目前，人們對(duì)計(jì)算機(jī)資源的需求量以爆炸式的速度增長(zhǎng)，導(dǎo)致對(duì)本地計(jì)算機(jī)資源的投入成本越來(lái)越大。按照傳統(tǒng)方法不斷購(gòu)置所需的軟硬件資源來(lái)滿(mǎn)足應(yīng)用需求的方式，將會(huì)給用戶(hù)帶來(lái)投入資金再增加、管理人員再培訓(xùn)、開(kāi)發(fā)周期再延長(zhǎng)等方面的壓力。
隨著計(jì)算技術(shù)的日新月異和人們對(duì)計(jì)算資源需求的不斷增長(zhǎng)，為解決上述問(wèn)題，云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用而生。云計(jì)算是基于互聯(lián)網(wǎng)的新興商業(yè)計(jì)算模型，它可以使數(shù)據(jù)中心的計(jì)算能力在互聯(lián)網(wǎng)上自由流通。“云”是大量具有自治功能的計(jì)算資源，通常是一些大型服務(wù)器集群，包括計(jì)算服務(wù)器、寬帶資源、存儲(chǔ)服務(wù)器等。云計(jì)算把管理一個(gè)計(jì)算中心的費(fèi)用和維護(hù)硬件的費(fèi)用轉(zhuǎn)換到第三方。公司或者個(gè)人根據(jù)其業(yè)務(wù)負(fù)載快速申請(qǐng)或釋放資源，只需要支付實(shí)際資源的使用費(fèi)用就可以在世界范圍內(nèi)部署所需服務(wù)。
虛擬化是指把底層的硬件設(shè)備與上層的軟件服務(wù)分離的一種去耦合技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)資源的高效靈活使用。虛擬化技術(shù)的目標(biāo)是整合或劃分物理計(jì)算資源。所以虛擬化技術(shù)是云計(jì)算的重要組成部分。隨著云計(jì)算的發(fā)展，虛擬化技術(shù)重新進(jìn)入人們的視野并受到越來(lái)越多的關(guān)注。
當(dāng)前，云計(jì)算平臺(tái)下待處理的數(shù)據(jù)量以爆炸的方式增加，用戶(hù)服務(wù)需求量增多對(duì)云計(jì)算云臺(tái)虛擬化資源分派、調(diào)度策略以及管理實(shí)施方法，提出了更高的要求。目前，國(guó)內(nèi)外云計(jì)算平臺(tái)虛擬化技術(shù)的優(yōu)化已成為學(xué)術(shù)界和企業(yè)界研究的熱點(diǎn)。
1 國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究
虛擬化技術(shù)在云計(jì)算中起著至關(guān)重要的作用，使得云環(huán)境下虛擬機(jī)部署成為人們研究的熱點(diǎn)。這些研究主要集中在以下幾個(gè)方面：虛擬機(jī)內(nèi)部監(jiān)控、虛擬機(jī)的遷移技術(shù)、虛擬機(jī)快速部署m3等。虛擬化資源管理：旨在為用戶(hù)提供可靠的服務(wù)，為達(dá)到這一要求，必須保證虛擬機(jī)的正常運(yùn)行．借助虛擬機(jī)遷移技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)和物理資源的重映射，借助運(yùn)行在物理硬件和操作系統(tǒng)之間的虛擬機(jī)監(jiān)控器。可以把虛擬機(jī)的整個(gè)運(yùn)行環(huán)境從一臺(tái)物理機(jī)上遷移到另外一臺(tái)物理機(jī)上面。
目前，在云計(jì)算的諸多研究中，虛擬機(jī)快速部署機(jī)制是一個(gè)研究熱點(diǎn)。在傳統(tǒng)的虛擬機(jī)部署策略下，當(dāng)面對(duì)大量用戶(hù)的服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，往往需要一定的等待時(shí)間。這大大降低了人們對(duì)“云”的期待。因此，本文將著重從這個(gè)角度研究。
2 云環(huán)境下虛擬機(jī)部署體系
