程 瑩，張云勇,劉 露，賈興華

（1.中國聯(lián)通研究院 北京 100048；2.中國聯(lián)合通信網(wǎng)絡(luò)有限公司技術(shù)部 北京 100140）

1 引言

云計算技術(shù)通過提供靈活、按需服務(wù)的IT基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)，促使信息處理方式正發(fā)生著革命性的轉(zhuǎn)變。其核心包括虛擬化技術(shù)和海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)。其中，虛擬化技術(shù)所帶來的獨立性、高度整合性和移動性，為計算資源池化提供了實現(xiàn)的可能，它通過消除應(yīng)用層和物理主機(jī)之間的障礙，使IT部署更為輕松便捷，工作負(fù)載的移動性也得到了顯著增強(qiáng)，從而改變了當(dāng)前IT的基礎(chǔ)架構(gòu) 、流 程 以 及 成 本[1，2]。

目前，業(yè)內(nèi)推出的各種云計算方案，由于維護(hù)其正常運行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)多有不同，廠商間由于商業(yè)利益的原因?qū)е略朴嬎惝a(chǎn)品往往自成體系，使得希望提供公共計算服務(wù)的運營商很難在不被特定廠家鎖定的情況下提供池化的計算服務(wù)，這極大地限制了云計算的普及和推廣。因此，標(biāo)準(zhǔn)的缺失已經(jīng)嚴(yán)重限制了云計算的進(jìn)一步發(fā)展并釋放其全部潛能，制定行業(yè)互操作性是當(dāng)前亟待解決的問題。惟有如此，用戶才能放心地選擇云計算技術(shù)，獲得按需服務(wù)的靈活性。同時，這也有助于IT技術(shù)廠商專注于改進(jìn)產(chǎn)品的功能、可靠性及性能，而不再將重點放在格式和協(xié)議上。

2 虛擬器件概述

虛擬化技術(shù)在提高系統(tǒng)管理的自動化程度和加快應(yīng)用部署速度等方面具有卓越的潛力和優(yōu)勢，然而目前大多數(shù)系統(tǒng)管理員在部署應(yīng)用時依然采用物理機(jī)時代的方式，不斷重復(fù)地從底層操作系統(tǒng)、支撐應(yīng)用的軟件、配置應(yīng)用、激活軟件、優(yōu)化系統(tǒng)、軟件設(shè)置等逐層配置，花大量的時間在重復(fù)的工作上，有礙于系統(tǒng)管理的自動化和應(yīng)用的快速部署。

正是在這樣的背景下，虛擬器件（virtual appliance）的概念應(yīng)運而生，它定義了一個預(yù)配置的軟件堆棧，包括一個或多個虛擬機(jī)，每個虛擬機(jī)都自帶操作系統(tǒng)和相關(guān)應(yīng)用，可自運行，并明確了其所需的虛擬資源。虛擬器件主要應(yīng)用于發(fā)布和部署，支持跨平臺、預(yù)配置、多層架構(gòu)，同時在安全性方面也有所覆蓋。下面簡要介紹虛擬器件和虛擬機(jī)的主要區(qū)別以及虛擬器件的生命周期。

2.1 虛擬器件和虛擬機(jī)的對比分析

虛擬器件和虛擬機(jī)的對比分析見表1。從表中可以看出，虛擬器件完全具備普通虛擬機(jī)的優(yōu)勢并且在安全措施方面更為靈活，同時支持多個虛擬機(jī)不具備的功能，主要包括跨平臺、多層架構(gòu)部署、預(yù)配置和預(yù)優(yōu)化、應(yīng)用激活和調(diào)優(yōu)以及許可證和清單管理。

表1 虛擬器件與虛擬機(jī)的對比分析

2.2 虛擬器件的生命周期

虛擬器件的生命周期主要包括開發(fā)→封裝和分發(fā)→部署→管理→下線[3]。

（1）開發(fā)

分析應(yīng)用的環(huán)境需求；準(zhǔn)備和啟動一個或多個操作系統(tǒng)虛擬鏡像；安裝支撐應(yīng)用的軟件；安裝配置應(yīng)用；安裝用于激活的軟件；優(yōu)化系統(tǒng)和軟件設(shè)置。

（2）封裝和分發(fā)

