〔摘 要〕針對(duì)云計(jì)算環(huán)境下數(shù)字圖書(shū)館虛擬化資源分配的QOS保障問(wèn)題，本文提出了一種云計(jì)算環(huán)境下基于QOS保障的數(shù)字圖書(shū)館虛擬機(jī)資源分配策略。該策略可以提高云計(jì)算環(huán)境下數(shù)字圖書(shū)館虛擬機(jī)的可靠性，有助于保持云環(huán)境負(fù)載均衡，并能提高虛擬化資源的利用效率。

〔關(guān)鍵詞〕云計(jì)算；QOS保障；數(shù)字圖書(shū)館；虛擬機(jī)；資源分配

云計(jì)算技術(shù)在圖書(shū)館管理與服務(wù)中的應(yīng)用，大幅度增強(qiáng)了圖書(shū)館云服務(wù)的安全性、效率、經(jīng)濟(jì)性和可控性，確保云讀者具有較高的云閱讀滿(mǎn)意度和云服務(wù)質(zhì)量（QOS）保證。但是，隨著圖書(shū)館讀者云閱讀服務(wù)的不斷發(fā)展與完善，云圖書(shū)館基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)和云服務(wù)模式也呈現(xiàn)復(fù)雜度不斷增強(qiáng)，讀者群數(shù)量和云閱讀服務(wù)數(shù)據(jù)量級(jí)數(shù)遞增，云閱讀服務(wù)平臺(tái)復(fù)雜度和云資源管理難度快速上升的態(tài)勢(shì)，對(duì)云圖書(shū)館服務(wù)安全性、有效性和可持續(xù)性產(chǎn)生了較大威脅。虛擬化是云計(jì)算的核心技術(shù)。利用虛擬化技術(shù)可以動(dòng)態(tài)地組織異構(gòu)的計(jì)算資源、消除硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)異構(gòu)性，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了云資源的靈活配置、管理、調(diào)度和遷移，為復(fù)雜云計(jì)算環(huán)境下，讀者云閱讀服務(wù)提供了可靠的技術(shù)支持和云資源保障。復(fù)雜云計(jì)算環(huán)境下，如何加強(qiáng)虛擬機(jī)資源分配、管理、調(diào)度、遷移活動(dòng)的科學(xué)性、可控性和可執(zhí)行性，保證虛擬化系統(tǒng)環(huán)境安全、高效、經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定，是提高圖書(shū)館云閱讀服務(wù)資源利用率和降低管理成本，保證云閱讀活動(dòng)安全、可用、靈活和可擴(kuò)展的關(guān)鍵[1]。

1 云圖書(shū)館虛擬機(jī)資源分配的特點(diǎn)與目標(biāo)

1.1 云圖書(shū)館虛擬機(jī)資源的管理過(guò)程云圖書(shū)館虛擬機(jī)資源的管理過(guò)程主要可分為創(chuàng)建虛擬機(jī)的資源管理、啟動(dòng)虛擬機(jī)的資源管理、遷移虛擬機(jī)的資源管理3個(gè)部分。首先，為了保證虛擬機(jī)創(chuàng)建過(guò)程安全、經(jīng)濟(jì)、快速和標(biāo)準(zhǔn)化，云圖書(shū)館可通過(guò)模板創(chuàng)建統(tǒng)一配置參數(shù)的，可以滿(mǎn)足所有操作系統(tǒng)和云服務(wù)需求的虛擬機(jī)。其次，云圖書(shū)館管理員可利用系統(tǒng)性能監(jiān)測(cè)軟件，對(duì)宿主機(jī)CPU、內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)帶寬使用情況數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確采集。同時(shí)，根據(jù)云服務(wù)和虛擬機(jī)運(yùn)營(yíng)需求，結(jié)合所采集的系統(tǒng)云資源實(shí)際狀態(tài)數(shù)據(jù)，將創(chuàng)建的虛擬啟動(dòng)到恰當(dāng)?shù)奈锢矸?wù)器上，在滿(mǎn)足云服務(wù)需求的前提下保證較高的云資源利用率。第三，圖書(shū)館根據(jù)云服務(wù)負(fù)載變化特點(diǎn)，可執(zhí)行動(dòng)態(tài)的虛擬機(jī)管理策略。當(dāng)服務(wù)需求激增時(shí)，可將虛擬機(jī)部署于多臺(tái)服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。此外，當(dāng)服務(wù)負(fù)載降低或者服務(wù)結(jié)束時(shí)，可通過(guò)刪除虛擬機(jī)和云資源回收來(lái)提高管理效率。

