1、1云计算环境下基于 QOS 保障的数字图书馆虚拟机资源分配策略摘 要针对云计算环境下数字图书馆虚拟化资源分配的 QOS 保障问题，本文提出了一种云计算环境下基于 QOS 保障的数字图书馆虚拟机资源分配策略。该策略可以提高云计算环境下数字图书馆虚拟机的可靠性，有助于保持云环境负载均衡，并能提高虚拟化资源的利用效率。 关键词云计算；QOS 保障；数字图书馆；虚拟机；资源分配 云计算技术在图书馆管理与服务中的应用，大幅度增强了图书馆云服务的安全性、效率、经济性和可控性，确保云读者具有较高的云阅读满意度和云服务质量（QOS）保证。但是，随着图书馆读者云阅读服务的不断发展与完善，云图书馆基础设施结构和云
2、服务模式也呈现复杂度不断增强，读者群数量和云阅读服务数据量级数递增，云阅读服务平台复杂度和云资源管理难度快速上升的态势，对云图书馆服务安全性、有效性和可持续性产生了较大威胁。虚拟化是云计算的核心技术。利用虚拟化技术可以动态地组织异构的计算资源、消除硬件系统与软件系统异构性，同时，实现了云资源的灵活配置、管理、调度和迁移，为复杂云计算环境下，读者云阅读服务提供了可靠的技术支持和云资源保障。复杂云计算环境下，如何加强虚拟机资源分配、管理、调度、迁移活动的科学性、可控性和可执行性，保证虚拟化系统环境安全、高效、经济和稳定，是提高图书馆云阅读服务资源利用率和降低管理成本，保证云阅读2活动安全、可用、灵
3、活和可扩展的关键1。 1 云图书馆虚拟机资源分配的特点与目标 1.1 云图书馆虚拟机资源的管理过程云图书馆虚拟机资源的管理过程主要可分为创建虚拟机的资源管理、启动虚拟机的资源管理、迁移虚拟机的资源管理 3 个部分。首先，为了保证虚拟机创建过程安全、经济、快速和标准化，云图书馆可通过模板创建统一配置参数的，可以满足所有操作系统和云服务需求的虚拟机。其次，云图书馆管理员可利用系统性能监测软件，对宿主机 CPU、内存和网络带宽使用情况数据进行准确采集。同时，根据云服务和虚拟机运营需求，结合所采集的系统云资源实际状态数据，将创建的虚拟启动到恰当的物理服务器上，在满足云服务需求的前提下保证较高的云资源利
4、用率。第三，图书馆根据云服务负载变化特点，可执行动态的虚拟机管理策略。当服务需求激增时，可将虚拟机部署于多台服务器上实现负载均衡。此外，当服务负载降低或者服务结束时，可通过删除虚拟机和云资源回收来提高管理效率。 1.2 云图书馆虚拟机资源分配的特点 1.2.1 虚拟机资源的调度环境复杂首先，图书馆通过租赁云服务商基础设施服务，为读者开展云个性化阅读服务。因此，云服务商系统的多租户资源共享特点，导致图书馆与多用户共享云服务商虚拟化环境，具有复杂和安全威胁多的特点。其次，云图书馆要求服务商虚拟化环境具有规模庞大、集中管理和可扩展的特点。服务商依据云图书馆需求，提供大规模、集中式的虚拟化资源池，并根
5、据服务过程对云资源的需求与使用量，安全、快速和可扩展地供应或者回收云资源。第三，云计算3环境下，虚拟化环境具有资源异构、硬件兼容性问题突出和网络拓扑结构变化频繁的特点。因此，要求虚拟机资源调度策略和过程具有较强动态性，可根据用户保障第一和收益率最优的原则，执行科学、可控的虚拟机创建、云资源分配、删除和云资源回收策略2。 2.2 虚拟机迁移过程增加了云资源调度难度随着云服务模式和读者云阅读内容的变革，读者规模庞大、服务数据海量、传输网络复杂、虚拟机负载巨大将是图书馆虚拟化环境的主要特点。首先，虚拟机的动态迁移过程，要求宿主服务器和迁移目的服务器共享一个存储服务。当拟迁移的虚拟机因数量过多而导致存