將虛擬鏡像和必要的格式封裝成虛擬器件；在本地調(diào)試虛擬器件包。

（3）部署

在虛擬化平臺上部署虛擬器件包；啟動已經(jīng)部署成功的虛擬器件；激活已部署的虛擬器件的網(wǎng)絡(luò)和軟件設(shè)置。

（4）管理

監(jiān)控虛擬器件的資源利用率和SLA。

（5）下線

刪除或存檔這個虛擬器件，同時釋放該虛擬器件所占用的資源。

以虛擬器件生命周期為核心的管理模式，將極大提高數(shù)據(jù)中心資源池化的自動化部署程度。從上面的介紹可以看到，虛擬器件已將一系列繁冗重復(fù)的步驟抽象并流程化，從而盡最大可能地流程化，使得虛擬器件在系統(tǒng)管理和應(yīng)用部署方面的價值發(fā)揮到最大。

3 虛擬器件的優(yōu)劣勢分析

3.1 虛擬器件的優(yōu)勢分析

從前面的介紹不難看出，虛擬器件的優(yōu)勢主要包括：簡化開發(fā)并降低測試的成本；加快發(fā)布的速度；提供更可靠的安全保障；支持多層架構(gòu)的應(yīng)用；避免被特定廠商壟斷；降低維護(hù)和購買成本；采用類似Apple的App Store模式，從而降低虛擬化技術(shù)應(yīng)用的復(fù)雜度。

3.2 虛擬器件的劣勢分析

虛擬器件的設(shè)計導(dǎo)致了它所需的空間比單純的應(yīng)用大很多，因為每個虛擬器件包至少要包含一個操作系統(tǒng)。對于那些安全非常方便且輕量級的軟件，虛擬器件不是最佳的發(fā)布方式。

另外，很難對現(xiàn)有的虛擬器件進(jìn)行有效的更新。因為現(xiàn)在常用的更新方式是以虛擬器件為單位的，假設(shè)要更新這個虛擬器件，首先要重新下載一個新版本，用新版本替換舊版本。這樣的模式很難在現(xiàn)有虛擬器件基礎(chǔ)上做細(xì)粒度的更新。

4 OVF簡介

為了使虛擬器件的概念落到實處，DMTF（distributed management task force，分布式管理任務(wù)組）創(chuàng)建了OVF（open virtualization format，開放虛擬化格式）標(biāo)準(zhǔn)，并且將其作為 VMAN（virtualization management，虛擬化管理）項目的組成部分，旨在推動虛擬化的管理和互操作性。目前已開發(fā)至1.1版本。該標(biāo)準(zhǔn)描述了開放、安全、可移動、高效并且可擴(kuò)展的格式，可應(yīng)用于運行于虛擬機(jī)之上軟件的封裝和分發(fā)。OVF1.1目前處于虛擬器件生命周期中封裝、分發(fā)和部署的階段。OVF1.1采用XML文件捕獲虛擬器件的元數(shù)據(jù)，該文件主要包括虛擬機(jī)的元數(shù)據(jù)和其他多個組成部分——虛擬磁盤、網(wǎng)絡(luò)及資源的需求（如CPU和內(nèi)存限制）、軟件許可、虛擬機(jī)啟動順序以及一個或多個虛擬機(jī)的配置信息。OVF是可擴(kuò)展的同時允許OVF包的創(chuàng)建者加入額外的元數(shù)據(jù)信息。

OVF1.1 標(biāo)準(zhǔn)[4]中定義了 OVF 包（OVF package）結(jié)構(gòu)和OVF 環(huán)境文件（OVF environment）等內(nèi)容。

4.1 OVF包結(jié)構(gòu)

作為OVF標(biāo)準(zhǔn)的核心，OVF包中包括5種文件，見表2。其中，OVF描述符文件、OVF清單文件和OVF認(rèn)證文件需要同名。

表2 OVF包文件描述

4.2 OVF描述符及信封

OVF描述符文件是虛擬器件的核心文件，所有關(guān)于包的元數(shù)據(jù)及其內(nèi)容都存儲在OVF描述符文件中，它是一個可擴(kuò)展的XML文件，便于寫入信息，包括軟件產(chǎn)品細(xì)節(jié)、虛擬硬件需求以及軟件版權(quán)。OVF描述符文件包括一個信封（envelope）元素，它是描述符文件中的核心內(nèi)容。信封元素描述了虛擬機(jī)的所有元數(shù)據(jù)，包括虛擬硬件和OVF包本身的結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。主要元數(shù)據(jù)模塊見表3[5]。

