云计算服务平台构建研究

摘 要：本文分析研究了虚拟化技术在云计算实现中的应用，并基于此设计了云计算平台系统，实现云计算系统的远程计算等功能。

关键词：虚拟化；云计算；平台

中图分类号：G434

云计算商业应用主要有：基础设施及服务（IaaS，infrastructure as a Service），平台即服务（PaaS，Platform as a Service）和软件即服务（Saas，Software as a Service），而且服务的范围越朝基础设施方向，通用性就越强。平台即服务的客户主要是互联网的应用开发者们，给客户提供整个平台环境，而客户将这种平台视作一种服务，在这样的平台基础上，开发各自的应用程序，并通过其服务器和互联网传递给软件需求者，这种模式为软件开发者提供了应用软件的研发平台。基础设施即服务是将云计算系统的底层资源开放，服务器等的物理资源进行整合集中，提供给客户一个资源共享接口。这个接口使得IT行业能为其他行业提供虚拟的计算和数据资源，使得网络中的计算单元、存储设备、输入输出设备以及网络带宽等硬件资源集成，作为一个虚拟的资源中心，为整个计算网络中的客户服务。相当于把不同位置或者不同公司的服务器集成为网络可访问的云端设备，使得有资源需求的客户能够使用。这样通过虚拟的资源中心提供给客户使用，使用者付费来获得一定程度的使用权。该应用模式的优势是使得用户能够动态申请或者释放节点，而这种服务器的规模一般都是非常大的，数量可以达到几十万台，用户在按使用量付费时，可以认为资源是无限的。

1 虚拟化技术在云计算中的应用

云计算实现是一个关系到很多问题的过程，而虚拟化技术是比较关键的环节，虚拟化的顺利应用与否影响到云计算服务的发展，计算机方面的虚拟化，指的是计算的基础是在虚拟资源上，而不像现实中的计算机，虚拟化技术使得计算的硬件资源得到很大地优化，如将虚拟化技术应用于单个CPU，则可以虚拟出多个CPU并行运行，从而可以使得多个操作系统在CPU上运行，应用程序也可以在相互独立的各类资源空间运行，计算机的利用率得到了很大地提高。虚拟化技术在云计算中的应用大致如下所示：

1.1 全虚拟化。这种虚拟化方式是利用虚拟机管理器，把需要虚拟化的硬件设备进行彻底虚拟化，通过这样的技术手段，使得虚拟化处理后的硬件设备具有传统计算机的功能，能够进行计算，网络访问等各种功能。这种虚拟化计算机组中的每个计算机，可能具有不同的操作系统，这并不影响它们组合；而且操作系统不需要修改内核，也能在虚拟化计算机组中运行。操作系统中的指令大部分可以虚拟化，不能虚拟化的指令，可使用虚拟机管理器来将这些指令进行译码，使得操作系统和虚拟计算机组基本可以很好对兼容，总体上节约了硬件资源，而且也使得服务更加完善。

1.2 半虚拟化。和上述与操作系统的很好地兼容不同，这种方式需要通过操作系统来达到虚拟化的目的。而且该方式需要修改一部分操作系统的内核，以达到部分不能直接虚拟化指令的通用性，也就是非底层软件不能直接使用的指令用修改后的指令更换，这样来实现操作系统的完整功能。在这种虚拟化环境中，操作系统能够识别出是在虚拟环境运行或物理环境运行。

1.3 硬件虚拟化。从上可以看出，软件都进行了一定程度地虚拟化，硬件虚拟化则不需要。但其也需要一定的硬件指令来进行虚拟化，这种虚拟化方式，使得虚拟机管理器和操作系统可以在不同环境中运行，如虚拟机管理器可以物理环境运行，而操作系统则可以在虚拟环境中运行；甚至是依据客户的需要来决定其运行环境，因为虚拟环境中操作系统的计算速度比较慢。相对于上述涉及软件虚拟化来说，硬件虚拟化能够一定程度增加资源的利用率，使得计算机计算速度更快，减少了中间译码的时间，而且虚拟机管理器的结构与原理变得容易设计，系统的性能变得稳定可靠。