6、储服务需求过大时，可能会产生存储服务瓶颈现象，导致服务效率下降或者迁移活动停止。其次，迁移活动要求在云服务业务不间断的前提下，虚拟机可动态迁移到不同物理机的虚拟化平台上。因此，云图书馆应保证虚拟机迁移到新的目的主机之后，及时修改相应的网络配置参数。第三，当云图书馆拟迁移虚拟机数量庞大时，如何将多个广播域整合成一个虚拟的广播域，并通过广播域给所有的虚拟机快速、准确地分配地址，是关系虚拟机迁移后可控、可管和可运营的关键。 1.2.3 对虚拟机资源调度的可监控、管理和准确划分为了提高虚拟机资源调度的安全性、准确性、经济性和可控性，应加强对资源调度过程的监控和管理。首先，应通过有效的监控设备和策略，保
7、证监控数据全面、准确、详细、可用。其次，虚拟机资源调度算法应根据云图书馆服务需求，在保证虚拟机资源调度快速的前提下满足调度精度需求。同时，可根据调度任务特点在精确性和速度之间寻找一个平衡点。第三，4为了保证虚拟机资源调度运营和管理效率，应努力提高云数据中心系统网络的传输带宽和数据吞吐量，保证数据传输网络具有较高的安全性和传输效率。第四，虚拟机资源调度过程应准确划分资源粒度，不能因资源粒度划分过大而导致资源浪费现象发生，也不能因资源粒度划分过小而导致调度过程复杂、繁琐和调度效率下降3。 1.3 云图书馆虚拟机资源调度的目标云图书馆虚拟机资源调度的整体目标是，在满足读者云阅读活动 QOS 需求和不
8、违反 SLA（服务等级协议）的前提下，提高虚拟机集群运营效率和云资源利用率，并且大幅度降低云图书馆运营和管理成本。首先，云图书馆虚拟机资源调度过程应安全、高效、快速和保证服务等级协议，能够在较短的时间内完成虚拟机的创建、资源管理启动和虚拟机迁移资源管理。其次，可将虚拟机的实时监控和管理过程贯穿于虚拟机生命周期全过程。可通过有效的负载均衡策略，保证云数据中心计算系统、存储系统、网络系统和虚拟机集群整体的负载均衡。第三，应建立健全、有效的读者云阅读 QoS 评估指标体系，并依据云服务模式和读者云阅读需求变革实际，及时完善 QoS 评估指标的内容。第四，应将提高云服务收益、降低云服务成本和减少读者云
9、阅读活动投入，作为图书馆虚拟机资源调度的指导方针，确保云图书馆和读者双方均具有较高的投资收益率。 2 基于 QOS 保障的云图书馆虚拟机资源调度策略 2.1 加强虚拟机资源配置管理的基础设施建设云服务商数据中心内部网络，以及云数据中心到云图书馆网络的传输效率，关系着云图书馆虚拟机资源调度的效率和可控性。首先，图书馆应确保云数据中心内部网络和云数据中5心到云图书馆的网络，具有较高的安全性、传输带宽和数据吞吐量。管理员可利用第三方网络管理工具实现网络参数的设置、修改和监控，确保网络系统性能满足虚拟机资源配置、管理的安全、可控与经济需求。其次，应建设高效的虚拟机资源配置、管理、调度和迁移监控平台，保
10、证所采集的数据精确、可靠。第三，在虚拟机迁移工具设计中，既要保证虚拟机可根据云阅读服务需要安全、快速地迁移至云计算平台，同时，又能实现虚拟机从云计算平台反向迁移回数据中心，保证虚拟机迁移过程具有较高的灵活性。 2.2 保证云资源池具有较高的安全性和可用性云资源池具有较高的安全性和可用性，是确保虚拟机资源管理、调度过程灵活、扩展和可消除设备物理边界的重要基础。首先，应保证云服务商底层软硬件平台具有较高的安全性、可靠性和可控性，不会因为某一物理设备发生故障而影响虚拟机的创建、资源分配、管理和调度。其次，可利用虚拟化软件将图书馆云资源粒度最小化，不断增强云资源分配的灵活性、经济性和底层硬件资源的精细
11、化控制程度，实现虚拟机云资源的准确配置和按需使用。第三，云图书馆应与服务商签署云服务协议，实现服务峰值负载期的资源供给可扩展和较高资源分配保障能力，保证读者在服务负载高峰期有较高的云阅读活动 QOS 保障。第四，云资源池应现不同平台的工作负载兼容，满足不同类型应用系统与服务平台的运行需求4。 2.3 实现虚拟机云资源的高效配置和运行管理云资源的配置和运行管理，应坚持快速部署和虚拟机全生命周期的智能、自动化管理，同时，可支持管理员的个性化方案制定和自定义配置。首先，云服务商应根据6图书馆虚拟机云资源配置和运行的管理需求，为图书馆云管理员创建云资源池管理帐号和分配相应的管理权限，实现图书馆的云资源
