〔摘 要〕為了解決云計算環(huán)境下，數(shù)字圖書館云數(shù)據(jù)中心虛擬機集群資源負載不平衡的問題，本文提出了一種云計算環(huán)境下，基于負載平衡的數(shù)字圖書館虛擬機集群資源調(diào)度策略。該策略可減少云計算環(huán)境下數(shù)字圖書館虛擬機的遷移數(shù)量，并改善云數(shù)字圖書館的用戶服務(wù)質(zhì)量。

〔關(guān)鍵詞〕云計算；數(shù)字圖書館；虛擬機集群；資源調(diào)度

云計算環(huán)境下，虛擬化技術(shù)在提高云圖書館服務(wù)保障能力和用戶云閱讀滿意度的前提下，大幅降低了云圖書館建設(shè)、運營、維護和升級成本，具有較強的市場競爭力和未來可持續(xù)發(fā)展性。同時，隨著讀者云閱讀需求的增長和云服務(wù)模式的轉(zhuǎn)變，云圖書館數(shù)據(jù)中心虛擬機集群的數(shù)量和結(jié)構(gòu)復雜度不斷增加。因此，在確保具有較高云資源使用效率的同時，執(zhí)行科學、高效的虛擬機創(chuàng)建、部署、管理、調(diào)度和遷移策略，實現(xiàn)云圖書館服務(wù)負載平衡和虛擬機集群高效運營，是決定云圖書館用戶服務(wù)安全、高效、經(jīng)濟、低碳的重要因素。

1 云圖書館虛擬機集群資源管理與調(diào)度需求

1.1 準確評估云圖書館數(shù)據(jù)中心虛擬機負載狀況準確評估云圖書館數(shù)據(jù)中心虛擬機負載狀況，是科學、高效、經(jīng)濟、合理地管理與分配云資源，防止因資源分配不足而導致云圖書館服務(wù)性能下降和資源浪費的前提。首先，云圖書館在虛擬化資源評估過程中，應準確預測未來用戶增長數(shù)量、服務(wù)模式發(fā)展趨勢和負載變化狀況，并對虛擬機負載需求進行估算。其次，圖書館應根據(jù)云閱讀活動重要性和資源使用量，將虛擬機劃分為不同的資源分配與服務(wù)保障級別，并制定相應的虛擬機負載與資源管理策略。第三，對云圖書館數(shù)據(jù)中心虛擬機負載變化實施有效的監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、分析和判斷，為科學管理提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持[1]。

1.2 制定科學、安全、高效、經(jīng)濟的虛擬機管理與調(diào)度策略需求 在云圖書館虛擬機管理與調(diào)度策略制定中，首先，需要執(zhí)行靈活的虛擬化資源管理、分配、調(diào)度與遷移策略，并根據(jù)云資源總量、讀者群數(shù)量、云閱讀需求、虛擬機運營效率實際進行策略調(diào)整。其次，管理與調(diào)度策略應保證虛擬機集群服務(wù)具有連續(xù)性、系統(tǒng)可監(jiān)控性和服務(wù)應用程序安全性。第三，必須對所制定的虛擬機管理與調(diào)度策略的安全性、有效性和合理性進行綜合測試與評估。

1.3 防止虛擬機蔓延事件發(fā)生的需求云圖書館數(shù)據(jù)中心采用虛擬化架構(gòu)管理后，在提高資源使用效率的同時，虛擬化環(huán)境也增加了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜度和管理難度，原有的管理模式、方法和工具已不適應虛擬化環(huán)境管理需求，因此，容易導致虛擬機蔓延事件的發(fā)生。為了加強對虛擬機蔓延事件的管理，首先，云圖書館需要開發(fā)、應用新的虛擬機跟蹤、識別、認證和審計系統(tǒng)，提高虛擬機蔓延事件的可管理性。其次，需要制定出有效的虛擬化系統(tǒng)與虛擬化資源分配安全操作規(guī)定，并加強管理人員的安全與技術(shù)培訓，提高系統(tǒng)管理員的責任心和安全意識。第三，須加強云圖書館虛擬機創(chuàng)建的計劃、審批與管理工作，嚴禁執(zhí)行不符合虛擬機生命周期發(fā)展規(guī)律的操作，或者盲目創(chuàng)建和使用虛擬機。

