目前，人們對計算機資源的需求量以爆炸式的速度增長，導致對本地計算機資源的投入成本越來越大。按照傳統方法不斷購置所需的軟硬件資源來滿足應用需求的方式，將會給用戶帶來投入資金再增加、管理人員再培訓、開發周期再延長等方面的壓力。
隨著計算技術的日新月異和人們對計算資源需求的不斷增長，為解決上述問題，云計算技術應用而生。云計算是基于互聯網的新興商業計算模型，它可以使數據中心的計算能力在互聯網上自由流通。“云”是大量具有自治功能的計算資源，通常是一些大型服務器集群，包括計算服務器、寬帶資源、存儲服務器等。云計算把管理一個計算中心的費用和維護硬件的費用轉換到第三方。公司或者個人根據其業務負載快速申請或釋放資源，只需要支付實際資源的使用費用就可以在世界范圍內部署所需服務。
虛擬化是指把底層的硬件設備與上層的軟件服務分離的一種去耦合技術，可以實現計算機資源的高效靈活使用。虛擬化技術的目標是整合或劃分物理計算資源。所以虛擬化技術是云計算的重要組成部分。隨著云計算的發展，虛擬化技術重新進入人們的視野并受到越來越多的關注。
當前，云計算平臺下待處理的數據量以爆炸的方式增加，用戶服務需求量增多對云計算云臺虛擬化資源分派、調度策略以及管理實施方法，提出了更高的要求。目前，國內外云計算平臺虛擬化技術的優化已成為學術界和企業界研究的熱點。
1 國內外相關研究
虛擬化技術在云計算中起著至關重要的作用，使得云環境下虛擬機部署成為人們研究的熱點。這些研究主要集中在以下幾個方面：虛擬機內部監控、虛擬機的遷移技術、虛擬機快速部署m3等。虛擬化資源管理：旨在為用戶提供可靠的服務，為達到這一要求，必須保證虛擬機的正常運行．借助虛擬機遷移技術可以實現虛擬機和物理資源的重映射，借助運行在物理硬件和操作系統之間的虛擬機監控器。可以把虛擬機的整個運行環境從一臺物理機上遷移到另外一臺物理機上面。
目前，在云計算的諸多研究中，虛擬機快速部署機制是一個研究熱點。在傳統的虛擬機部署策略下，當面對大量用戶的服務請求時，往往需要一定的等待時間。這大大降低了人們對“云”的期待。因此，本文將著重從這個角度研究。
2 云環境下虛擬機部署體系
云環境下虛擬機部署系統的體系結構(如圖1所示)可分為4層：用戶接口層、核心管理層、虛擬化層、物理資源層。各層功能如下：
圖1 云計算虛擬機部署的體系結構
①用戶接口層：該層通過Web頁面方式或者客戶端界面為用戶提供功能接口，包括模板信息顯示、虛擬機信息顯示和服務申請入口。
②核心管理層；是云計算下實現虛擬機部署功能的主體部分，是云環境下虛擬機部署系統的核心部分。該層功能的實現主要依靠以下功能模塊：
a．鏡像模板庫管理：主要負責管理云平臺所提供的虛擬機鏡像模板和用戶自己的虛擬機鏡像模板；
b．鏡像調度模塊：將用戶選擇的虛擬機鏡像模板，從模板庫中加載至宿主機；
c．虛擬機實例化模塊：通過該模塊將虛擬機鏡像模板文件實例化；
d．虛擬機狀態監控模塊：監控宿主機上虛擬機運行的狀態，主要有CPU利用率、內存利用率、網絡配置狀態等信息；
e．資源動態調整模塊：可對已經分配給用戶的資源進行調整，這樣可在滿足用戶需求的同時，保證服務器的負載均衡；
f．負載均衡模塊：選擇下一個計算資源節點，并且將新的服務請求轉發給它。
③虛擬化層；該層將離散的硬件資源統一為可以創建動態共享的平臺。
④物理資源層：該層的硬件由服務器、存儲設備、網絡設備等硬件資源組成。
3 云環境下虛擬機部署流程
云環境下虛擬機部署流程圖(如圖2所示)。
圖2 虛擬機部署流程
部署流程如下：
①用戶通過Web頁面或者客戶端界面選擇需要的虛擬機類型和模板類型，發送至用戶接口層；②用戶接口層將用戶的服務需求信息打包，傳送至核心管理層；
③核心管理層根據用戶的需求，結合當前云平臺下虛擬機狀態信息和負載情況，確定虛擬化任務，并將命令發送至虛擬化層；
④虛擬化層在物理資源層選擇合適的服務器作為宿主機；
⑤從虛擬機鏡像模板庫加載鏡像模板至宿主機并實例化生成虛擬機。
4 關于虛擬機快速部署機制的研究
云計算下虛擬機快速部署機制的研究多是在部署流程各環節進行的一些改進，目前主要方法是對虛擬機鏡像模板文件傳輸機制的優化。
虛擬機鏡像模板就是虛擬機的主虛擬硬盤，包括了虛擬機上的操作系統和其他用戶需求的軟件。一個完整的鏡像文件會占用大量的磁盤空間，如一些用于科學計算的專業應用的鏡像模板會有十幾G，甚至幾十G。所以，虛擬機鏡像模板文件的傳輸占用了整個虛擬機快速部署的大量時間。對于虛擬機鏡像模板庫以及虛擬機鏡像模板文件傳輸機制的研究，可以優化虛擬機部署效率。
文獻[4]用文件壓縮機制對虛擬機鏡像模板文件的體積優化。在模板文件傳輸前進行壓縮，傳輸到宿主機后，再解壓縮，通過這種方式減少了網絡傳輸量。文獻[5]應用模板預拷貝策略來減少模板文件傳輸時間。該方法是通過對用戶感興趣、部署頻率高的模板預先存儲在一個預拷貝模板庫中以供下次拷貝使用。在這里預拷貝模板庫采用與傳統模板庫不同的存儲方法。文獻[7]中描述了通過虛擬機鏡像模板的增量備份來實現虛擬機快速部署。
5 基于分布式模板文件傳輸的虛擬機快速部署機制
傳統方法中模板文件傳輸是從一個中央存儲中心向多個宿主機分發一個超大文件。這種方式下，在大量服務申請下。中央存儲中心的傳輸能力便成為整個系統的瓶頸。
本文將虛擬機鏡像模板文件以分布式的方式存儲在多個模板文件存儲中心。當大量用戶提交服務請求時，分別從不同的存儲中心下載虛擬機鏡像模板文件。
6 實驗分析
實驗環境由4臺服務器和3臺存儲組成。其中1臺服務器作為核心管理平臺，3臺服務器作為云計算物理資源池，3臺存儲上各建立一個虛擬機鏡像模板庫。在實驗中采用windows Server 2003的鏡像模板文件為實驗數據源，并將該模板文件分別存儲在3臺存儲上。
實驗1：當3個服務器從1臺存儲上同時下載模板文件；實驗2：當3臺服務器從3臺存儲上同時下載模板文件；
實驗1和實驗2的結果對比如圖3所示。
圖3 實驗對比圖
圖3中橫軸代表下載模板的臺數，縱軸代表每個模板下載的時間，結果顯示，在本文方法中，模板下載時間要小于傳統方法。
7 結束語
對云計算下虛擬機部署模型和相關快速部署策略進行了研究，并對鏡像模板文件采用了分布式存儲的方法來提高虛擬機部署效率。未來工作將把該方法應用在整個虛擬機部署系統中，并在更大規模的虛擬機部署下驗證有效性。
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本文標題：云計算下虛擬機部署機制的研究
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