12、池管理、虚拟机模板管理、资源套餐管理、IP 地址管理、弹性扩展池管理、虚拟机授权管理。其次，应加强虚拟机运行过程的管理，并对虚拟机名称、所属资源池、配置信息、虚拟权限控制和运行监控进行管理。同时，应加强虚拟机所在物理主机的 CPU、内存、存储空间使用情况，以及网络资源的监控与管理。第三，在云计算多租户环境中，可通过云服务商使用独立的物理设备或者虚拟机 VLAN 划分方式，实现云图书馆虚拟机和其它租户虚拟机在物理与逻辑上的安全隔离。同时，应加强云图书馆虚拟机管理 Web 访问界面的安全性，保证虚拟机管理的用户名、密码和权限安全、可用。 2.4 突出虚拟化管理平台的功能性建设云图书馆虚拟机管理平台
13、的功能主要包括虚拟化资源定义、虚拟机应用与服务管理、虚拟机集群均衡管理、物理主机管理等方面。虚拟化资源定义指为虚拟机定义可分配的云资源池，并实施云虚拟化资源的安全、高效管理。虚拟机应用与服务管理，主要指虚拟机在读者云阅读服务保障过程中的创建、启动、关闭、删除和云资源回收。虚拟机集群均衡管理，指虚拟机为了提高运营效率和云资源使用效率，在虚拟机集群和服务负载全局实施的有效负载均衡措施。物理主机管理指为了提高虚拟机宿主设备的安全性、效率、可控性和可用性，而对物理服务器实施的安全保障、性能监控、资源管理和设备维护工作。虚拟化管理平台功能性建设是虚拟机管理有效性的前提和保证。首先，虚拟化管理平台功能性建
14、设流程应符合 SOA（面向服7务的体系结构）的管理流程，依据云图书馆虚拟机管理平台的功能性需求，重点突出管理平台的运营安全性、系统响应时间、最大连接数、数据吞吐量、虚拟机可控性等指标建设。其次，应加强虚拟机集群内部数据传输网络和虚拟机控制信号传输网络建设。通过虚拟化网络的合理划分和外部传输网络优化，实现虚拟机运营数据和管理数据的高速传输。 2.5 提高虚拟机资源分配、管理和调度策略的效率首先，云图书馆应根据拟创建虚拟机的性能和任务特点，执行快速、灵活和便捷的虚拟机资源分配策略，通过预定义的虚拟机设置实现虚拟机的快速、标准化创建。其次，虚拟机应在保障云阅读服务持续的前提下进行云资源分配。通过对虚
15、拟机所需要资源的周期性重新评估和分配，保证虚拟机服务高效、持续。第三，虚拟机资源调度策略的制定，应坚持虚拟机云资源分配高效、快速、就近、够用的原则，保证时间跨度、服务质量、负载均衡和经济原则最优。第四，资源分配前应对虚拟机的负载量进行预评估，制定并执行高效、经济的云资源分配策略。同时，为了保证虚拟机资源的分配、调度过程安全、高效、经济、可控，应重点监控虚拟机集群系统的吞吐量、资源利用率、效率和公平性5。 3 结束语云图书馆虚拟机资源的分配、管理与调度过程，是关系虚拟机运营安全性、效率、经济性和可控性的重要问题。同时，也是关系云图书馆 QOS 质量保证和服务可持续性的重要因素。因此，图书馆必须从
16、读者云阅读需求和云服务能力建设出发，加强虚拟机资源管理策略的科学性、有效性、可执行性和可控性，才能保证虚拟机集群系统科学规划和合理运营，才能为读者提供满意的个性化云阅读服务。 8参考文献 1刘鹏.云计算（2 版）J.北京：电子工业出版社，2010. 2曾龙海，张博峰，张丽华，等.基于云计算平台的虚拟集群技术研究J.微电子学与计算机，2010，27（8）：32-35. 3李济汉，李素粉，张云勇，等.云计算环境下虚拟机资源均衡调度方法研究J.电信科学，2013， （4）：78-82. 4陈臣，马晓亭.数字图书馆云计算资源调度与虚拟化资源管理机制研究J.图书馆论坛，2012， （5）：17-23. 5贲飞，汪芸.云计算下基于容错 QOS 的虚拟机资源分配策略J.微电子学与计算机，2013，30（3）：136-139. （本文责任编辑：马 卓）
