S屬于云計(jì)算平臺(tái)內(nèi)各種虛擬機(jī)服務(wù)器以及物理機(jī)的管理，負(fù)責(zé)管理所有結(jié)合DEFINITION形成的實(shí)例。ICM模塊能夠針對(duì)云計(jì)算內(nèi)各種服務(wù)實(shí)施有效管理，資源調(diào)度底層主要提供自動(dòng)化CES管理和虛擬化管理，在開放式標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)中進(jìn)行合理創(chuàng)建，將多個(gè)虛擬機(jī)服務(wù)區(qū)構(gòu)成多種資源池，能夠支持各種資源和應(yīng)用管理。PVMO能夠針對(duì)虛擬資源和物理資源實(shí)施統(tǒng)一管理，順利實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)架構(gòu)管理目標(biāo)，只能在虛擬機(jī)主機(jī)中進(jìn)行安裝，能夠針對(duì)整個(gè)集群實(shí)施有效管理。

二、云計(jì)算平臺(tái)管理需求分析

平臺(tái)在全面接收應(yīng)用客戶在云服務(wù)方面的請(qǐng)求后，通過(guò)管理系統(tǒng)實(shí)施資源調(diào)配，提供云服務(wù)應(yīng)用。相關(guān)運(yùn)行流程主要包括以下六種功能請(qǐng)求：第一是分析、接收客戶服務(wù)請(qǐng)求，平臺(tái)利用WEB UI方法為客戶提供不同選擇界面，合理配置相關(guān)服務(wù)請(qǐng)求，同時(shí)還可以對(duì)客戶發(fā)送的請(qǐng)求文本信息進(jìn)行直接接收和解析。相關(guān)請(qǐng)求信息主要包括兩部分內(nèi)容，分別是結(jié)構(gòu)描述和云服務(wù)功能。

第二是虛擬化資源分配，平臺(tái)率先解析客戶發(fā)送的云服務(wù)請(qǐng)求。聯(lián)系云服務(wù)結(jié)構(gòu)合理劃分原子云服務(wù)，隨后聯(lián)系原子云服務(wù)種類個(gè)數(shù)合理確定虛擬化資源所需數(shù)量，隨后以SLA整體需求為基礎(chǔ)，對(duì)虛擬化資源性能指標(biāo)級(jí)別進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，隨后由管理系統(tǒng)以服務(wù)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)評(píng)估擬提供資源，合理調(diào)整資源分派規(guī)劃。最后管理系統(tǒng)可以向虛擬化層請(qǐng)求發(fā)送虛擬資源。

第三是提供云服務(wù)，主要涵蓋發(fā)布云服務(wù)和服務(wù)關(guān)聯(lián)配置，假如用戶選擇預(yù)定義平臺(tái)云服務(wù)，平臺(tái)便會(huì)對(duì)相關(guān)服務(wù)組件實(shí)施注冊(cè)，及時(shí)發(fā)布云服務(wù)實(shí)例。假如用戶把自定義云服務(wù)發(fā)送至平臺(tái)內(nèi)，管理系統(tǒng)還需喲額外執(zhí)行環(huán)境配置操作，用戶應(yīng)該提供完善、詳細(xì)應(yīng)用負(fù)載信息。云服務(wù)終止，在云服務(wù)合同到期以及客戶不再需要云服務(wù)條件下，平臺(tái)會(huì)進(jìn)一步釋放云服務(wù)占用的各種資源，涵蓋所綁定虛擬化資源，從而觸發(fā)虛擬資源變更流程[3]。

三、VMWARE VSPHERE的APPLICATION SERVICE

相關(guān)應(yīng)用軟件服務(wù)主要目標(biāo)對(duì)象是VM，能夠使多個(gè)服務(wù)器多個(gè)VM排列組合，最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)應(yīng)用目標(biāo)。VMOTION。VMWARE在線遷移主要是通過(guò)VMOTION組件實(shí)現(xiàn)，而虛擬機(jī)遷移即源主機(jī)中應(yīng)用程序以及操作系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到目的主機(jī)，同時(shí)可以在目的主機(jī)中進(jìn)行穩(wěn)定運(yùn)行。借助VMOTION能夠保證業(yè)務(wù)在持續(xù)實(shí)施的同時(shí)，動(dòng)態(tài)遷移虛擬機(jī)。VMOTION實(shí)時(shí)解決方案主要特征是擁有其自身的CLUSTER FILE SYSTEM，即VMFS，同時(shí)支持NFS。VMOTION在數(shù)個(gè)文件中將虛擬機(jī)完整狀態(tài)進(jìn)行封裝，并在SAN/NAS等共享存儲(chǔ)中實(shí)施有效存放。遷移過(guò)程主要是將運(yùn)行狀態(tài)以及內(nèi)存利用高速網(wǎng)從源區(qū)域復(fù)制到目標(biāo)區(qū)域。在其中一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障后，能夠通過(guò)其他服務(wù)器對(duì)虛擬機(jī)實(shí)施全面重啟，無(wú)需獨(dú)占或臨時(shí)新增其他新的服務(wù)器，同時(shí)也不需要人工干預(yù)經(jīng)濟(jì)，提升程序?qū)嵱眯浴?/p>

