云计算中虚拟化技术的应用范例(12篇)

云计算中虚拟化技术的应用范文篇1

关键词：虚拟化；云计算；关系；应用

中图分类号：TP391.9

在信息化技术高速发展的今天，云计算作为新兴的计算模式和概念，它既是一种技术模式，也是一种商业模式。随着我国计算机技术的日益成熟，云计算走出实验室，进入了各大IT商家，成为商家争相追求的技术路线和服务模式。云计算的技术是伴随虚拟化的出现而出现的，所以研究云计算几乎都会涉及到虚拟化技术，那么虚拟化技术与云计算到底是什么，又有着什么样的关系？它们今后的应用前景又是怎样的，成为值得我们探讨的话题。

1虚拟化浅析

现在，我们对于虚拟化并不陌生，它作为一个广义的术语，在行业内部被称为虚拟化技术，这种技术的诞生从根本上改变了传统的运算方式。简单地说就是使计算元件能够在虚拟的基础上运行，而不是在真实的计算实体上运行，由此形成一种计算解决方案，运算的目的在于能够使资源得到优化和高效率的管理，使得有限的资源经过综合整理之后能够最大程度的得以利用，储存空间更大，管理也相应的更加便捷。虚拟化可以使某台计算机的资源在用户许可的情况下共享，也就是说让某一台计算机运行多个虚拟机，这意味着不同的虚拟机能够在一台计算机上运行各种不同的程序和操作系统。从而实现了将复杂现实的物理资源转变为逻辑上可以管理的抽象资源，轻松地进入一种“虚拟”的运算程序，打破传统数据物理模式的限制。虚拟化技术不断开发着计算机的利用价值，将很多原本极为复杂的程序和运算在强大处理能力的计算机前都迎刃而解，在提高运算速度的同时还扩大了硬件的容量，使得软件重新配置的过程更加简单易行。在不久的将来，所有的资源都能够在各自的物理平台上顺利的运行，资源管理也能在逻辑上自由的整合。现在的虚拟化步伐，正在逐步实现从早期的存储虚拟化迈向操作系统和服务器的虚拟化，甚至整体的虚拟化的全新时代。

2云计算概说

云计算（CloudComputing）是一种新兴的商业计算模型，以其巨大的储存能力和所占空间小而闻名，且由于互联网的图案很像云彩的形状，所以人们习惯将这种基于互联网，计算迅速，还能提供人类相应需求的程序命名为云计算。具体的操作过程是将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，经过计算机大脑的统一调控，各种应用系统能够根据需要获取相应的计算力、合适的存储空间和配套的各种软件服务。除了本地计算机外，在非本地计算机或新兴的远程服务器中，企业数据在企业的发展壮大中起到了核心的作用，它的运行将与互联网极其相似，依靠无线互联网，云计算使得企业轻松地将资源切换到需要的应用上，一方面确保的了企业机密的安全，另一方面也方便了时时访问计算机和检查存储系统。

3虚拟化与云计算之相辅相成

目前，虚拟化的应用已经相当广泛，为全球用户节约了大量成本，初见成效提升了服务器运营效率。更为重要的是，它为下一代的数据中心的建构奠定了良好的基础，特别是对于云计算，更是功不可没。说到云计算，它在我们的日常生活中已经得到了初步的应用，且它的发展离不开虚拟化技术的支撑，二者的发展引起了业界的广泛重视，许多公司开始尝试提供各种各样的云计算服务，Google、IBM、雅虎、微软、亚马逊、英特尔等大型IT厂商都将目光锁定云计算。随着云计算与虚拟化的发展成熟，厂商理念推广的逐步深入，云计算在精确量化IT成本、最大限度的资源利用、实现更广泛信息交付等方面的优势已经得到了大部分用户和商家的首肯。

虚拟化和云计算的关系可以说是相互依存的，所谓“一荣俱荣，一损俱损”。虚拟化为云计算提供了很好的技术平台，与此同时，云计算在虚拟化环境中开展用户信赖的服务。目前云计算主要是以网络服务、实用计算、平台即服务、MSP、SAAS、商业服务平台、互联网整合等几大形式提供服务的。在实际应用中，亚马逊、英特尔、谷歌等互联网上几大主流网站均涉足这方面，在虚拟化提供的良好平台上积极地为云计算提供使用机会和相关服务。

4虚拟化与云计算的应用

虚拟化从根本上分离了硬件与软件，是云计算的基石，但就目前的发展情况来看虚拟化的用途并不仅限于此，优点还有很多，它能够节约经费的投入、优化整合并可以最大化利用服务器资源。具体来说，虚拟化的优点在于：（1）部署更加容易。虚拟化的应用不需要再添加额外软件、或者购买新的机器或是硬件设备，只要升级新的服务器架构或选取新的管理工具，就可以在计算机或虚拟PC上工作，同时虚拟化还实现了跨操作系统使用应用软件的操作。（2）服务器约束更弱化。在企业办公或是计算机应用中，虚拟化将大大提高服务器效率，相信随着服务器虚拟化的普及，应用虚拟化、操作系统方便化和桌面虚拟化都会逐渐走进每个用户的家庭、单位或是生活的方方面面。（3）数据操作管理更轻松。许多企业或是国家企事业单位都有大量的数据需要储存，他们的IT部门可以通过虚拟化技术对服务器、网络以及系统管理方法、存储设备进行了虚拟化处理，一方面使得数据运行管理更方便安全，另一方面增强了数据管理的能力。