2013年3月第33卷第3期現(xiàn)？代？情？報Journal of Modern InformationMar.，2013Vol.33 No.32013年3月第33卷第3期云計算環(huán)境下基于負載平衡的數(shù)字圖書館虛擬機集群資源調(diào)度策略Mar.，2013Vol.33 No.31.4 加強對虛擬機發(fā)現(xiàn)、監(jiān)控和跟蹤活動有效性的需求 加強對虛擬機識別、監(jiān)控和跟蹤活動的有效性，是提高虛擬機管理與實用過程科學性、安全性、經(jīng)濟性和有效性的關(guān)鍵。首先，云圖書館應提高虛擬機識別、監(jiān)控和跟蹤活動的可操作性，確保整個過程符合虛擬機創(chuàng)建、應用和刪除活動的生命周期發(fā)展規(guī)律。其次，應通過對虛擬化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量的監(jiān)控，來采集虛擬機CPU狀態(tài)、內(nèi)存活動、磁盤I/O等信息，進而準確判斷虛擬機所處的狀態(tài)和性能。第三，云圖書館應通過建設(shè)虛擬機識別、監(jiān)控和跟蹤活動的自動化流程配置平臺，來實現(xiàn)虛擬機創(chuàng)建、運營、刪除和虛擬化資源回收過程的智能、自動化操作，以減少云圖書館未經(jīng)授權(quán)和過度配置的虛擬機數(shù)量，并且提高虛擬機發(fā)現(xiàn)、判定、刪除、回收等工作的效率[2]。

1.5 虛擬機資源分配與調(diào)度管理的動態(tài)自適應需求云圖書館虛擬機資源的分配與調(diào)度，首先應結(jié)合云圖書館虛擬化資源的特征、分配對象、數(shù)量需求和管理要求，采取面向讀者云閱讀應用服務(wù)和閱讀質(zhì)量需求的動態(tài)自適應管理，并結(jié)合云服務(wù)負載動態(tài)變化狀況和應用實際進行管理策略優(yōu)化。其次，須簡化虛擬機的放置與遷移過程，應將虛擬機的放置與遷移問題，和虛擬機承載的應用資源消耗類型、用戶對應用的訪問模式、虛擬機應用負載匹配關(guān)系等因素聯(lián)系起來綜合考慮。第三，在虛擬機遷移策略的制定中，除考慮虛擬機對CPU、內(nèi)存、存儲空間、網(wǎng)絡(luò)等虛擬化資源的需求和能耗外，還應考慮云資源總量、虛擬化網(wǎng)絡(luò)傳輸性能、虛擬機本地動態(tài)伸縮能力、遷移策略可靠性和遷移時機。

2 基于負載平衡的云數(shù)字圖書館虛擬機集群資源調(diào)度策略2.1 進行云圖書館業(yè)務(wù)量與虛擬機資源需求的評估云圖書館虛擬機的創(chuàng)建過程，必須堅持以讀者云服務(wù)業(yè)務(wù)量和虛擬機資源需求為依據(jù)，制定科學、合理的虛擬機創(chuàng)建與云資源分配計劃。首先，管理員應認真分析、統(tǒng)計、預測圖書館開展的云閱讀服務(wù)活動，對虛擬機和云資源的需求總量，以及在不同虛擬機上運行的云服務(wù)業(yè)務(wù)對云資源的需求量。同時，通過制定高效的虛擬機資源和服務(wù)負載管理策略，保證虛擬機集群安全、高效運營。其次，為了提高虛擬機運營效率和節(jié)省云資源使用量，應保證關(guān)系云圖書館服務(wù)有效性與用戶滿意度的虛擬機，在資源分配上占據(jù)較高的比率。采取重點突出和精打細算的方法，在保證虛擬機集群重點部位和應用高效、節(jié)能的前提下，不斷提高虛擬機服務(wù)質(zhì)量。第三，云數(shù)據(jù)中心物理基礎(chǔ)設(shè)施CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)、存儲等資源的分配與使用效率，是關(guān)系云圖書館服務(wù)質(zhì)量和資源使用效率的關(guān)鍵。因此，在保證云圖書館核心業(yè)務(wù)的前提下，應盡量降低上述資源的申請與分配數(shù)量，并關(guān)閉已停止服務(wù)的虛擬機系統(tǒng)[3]。

