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                  虛擬化在云計算中的資源管理策略

                  來源:機房360 作者:娟子 更新時間:2018/10/7 20:31:07

                  摘要:虛擬化技術是云計算平臺的基礎,其目標是對物理計算資源進行整合或劃分,自它提出之日時就獲得了廣泛應用,現在甚至成為云計算管理平臺中的關鍵技術層面。

                    按照虛擬化實現的層次,可以將其分為完全虛擬化和半虛擬化技術,這二者的區別就在于是否修改虛擬操作系統以獲取特定指令。虛擬化技術為云計算管理平臺的資源管理提供了資源調配上的靈活性,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。

                  虛擬化云計算中的資源管理策略

                    基于虛擬化技術的云計算管理平臺大多具有如下功能:應用定義、服務管理、集群管理以及物理機-虛擬機管理。應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器類型,可以創建、修改、刪除每一種機器類型;一組機器的集合被成為實例,云管理平臺的用戶可以對實例進行整體管理,也可以對實例中的機器進行啟動、關閉以及刪除等單獨操作。服務管理模塊管理云計算管理平臺中的所有服務,包括對賬戶、用戶以及租戶的管理、事件服務的管理、安全服務的管理等。集群管理模塊能夠在地理位置分散的機器,為全部關鍵應用、服務等集中分配資源,從而提供了一個單一而又有效的管理環境,降低了管理總成本。云管理平臺可以同時管理物理機和虛擬機,對物理機提供的是啟動、關閉等基本功能;對虛擬機提供的則是整個生命周期的管理,包括創建、運行、維護以及遷移等。

                    1 云計算管理平臺的資源模型

                    要對云計算平臺進行管理首先需要描述其管理目標,這是管理操作的基礎。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注的性能指標。

                    云管理平臺的首要功能是云服務,調用云服務的流程符合SOA組合服務的調用流程,所以對云服務建模時可以參照BPEL資源建模格式。首先對云服務進行細分:直接提供服務的云服務是不可再分的原子云服務,調用其他服務完成云服務功能的是組合云服務。組合服務的調用流程可能有多個,當要計算組合服務資源的依賴關系時,要綜合考慮不同調用流程被調用的概率,加權計算所有的調用流程所造成的資源依賴關系。云管理平臺上衡量云服務優劣的性能指標主要包括響應時間、最大連接數以及可用性,不論是原子云服務還是組合云服務,衡量的性能指標都是相同的。

                    虛擬化計算資源和存儲資源是相互獨立的,兩者通過虛擬化網絡資源連接起來。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絡中,每個虛擬化網絡包含多個虛擬化計算資源和存儲資源。處于不同虛擬網絡中的虛擬化計算資源和存儲資源間是相互隔離的,同一虛擬網絡內部的通信不占用虛擬網絡的資源,而虛擬網絡內部與外部的通信會占用虛擬網絡帶寬,所以在考慮虛擬網絡資源的性能需求時,需要綜合考慮虛擬網絡內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、所屬虛擬網絡等幾個方面的屬性。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,可以根據虛擬化資源的實際運行情況選取合適的指標:例如對存儲資源有每秒讀寫次數,讀寫速率,可靠性(備份、恢復機制等)等指標。

                    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模、屬性等特征是固定的,因而難以像虛擬資源那樣調整拓撲結構;一般來說物理資源大多是以服務器附加網絡的方式提供資源。計算資源服務器主要提供CPU和內存,RAID等存儲類資源可以擴展其資源架構,但其計算資源難以擴展。可以將物理資源分為服務器及網絡設備兩大類,服務器中的計算、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絡也會占用服務器上的網絡帶寬資源;對網絡設備來說,如果虛擬網絡連接的是鏈路兩端服務器上的虛擬節點,那么此連接也會消耗此網絡設備上的網絡帶寬資源。物理計算資源的性能指標主要包括CPU個數、性能,內存總量、內存占用率等;物理存儲資源的能指標主要包括存儲總量、讀寫速率等。

                    2 資源管理策略

                    在接收到服務請求后,云計算平臺通過管理子系統調配相應的資源,并提供具有合適性能指標的云服務。在這一過程中,云平臺內資源管理的目標主要包括如下幾個方面:

