高校私有云計算資源分配策略的改進

陳王盛

(華僑大學,福建 泉州 362021)

0 引言

基于虛擬化技術構建的私有云因其在可用性、可管理性、能效等方面的優(yōu)勢,已經成為高校的一種新型基礎設施,為數字化校園向智慧化演進提供了強有力的支撐[1]。

高校的私有云因其規(guī)模受限,供需矛盾一直存在,如何科學合理地制定云計算資源(以下簡稱“資源”)分配策略并落地實施,是實現高效、低耗的私有云運營目標的關鍵。私有云與公有云的規(guī)模及所面對的應用環(huán)境大不相同,供需差異顯著,故公有云的運維管理技術和經驗對私有云來說可參考性不高。因此,高校私有云的運維管理單位要根據本校實際探索行之有效的資源分配策略,并根據實施效果不斷對其進行迭代優(yōu)化,以實現更有效的云資源閉環(huán)管理。

根據有關文獻及已知的高校實際情況來看,當前很多高校由于各種原因對私有云采用的都是靜態(tài)分配策略[2-6],該策略的實施主要是負責接收申請、配給及回收資源,對已分配資源的利用情況關注度不夠,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就很有必要。

1 高校私有云運維管理的有利因素

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

私有云的運維管理可以依據高校的數字化校園發(fā)展建設規(guī)劃,其建維單位多據此同步或適度超前做出計劃,實現對資源分配策略的制定和實施。

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)、內存類、存儲類、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計等)計算量大,就需要相對更多的算力和內存資源;有的系統(tǒng)(如用于文件存儲的網盤等)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)(如數據倉庫、網盤等)需要持續(xù)保存海量數據,就需要相對更多的存儲資源;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)配給云資源時要根據其業(yè)務內容按需進行適當配比。

另外,云部署的信息系統(tǒng)在其運營期間的業(yè)務量可能隨時間而發(fā)生波動,對資源的需求也因之可能產生波動。再者,伴隨著系統(tǒng)業(yè)務不斷擴大及數據的累積,其對資源的需求也會不斷遞增。

高校常見的一些信息系統(tǒng),如學生口的迎新離校、教師口的招聘考核等,這些系統(tǒng)在運營期間會出現明顯的周期性業(yè)務波動。另外,一些信息系統(tǒng),如學工、研工、公文、人事、科研以及財務等,這些系統(tǒng)在運營期間不會表現出明顯的周期性業(yè)務波動。這樣,按照各信息系統(tǒng)的業(yè)務波動特性,云資源的運維單位也要及時對其進行資源調配,以滿足其業(yè)務需求。

綜上所述,在分配云資源時的主要考量就在于各信息系統(tǒng)的業(yè)務內容及其波動特性,不僅要滿足還要適配,以實現高效和低耗的云資源運維管理目標。

2.2 靜態(tài)分配策略的主要不足

當信息系統(tǒng)因業(yè)務波動而產生資源需求變化時,云運維管理機制要及時給予響應,根據資源情況進行合理調配。但目前所實行的靜態(tài)分配策略無法適應實時調整,容易導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)在一個業(yè)務周期內對云計算資源的實際需求與實際分配(均以百分比表示)的情況,直觀顯示了靜態(tài)分配策略容易產生的過量資源分配問題。

3 動態(tài)分配實施策略

3.1 動態(tài)調整機制

所謂動態(tài)調整機制就是要在信息系統(tǒng)的業(yè)務谷峰發(fā)生轉變之前,選擇一個恰當的時機,及時對其資源進行調配以滿足需求。從本質上講,動態(tài)分配策略是根據信息系統(tǒng)實際業(yè)務需求分階段實施靜態(tài)分配策略的辦法。

3.2 動態(tài)分配實施策略

動態(tài)分配實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)務波動時間節(jié)點及其相應的資源變化量,以補充完善在靜態(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)務周期內不同時期對現有資源的實際利用情況,經簡單分析計算即可確定其在業(yè)務高峰及低谷期對應的實際資源需求量,形成信息系統(tǒng)資源需求,如表1所示。這項準備工作雖然較為煩瑣,但各高校在這方面都有相應的經驗和積累。

表1 信息系統(tǒng)資源需求

當各系統(tǒng)的信息齊備后,接下來的工作建議按照起始時間及結束時間的先后分別對表進行排序,生成2張有序表作為動態(tài)分配策略的操作依據,然后在信息系統(tǒng)的業(yè)務高峰時間節(jié)點前據以調高其資源,而在業(yè)務低谷時間節(jié)點后據以回調。需要注意的是,因實施時可能涉及信息系統(tǒng)的臨時下線或恢復,需相關運維單位予以配合。對于沒有明顯業(yè)務波動的信息系統(tǒng)同樣可據此表將其資源需求與配給進一步適配,以實現動態(tài)分配策略在資源管理上的全面實施,進一步緩解資源的供需矛盾。如果有相關廠商的自動化軟件工具可用(一般需要付費購置),如VMware的vSphere DRS等[7-10],實施工作會更簡單高效。

這樣,經過幾個業(yè)務周期的動態(tài)調整后,絕大部分信息系統(tǒng)的資源供需將達到較高程度的適配,而效能提升數據則要通過對2種分配實施策略下的資源利用情況進行計算比較得出。如表2所示對不同策略下示例信息系統(tǒng)一個業(yè)務周期(12個月)的各類資源占用率及時長進行了比較,各百分比數據是以靜態(tài)分配策略下最高資源占用率為基準(100%)。

表2 示例信息系統(tǒng)資源占用

信息系統(tǒng)一個業(yè)務周期的平均資源占用率計算公式為:

常規(guī)的能效計算因為涉及能源等實際用量計量操作,難度較大且無法對云上各信息系統(tǒng)進行單獨測量,而平均資源占用率直接體現了信息系統(tǒng)的資源耗用情況,能間接反映能耗情況,因此信息系統(tǒng)的資源利用能效計算和比較采用這一指標。

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,動態(tài)策略約為2.92。與靜態(tài)策略相比,動態(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,資源應用效能可獲得有效的提升。

若云運維單位各相關業(yè)務系統(tǒng)均按照改進后的資源分配策略予以實施,則能顯著提升資源管理效能。

4 結語

綜上所述,高校私有云計算應用的有序特點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)務與云計算資源的供需關系后,就可以將不完善的資源分配靜態(tài)實施策略調整改進為動態(tài)分配實施策略,由此有效改善相關信息系統(tǒng)的資源多耗狀態(tài),顯著提升資源應用能效,符合高校云計算運維單位提高管理效能的實際需求。今后,如有條件對云平臺進行升級改造,上述策略仍然可以結合自動化管理手段參照實施。