虛擬化技術(shù)是云計(jì)算平臺(tái)的基礎(chǔ)，其目標(biāo)是對(duì)物理計(jì)算資源進(jìn)行整合或劃分，自它提出之日時(shí)就獲得了廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在甚至成為云計(jì)算管理平臺(tái)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(jì)算管理平臺(tái)的資源管理提供了資源調(diào)配上的靈活性，從而使得云計(jì)算管理平臺(tái)可以通過(guò)虛擬化層整合物理資源或劃分物理資源。
基于虛擬化技術(shù)的云計(jì)算管理平臺(tái)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(jì)算管理平臺(tái)的最終使用者定義需要的機(jī)器類(lèi)型，可以創(chuàng)建、修改、刪除每一種機(jī)器類(lèi)型；一組機(jī)器的集合被成為實(shí)例，云管理平臺(tái)的用戶(hù)可以對(duì)實(shí)例進(jìn)行整體管理，也可以對(duì)實(shí)例中的機(jī)器進(jìn)行啟動(dòng)、關(guān)閉以及刪除等單獨(dú)操作。服務(wù)管理模塊管理云計(jì)算管理平臺(tái)中的所有服務(wù)，包括對(duì)賬戶(hù)、用戶(hù)以及租戶(hù)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(gè)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(tái)可以同時(shí)管理物理機(jī)和虛擬機(jī)，對(duì)物理機(jī)提供的是啟動(dòng)、關(guān)閉等基本功能；對(duì)虛擬機(jī)提供的則是整個(gè)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(jì)算管理平臺(tái)的資源模型
要對(duì)云計(jì)算平臺(tái)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(jì)算平臺(tái)的資源類(lèi)型多種多樣，已有OVF、BPEL等資源建模格式，但它們都無(wú)法對(duì)云管理平臺(tái)管理提供完整支持。該文接下來(lái)針對(duì)云管理平臺(tái)的各種資源類(lèi)型進(jìn)行建模，同時(shí)說(shuō)明了云計(jì)算管理平臺(tái)中各種資源在資源建模時(shí)需要關(guān)注的性能指標(biāo)。
云管理平臺(tái)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(duì)云服務(wù)建模時(shí)可以參照BPEL資源建模格式。首先對(duì)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(gè)，當(dāng)要計(jì)算組合服務(wù)資源的依賴(lài)關(guān)系時(shí)，要綜合考慮不同調(diào)用流程被調(diào)用的概率，加權(quán)計(jì)算所有的調(diào)用流程所造成的資源依賴(lài)關(guān)系。云管理平臺(tái)上衡量云服務(wù)優(yōu)劣的性能指標(biāo)主要包括響應(yīng)時(shí)間、最大連接數(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(jì)算資源和
存儲(chǔ)資源是相互獨(dú)立的，兩者通過(guò)虛擬化
網(wǎng)絡(luò)資源連接起來(lái)。不論是虛擬化計(jì)算資源還是
存儲(chǔ)資源，都會(huì)被配置到一個(gè)虛擬化
網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)虛擬化
網(wǎng)絡(luò)包含多個(gè)虛擬化計(jì)算資源和
存儲(chǔ)資源。處于不同虛擬網(wǎng)絡(luò)中的虛擬化計(jì)算資源和存儲(chǔ)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(huì)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(shí)，需要綜合考慮虛擬網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部和外部?jī)煞矫娴囊蛩?。不管是哪種類(lèi)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(gè)方面的屬性。虛擬化資源的種類(lèi)多種多樣，所以無(wú)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(duì)存儲(chǔ)資源有每秒讀寫(xiě)次數(shù)，讀寫(xiě)速率，可靠性(備份、恢復(fù)機(jī)制等)等指標(biāo)。
物理資源的類(lèi)型劃分和虛擬資源相同，但物理資源因?yàn)槠湟?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(lái)說(shuō)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(jì)算資源
服務(wù)器主要提供CPU和內(nèi)存，RAID等存儲(chǔ)類(lèi)資源可以擴(kuò)展其資源架構(gòu)，但其計(jì)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(lèi)，服務(wù)器中的計(jì)算、存儲(chǔ)等虛擬化資源會(huì)占用其物理資源，而和計(jì)算、存儲(chǔ)等虛擬資源直接相連的虛擬網(wǎng)絡(luò)也會(huì)占用服務(wù)器上的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源；對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來(lái)說(shuō)，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(huì)消耗此網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。物理計(jì)算資源的性能指標(biāo)主要包括CPU個(gè)數(shù)、性能，內(nèi)存總量、內(nèi)存占用率等；物理存儲(chǔ)資源的能指標(biāo)主要包括存儲(chǔ)總量、讀寫(xiě)速率等。
2 資源管理策略