1.2 云圖書(shū)館虛擬機(jī)資源分配的特點(diǎn)

1.2.1 虛擬機(jī)資源的調(diào)度環(huán)境復(fù)雜首先，圖書(shū)館通過(guò)租賃云服務(wù)商基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，為讀者開(kāi)展云個(gè)性化閱讀服務(wù)。因此，云服務(wù)商系統(tǒng)的多租戶(hù)資源共享特點(diǎn)，導(dǎo)致圖書(shū)館與多用戶(hù)共享云服務(wù)商虛擬化環(huán)境，具有復(fù)雜和安全威脅多的特點(diǎn)。其次，云圖書(shū)館要求服務(wù)商虛擬化環(huán)境具有規(guī)模龐大、集中管理和可擴(kuò)展的特點(diǎn)。服務(wù)商依據(jù)云圖書(shū)館需求，提供大規(guī)模、集中式的虛擬化資源池，并根據(jù)服務(wù)過(guò)程對(duì)云資源的需求與使用量，安全、快速和可擴(kuò)展地供應(yīng)或者回收云資源。第三，云計(jì)算環(huán)境下，虛擬化環(huán)境具有資源異構(gòu)、硬件兼容性問(wèn)題突出和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化頻繁的特點(diǎn)。因此，要求虛擬機(jī)資源調(diào)度策略和過(guò)程具有較強(qiáng)動(dòng)態(tài)性，可根據(jù)用戶(hù)保障第一和收益率最優(yōu)的原則，執(zhí)行科學(xué)、可控的虛擬機(jī)創(chuàng)建、云資源分配、刪除和云資源回收策略[2]。

2.2 虛擬機(jī)遷移過(guò)程增加了云資源調(diào)度難度隨著云服務(wù)模式和讀者云閱讀內(nèi)容的變革，讀者規(guī)模龐大、服務(wù)數(shù)據(jù)海量、傳輸網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、虛擬機(jī)負(fù)載巨大將是圖書(shū)館虛擬化環(huán)境的主要特點(diǎn)。首先，虛擬機(jī)的動(dòng)態(tài)遷移過(guò)程，要求宿主服務(wù)器和遷移目的服務(wù)器共享一個(gè)存儲(chǔ)服務(wù)。當(dāng)擬遷移的虛擬機(jī)因數(shù)量過(guò)多而導(dǎo)致存儲(chǔ)服務(wù)需求過(guò)大時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生存儲(chǔ)服務(wù)瓶頸現(xiàn)象，導(dǎo)致服務(wù)效率下降或者遷移活動(dòng)停止。其次，遷移活動(dòng)要求在云服務(wù)業(yè)務(wù)不間斷的前提下，虛擬機(jī)可動(dòng)態(tài)遷移到不同物理機(jī)的虛擬化平臺(tái)上。因此，云圖書(shū)館應(yīng)保證虛擬機(jī)遷移到新的目的主機(jī)之后，及時(shí)修改相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù)。第三，當(dāng)云圖書(shū)館擬遷移虛擬機(jī)數(shù)量龐大時(shí)，如何將多個(gè)廣播域整合成一個(gè)虛擬的廣播域，并通過(guò)廣播域給所有的虛擬機(jī)快速、準(zhǔn)確地分配地址，是關(guān)系虛擬機(jī)遷移后可控、可管和可運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵。