                    資源規模管理。云管理平臺中最基本的資源管理需求是對資源的規模管理,此處的資源規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行記錄,每一級別的資源都有對應的性能指標,從而減少資源浪費。

                    虛擬資源與物理資源的綁定關系管理。云平臺中的虛擬資源與物理資源之間的綁定關系應該是可變的,否則的話云平臺的資源規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。云管理平臺可以在不同物理節點間進行虛擬資源的調度,從而在一定程度上提供虛擬資源服務的性能。

                    提高資源利用率。在實現主要功能的基礎上,提高虛擬資源的性能是資源管理的首要需求。如果一個節點的性能利用率降低,那么它的相對功耗就會相應提高,而提高節點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點的利用率是降低資源管理平臺整體功耗的有效途徑。

                    云管理平臺在進行資源管理時,主要有集中分配、分散部署、均衡負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的系統資源碎片;另外還可以實現動態地操作服務器的目的。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點上,其目的是防止因為物理節點的失效而導致的虛擬資源不可用的情況,從而達到云管理平臺的容災性能。集中部署和分散部署在資源管理方式上是兩個極端,均衡負載的資源管理方式將虛擬資源部署到工作負載最輕的幾臺物理節點上,從而達到負載均衡的目的,以提高云管理平臺的服務性能。就近部署的方式考慮的是云管理平臺的傳輸負載,將虛擬資源部署到最近的物理節點,從而降低了云計算平臺的網絡傳輸負載,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載。在選擇資源管理策略時,需要根據實際情況,綜合考慮各種因素,選擇最適合的資源管理策略。

                    3 管理策略的實現

                    云管理平臺要管理的操作可以分為三部分:云服務管理、虛擬資源管理及物理資源管理。管理云服務的內容一般包含“初始化云服務的實例、綁定租戶應用和云服務、解除租戶應用和云服務間的綁定關系、刪除云服務實例等”。初始化云服務實例要求云管理平臺整合云服務需要的計算、存儲資源、運行環境等信息,并為云服務提供相關設置和配置,如設置環境變量等。例如,當要初始化云服務到某虛擬化計算資源節點時,云管理平臺首先為租戶申請一個滿足條件的虛擬機,在虛擬機上安裝Agent后啟動,然后將云服務應用軟件傳入虛擬機操作系統,最后在虛擬機內安裝需要的軟件、設置相應環境變量;如果采用預先定義好的虛擬機鏡像或ISO文件,還可以大大簡化云服務的初始化流程。綁定操作把租戶應用信息和云管理平臺已經初始化的云服務實例關聯起來,這一過程需要云服務實例提供自身的安全認證密鑰,從而保證云服務實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,首先是監控失效的物理節點和物理節點的資源使用情況;其次是管理物理節點的相關操作,比如啟動、關閉等,這些操作都可以通過調用物理節點宿主系統的管理接口實現,另外還可以通過觸發物理節點系統內的腳本實現。云就是平臺中對虛擬資源的管理主要是虛擬機資源的管理,考慮到虛擬機所處的不同狀態,可以將對虛擬機的資源管理分為三種:創建虛擬機的資源管理、啟動虛擬機的資源管理及遷移虛擬機的資源管理。創建虛擬機時,實際上只是完成虛擬機文件的創建,虛擬機所需要的CPU、內存等資源暫時還未分配;當創建共享類型的虛擬機時,云管理平臺在分配資源時采用的是輪詢方式,輪詢從虛擬機服務器組中選擇一臺服務器來創建虛擬機。啟動虛擬機時的資源管理策略目的是將虛擬機啟動到合適的服務器上,以提高云計算平臺資源池中資源的利用率;舉例來說,如果正在做仿真實驗的大量機器負載都不是很大,則可以將這些機器啟動子一個服務器上,從而節約IT費用;當這些機器的工作負載比較大時,完全可以再將它們盡可能多地部署到多臺服務器上,以實現負載均衡;這樣的資源調度策略可以滿足不同用戶的資源調度需求。

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                  責任編輯:娟子編輯

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