楊陽

（西安工業(yè)大學(xué)陜西西安710032）

在目前，PC依然是我們?nèi)粘９ぷ魃钪械暮诵墓ぞ撸何覀冇肞C處理文檔、存儲(chǔ)資料，通過電子郵件或U盤與他人分享信息。但是如果PC硬盤壞了，我們會(huì)因?yàn)橘Y料丟失而束手無策。而在“云計(jì)算”時(shí)代，“云”會(huì)替我們做存儲(chǔ)和計(jì)算的工作?！霸啤本褪怯?jì)算機(jī)群，每一群包括了幾十萬臺(tái)、甚至上百萬臺(tái)計(jì)算機(jī)?！霸啤钡暮锰庍€在于，其中的計(jì)算機(jī)可以隨時(shí)更新，保證“云”長生不老。

目前雖然云計(jì)算技術(shù)發(fā)展迅速，但是通用的私有云平臺(tái)功能有其通用性同時(shí)也有其局限性，此時(shí)就需要針對(duì)檔案管理系統(tǒng)開發(fā)一個(gè)更適合的云平臺(tái)，使私有的云計(jì)算平臺(tái)可以更好地支持檔案管理系統(tǒng)的運(yùn)行。

在云平臺(tái)中，用戶通過云平臺(tái)門戶進(jìn)入到云檔案管理平臺(tái)。當(dāng)用戶進(jìn)入這個(gè)平臺(tái)后，根據(jù)不同用戶個(gè)性化需要，能夠隨時(shí)獲取自己想要的資源和服務(wù)，這是一種高效率的查詢管理服務(wù)方式。由于服務(wù)的資源分布在不同的地方，具有動(dòng)態(tài)性、異構(gòu)性、復(fù)雜性等特點(diǎn)，很容易就會(huì)出現(xiàn)資源負(fù)載不平衡的問題，在網(wǎng)絡(luò)帶寬受限的情況下，系統(tǒng)將會(huì)出現(xiàn)癱瘓，所以要對(duì)資源進(jìn)行遷移，從而確保整個(gè)云平臺(tái)能夠高效、安全、健壯的運(yùn)行。

1 云平臺(tái)設(shè)計(jì)與搭建技術(shù)研究

云計(jì)算（Cloud Computing），是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式，通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需提供給計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備。典型的云計(jì)算提供商往往提供通用的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)應(yīng)用，可以通過瀏覽器等軟件或者其他Web服務(wù)來訪問，而軟件和數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在服務(wù)器上。云計(jì)算服務(wù)通常提供通用的通過瀏覽器訪問的在線商業(yè)應(yīng)用，軟件和數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中心。

被稱為Vanderpool的虛擬技術(shù)簡稱VT，是英特爾公司處理器市場策略的一部分，能夠使用戶在他們的個(gè)人電腦上建立多套虛擬的運(yùn)行環(huán)境以便能夠使同一臺(tái)個(gè)人電腦上能夠運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)。在VT中，可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，而且每一個(gè)操作系統(tǒng)中都有多個(gè)程序運(yùn)行，每一個(gè)操作系統(tǒng)都運(yùn)行在一個(gè)虛擬的CPU或者是虛擬主機(jī)上。

虛擬化技術(shù)既是云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)之一，同時(shí)，它也是云的核心技術(shù)之一。虛擬化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于虛擬機(jī)的全狀態(tài)遷移以及熱遷移，也就是說遷移的對(duì)象不只是成員本身，也包括將其相應(yīng)的執(zhí)行環(huán)境和系統(tǒng)狀態(tài)。應(yīng)用虛擬化技術(shù)可以在單獨(dú)的物理服務(wù)器[4]上安裝不同的操作系統(tǒng)，開發(fā)不同的應(yīng)用，這樣程序的運(yùn)行環(huán)境和物理環(huán)境相隔離，可以極大限度的利用現(xiàn)有的硬件資源，同時(shí)也確保應(yīng)用之間不受干擾，使得系統(tǒng)易于擴(kuò)展。

VMware是研究虛擬化技術(shù)的先驅(qū)，通過對(duì)IT基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行構(gòu)建虛擬數(shù)據(jù)中心，可以將分散在不同地方的硬件資源統(tǒng)一起來，搭建共享平臺(tái)，不同的應(yīng)用程序可以根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)的獲取資源，這樣就會(huì)使應(yīng)用程序就具有高效性、安全性和易擴(kuò)展性。

存儲(chǔ)是搭建云計(jì)算平臺(tái)過程中一個(gè)很重要的問題，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是虛擬化技術(shù)在進(jìn)行實(shí)現(xiàn)時(shí)非常重要一個(gè)部分，數(shù)據(jù)通過共享存儲(chǔ)的方式，記錄當(dāng)前虛擬機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)信息，為虛擬化的遷移做好準(zhǔn)備。數(shù)據(jù)共享通過將一份文件存儲(chǔ)在設(shè)備的某一個(gè)分區(qū)，允許用戶共享訪問。沒有這個(gè)功能，那么凡是需要這份文件的用戶，都必須花時(shí)間、花存儲(chǔ)空間來自己備份文件，很明顯這樣會(huì)造成空間的極大浪費(fèi)。

