基于網(wǎng)絡(luò)云平臺(tái)的虛擬化實(shí)訓(xùn)資源池研究

張鸰

摘要：本課題起源于“基于網(wǎng)絡(luò)云平臺(tái)的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究”項(xiàng)目，但在課題的研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，關(guān)于實(shí)驗(yàn)資源調(diào)配、利用效率等方面出現(xiàn)了一些亟待解決的問(wèn)題，基于以上該文在研究虛擬化的相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的不足，結(jié)合虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)提出了虛擬化實(shí)訓(xùn)資源池模型，希望能為高校虛擬實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)提供一些參考。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；虛擬化；實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)；資源池

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）26-0221-02

1 虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)析

虛擬化技術(shù)就是把相對(duì)有限的既定資源，通過(guò)需求測(cè)算和科學(xué)規(guī)劃，合理分配資源使之利用率最大的技術(shù)手段。主要的形式就是提供必要的運(yùn)行環(huán)境支撐軟件執(zhí)行，而這種必要的運(yùn)行環(huán)境就是實(shí)現(xiàn)底層資源共享，即底層資源對(duì)使用者來(lái)說(shuō)是透明的。可以從高到低劃分虛擬化層次：應(yīng)用虛擬化、操作系統(tǒng)虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化等。虛擬機(jī)（Virtual Machine，VM）可以理解為由虛擬器模擬出來(lái)的一臺(tái)虛擬的計(jì)算機(jī)，也可以理解為邏輯中的計(jì)算機(jī)。使用宿主機(jī)的資源但又完全獨(dú)立于宿主機(jī)，并和其它虛擬機(jī)隔離開(kāi)。相當(dāng)于在同一臺(tái)硬件上同時(shí)運(yùn)行運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，它們完全獨(dú)立互不影響，并且從使用者的視角來(lái)看是獨(dú)占資源的。虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)：1）虛擬化技術(shù)使得多臺(tái)虛擬機(jī)共享同一物理資源，有效減少物理機(jī)數(shù)量，在減少管理難度的同時(shí)，極大地提升了資源利用率；2）虛擬化技術(shù)支持動(dòng)態(tài)遷移，虛擬機(jī)可以在不影響用戶(hù)使用的情況下遷移到其它物理節(jié)點(diǎn)；3）虛擬化技術(shù)可以方便的實(shí)現(xiàn)快速部署，服務(wù)商可以快速提供定制虛擬機(jī)給用戶(hù)使用。

2 傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)室存在問(wèn)題

目前，在高校實(shí)際教學(xué)中由于實(shí)訓(xùn)建設(shè)成本高、設(shè)備老化快、實(shí)訓(xùn)資源不足等原因使得實(shí)訓(xùn)教學(xué)難以開(kāi)展，從而直接影響了教學(xué)效果。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：1）管理上的難題：各種設(shè)備型號(hào)復(fù)雜、數(shù)量繁多、操縱系統(tǒng)不統(tǒng)一、運(yùn)行環(huán)境部署費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還存在實(shí)驗(yàn)資源利用率不均衡的問(wèn)題；2）教學(xué)資源的存儲(chǔ)難題：每學(xué)期實(shí)驗(yàn)室機(jī)房的服務(wù)器積累了大量的教學(xué)資源管理起來(lái)非常繁瑣；3）網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備安全，因?yàn)檫€原卡的存在，安全、互聯(lián)類(lèi)的實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行；4）設(shè)備、技術(shù)的更新：實(shí)驗(yàn)室軟硬件升級(jí)頻率較快，一方面需要大量資金投入，另一方面會(huì)對(duì)正常教學(xué)活動(dòng)造成影響；5）無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生上機(jī)行為的實(shí)時(shí)監(jiān)管；6）能耗高，不符合綠色低碳的社會(huì)理念。虛擬化技術(shù)可以方便的解決以上問(wèn)題，提高管理效率，縮短各種應(yīng)用的部署時(shí)間，增加可用性，還可以動(dòng)態(tài)遷移提高容災(zāi)和業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

3 虛擬化實(shí)訓(xùn)資源池理論模型研究

根據(jù)前文，現(xiàn)在我們就構(gòu)建基于網(wǎng)絡(luò)云平臺(tái)的虛擬化實(shí)訓(xùn)資源池。我們可以把基于網(wǎng)絡(luò)云平臺(tái)的虛擬化實(shí)訓(xùn)體系從技術(shù)上劃分為4層結(jié)構(gòu)：面向服務(wù)體系（Service-Oriented Architecture，SOA）的構(gòu)建層、管理中間件層、資源池層、物理資源層。SOA構(gòu)建層直接面向應(yīng)用，封裝云計(jì)算能力成為標(biāo)準(zhǔn)Web Services；管理中間件層服務(wù)于SOA構(gòu)建層，提供必要的云計(jì)算資源支持與管理；資源池層利用虛擬化技術(shù)集成底層硬件系統(tǒng)，形成一個(gè)虛擬化的資源池，包含各種硬件資源、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和應(yīng)用程序集合；物理資源層涉及到所有的硬件資源，包括服務(wù)器硬件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)等。