2.2 實現(xiàn)虛擬機與云資源的自適應管理、控制為了解決用戶需求、服務(wù)質(zhì)量、資源利用率和服務(wù)投資收益率之間的矛盾，云圖書館應采用有效的自動化監(jiān)測與自適應管理機制，來提高虛擬機與云資源的創(chuàng)建、分配、管理與調(diào)度效率。自動化監(jiān)測與自適應管理系統(tǒng)應由監(jiān)控器、云應用服務(wù)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、判決系統(tǒng)、控制與執(zhí)行系統(tǒng)組成。監(jiān)控器主要可獲得物理主機和虛擬機對CPU、內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)的使用效率數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給云應用服務(wù)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。采集處理系統(tǒng)將所采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)易于計算、判斷的數(shù)據(jù)模式，由判決系統(tǒng)根據(jù)云閱讀應用服務(wù)，以及虛擬機資源配置和分配、調(diào)度、遷移需要，進行虛擬機和虛擬化資源的管理與分配。控制與執(zhí)行系統(tǒng)在堅持優(yōu)質(zhì)服務(wù)、高效運行、負載均衡和經(jīng)濟節(jié)省的前提下，根據(jù)云閱讀應用服務(wù)的內(nèi)容、需求、質(zhì)量和實際保障情況，實現(xiàn)虛擬機和虛擬化資源的自適應管理與控制。

2.3 部署虛擬機自動化負載配置平臺部署虛擬機自動化負載配置平臺，幫助云圖書館管理員實現(xiàn)虛擬機的自動化負載配置和虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)管理，并提供鎖死、閑置和被棄用虛擬機的狀態(tài)報告，是降低管理員工作量和運營、管理成本，提高虛擬機總體運營效率的重要措施。首先，所部署的虛擬機自動化負載配置平臺應具備較強的功能性，可集中、統(tǒng)一地監(jiān)測和識別虛擬機的CPU、內(nèi)存和存儲三種資源，當發(fā)現(xiàn)其中一項資源被完全消耗時就進行虛擬機鎖死。同時，為管理員提供資源使用報告，以方便管理員進行資源補充或者資源回收，從而提高整個虛擬化計算基礎(chǔ)架構(gòu)的總體資源利用率。其次，管理員可依據(jù)虛擬機資源使用量、網(wǎng)絡(luò)通信量，進行閑置虛擬機的發(fā)現(xiàn)、判定和回收，通過減少閑置虛擬機的數(shù)量來降低虛擬機集群結(jié)構(gòu)復雜度。第三，在虛擬機資源配置與分配過程中，應為各種應用服務(wù)任務(wù)的虛擬機設(shè)置不同的優(yōu)先級。并根據(jù)服務(wù)的內(nèi)容、重要性和客戶滿意度需求，進行虛擬機資源份額、預留、限制、存儲I/O控制等3個參數(shù)的配置，實現(xiàn)虛擬化資源在分配、管理、調(diào)度過程的自動化配置與動態(tài)管理[4]。

2.4 嚴格控制虛擬機蔓延云計算環(huán)境下，隨著云圖書館虛擬化環(huán)境復雜度與管理難度的不斷增加，簡化虛擬化資源的管理、分配與應用過程，成為提高云圖書館虛擬化管理效率的關(guān)鍵。但時，這種虛擬機快速、簡單和未經(jīng)合理驗證、審核的創(chuàng)建模式，以及虛擬化管理系統(tǒng)對虛擬機資源、用戶有限的管理能力和過度配置，成為造成虛擬機蔓延的主要因素。云圖書館虛擬機蔓延主要表現(xiàn)為幽靈虛擬機、僵尸虛擬機、虛胖虛擬機3種形式。隨著虛擬機數(shù)量的增加，會導致云圖書館在虛擬機創(chuàng)建、管理、應用與遷移過程中，軟件License成本、服務(wù)器及存儲設(shè)備成本、時間成本快速上升，不但增加了云圖書館虛擬機集群結(jié)構(gòu)復雜度和管理難度，而且會導致圖書館云服務(wù)成本激增和運營效率下降。因此，云圖書館首先應嚴格控制虛擬機蔓延現(xiàn)象發(fā)生。在降低虛擬機云應用服務(wù)資源消耗，以及提高資源重復利用與回收效率的前提下，杜絕未經(jīng)授權(quán)和過度配置虛擬機現(xiàn)象發(fā)生，并加強對閑置、棄用虛擬機的監(jiān)控、發(fā)現(xiàn)和回收。其次，應保證虛擬機創(chuàng)建、資源分配和應用服務(wù)的制度化管理，對虛擬機的創(chuàng)建、資源分配和應用服務(wù)過程進行自動化審核和按需創(chuàng)建。第三，通過部署虛擬機自動化負載配置平臺，實現(xiàn)符合虛擬機生命周期發(fā)展規(guī)律的負載配置智能、自動化管理，提高虛擬機創(chuàng)建、管理、資源分配、應用服務(wù)的效率和合理性。