四、VMWARE VSPHERE資源調(diào)度框架的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

策略主要是某些能夠改變系統(tǒng)行為信息，而資源調(diào)度策略同時(shí)也是資源管理系統(tǒng)中核心組成部分，云計(jì)算相關(guān)管理資源呈現(xiàn)出一種多樣化特征。此次系統(tǒng)主要通過(guò)資源分組策略針對(duì)相關(guān)資源信息實(shí)施有效管理，處于相同資源池內(nèi)聯(lián)系資源功能屬性，針對(duì)資源調(diào)度具體可以選擇相對(duì)成熟網(wǎng)格計(jì)算方法，處于缺省狀態(tài)下，進(jìn)一步提升云計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性，符合云計(jì)算在資源管理方面的需求，能夠有效減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜性。

在物理資源管理方面，物理機(jī)調(diào)度主要可以從各種機(jī)器列表中挑選出滿足用戶要求的設(shè)備機(jī)器，系統(tǒng)共享存儲(chǔ)是共享網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)，虛擬機(jī)文件能夠被儲(chǔ)存于共享存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)，借助各種策略為提升資源利用率奠定良好基礎(chǔ)條件，方便增長(zhǎng)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。而虛擬機(jī)相關(guān)調(diào)度操作較為復(fù)雜，聯(lián)系VMM產(chǎn)品差異，實(shí)施VM創(chuàng)建策略設(shè)計(jì)。而在虛擬機(jī)創(chuàng)建中單純應(yīng)用創(chuàng)建主節(jié)點(diǎn)磁盤以及網(wǎng)絡(luò)帶寬，借助該種措施，可以保障各個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠平均應(yīng)用磁盤和網(wǎng)絡(luò)。VM啟動(dòng)策略設(shè)計(jì)，主要是在適合機(jī)器中啟動(dòng)虛擬機(jī)，資源組處于一種激活狀態(tài)，從而促進(jìn)資源池內(nèi)各項(xiàng)資源得到充分利用。系統(tǒng)所提供三種基礎(chǔ)策略能夠滿足用戶基礎(chǔ)需求，特別是UT策略應(yīng)該以均衡資源池中對(duì)應(yīng)物理機(jī)電利用率作為主要目標(biāo)，STRIPING主要是將物理內(nèi)存最多可用數(shù)的物理節(jié)點(diǎn)作為主要目標(biāo)，PACKIN策略主要通過(guò)全面集中各種負(fù)載，充分釋放各種節(jié)點(diǎn)資源。

通過(guò)實(shí)施虛擬機(jī)遷移能夠針對(duì)虛擬機(jī)服務(wù)器相關(guān)負(fù)載進(jìn)行有效均衡，共享存儲(chǔ)同時(shí)也是虛擬機(jī)實(shí)施動(dòng)態(tài)遷移基礎(chǔ)，主要涵蓋動(dòng)態(tài)遷移和靜態(tài)遷移。能夠避免虛擬機(jī)業(yè)務(wù)出現(xiàn)中斷問題，對(duì)各種虛擬機(jī)服務(wù)器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高負(fù)載調(diào)整工作的公平性原則，在結(jié)束整體操作過(guò)程后，虛擬機(jī)將原節(jié)點(diǎn)資源全面釋放出來(lái)。資源調(diào)度框架主要通過(guò)動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡實(shí)施測(cè)試，虛擬化技術(shù)為相關(guān)工作實(shí)現(xiàn)提供良好保障，但應(yīng)該注意，節(jié)點(diǎn)之間負(fù)載均衡離不開虛擬機(jī)遷移技術(shù)的有效支持。通過(guò)測(cè)試，初步實(shí)現(xiàn)虛擬資源調(diào)度管理功能，滿足設(shè)計(jì)要求。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)針對(duì)基于云計(jì)算環(huán)境的虛擬化資源管理相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)研究分析，能夠準(zhǔn)確了解虛擬資源管理特征需求，從而形成有效的管理方案，提高虛擬化資源的管理效率，改善資源管理質(zhì)量。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]亢中苗，張珮明.云計(jì)算環(huán)境下基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的虛擬機(jī)資源調(diào)度[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2020（10）：68-72+76.

[2]陸駿.云計(jì)算環(huán)境下計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)的建設(shè)與實(shí)現(xiàn)[J].信息技術(shù)與信息化，2019（09）：168-170.

[3]閆騰騰.基于不確定性推理算法的云計(jì)算環(huán)境下故障檢測(cè)方法研究[D].昆明理工大學(xué)，2019.