2 云计算平台的构建

云计算服务的兴起，使得传统的IT行业经历了新的变迁，逐渐由原来的购买软硬件资源向购买服务过渡，而且是由云计算供应商经网络提供相应的软硬件资源。本文研究如何构建动态的IaaS云计算平台，使得服务使用者能够方便快捷的获得软硬件资源的使用权限。而云计算的服务提供商降低成本的手段也有很多，如增加集成率以及高效管理等。

2.1 云计算平台的组成部分。本文中的管理平台主要是由以下部分组成：虚拟化内核平台（操作系统级）、虚拟化管理系统（应用软件级）以及云业务管理中心。虚拟化内核平台的实际作用是硬件设备层以及操作系统的连接与过渡，平台中的操作系统需要使用底层硬件资源时，由于硬件的底层结构可能不同，为了减少这种差异对操作系统的正常运行的影响，避免操作系统因硬件结构不同而采用不同的驱动，导致驱动过多，从而降低系统运行速度。也一定程度的提升了硬件的兼容性以及可靠性等。虚拟化管理系统的作用则是使数据中心内的运算及存储等硬件资源的虚拟化，使得上层应用可以在不同的硬件设施上执行，同时也可以使得上层应用的运行环境得到自动化的保护。业务范围一般有：虚拟计算、虚拟网络等。云业务管理中心则是一系列云基础业务模块组成的，把云计算数据中心的计算、存储等架构资源按一定的方式集成，使用户根据需求来确定资源组合，最终构成用户的组合集。业务范围有：自助式服务门户、虚拟式数据中心等。

2.2 虚拟化平台的特征。管理平台能够把服务器计算机和虚拟机集成到整个云计算系统中，不但有比较分明的分层结构，展示了数据中心、主机等之间的逻辑及功能联系，极大地减少了资源管理的负担。而对于这样将整个集群进行管理还有如下的优势，如：（1）管理员可以经过一个友好而功能完善的人机接口，对整个云计算系统监控及实时调整，达到缩减管理过程及减少成本的目的；（2）管理的难度降低，同时也具有了很高的可靠性，当某一主机出现异常时，在云计算系统中的另一台计算机上重启受到影响的虚拟机；（3）云计算系统的管理平台中的文件系统，不同于普通操作系统的文件系统，能够使得不同的云计算节点同时访问同一虚拟机文件。而由于虚拟架构系统中的虚拟机实际上是被集成为一个档案文件以及几个环境配置文件，把这些文件存放在存储阵列中，不同服务器中的虚拟机也就可以访问该文件，从而防止单点故障的发生。

2.3 云计算平台的设计。后台管理模块是负责依据一定的规则，使得资源使用者依据一定的规则，获取云计算中计算机的虚拟机管理权限，每隔一定的时间获取一次访问计算机及虚拟机信息，使得用户也能实时跟踪云计算系统的硬件变化。辅助功能模块则主要是事件追踪等功能，是借由日志记录实现的。界面功能模块则是把云计算系统中的软硬件信息反馈给管理员，使得云计算系统的软硬件得到实时监控。Vnc功能模块则是实现虚拟机的网络人机接口，可以在用户计算机上，远程访问云计算主机的虚拟机中。

3 结束语

文中设计平台现已小规模应用于远程计算领域，就目前的应用情况来看还存在着一些不足之处。在今后的学习过程中，笔者将继续致力于该领域的研究工作，以期能够获得更多更有价值的研究成果。

参考文献：

[1]成阳.可信云计算服务平台研究[D].北京交通大学，2013.

[2]杨娟.基于云计算的设计服务模式研究及原型应用[D].重庆大学，2012.

[3]王文婧.移动云计算的QoE评价与优化研究[D].北京邮电大学，2013.

作者简介：周立民（1980.08-），男，满族，河北承德人，讲师，研究生，研究方向：软件工程、网络开发。

作者单位：兰州石化职业技术学院，兰州 730060

基金项目：甘肃省教育厅硕士研究生导师项目（项目编号：1015B-6），兰州石化职业技术学院教科研项目（项目编号：JY2011-22）。