云計(jì)算之所以可靠性高和經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，是因?yàn)橥ㄟ^采用廉價(jià)的普通PC和分布式處理技術(shù)，雖然在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)上可能會(huì)在云端保存多個(gè)副本，但是這些冗余是必要的，因?yàn)樗梢蕴岣呦到y(tǒng)的安全性，在系統(tǒng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤的時(shí)候能夠很方便的進(jìn)行容災(zāi)性恢復(fù)。

2 云管理平臺(tái)的系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

VMware vSphere的虛擬化管理程序體系結(jié)構(gòu)在虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)的管理中起關(guān)鍵作用。2001年推出的裸機(jī)ESX體系結(jié)構(gòu)大幅增強(qiáng)了性能和可靠性，客戶可借此將虛擬化的優(yōu)勢(shì)擴(kuò)展到他們的關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用上。新的ESXi體系結(jié)構(gòu)去除了基于Linux的服務(wù)控制臺(tái)，這代表著可靠性和虛擬化管理向前發(fā)生了類似的飛躍。新的vSphere ESXi體系結(jié)構(gòu)的大小不足ESX的5%，從安全、部署和配置以及日常管理等方面改進(jìn)了虛擬化管理程序的管理。

在已經(jīng)搭建好的VMware云平臺(tái)的基礎(chǔ)上，開發(fā)一套基于VMware云平臺(tái)的用于檔案管理的遠(yuǎn)程管理軟件，旨在使VMware vSphere云平臺(tái)更適用于系統(tǒng)的運(yùn)行和管理，使系統(tǒng)更加高效、穩(wěn)定的運(yùn)行。采用B/S架構(gòu)，這樣可以直接通過Web方式進(jìn)行管理和配置。

基于云計(jì)算的檔案管理系統(tǒng)平臺(tái)主要具備的功能包括：用戶權(quán)限管理；云平臺(tái)認(rèn)證和授權(quán)；ESXi主機(jī)管理；虛擬機(jī)配置；虛擬機(jī)管理；存儲(chǔ)管理；網(wǎng)絡(luò)管理；資源管理；任務(wù)和計(jì)劃任務(wù)；事件和警告；vSphere性能監(jiān)控；HTTP訪問vSphere服務(wù)器文件等。

在上述功能中用戶權(quán)限管理、性能監(jiān)測以及虛擬機(jī)管理是系統(tǒng)的核心，其具體功能介紹如下：

用戶權(quán)限管理：通過Web登陸開發(fā)的管理平臺(tái)系統(tǒng)?？梢远嘤脩舻顷?，可以有不同的角色權(quán)限管理。

性能監(jiān)測：vSphere性能數(shù)據(jù)收集、整理、存儲(chǔ)和展示。

虛擬機(jī)管理：添加刪除虛擬機(jī)、獲取虛擬機(jī)信息、配置虛擬機(jī)（名稱和位置、硬件版本、啟動(dòng)選項(xiàng)、操作系統(tǒng)、CPU和內(nèi)存信息、網(wǎng)絡(luò)、文件位置）、存儲(chǔ)管理：獲取存儲(chǔ)信息、配置磁盤分區(qū)，配置iSCSI存儲(chǔ)、管理VMFS卷。

虛擬機(jī)遷移（冷遷移、VMotion遷移，存儲(chǔ)vMotion）、快照、導(dǎo)入OVF。

3 系統(tǒng)開發(fā)的原理實(shí)現(xiàn)機(jī)制

利用VMotion機(jī)制，可以將物理主機(jī)上的一個(gè)虛擬系統(tǒng)遷移到其他的物理主機(jī)上，這個(gè)過程的實(shí)現(xiàn)需要涉及到下述3項(xiàng)技術(shù)：

1）虛擬機(jī)當(dāng)前運(yùn)行的全部狀態(tài)信息，如CPU運(yùn)行情況，軟件本身的運(yùn)行情況等都會(huì)被壓縮到一個(gè)共享存儲(chǔ)的文件系統(tǒng)中。

2）虛擬機(jī)的動(dòng)態(tài)內(nèi)存和當(dāng)前的執(zhí)行狀態(tài)信息會(huì)通過一個(gè)高速的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行快速傳輸，這樣就實(shí)現(xiàn)了虛擬機(jī)之間即時(shí)信息的傳輸，一旦任務(wù)需要發(fā)生遷移，源虛擬機(jī)就會(huì)將系統(tǒng)內(nèi)存和狀態(tài)信息復(fù)制到目標(biāo)ESX服務(wù)器中，當(dāng)復(fù)制完成以后，VMotion將會(huì)自動(dòng)關(guān)閉源虛擬機(jī)，并在目標(biāo)ESX服務(wù)器中重新啟動(dòng)虛擬機(jī)。