1.2.3 對(duì)虛擬機(jī)資源調(diào)度的可監(jiān)控、管理和準(zhǔn)確劃分為了提高虛擬機(jī)資源調(diào)度的安全性、準(zhǔn)確性、經(jīng)濟(jì)性和可控性，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)資源調(diào)度過(guò)程的監(jiān)控和管理。首先，應(yīng)通過(guò)有效的監(jiān)控設(shè)備和策略，保證監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)全面、準(zhǔn)確、詳細(xì)、可用。其次，虛擬機(jī)資源調(diào)度算法應(yīng)根據(jù)云圖書(shū)館服務(wù)需求，在保證虛擬機(jī)資源調(diào)度快速的前提下滿(mǎn)足調(diào)度精度需求。同時(shí)，可根據(jù)調(diào)度任務(wù)特點(diǎn)在精確性和速度之間尋找一個(gè)平衡點(diǎn)。第三，為了保證虛擬機(jī)資源調(diào)度運(yùn)營(yíng)和管理效率，應(yīng)努力提高云數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬和數(shù)據(jù)吞吐量，保證數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)具有較高的安全性和傳輸效率。第四，虛擬機(jī)資源調(diào)度過(guò)程應(yīng)準(zhǔn)確劃分資源粒度，不能因資源粒度劃分過(guò)大而導(dǎo)致資源浪費(fèi)現(xiàn)象發(fā)生，也不能因資源粒度劃分過(guò)小而導(dǎo)致調(diào)度過(guò)程復(fù)雜、繁瑣和調(diào)度效率下降[3]。

1.3 云圖書(shū)館虛擬機(jī)資源調(diào)度的目標(biāo)云圖書(shū)館虛擬機(jī)資源調(diào)度的整體目標(biāo)是，在滿(mǎn)足讀者云閱讀活動(dòng)QOS需求和不違反SLA（服務(wù)等級(jí)協(xié)議）的前提下，提高虛擬機(jī)集群運(yùn)營(yíng)效率和云資源利用率，并且大幅度降低云圖書(shū)館運(yùn)營(yíng)和管理成本。首先，云圖書(shū)館虛擬機(jī)資源調(diào)度過(guò)程應(yīng)安全、高效、快速和保證服務(wù)等級(jí)協(xié)議，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成虛擬機(jī)的創(chuàng)建、資源管理啟動(dòng)和虛擬機(jī)遷移資源管理。其次，可將虛擬機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理過(guò)程貫穿于虛擬機(jī)生命周期全過(guò)程?？赏ㄟ^(guò)有效的負(fù)載均衡策略，保證云數(shù)據(jù)中心計(jì)算系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和虛擬機(jī)集群整體的負(fù)載均衡。第三，應(yīng)建立健全、有效的讀者云閱讀QoS評(píng)估指標(biāo)體系，并依據(jù)云服務(wù)模式和讀者云閱讀需求變革實(shí)際，及時(shí)完善QoS評(píng)估指標(biāo)的內(nèi)容。第四，應(yīng)將提高云服務(wù)收益、降低云服務(wù)成本和減少讀者云閱讀活動(dòng)投入，作為圖書(shū)館虛擬機(jī)資源調(diào)度的指導(dǎo)方針，確保云圖書(shū)館和讀者雙方均具有較高的投資收益率。

2 基于QOS保障的云圖書(shū)館虛擬機(jī)資源調(diào)度策略

2.1 加強(qiáng)虛擬機(jī)資源配置管理的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)云服務(wù)商數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，以及云數(shù)據(jù)中心到云圖書(shū)館網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率，關(guān)系著云圖書(shū)館虛擬機(jī)資源調(diào)度的效率和可控性。首先，圖書(shū)館應(yīng)確保云數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和云數(shù)據(jù)中心到云圖書(shū)館的網(wǎng)絡(luò)，具有較高的安全性、傳輸帶寬和數(shù)據(jù)吞吐量。管理員可利用第三方網(wǎng)絡(luò)管理工具實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的設(shè)置、修改和監(jiān)控，確保網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能滿(mǎn)足虛擬機(jī)資源配置、管理的安全、可控與經(jīng)濟(jì)需求。其次，應(yīng)建設(shè)高效的虛擬機(jī)資源配置、管理、調(diào)度和遷移監(jiān)控平臺(tái)，保證所采集的數(shù)據(jù)精確、可靠。第三，在虛擬機(jī)遷移工具設(shè)計(jì)中，既要保證虛擬機(jī)可根據(jù)云閱讀服務(wù)需要安全、快速地遷移至云計(jì)算平臺(tái)，同時(shí)，又能實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)從云計(jì)算平臺(tái)反向遷移回?cái)?shù)據(jù)中心，保證虛擬機(jī)遷移過(guò)程具有較高的靈活性。