云環(huán)境下虛擬機(jī)部署系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)(如圖1所示)可分為4層：用戶(hù)接口層、核心管理層、虛擬化層、物理資源層。各層功能如下：
圖1 云計(jì)算虛擬機(jī)部署的體系結(jié)構(gòu)
①用戶(hù)接口層：該層通過(guò)Web頁(yè)面方式或者客戶(hù)端界面為用戶(hù)提供功能接口，包括模板信息顯示、虛擬機(jī)信息顯示和服務(wù)申請(qǐng)入口。
②核心管理層；是云計(jì)算下實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)部署功能的主體部分，是云環(huán)境下虛擬機(jī)部署系統(tǒng)的核心部分。該層功能的實(shí)現(xiàn)主要依靠以下功能模塊：
a．鏡像模板庫(kù)管理：主要負(fù)責(zé)管理云平臺(tái)所提供的虛擬機(jī)鏡像模板和用戶(hù)自己的虛擬機(jī)鏡像模板；
b．鏡像調(diào)度模塊：將用戶(hù)選擇的虛擬機(jī)鏡像模板，從模板庫(kù)中加載至宿主機(jī)；
c．虛擬機(jī)實(shí)例化模塊：通過(guò)該模塊將虛擬機(jī)鏡像模板文件實(shí)例化；
d．虛擬機(jī)狀態(tài)監(jiān)控模塊：監(jiān)控宿主機(jī)上虛擬機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)，主要有CPU利用率、內(nèi)存利用率、網(wǎng)絡(luò)配置狀態(tài)等信息；
e．資源動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊：可對(duì)已經(jīng)分配給用戶(hù)的資源進(jìn)行調(diào)整，這樣可在滿(mǎn)足用戶(hù)需求的同時(shí)，保證服務(wù)器的負(fù)載均衡；
f．負(fù)載均衡模塊：選擇下一個(gè)計(jì)算資源節(jié)點(diǎn)，并且將新的服務(wù)請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給它。
③虛擬化層；該層將離散的硬件資源統(tǒng)一為可以創(chuàng)建動(dòng)態(tài)共享的平臺(tái)。
④物理資源層：該層的硬件由服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等硬件資源組成。
3 云環(huán)境下虛擬機(jī)部署流程
云環(huán)境下虛擬機(jī)部署流程圖(如圖2所示)。
圖2 虛擬機(jī)部署流程
部署流程如下：
①用戶(hù)通過(guò)Web頁(yè)面或者客戶(hù)端界面選擇需要的虛擬機(jī)類(lèi)型和模板類(lèi)型，發(fā)送至用戶(hù)接口層；②用戶(hù)接口層將用戶(hù)的服務(wù)需求信息打包，傳送至核心管理層；
③核心管理層根據(jù)用戶(hù)的需求，結(jié)合當(dāng)前云平臺(tái)下虛擬機(jī)狀態(tài)信息和負(fù)載情況，確定虛擬化任務(wù)，并將命令發(fā)送至虛擬化層；
④虛擬化層在物理資源層選擇合適的服務(wù)器作為宿主機(jī)；
⑤從虛擬機(jī)鏡像模板庫(kù)加載鏡像模板至宿主機(jī)并實(shí)例化生成虛擬機(jī)。
4 關(guān)于虛擬機(jī)快速部署機(jī)制的研究
云計(jì)算下虛擬機(jī)快速部署機(jī)制的研究多是在部署流程各環(huán)節(jié)進(jìn)行的一些改進(jìn)，目前主要方法是對(duì)虛擬機(jī)鏡像模板文件傳輸機(jī)制的優(yōu)化。
虛擬機(jī)鏡像模板就是虛擬機(jī)的主虛擬硬盤(pán)，包括了虛擬機(jī)上的操作系統(tǒng)和其他用戶(hù)需求的軟件。一個(gè)完整的鏡像文件會(huì)占用大量的磁盤(pán)空間，如一些用于科學(xué)計(jì)算的專(zhuān)業(yè)應(yīng)用的鏡像模板會(huì)有十幾G，甚至幾十G。所以，虛擬機(jī)鏡像模板文件的傳輸占用了整個(gè)虛擬機(jī)快速部署的大量時(shí)間。對(duì)于虛擬機(jī)鏡像模板庫(kù)以及虛擬機(jī)鏡像模板文件傳輸機(jī)制的研究，可以?xún)?yōu)化虛擬機(jī)部署效率。
