虛擬化技術(shù)是云計算平臺的基礎(chǔ)，其目標(biāo)是對物理計算資源進(jìn)行整合或劃分，自它提出之日時就獲得了廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在甚至成為云計算管理平臺中的關(guān)鍵技術(shù)層面。按照虛擬化實(shí)現(xiàn)的層次，可以將其分為完全虛擬化和半虛擬化技術(shù)，這二者的區(qū)別就在于是否修改虛擬操作系統(tǒng)以獲取特定指令。虛擬化技術(shù)為云計算管理平臺的資源管理提供了資源調(diào)配上的靈活性，從而使得云計算管理平臺可以通過虛擬化層整合物理資源或劃分物理資源。

[[242530]]

基于虛擬化技術(shù)的云計算管理平臺大多具有如下功能：應(yīng)用定義、服務(wù)管理、集群管理以及物理機(jī)-虛擬機(jī)管理。應(yīng)用定義模塊的功能是為云計算管理平臺的最終使用者定義需要的機(jī)器類型，可以創(chuàng)建、修改、刪除每一種機(jī)器類型;一組機(jī)器的集合被成為實(shí)例，云管理平臺的用戶可以對實(shí)例進(jìn)行整體管理，也可以對實(shí)例中的機(jī)器進(jìn)行啟動、關(guān)閉以及刪除等單獨(dú)操作。服務(wù)管理模塊管理云計算管理平臺中的所有服務(wù)，包括對賬戶、用戶以及租戶的管理、事件服務(wù)的管理、安全服務(wù)的管理等。集群管理模塊能夠在地理位置分散的機(jī)器，為全部關(guān)鍵應(yīng)用、服務(wù)等集中分配資源，從而提供了一個單一而又有效的管理環(huán)境，降低了管理總成本。云管理平臺可以同時管理物理機(jī)和虛擬機(jī)，對物理機(jī)提供的是啟動、關(guān)閉等基本功能;對虛擬機(jī)提供的則是整個生命周期的管理，包括創(chuàng)建、運(yùn)行、維護(hù)以及遷移等。

1 云計算管理平臺的資源模型

要對云計算平臺進(jìn)行管理首先需要描述其管理目標(biāo)，這是管理操作的基礎(chǔ)。云計算平臺的資源類型多種多樣，已有OVF、BPEL等資源建模格式，但它們都無法對云管理平臺管理提供完整支持。該文接下來針對云管理平臺的各種資源類型進(jìn)行建模，同時說明了云計算管理平臺中各種資源在資源建模時需要關(guān)注的性能指標(biāo)。

云管理平臺的首要功能是云服務(wù)，調(diào)用云服務(wù)的流程符合SOA組合服務(wù)的調(diào)用流程，所以對云服務(wù)建模時可以參照BPEL資源建模格式。首先對云服務(wù)進(jìn)行細(xì)分：直接提供服務(wù)的云服務(wù)是不可再分的原子云服務(wù)，調(diào)用其他服務(wù)完成云服務(wù)功能的是組合云服務(wù)。組合服務(wù)的調(diào)用流程可能有多個，當(dāng)要計算組合服務(wù)資源的依賴關(guān)系時，要綜合考慮不同調(diào)用流程被調(diào)用的概率，加權(quán)計算所有的調(diào)用流程所造成的資源依賴關(guān)系。云管理平臺上衡量云服務(wù)優(yōu)劣的性能指標(biāo)主要包括響應(yīng)時間、***連接數(shù)以及可用性，不論是原子云服務(wù)還是組合云服務(wù)，衡量的性能指標(biāo)都是相同的。

虛擬化計算資源和存儲資源是相互獨(dú)立的，兩者通過虛擬化網(wǎng)絡(luò)資源連接起來。不論是虛擬化計算資源還是存儲資源，都會被配置到一個虛擬化網(wǎng)絡(luò)中，每個虛擬化網(wǎng)絡(luò)包含多個虛擬化計算資源和存儲資源。處于不同虛擬網(wǎng)絡(luò)中的虛擬化計算資源和存儲資源間是相互隔離的，同一虛擬網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的通信不占用虛擬網(wǎng)絡(luò)的資源，而虛擬網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部與外部的通信會占用虛擬網(wǎng)絡(luò)帶寬，所以在考慮虛擬網(wǎng)絡(luò)資源的性能需求時，需要綜合考慮虛擬網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部和外部兩方面的因素。不管是哪種類型的資源都包含使用的物理資源、性能指標(biāo)、所屬虛擬網(wǎng)絡(luò)等幾個方面的屬性。虛擬化資源的種類多種多樣，所以無法找到一種通用的性能指標(biāo)，可以根據(jù)虛擬化資源的實(shí)際運(yùn)行情況選取合適的指標(biāo)：例如對存儲資源有每秒讀寫次數(shù)，讀寫速率，可靠性(備份、恢復(fù)機(jī)制等)等指標(biāo)。

