基于虛擬化技術(shù)的云計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)研究

　　隨著計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展及應(yīng)用的深入，網(wǎng)絡(luò)已聚合了各種計(jì)算資源、數(shù)據(jù)資源、軟件資源以及服務(wù)資源等，但存在總量豐富但資源利用率低的矛盾。網(wǎng)絡(luò)協(xié)作、充分利用閑散資源成了最初的解決方案一網(wǎng)格計(jì)算grid computing。網(wǎng)格計(jì)算通過整合網(wǎng)絡(luò)中的大量閑散資源，在動(dòng)態(tài)的、自治環(huán)境中協(xié)調(diào)資源共享，解決大規(guī)模的具有挑戰(zhàn)性問題。但網(wǎng)格計(jì)算自身遇到了難以突破的瓶頸，使商業(yè)應(yīng)用受到了極大的限制。近年來，隨著商業(yè)的推崇，網(wǎng)格計(jì)算演變成了今天的云計(jì)算cloud computing，面臨如何提高數(shù)據(jù)中心資源的利用率，滿足用戶提交任務(wù)的信任需求，同時(shí)研究數(shù)據(jù)中心提供的服務(wù)和服務(wù)方式等問題閣。這些問題更接近商業(yè)化，也更容易實(shí)現(xiàn)。其中存在如何有效地提高云計(jì)算系統(tǒng)性能的關(guān)鍵問題。針對(duì)目前存在的問題，本文提出了基于虛擬化的云計(jì)算平臺(tái)，研究了其平臺(tái)的核心部分，即服務(wù)器云。虛擬化技術(shù)解決并保證了云計(jì)算平臺(tái)的高性能與高可用性，使云計(jì)算平臺(tái)在實(shí)際應(yīng)用中資源最大化、利潤(rùn)最大化，同時(shí)也推動(dòng)了虛擬化技術(shù)與云計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展。

　　1.虛擬化技術(shù)研究

　　虛擬化技術(shù)就是指把一個(gè)物理單元虛擬成多個(gè)邏輯單元，供多個(gè)應(yīng)用一起使用。這樣做的主要目的是為了提高資源的使用效率并方便管理各種資源。目前云計(jì)算模式的提出，無論是私有云，公有云，還是混合云，都需要資源的整合，統(tǒng)一資源為客戶提供服務(wù)，這就要求系統(tǒng)資源具有高性能的處理能力。目前單個(gè)昂貴的服務(wù)器的處理能力僅使用到20%，造成了資源的浪費(fèi)，虛擬化技術(shù)解決了上述問題，使服務(wù)器處理能力得到了充分的利用。

　　虛擬化技術(shù)包括內(nèi)存虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化、硬件虛擬化、軟件虛擬化等各項(xiàng)技術(shù)。本文著重研究了服務(wù)器虛擬化，服務(wù)器虛擬化將系統(tǒng)虛擬化技術(shù)應(yīng)用于服務(wù)器上，將一個(gè)服務(wù)器虛擬成若干個(gè)服務(wù)器使用。在采用服務(wù)器虛擬化之前。3種不同的應(yīng)用分別運(yùn)行在3個(gè)獨(dú)立的物理服務(wù)器上;在采用服務(wù)器虛擬化之后，這3種應(yīng)用運(yùn)行在3個(gè)獨(dú)立的虛擬服務(wù)器上。而這3個(gè)虛擬服務(wù)器可以被一個(gè)物理服務(wù)托管。從圖中我們可以看出服務(wù)器虛擬化抽象了硬件資源。包括虛擬BIOS、虛擬CPU、虛擬內(nèi)存、虛擬設(shè)備和虛擬IO。虛擬服務(wù)器提供了良好的隔離性和安全性。

　　通過研究分析，我們知道，服務(wù)器虛擬化必備的是對(duì)硬件資源的虛擬化。硬件資源包括CPU、內(nèi)存、IO口。這些硬件資源的虛擬化是服務(wù)器虛擬化的核心和關(guān)鍵技術(shù)。

　　目前主流的服務(wù)器虛擬化技術(shù)包括兩種，即全虛擬化和半虛擬化。研究表明，虛擬化的特性為云計(jì)算平臺(tái)抽象了硬件資源，這樣對(duì)于基于SOA的云服務(wù)平臺(tái)來說是透明的，是可擴(kuò)展的，為云計(jì)算平臺(tái)的彈性設(shè)計(jì)帶來了極大的利處。針對(duì)虛擬化的全虛擬化來說，采用的技術(shù)為二進(jìn)制代碼Dynamic Binary Translation，DBT指在虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)。在敏感指令前插入指令將執(zhí)行陷入到虛擬機(jī)監(jiān)視器中，其優(yōu)點(diǎn)在于代碼的轉(zhuǎn)換是動(dòng)態(tài)的。與全虛擬化不同的半虛擬化通過修改客戶操作系統(tǒng)來解決虛擬機(jī)執(zhí)行特權(quán)指令的問題。在本虛擬化中存在客戶機(jī)操作系統(tǒng)必須和虛擬化平臺(tái)兼容，否則虛擬機(jī)無法有效地操縱宿主機(jī)，因此，本文提出的基于虛擬化云計(jì)算平臺(tái)的構(gòu)建方案是基于全虛擬化的KVM。基于Redhat的虛擬化技術(shù)還具有在線遷移、快速部署等服務(wù)器管理功能。為云計(jì)算平臺(tái)提供了穩(wěn)健可靠的基礎(chǔ)資源架構(gòu)。

　　2.服務(wù)器云的構(gòu)建

　　服務(wù)器云是云計(jì)算平臺(tái)的最核心部分，所有云計(jì)算平臺(tái)中的功能及子系統(tǒng)都依賴于服務(wù)器云來實(shí)現(xiàn)。它既包括硬件服務(wù)器和底層操作系統(tǒng)部分，又包括云計(jì)算平臺(tái)中的虛擬機(jī)超級(jí)監(jiān)督器功能，是運(yùn)行虛擬系統(tǒng)，功能服務(wù)器系統(tǒng)的底層基礎(chǔ)平臺(tái)。計(jì)算模式從大型機(jī)的方式逐漸過渡到微型個(gè)人計(jì)算機(jī)的方式，并且近年來過渡到普適計(jì)算上。但用戶仍然很難獲得異構(gòu)類型的操作系統(tǒng)以及應(yīng)用程序，在輕量級(jí)的設(shè)備上很難獲得完善的服務(wù)。本文研究的基于虛擬化的在云計(jì)算模式中，用戶無須感知計(jì)算具體所在位置，以及操作系統(tǒng)、中間件、應(yīng)用等技術(shù)細(xì)節(jié)。虛擬化技術(shù)使底層差異封裝為應(yīng)用的統(tǒng)一接口，用戶由同一接口只需要根據(jù)自己的需求，通過云計(jì)算平臺(tái)選取相應(yīng)的服務(wù)。

來源：比特網(wǎng)

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