3）目標(biāo)ESX服務(wù)器將虛擬機(jī)使用的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行虛擬化，將MAC地址作為進(jìn)程的一部分來進(jìn)行管理，這樣在實(shí)時(shí)遷移之后，虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)身份和連接能夠得到保留。只要目標(biāo)機(jī)被激活，由于虛擬機(jī)使用VMotion機(jī)制來進(jìn)行實(shí)時(shí)的遷移，VMotion就會(huì)通過自動(dòng)檢查網(wǎng)絡(luò)路由器來確保虛擬機(jī)的物理地址能夠被系統(tǒng)識(shí)別。由于在遷移時(shí)虛擬機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)身份以及動(dòng)態(tài)鏈接都能夠受到保護(hù)，而在遷移的過程中并沒有引起主機(jī)停機(jī)或者是發(fā)生網(wǎng)絡(luò)中斷，因此，整個(gè)遷移過程對(duì)用戶來說并沒有影響。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 配置步驟

在云平臺(tái)中，有許多邦員，每個(gè)邦員上運(yùn)行的程序都不同，因此，每個(gè)聯(lián)邦成員對(duì)于虛擬機(jī)cpu、內(nèi)存大小以及運(yùn)算能力的要求都各不相同，為了實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用和負(fù)載平衡，需要根據(jù)每個(gè)邦員的需要對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行配置，配置的步驟如下：

第一步：進(jìn)行云管理平臺(tái)系統(tǒng)的初始化，具體代碼如下：

private static AppUtil.AppUtil cb=null；

private ManagedObjectReference_virtualMachine=

null；

第二步：對(duì)云管理平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)例化，具體代碼如下：

_virtualMachine=cb.getServiceUtil（）.GetDecendent

MoRef（null，"VirtualMachine"，vmName）；

VirtualMachineConfigSpec vmConfigSpec=new Virtual

MachineConfigSpec（）；

第三步：調(diào)用ReconfigVM_Task方法實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)的重新配置，具體代碼如下：

ManagedObjectReference tmor

=cb.getConnection（）._service.ReconfigVM_Task（_vir tualMachine，vmConfigSpec）；

在上述系統(tǒng)配置實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，再依次獲取主機(jī)和虛擬機(jī)，內(nèi)存和CPU等信息，再把后臺(tái)獲取到的數(shù)據(jù)，整理后顯示在web前臺(tái)頁面上，具體代碼形式如圖1所示。

圖1 性能監(jiān)測核心代碼Fig.1 The core code of performance testing

4.2 云平臺(tái)管理實(shí)現(xiàn)

云平臺(tái)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的界面如圖2所示。

圖2 云平臺(tái)管理系統(tǒng)界面Fig.2 The interface of Cloud platform management system

在上述界面中首先點(diǎn)擊左邊列表中的虛擬機(jī)名稱，選擇要遷移的虛擬機(jī)，然后在可選擇目標(biāo)主機(jī)欄里面選擇目的主機(jī)，最后再點(diǎn)擊界面上的“遷移虛擬機(jī)”按鈕，就可以實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)的手動(dòng)遷移和自動(dòng)遷移

主要接口函數(shù)：vmVMotion（String vmName2，String targethost2，String sourcehost2，String targetpool2，String targetdatastore，，String priority2，String state2）

//實(shí)現(xiàn)遷移功能，其中，參數(shù)有遷移的虛擬機(jī)名稱，目的主機(jī)、原主機(jī)、目標(biāo)資源池、目標(biāo)數(shù)據(jù)中心、優(yōu)先級(jí)和虛擬機(jī)的狀態(tài)，例如開機(jī)、關(guān)機(jī)、掛起等。

實(shí)現(xiàn)遷移的步驟如下：

第一步：從web頁面調(diào)用相應(yīng)的action，具體代碼如下：

＜action nname="toVMotion"class="com.myclient.myaction.VMActio"method="toVMotion"＞

＜result name="success"＞vm_vmotion.jsp＜/result＞

第二步：由action層調(diào)用service層的方法，具體代碼如下：

userService.vmVMotion（vmName，"192.168.1.2"，"192.168.1.3"，"Resources"，"dk-disk-40g"，"default_Priority"，"poweredOff"）；

第三步：service層調(diào)用MyVmotion類中的方法來實(shí)現(xiàn)遷移的操作，具體代碼如下：

Public void vmVMotion（String vmName2，String targethost2，String sourcehost2，String targetpool2，String targetdatastore，String priority2，Stringstate2）

5 結(jié)束語

文中通過Java和Webservice技術(shù)，借助VMware提供的vSphere APIs開發(fā)了一臺(tái)云平臺(tái)客戶端管理系統(tǒng)，并且實(shí)現(xiàn)了云平臺(tái)上，在出現(xiàn)掉電、斷網(wǎng)、突然關(guān)機(jī)等情況下，應(yīng)用的遷移，保證了檔案管理過程的繼續(xù)運(yùn)行，提高了系統(tǒng)吞吐量及其性能，為進(jìn)一步開展更復(fù)雜的云平臺(tái)應(yīng)用進(jìn)行了有益的探索。

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