麥劍　譚偉良　胡新勇

摘要：云主機（虛擬機）是一種在物理主機上通過虛擬化技術(shù)再運行一個操作系統(tǒng)實例。下文將對如何優(yōu)化虛擬機啟動加載展開研究討論。

[關(guān)鍵詞]云計算 虛擬機 存儲 優(yōu)化啟動

云計算基礎(chǔ)服務(wù)IAAS主要由三大塊組成：計算虛擬化（提供CPU服務(wù)）、網(wǎng)絡(luò)虛擬化（提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)）和存儲虛擬化（提供磁盤服務(wù)），這塊正是本文所討論研究的。

存儲架構(gòu)可分以下幾種：

（1）本地存儲，磁盤服務(wù)是由虛擬機所

在的物理機提供，由物理機磁盤劃分空間給虛擬機用，該方式成本低，傳輸讀寫效率高，但存在單點故障，數(shù)據(jù)安全性差;

（2）集中式存儲，通常是一個存儲硬件設(shè)備，內(nèi)置若千個物理磁盤組成陣列，提供一個很大的存儲空間，并用網(wǎng)絡(luò)方式供虛擬機使用。該方式數(shù)據(jù)安全性較高，服務(wù)穩(wěn)定，但成本高昂，且設(shè)備往往比較固話，不易于擴展，也存在單點故障問題;

（3）分布式存儲，通常是由多臺物理服務(wù)器組成集群，每臺服務(wù)器由多個物理硬盤組成，服務(wù)器之間通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，再由軟件實現(xiàn)對多臺設(shè)備的硬盤組成整列，虛擬成一個大的存儲空間供虛擬機使用。該方式架構(gòu)靈活，容易擴展，成本選擇性大，整體可控性好。數(shù)據(jù)安全性方面，選擇較為靈活，可以選擇冗余數(shù)量。該架構(gòu)需要較高的技術(shù)運維、開發(fā)能力才能有效運營。

根據(jù)上面介紹，得知每種存儲方式都有自身優(yōu)缺點，沒有一個完美的方案，有沒有一種可以方案技術(shù)可以擁有以上描述的優(yōu)點，又能解決對應(yīng)的缺點，做到魚和熊掌兼得呢，下面著重討論研究。

1虛擬機加載機制方式

現(xiàn)有云提供商存儲方式一般都只會選擇中心存儲或者分布式存儲，因此，我們只討論目前流行的虛擬機加載機制方式，如圖1所示。

無論中心存儲還是分布式存儲，他們都通過網(wǎng)絡(luò)的方式來連接，如圖所示，在網(wǎng)絡(luò)存儲劃分一個空間給虛擬機A用，劃分另外一個空間給虛擬機B用。虛擬機在物理機開機時需要通過網(wǎng)絡(luò)遠程加載系統(tǒng)盤，并讀取引導(dǎo)信息、操作系統(tǒng)內(nèi)核、應(yīng)用程序等數(shù)據(jù)到物理機內(nèi)存并運行。

2目前存在的問題

通過上面的加載啟動方式得知，虛擬機每次啟動的時候都需要通過網(wǎng)絡(luò)的方式遠程獲取引導(dǎo)數(shù)據(jù)信息、內(nèi)核數(shù)據(jù)信息等到本地物理設(shè)備內(nèi)存，這個比傳統(tǒng)的直接讀取本地磁盤效率要低得多。除此之外，在短時間內(nèi)如果當(dāng)有大量虛擬機同時創(chuàng)建開機，會對存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備造成瞬間的沖擊力，容易會影響存儲服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的通訊質(zhì)量。

3改進的思路

虛擬機開機的流程可以大概描述成以下幾個順序從系統(tǒng)盤加載引導(dǎo)區(qū)數(shù)據(jù)進行引導(dǎo)，從引導(dǎo)區(qū)轉(zhuǎn)入加載系統(tǒng)內(nèi)核，由此進入內(nèi)核啟動流程，最后把相關(guān)應(yīng)用數(shù)據(jù)等加載完畢后，操作系統(tǒng)正式可用。下面我們以Linux操作系統(tǒng)為例，描述對應(yīng)的改進思路。

Linux操作系統(tǒng)有專門的啟動分區(qū)（/boot），在啟動分區(qū)里面存放的是系統(tǒng)內(nèi)核鏡像及相關(guān)配置文件，是操作系統(tǒng)引導(dǎo)必須且核心關(guān)鍵所在，其他分區(qū)則存放應(yīng)用程序及用戶數(shù)據(jù)。

Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核及啟動分區(qū)/boot是比較固化的內(nèi)容，每個發(fā)行版本有所對應(yīng)的版本內(nèi)核，那么假如把這些內(nèi)核公共的部分都整理出來放在虛擬機所在物理機的物理硬盤上，既可以縮短虛擬機的開機加載速度，又能減低大批量虛擬機同時開機對存儲和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的瞬間沖擊力。詳見下面的具體實施方案。

4具體實施方案

如圖2所示，假如現(xiàn)在有兩臺使用同一發(fā)行版的Linux虛擬機A和B，我們把這兩個虛擬機對應(yīng)Linux發(fā)行版的內(nèi)核及相關(guān)配置內(nèi)容存放在物理機磁盤之上，虛擬機原有的磁盤不變繼續(xù)存放在網(wǎng)絡(luò)存儲空間中。

當(dāng)虛擬機A或者B在物理機上開機啟動時，加載Linux內(nèi)核部分的內(nèi)容直接從本地磁盤讀?。ㄒ驗槭菃螜C內(nèi)部通訊，不涉及網(wǎng)絡(luò)，所以速度非?？欤﹥?nèi)核數(shù)據(jù)到內(nèi)存進行加載啟動等正常流程。操作系統(tǒng)會從原有的網(wǎng)絡(luò)存儲空間讀取和加載應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)，跟原有的流程機制一樣。

通過這種方式的調(diào)整，使得虛擬機開機加載啟動速度變快，而且在大量虛擬機同時開機時因為內(nèi)核加載部分都是直接在本地物理設(shè)備上讀取，所以不會對存儲和網(wǎng)絡(luò)造成沖擊。

5結(jié)語

云計算一個很重要的特性是彈性，代表著用戶可以隨時購買云資源，購買數(shù)量沒有明顯限制，即買即用。本論文所討論的方案，即是有助于提升虛擬機的交付效率，縮短交付時間，同時能夠解決大量資源創(chuàng)建所帶來的沖擊。

參考文獻

[1]（德）WolfgangMauerer，郭旭（譯）.深入Linux內(nèi)核架構(gòu)[M].人民郵電出版社，2010.

[2]葉毓睿主編.軟件定義存儲：原理、實踐與生態(tài)[M].機械工業(yè)出版社，2016.