2.5 對虛擬機資源實施模板管理對虛擬機資源實施模板管理，是降低云圖書館管理員工作量和虛擬化資源管理復雜度，提高虛擬機管理效率和可靠性的重要方法。首先，云圖書館應在對云基礎(chǔ)設(shè)施物理資源有效虛擬化的前提下，針對虛擬機應用服務(wù)資源需求，對CPU、內(nèi)存、存儲、網(wǎng)絡(luò)等虛擬化資源實施不同的源管理模式，或提供不同的資源管理模板。通過采用云資源的抽象化和標準化管理，在大幅度縮短資源部署、配置時間的前提下，提高資源的交付效率和成功率。其次，虛擬機資源模板管理應具有較強的功能性和可操作性，在統(tǒng)一模板管理平臺上實現(xiàn)虛擬機和云資源的創(chuàng)建、查詢、管理、調(diào)度、遷移、修改和刪除等操作。第三，虛擬機資源管理模板應具備較強的可控性、可靠性、連續(xù)性、冗余性和可擴展性。在確保云基礎(chǔ)設(shè)施物理資源和虛擬化資源安全、穩(wěn)定的前提下，可對虛擬機、基礎(chǔ)設(shè)施物理資源、云虛擬化資源，實行符合信息系統(tǒng)生命周期發(fā)展規(guī)律的模板管理，確保管理過程統(tǒng)一平臺、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一接口、統(tǒng)一策略[5]。

3 結(jié)束語云圖書館對虛擬機的創(chuàng)建、調(diào)度、遷移和刪除管理的可控性，以及虛擬機云資源分配的效率和利用率，是關(guān)系云圖書館服務(wù)能力建設(shè)、運營成本、讀者云閱讀活動滿意度和市場競爭力的大事。同時，也是關(guān)系云圖書館未來可持續(xù)發(fā)展和云服務(wù)模式變革、擴展的重要因素。因此，云圖書館應將虛擬機和虛擬化資源的管理、分配、調(diào)度、遷移工作，融入到云圖書館基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、用戶云服務(wù)模式變革、讀者云閱讀服務(wù)保障和未來云服務(wù)能力擴展之上，采用符合信息系統(tǒng)生命周期發(fā)展規(guī)律的管理策略，確保虛擬機管理與調(diào)度工作安全、高效、經(jīng)濟、可靠。

參考文獻

[1]郭紅英.云計算環(huán)境下高校圖書館用戶服務(wù)模式發(fā)展研究[J].圖書館理論與實踐，2011，（2）：84-85.

[2]馮偉，陳靜怡，吳杰.基于資源特征匹配的虛擬機放置算法[J].計算機工程與設(shè)計，2012，33（7）：2575-2579.

[3]MINC，KIMI，KIMT，etal.VMMB：virtualmachinememorybalancingforunmodifiedoperatingsystems[J].JournalofGridComputing，2012，10（1）：69-84.

[4]莊威，桂小林，林建材，等.云環(huán)境下基于多屬性層次分析的虛擬機部署與調(diào)度策略[J].西安交通大學學報，2013，（2）：132-141.

[5]FANGHF，ZHAOYQ，ZANGHY，etal.VMGuard：anintegritymonitoringsystemformanagementvirtualmachines[C]∥Proceedingsofthe16thIEEEInternationalConferenceonParallelandDistributedSystems.Piscataway：IEEEPress，2010：67-74.