表3 OVF信封主要元數(shù)據(jù)模塊

4.3 OVF環(huán)境文件

OVF環(huán)境文件也是一個XML文檔[6]，它定義了運行于虛擬機(jī)之上的軟件（包括操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件及服務(wù)）與部署平臺間的交互方式，應(yīng)用于部署階段。它由OVF部署平臺在部署OVF包的過程中生成，并提供給已部署虛擬系統(tǒng)中的軟件使用。OVF環(huán)境文件的作用是提供已部署在OVF包中的軟件的配置、屬性等信息。在OVF包的部署過程中，部署平臺將收集與自定義屬性鍵相關(guān)的值，并構(gòu)建OVF環(huán)境文件。

OVF環(huán)境文件包括協(xié)議 （protocol）模塊和通信(transport)模塊。其中，協(xié)議模塊定義了XML文檔的格式和語義，從而可以配置OVF包中軟件。通信模塊定義了部署平臺和OVF包內(nèi)軟件如何交互。

OVF環(huán)境文件部署的具體流程如下：

·部署工具提示用戶確定信封的產(chǎn)品模塊內(nèi)的軟件配置選項；

·部署工具通過用戶的數(shù)據(jù)生成OVF環(huán)境文件并將其傳入虛擬機(jī)中；

·虛擬機(jī)上軟件會讀取這個環(huán)境文件，并執(zhí)行相關(guān)操作。

5 OVF的應(yīng)用及未來發(fā)展方向

OVF1.1發(fā)布以來，得到了業(yè)內(nèi)主流廠商的關(guān)注和重視，目前已經(jīng)有多家廠商在產(chǎn)品設(shè)計時采納了OVF協(xié)議并將其作為核心的部署模型，主要包括VMware的vCloud Express、IBM的WebSphere CloudBurst Appliance以及開源的Xen Cloud Platform等。

OVF協(xié)議本身作為DMTF中VMAN項目的基礎(chǔ)和核心組成部分，為虛擬化管理、云平臺互操作性提供了實現(xiàn)的可能和依據(jù)[3，7]。OVF協(xié)議已取得了業(yè)內(nèi)多家廠商的認(rèn)可和跟進(jìn)，正提交至國際三大標(biāo)準(zhǔn)組織ISO、IEC和ITU，已獲得初步肯定。DMTF正在開展OVF2.0的開發(fā)工作，不僅包括虛擬機(jī)的封裝，還將涉及防火墻、負(fù)載均衡、QoS、SLA、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施等內(nèi)容。但是，必須看到，OVF協(xié)議目前還不夠完善，在虛擬器件生命周期中僅涉及了封裝和部署兩個階段，在后續(xù)同樣重要的平臺管理方面缺乏支持，限制了它的推廣。另外，目前實現(xiàn)的功能也需進(jìn)一步強(qiáng)化，特別是在OVF包的軟件激活上。

6 結(jié)束語

虛擬器件的發(fā)展將突破目前虛擬化管理和互操作上廠商各自為戰(zhàn)的“戰(zhàn)國時代”，打破廠商自成體系的產(chǎn)品壁壘，為云計算標(biāo)準(zhǔn)化打下堅實的基礎(chǔ)，使計算資源池化成為可能，實現(xiàn)按需服務(wù)的靈活性。OVF協(xié)議是虛擬器件思想的協(xié)議級實現(xiàn)，目前已經(jīng)得到多家廠商的跟進(jìn)并獲得國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的初步認(rèn)可，未來在深度和廣度上的加強(qiáng)和擴(kuò)展將極大地推動云計算的普及和推廣。

1 童曉渝，張云勇，戴元順.從公眾通信網(wǎng)向公眾計算通信網(wǎng)演進(jìn).電信科學(xué)，2010，26（6）

2 劉鵬.云計算.北京：電子工業(yè)出版社，2010

3 DMTF VMAN Technical Note.Virtualization management(VMAN)initiative,2010

4 DMTF DSP0243_1.1.0.Open virtualization format specification,2010

5 DMTF dsp8023_1.1 OVF envelope XSD.xml，2010

6 DMTF dsp8027_1.1 OVF environment XSD.xml，2010

7 DMTF VMAN&Cloud Interoperability Overview Document.Virtualization management(VMAN):a building block for cloud interoperability,2009