物理資源的類型劃分和虛擬資源相同，但物理資源因為其規(guī)模、屬性等特征是固定的，因而難以像虛擬資源那樣調(diào)整拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);一般來說物理資源大多是以服務(wù)器附加網(wǎng)絡(luò)的方式提供資源。計算資源服務(wù)器主要提供CPU和內(nèi)存，RAID等存儲類資源可以擴(kuò)展其資源架構(gòu)，但其計算資源難以擴(kuò)展?？梢詫⑽锢碣Y源分為服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備兩大類，服務(wù)器中的計算、存儲等虛擬化資源會占用其物理資源，而和計算、存儲等虛擬資源直接相連的虛擬網(wǎng)絡(luò)也會占用服務(wù)器上的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源;對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來說，如果虛擬網(wǎng)絡(luò)連接的是鏈路兩端服務(wù)器上的虛擬節(jié)點(diǎn)，那么此連接也會消耗此網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。物理計算資源的性能指標(biāo)主要包括CPU個數(shù)、性能，內(nèi)存總量、內(nèi)存占用率等;物理存儲資源的能指標(biāo)主要包括存儲總量、讀寫速率等。

2 資源管理策略

在接收到服務(wù)請求后，云計算平臺通過管理子系統(tǒng)調(diào)配相應(yīng)的資源，并提供具有合適性能指標(biāo)的云服務(wù)。在這一過程中，云平臺內(nèi)資源管理的目標(biāo)主要包括如下幾個方面：

資源規(guī)模管理。云管理平臺中最基本的資源管理需求是對資源的規(guī)模管理，此處的資源規(guī)模管理主要是資源的伸縮，即資源的增減。對不同級別的資源分別進(jìn)行記錄，每一級別的資源都有對應(yīng)的性能指標(biāo)，從而減少資源浪費(fèi)。

虛擬資源與物理資源的綁定關(guān)系管理。云平臺中的虛擬資源與物理資源之間的綁定關(guān)系應(yīng)該是可變的，否則的話云平臺的資源規(guī)模伸縮能力無疑會受到一定限制。需要注意的是，虛擬資源的遷移可能產(chǎn)生性能上的損失，所以要借助合適的算法重新確定虛擬資源和物理資源之間的綁定關(guān)系。

資源性能。云平臺不僅要提供資源管理功能，而且還需要滿足一定的性能指標(biāo)。云管理平臺可以在不同物理節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行虛擬資源的調(diào)度，從而在一定程度上提供虛擬資源服務(wù)的性能。

提高資源利用率。在實(shí)現(xiàn)主要功能的基礎(chǔ)上，提高虛擬資源的性能是資源管理的首要需求。如果一個節(jié)點(diǎn)的性能利用率降低，那么它的相對功耗就會相應(yīng)提高，而提高節(jié)點(diǎn)利用率就可以降低單位計算性能的電能消耗，所以盡量提高物理資源節(jié)點(diǎn)的利用率是降低資源管理平臺整體功耗的有效途徑。

云管理平臺在進(jìn)行資源管理時，主要有集中分配、分散部署、均衡負(fù)載以及就近部署四周資源管理策略。可以將所有的虛擬資源都部署在少數(shù)幾個物理資源上，這一資源管理方式稱為集中部署，集中部署一方面可以提高整體的物理資源利用率，另一方面還能夠降低云管理平臺內(nèi)的系統(tǒng)資源碎片;另外還可以實(shí)現(xiàn)動態(tài)地操作服務(wù)器的目的。與集中部署相反的是，分散部署把所有資源分散部署到盡可能多得資源節(jié)點(diǎn)上，其目的是防止因為物理節(jié)點(diǎn)的失效而導(dǎo)致的虛擬資源不可用的情況，從而達(dá)到云管理平臺的容災(zāi)性能。集中部署和分散部署在資源管理方式上是兩個極端，均衡負(fù)載的資源管理方式將虛擬資源部署到工作負(fù)載最輕的幾臺物理節(jié)點(diǎn)上，從而達(dá)到負(fù)載均衡的目的，以提高云管理平臺的服務(wù)性能。就近部署的方式考慮的是云管理平臺的傳輸負(fù)載，將虛擬資源部署到最近的物理節(jié)點(diǎn)，從而降低了云計算平臺的網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)載，降低了虛擬資源間的通信延遲。不論是哪種資源管理策略，在進(jìn)行資源管理時都是為了提高云管理平臺的性能，這其間不同的管理策略涉及的因素也不同，有的考慮了資源的能耗，有的考慮了資源的負(fù)載。在選擇資源管理策略時，需要根據(jù)實(shí)際情況，綜合考慮各種因素，選擇最適合的資源管理策略。