文獻(xiàn)[4]用文件壓縮機(jī)制對(duì)虛擬機(jī)鏡像模板文件的體積優(yōu)化。在模板文件傳輸前進(jìn)行壓縮，傳輸?shù)剿拗鳈C(jī)后，再解壓縮，通過(guò)這種方式減少了網(wǎng)絡(luò)傳輸量。文獻(xiàn)[5]應(yīng)用模板預(yù)拷貝策略來(lái)減少模板文件傳輸時(shí)間。該方法是通過(guò)對(duì)用戶(hù)感興趣、部署頻率高的模板預(yù)先存儲(chǔ)在一個(gè)預(yù)拷貝模板庫(kù)中以供下次拷貝使用。在這里預(yù)拷貝模板庫(kù)采用與傳統(tǒng)模板庫(kù)不同的存儲(chǔ)方法。文獻(xiàn)[7]中描述了通過(guò)虛擬機(jī)鏡像模板的增量備份來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)快速部署。
5 基于分布式模板文件傳輸?shù)奶摂M機(jī)快速部署機(jī)制
傳統(tǒng)方法中模板文件傳輸是從一個(gè)中央存儲(chǔ)中心向多個(gè)宿主機(jī)分發(fā)一個(gè)超大文件。這種方式下，在大量服務(wù)申請(qǐng)下。中央存儲(chǔ)中心的傳輸能力便成為整個(gè)系統(tǒng)的瓶頸。
本文將虛擬機(jī)鏡像模板文件以分布式的方式存儲(chǔ)在多個(gè)模板文件存儲(chǔ)中心。當(dāng)大量用戶(hù)提交服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，分別從不同的存儲(chǔ)中心下載虛擬機(jī)鏡像模板文件。
6 實(shí)驗(yàn)分析
實(shí)驗(yàn)環(huán)境由4臺(tái)服務(wù)器和3臺(tái)存儲(chǔ)組成。其中1臺(tái)服務(wù)器作為核心管理平臺(tái)，3臺(tái)服務(wù)器作為云計(jì)算物理資源池，3臺(tái)存儲(chǔ)上各建立一個(gè)虛擬機(jī)鏡像模板庫(kù)。在實(shí)驗(yàn)中采用windows Server 2003的鏡像模板文件為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)源，并將該模板文件分別存儲(chǔ)在3臺(tái)存儲(chǔ)上。
實(shí)驗(yàn)1：當(dāng)3個(gè)服務(wù)器從1臺(tái)存儲(chǔ)上同時(shí)下載模板文件；實(shí)驗(yàn)2：當(dāng)3臺(tái)服務(wù)器從3臺(tái)存儲(chǔ)上同時(shí)下載模板文件；
實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2的結(jié)果對(duì)比如圖3所示。
圖3 實(shí)驗(yàn)對(duì)比圖
圖3中橫軸代表下載模板的臺(tái)數(shù)，縱軸代表每個(gè)模板下載的時(shí)間，結(jié)果顯示，在本文方法中，模板下載時(shí)間要小于傳統(tǒng)方法。
7 結(jié)束語(yǔ)
對(duì)云計(jì)算下虛擬機(jī)部署模型和相關(guān)快速部署策略進(jìn)行了研究，并對(duì)鏡像模板文件采用了分布式存儲(chǔ)的方法來(lái)提高虛擬機(jī)部署效率。未來(lái)工作將把該方法應(yīng)用在整個(gè)虛擬機(jī)部署系統(tǒng)中，并在更大規(guī)模的虛擬機(jī)部署下驗(yàn)證有效性。
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本文標(biāo)題：云計(jì)算下虛擬機(jī)部署機(jī)制的研究
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