2.2 保證云資源池具有較高的安全性和可用性云資源池具有較高的安全性和可用性，是確保虛擬機(jī)資源管理、調(diào)度過(guò)程靈活、擴(kuò)展和可消除設(shè)備物理邊界的重要基礎(chǔ)。首先，應(yīng)保證云服務(wù)商底層軟硬件平臺(tái)具有較高的安全性、可靠性和可控性，不會(huì)因?yàn)槟骋晃锢碓O(shè)備發(fā)生故障而影響虛擬機(jī)的創(chuàng)建、資源分配、管理和調(diào)度。其次，可利用虛擬化軟件將圖書(shū)館云資源粒度最小化，不斷增強(qiáng)云資源分配的靈活性、經(jīng)濟(jì)性和底層硬件資源的精細(xì)化控制程度，實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)云資源的準(zhǔn)確配置和按需使用。第三，云圖書(shū)館應(yīng)與服務(wù)商簽署云服務(wù)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)服務(wù)峰值負(fù)載期的資源供給可擴(kuò)展和較高資源分配保障能力，保證讀者在服務(wù)負(fù)載高峰期有較高的云閱讀活動(dòng)QOS保障。第四，云資源池應(yīng)現(xiàn)不同平臺(tái)的工作負(fù)載兼容，滿(mǎn)足不同類(lèi)型應(yīng)用系統(tǒng)與服務(wù)平臺(tái)的運(yùn)行需求[4]。

2.3 實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)云資源的高效配置和運(yùn)行管理云資源的配置和運(yùn)行管理，應(yīng)堅(jiān)持快速部署和虛擬機(jī)全生命周期的智能、自動(dòng)化管理，同時(shí)，可支持管理員的個(gè)性化方案制定和自定義配置。首先，云服務(wù)商應(yīng)根據(jù)圖書(shū)館虛擬機(jī)云資源配置和運(yùn)行的管理需求，為圖書(shū)館云管理員創(chuàng)建云資源池管理帳號(hào)和分配相應(yīng)的管理權(quán)限，實(shí)現(xiàn)圖書(shū)館的云資源池管理、虛擬機(jī)模板管理、資源套餐管理、IP地址管理、彈性擴(kuò)展池管理、虛擬機(jī)授權(quán)管理。其次，應(yīng)加強(qiáng)虛擬機(jī)運(yùn)行過(guò)程的管理，并對(duì)虛擬機(jī)名稱(chēng)、所屬資源池、配置信息、虛擬權(quán)限控制和運(yùn)行監(jiān)控進(jìn)行管理。同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)虛擬機(jī)所在物理主機(jī)的CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)空間使用情況，以及網(wǎng)絡(luò)資源的監(jiān)控與管理。第三，在云計(jì)算多租戶(hù)環(huán)境中，可通過(guò)云服務(wù)商使用獨(dú)立的物理設(shè)備或者虛擬機(jī)VLAN劃分方式，實(shí)現(xiàn)云圖書(shū)館虛擬機(jī)和其它租戶(hù)虛擬機(jī)在物理與邏輯上的安全隔離。同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)云圖書(shū)館虛擬機(jī)管理Web訪問(wèn)界面的安全性，保證虛擬機(jī)管理的用戶(hù)名、密碼和權(quán)限安全、可用。