3 管理策略的實(shí)現(xiàn)

云管理平臺要管理的操作可以分為三部分：云服務(wù)管理、虛擬資源管理及物理資源管理。管理云服務(wù)的內(nèi)容一般包含“初始化云服務(wù)的實(shí)例、綁定租戶應(yīng)用和云服務(wù)、解除租戶應(yīng)用和云服務(wù)間的綁定關(guān)系、刪除云服務(wù)實(shí)例等”。初始化云服務(wù)實(shí)例要求云管理平臺整合云服務(wù)需要的計算、存儲資源、運(yùn)行環(huán)境等信息，并為云服務(wù)提供相關(guān)設(shè)置和配置，如設(shè)置環(huán)境變量等。例如，當(dāng)要初始化云服務(wù)到某虛擬化計算資源節(jié)點(diǎn)時，云管理平臺首先為租戶申請一個滿足條件的虛擬機(jī)，在虛擬機(jī)上安裝Agent后啟動，然后將云服務(wù)應(yīng)用軟件傳入虛擬機(jī)操作系統(tǒng)，***在虛擬機(jī)內(nèi)安裝需要的軟件、設(shè)置相應(yīng)環(huán)境變量;如果采用預(yù)先定義好的虛擬機(jī)鏡像或ISO文件，還可以大大簡化云服務(wù)的初始化流程。綁定操作把租戶應(yīng)用信息和云管理平臺已經(jīng)初始化的云服務(wù)實(shí)例關(guān)聯(lián)起來，這一過程需要云服務(wù)實(shí)例提供自身的安全認(rèn)證密鑰，從而保證云服務(wù)實(shí)例只供被綁定的租戶使用。解除綁定的操作和綁定操作是相反的過程。

云管理平臺對物理資源的管理主要包括兩大方面，首先是監(jiān)控失效的物理節(jié)點(diǎn)和物理節(jié)點(diǎn)的資源使用情況;其次是管理物理節(jié)點(diǎn)的相關(guān)操作，比如啟動、關(guān)閉等，這些操作都可以通過調(diào)用物理節(jié)點(diǎn)宿主系統(tǒng)的管理接口實(shí)現(xiàn)，另外還可以通過觸發(fā)物理節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)內(nèi)的腳本實(shí)現(xiàn)。云就是平臺中對虛擬資源的管理主要是虛擬機(jī)資源的管理，考慮到虛擬機(jī)所處的不同狀態(tài)，可以將對虛擬機(jī)的資源管理分為三種：創(chuàng)建虛擬機(jī)的資源管理、啟動虛擬機(jī)的資源管理及遷移虛擬機(jī)的資源管理。創(chuàng)建虛擬機(jī)時，實(shí)際上只是完成虛擬機(jī)文件的創(chuàng)建，虛擬機(jī)所需要的CPU、內(nèi)存等資源暫時還未分配;當(dāng)創(chuàng)建共享類型的虛擬機(jī)時，云管理平臺在分配資源時采用的是輪詢方式，輪詢從虛擬機(jī)服務(wù)器組中選擇一臺服務(wù)器來創(chuàng)建虛擬機(jī)。啟動虛擬機(jī)時的資源管理策略目的是將虛擬機(jī)啟動到合適的服務(wù)器上，以提高云計算平臺資源池中資源的利用率;舉例來說，如果正在做仿真實(shí)驗的大量機(jī)器負(fù)載都不是很大，則可以將這些機(jī)器啟動子一個服務(wù)器上，從而節(jié)約IT費(fèi)用;當(dāng)這些機(jī)器的工作負(fù)載比較大時，完全可以再將它們盡可能多地部署到多臺服務(wù)器上，以實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡;這樣的資源調(diào)度策略可以滿足不同用戶的資源調(diào)度需求。