依托于虛擬化技術(shù)，實(shí)訓(xùn)室中的各種資源實(shí)現(xiàn)虛擬化以后，傳統(tǒng)的物理主機(jī)成為計(jì)算資源池中的虛擬機(jī)，用戶(hù)利用客戶(hù)終端遠(yuǎn)程登錄完成對(duì)虛擬機(jī)的操作，得到計(jì)算機(jī)資源池的服務(wù)支持。涉及到的相關(guān)操作、計(jì)算均在高性能服務(wù)器上進(jìn)行，借助虛擬化技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)訓(xùn)室維護(hù)管理工作的集中化控制，由原來(lái)的管理物理機(jī)變?yōu)楣芾硖摂M機(jī)。通過(guò)對(duì)云環(huán)境下實(shí)訓(xùn)室的虛擬化計(jì)算資源配置、調(diào)度、管理等方面的分析，形成如圖1的虛擬化實(shí)訓(xùn)資源池模型。

用戶(hù)應(yīng)用層：此層用戶(hù)利用客戶(hù)終端遠(yuǎn)程登錄到虛擬機(jī)進(jìn)行操作，直接面向具體應(yīng)用展開(kāi)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，可以采用無(wú)盤(pán)工作站、瘦客戶(hù)機(jī)等作為客戶(hù)端。

虛擬機(jī)資源管理層：由虛擬機(jī)及相關(guān)管理系統(tǒng)構(gòu)成。這一層，基于虛擬硬件資源層之上，滿(mǎn)足需求的大量虛擬機(jī)將被創(chuàng)建，在管理系統(tǒng)控制下并發(fā)處理數(shù)據(jù)。同時(shí)，本層承擔(dān)著對(duì)系統(tǒng)虛擬化的管理工作，負(fù)責(zé)依據(jù)需求選擇合適的虛擬機(jī)模板生成、銷(xiāo)毀虛擬機(jī)；建立用戶(hù)終端與虛擬機(jī)之間的映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)對(duì)虛擬機(jī)的訪(fǎng)問(wèn)任務(wù)；解決服務(wù)器間的負(fù)載均衡，以滿(mǎn)足學(xué)生虛擬實(shí)訓(xùn)的需求。比如，根據(jù)課表安排中課程、課時(shí)、地點(diǎn)、班級(jí)、學(xué)生數(shù)等相關(guān)要素，課前準(zhǔn)備時(shí)主動(dòng)創(chuàng)建滿(mǎn)足需求的虛機(jī)，下課后自動(dòng)刪除虛擬機(jī)。這樣，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)不同的課程需求，自動(dòng)生成相應(yīng)配置的虛擬機(jī)，滿(mǎn)足不同課程的實(shí)訓(xùn)教學(xué)需求。

虛擬硬件資源層：由硬件資源層和虛擬化層構(gòu)成，其中運(yùn)算器、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等資源構(gòu)成了硬件資源層；虛擬化層為上一層虛擬機(jī)資源管理層提供運(yùn)行的環(huán)境和資源，它利用虛擬化分層抽象技術(shù)完成對(duì)硬件資源層的虛擬抽象，使操作系統(tǒng)與硬件資源分離開(kāi)來(lái)，由虛擬監(jiān)控器（Virtual Machine Monitor，VMM） 調(diào)度操作系統(tǒng)在物理硬件資源上執(zhí)行，并提供齊全的虛擬硬件接口。解決了在服務(wù)器云端大量的虛擬機(jī)以及多種操作系統(tǒng)能夠獨(dú)立并發(fā)運(yùn)行的問(wèn)題。

用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)應(yīng)用層用戶(hù)直接面對(duì)的一層，用戶(hù)借助客戶(hù)端，完成遠(yuǎn)程登陸虛擬機(jī)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作任務(wù)，客戶(hù)端的類(lèi)型包括：瘦客戶(hù)端，PC 物理機(jī)等。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文在研究虛擬化技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)高校實(shí)訓(xùn)室的存在的問(wèn)題分析，結(jié)合實(shí)訓(xùn)室中的資源需求構(gòu)建了虛擬化實(shí)訓(xùn)資源池模型，探討了虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)的新的思路。

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[通聯(lián)編輯：唐一東]