在接收到服務(wù)請(qǐng)求后，云計(jì)算平臺(tái)通過(guò)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(guò)程中，云平臺(tái)內(nèi)資源管理的目標(biāo)主要包括如下幾個(gè)方面：1）資源規(guī)模管理。云管理平臺(tái)中最基本的資源管理需求是對(duì)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(duì)不同級(jí)別的資源分別進(jìn)行記錄，每一級(jí)別的資源都有對(duì)應(yīng)的性能指標(biāo)，從而減少資源浪費(fèi)。2）虛擬資源與物理資源的綁定關(guān)系管理。云平臺(tái)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(tái)的資源規(guī)模伸縮能力無(wú)疑會(huì)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。3）資源性能。云平臺(tái)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(tái)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。4）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(gè)節(jié)點(diǎn)的性能利用率降低，那么它的相對(duì)功耗就會(huì)相應(yīng)提高，而提高節(jié)點(diǎn)利用率就可以降低單位計(jì)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(tái)整體功耗的有效途徑。
云管理平臺(tái)在進(jìn)行資源管理時(shí)，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(gè)物理資源上，這一資源管理方式稱(chēng)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(tái)內(nèi)的系統(tǒng)資源碎片；另外還可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)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?yàn)槲锢砉?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(tái)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(gè)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(tái)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(tái)的服務(wù)性能。就近部署的方式考慮的是云管理平臺(tái)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(jì)算平臺(tái)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(shí)都是為了提高云管理平臺(tái)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(shí)，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(tái)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(hù)應(yīng)用和云服務(wù)、解除租戶(hù)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(tái)整合云服務(wù)需要的計(jì)算、存儲(chǔ)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(jì)算資源節(jié)點(diǎn)時(shí)，云管理平臺(tái)首先為租戶(hù)申請(qǐng)一個(gè)滿足條件的虛擬機(jī)，在虛擬機(jī)上安裝Agent后啟動(dòng)，然后將云服務(wù)應(yīng)用軟件傳入虛擬機(jī)操作系統(tǒng)，最后在虛擬機(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(jiǎn)化云服務(wù)的初始化流程。綁定操作把租戶(hù)應(yīng)用信息和云管理平臺(tái)已經(jīng)初始化的云服務(wù)實(shí)例關(guān)聯(lián)起來(lái)，這一過(guò)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(hù)使用。解除綁定的操作和綁定操作是相反的過(guò)程。
云管理平臺(tái)對(duì)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(dòng)、關(guān)閉等，這些操作都可以通過(guò)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(guò)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(tái)中對(duì)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(duì)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(dòng)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(shí)，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(shí)還未分配；當(dāng)創(chuàng)建共享類(lèi)型的虛擬機(jī)時(shí)，云管理平臺(tái)在分配資源時(shí)采用的是輪詢(xún)方式，輪詢(xún)從虛擬機(jī)服務(wù)器組中選擇一臺(tái)服務(wù)器來(lái)創(chuàng)建虛擬機(jī)。啟動(dòng)虛擬機(jī)時(shí)的資源管理策略目的是將虛擬機(jī)啟動(dòng)到合適的服務(wù)器上，以提高云計(jì)算平臺(tái)資源池中資源的利用率；舉例來(lái)說(shuō)，如果正在做仿真實(shí)驗(yàn)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(dòng)子一個(gè)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(shí)，完全可以再將它們盡可能多地部署到多臺(tái)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(hù)的資源調(diào)度需求。
