云數(shù)據(jù)中心虛擬資源管理研究

　　2007年，全球首個虛擬化數(shù)據(jù)中心———Sun公司的黑盒子面世，該數(shù)據(jù)中心可以容納200多臺Sun服務(wù)器。IBM2008年推出了便攜式模塊化數(shù)據(jù)中心PMDC;惠普公司2010年推出了性能優(yōu)化數(shù)據(jù)中心POD;思科公司2010年推出了統(tǒng)一計算系統(tǒng)UCS，集中統(tǒng)一管理計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲等虛擬化資源。

　　Google數(shù)據(jù)中心采用標(biāo)準(zhǔn)的集裝箱設(shè)計，每個集裝箱可以容納1000多個服務(wù)器，并配備了冷卻系統(tǒng)。芝加哥數(shù)據(jù)中心是微軟最大的數(shù)據(jù)中心，占地面積70萬平方英尺，集裝箱里放置著微軟云計算產(chǎn)品的重要組件，每個集裝箱都存放了上千臺服務(wù)器，為微軟的云計算提供服務(wù)。

　　云計算技術(shù)是在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和Web應(yīng)用技術(shù)的推動下產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)計算模式。2006年，Amazon發(fā)布了簡單存儲服務(wù)S3;2007年，Salesforc.com公司推出了SaaS服務(wù)，客戶可以根據(jù)需要訂購軟件應(yīng)用服務(wù)，按服務(wù)多少和時間長短支付費用;2007年，Google推出了GoogleDocs在線辦公服務(wù)，2008年推出GoogleAppEngine程序開發(fā)平臺，將平臺作為一種服務(wù)提供給用戶。

　　IBM于2007年推出了藍云計算平臺，為客戶帶來即買即用的云計算平臺，它包括一系列虛擬化軟件，使來自全球的用戶可以訪問云計算的大型服務(wù)器資源池。

　　微軟2008年推出了WindowsAzure藍天操作系統(tǒng)，基于互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，打造新的云計算平臺，將微軟所擁有的數(shù)以億計的Windows用戶和桌面接到云中。目前，成功的云計算應(yīng)用實例還有GoGrid、Joy-ent、MapReduce、AneKa以及Animoto等。

　　虛擬化概念及技術(shù)起源于20世紀(jì)50年代。20世紀(jì)60年代，IBM360系統(tǒng)首次采用了虛擬化平臺Hypervisor。IBM、VMare、Xen/Citrix和Miroosoft是虛擬化業(yè)界的四大廠商，他們提供了成熟、多方位、廣泛的虛擬化產(chǎn)品，實現(xiàn)了從服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)到桌面、應(yīng)用、甚至數(shù)據(jù)中心的虛擬化。

　　數(shù)據(jù)中心的發(fā)展與云計算技術(shù)的演進、虛擬化技術(shù)的成熟應(yīng)用是密切相關(guān)、相互促進的;數(shù)據(jù)中心的發(fā)展離不開計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、云計算技術(shù)的發(fā)展，云計算技術(shù)是在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛發(fā)展、虛擬化技術(shù)的日益成熟以及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求的推動下產(chǎn)生的，虛擬化技術(shù)一直伴隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，實現(xiàn)了不同層面的虛擬化。上述相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展如圖1所示。

　 　圖1 數(shù)據(jù)中心及相關(guān)技術(shù)發(fā)展

　　云數(shù)據(jù)中心是未來數(shù)據(jù)中心建設(shè)和發(fā)展的方向，實現(xiàn)云數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵技術(shù)———虛擬資源管理已成為目前研究的熱點和難點。深入研究虛擬資源的管理有利于設(shè)計與實現(xiàn)高效的云數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)，提高云數(shù)據(jù)中心資源利用效率、系統(tǒng)可靠性，降低運行管理成本。本文從虛擬資源提供與部署、虛擬資源調(diào)度、虛擬機遷移等角度，針對當(dāng)前相關(guān)研究缺少系統(tǒng)總結(jié)的情況，較全面地概括、分析了虛擬資源管理技術(shù)的研究現(xiàn)狀。

　　2 虛擬資源提供與部署

　　云數(shù)據(jù)中心資源管理的特點是統(tǒng)一部署，集中管理，分布使用。在資源虛擬化技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用各種技術(shù)實現(xiàn)資源的自動部署、集中監(jiān)控、動態(tài)優(yōu)化、節(jié)能低耗等功能。

　　2.1 資源虛擬化

　　數(shù)據(jù)中心硬件設(shè)備之間的差異導(dǎo)致兼容性很差，為統(tǒng)一的資源管理提出了挑戰(zhàn)。資源的抽象和虛擬化是屏蔽資源差異、建立虛擬計算環(huán)境的基礎(chǔ)。iVCE虛擬計算環(huán)境針對資源多樣性、自主性帶來的訪問方式不一致問題，深入研究了資源虛擬化模型與方法，提出了具備環(huán)境動態(tài)感知和自主行為決策特征的自主元素資源抽象模型[1]。文獻[2]通過虛擬化實現(xiàn)虛擬集群系統(tǒng)，消除系統(tǒng)軟件與硬件之間的耦合，實現(xiàn)集群的快速部署和快速切換，并獲得了明顯的性能優(yōu)勢。云數(shù)據(jù)中心通過虛擬化技術(shù)構(gòu)建虛擬資源池來實現(xiàn)對大規(guī)模基礎(chǔ)資源的有效、統(tǒng)一管理，然后將計算任務(wù)分布在大量動態(tài)、可擴展的虛擬資源池上，用戶按需獲取計算能力、存儲空間和信息服務(wù)。