2.4 突出虛擬化管理平臺(tái)的功能性建設(shè)云圖書(shū)館虛擬機(jī)管理平臺(tái)的功能主要包括虛擬化資源定義、虛擬機(jī)應(yīng)用與服務(wù)管理、虛擬機(jī)集群均衡管理、物理主機(jī)管理等方面。虛擬化資源定義指為虛擬機(jī)定義可分配的云資源池，并實(shí)施云虛擬化資源的安全、高效管理。虛擬機(jī)應(yīng)用與服務(wù)管理，主要指虛擬機(jī)在讀者云閱讀服務(wù)保障過(guò)程中的創(chuàng)建、啟動(dòng)、關(guān)閉、刪除和云資源回收。虛擬機(jī)集群均衡管理，指虛擬機(jī)為了提高運(yùn)營(yíng)效率和云資源使用效率，在虛擬機(jī)集群和服務(wù)負(fù)載全局實(shí)施的有效負(fù)載均衡措施。物理主機(jī)管理指為了提高虛擬機(jī)宿主設(shè)備的安全性、效率、可控性和可用性，而對(duì)物理服務(wù)器實(shí)施的安全保障、性能監(jiān)控、資源管理和設(shè)備維護(hù)工作。虛擬化管理平臺(tái)功能性建設(shè)是虛擬機(jī)管理有效性的前提和保證。首先，虛擬化管理平臺(tái)功能性建設(shè)流程應(yīng)符合SOA（面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)）的管理流程，依據(jù)云圖書(shū)館虛擬機(jī)管理平臺(tái)的功能性需求，重點(diǎn)突出管理平臺(tái)的運(yùn)營(yíng)安全性、系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間、最大連接數(shù)、數(shù)據(jù)吞吐量、虛擬機(jī)可控性等指標(biāo)建設(shè)。其次，應(yīng)加強(qiáng)虛擬機(jī)集群內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和虛擬機(jī)控制信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。通過(guò)虛擬化網(wǎng)絡(luò)的合理劃分和外部傳輸網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)的高速傳輸。

2.5 提高虛擬機(jī)資源分配、管理和調(diào)度策略的效率首先，云圖書(shū)館應(yīng)根據(jù)擬創(chuàng)建虛擬機(jī)的性能和任務(wù)特點(diǎn)，執(zhí)行快速、靈活和便捷的虛擬機(jī)資源分配策略，通過(guò)預(yù)定義的虛擬機(jī)設(shè)置實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)的快速、標(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)建。其次，虛擬機(jī)應(yīng)在保障云閱讀服務(wù)持續(xù)的前提下進(jìn)行云資源分配。通過(guò)對(duì)虛擬機(jī)所需要資源的周期性重新評(píng)估和分配，保證虛擬機(jī)服務(wù)高效、持續(xù)。第三，虛擬機(jī)資源調(diào)度策略的制定，應(yīng)堅(jiān)持虛擬機(jī)云資源分配高效、快速、就近、夠用的原則，保證時(shí)間跨度、服務(wù)質(zhì)量、負(fù)載均衡和經(jīng)濟(jì)原則最優(yōu)。第四，資源分配前應(yīng)對(duì)虛擬機(jī)的負(fù)載量進(jìn)行預(yù)評(píng)估，制定并執(zhí)行高效、經(jīng)濟(jì)的云資源分配策略。同時(shí)，為了保證虛擬機(jī)資源的分配、調(diào)度過(guò)程安全、高效、經(jīng)濟(jì)、可控，應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)控虛擬機(jī)集群系統(tǒng)的吞吐量、資源利用率、效率和公平性[5]。

3 結(jié)束語(yǔ)云圖書(shū)館虛擬機(jī)資源的分配、管理與調(diào)度過(guò)程，是關(guān)系虛擬機(jī)運(yùn)營(yíng)安全性、效率、經(jīng)濟(jì)性和可控性的重要問(wèn)題。同時(shí)，也是關(guān)系云圖書(shū)館QOS質(zhì)量保證和服務(wù)可持續(xù)性的重要因素。因此，圖書(shū)館必須從讀者云閱讀需求和云服務(wù)能力建設(shè)出發(fā)，加強(qiáng)虛擬機(jī)資源管理策略的科學(xué)性、有效性、可執(zhí)行性和可控性，才能保證虛擬機(jī)集群系統(tǒng)科學(xué)規(guī)劃和合理運(yùn)營(yíng)，才能為讀者提供滿(mǎn)意的個(gè)性化云閱讀服務(wù)。

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（本文責(zé)任編輯：馬 卓）