云计算还是虚拟化的延伸，云计算主要的工作都是在有效地互联网基础上进行的。我们熟知的云计算是动态的信息技术，所有服务器必须构建虚拟化的环境，在这种虚拟的环境中完成信息和资源整合与运算，且都是在动态的架构上进行的，保证了信息安全顺利的开展云计算。云计算的优势在于：规模超大、可靠性高、虚拟化、可扩展性强、通用性广、服务的可调控性大、运营成本低的特点。举例来说，亚马逊最近开展了一项最新的业务就是与云计算有密切联系，这是由于亚马逊的尝试使得它成为了首批进入云计算应用领域的厂商之一，为其他企业的介入打开了了良好的开端。与其相类似的谷歌公司，另辟蹊径开拓主要以企业搜索、应用托管、地图覆盖等方式扩大了云计算在日常生活中的应用。

5结束语

虚拟化与云计算不仅是一种技术，更是一种大规模资源整合的思想，是IT界未来发展的必然趋势。人们习惯将提供各类资源的网络被称为“云”，在使用者看来，“云”中的资源是可以无限扩展的，在这个信息高速发展的“虚拟”时代，通过网络“云”对信息可以随时获取、按需使用、弹性扩展。举例来说，“云”服务就好比由单台发电机模式转向大规模电网集中供电的模式，效率成数以万倍的方式增加，这同样也意味着网络计算能力可以作为一种商品进行流通，就像电费、天然气费一样，不光取用方便，而且费用低廉。综上，在分析了虚拟化与云计算的密切关系和应用前景后，未来技术的发展“云”图已经非常清晰，虽然二者还需要演进的过程，但前途将是一片光明。

参考文献：

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云计算中虚拟化技术的应用范文

关键词：SPICE协议；云计算；KVM；桌面虚拟化；云实验室

中图分类号：TN915?34；TP302.1文献标识码：A文章编号：1004?373X（2016）01?0013?03

0引言

随着云计算和虚拟化技术的快速发展，传统教学方式不能满足云计算环境下的教学资源管理和授课方式。桌面虚拟化技术通过虚拟化技术和云计算技术相结合[1]，作为一种在云计算下的资源交付手段，将用户桌面环境和计算环境分离，不仅能够为用户提供便捷的桌面办公环境和较好的用户体验，还能通过统一的数据中心将用户的虚拟资源进行集中化管理，降低高校的信息管理和运维成本，提高教育数据资源的安全性，同时也能够集中管理教育资源[2]。

本文基于OpenStack平台的基础架构，采用KVM虚拟化技术搭建远程服务器集群，实现服务器资源的灵活分配和海量计算能力，设计云基础设施平台实现对云实验室虚拟资源的统一管理。设计和实现基于SPICE协议的云实验室客户端，通过地址和端口对虚拟服务器资源的访问和请求，保证了整个云实验室的安全性，同时用户可以通过云实验室客户端随时随地访问远程服务器虚拟资源，灵活管理和操作云实验室的虚拟服务器资源。

1系统设计框架

在OpenStack云平台上构建云桌面系统的服务端，采用OpenStack作为虚拟桌面的基础服务，在OpenStack中采用KVM虚拟化技术，实现本地用户对物理服务器的远程访问，使用户能够共享相同的物理服务设备[3]。

虚拟化技术能够在一台计算机上运行多个操作系统，每个操作系统上运行自己独立的应用软件，可以对这些系统进行有效隔离，对资源进行按需分配，从而保证每一个操作系统的安全性和性能。对处理器进行了扩展，从而实现了处理器的虚拟化[4]。

来自瘦客户端、台式机、笔记本的用户发出连接请求，通过对应的SPICE服务连接云实验室的客户端，客户端首先向服务端建立一个主要接口的连接请求，创建工作线程并等待远程服务端的消息，云实验室服务端完成初始化后，客户端继续进行后面的初始化工作。图1为云实验室整体设计框架。

1.1客户端设计与实现

本系统的客户端基于SPICE协议进行开发和设计，根据实际生产需求设计和部署，制作成针对Windows用户的安装文件，用户安装产生Qidian?for?window.exe应用程序后，产生Qidian?remote?viewer.exe客户端，操作简单便捷。

用户在登陆界面中输入在远程服务器中分配的虚拟资源的相应地址和端口，进入到远程服务器进行云实验室的操作管理。用户若没有通过认证则返回到登录界面继续登录，只有认证成功的用户可以访问远程服务器的虚拟资源，这样保证了整个云实验室的登录安全性。在云实验室客户端有文件、查看、组合键、帮助信息四个选项，用户操作界面选项实现对远程服务器集群资源的访问和操作。云实验室客户端框架如图2所示。

1.2服务器虚拟化设计框架

通过服务器虚拟化技术将物理资源抽象为逻辑资源，从而提高云实验室物理资源的利用率，能够根据客户的具体需求改善资源分配[5]，简化系统管理，降低单点故障，提高服务保障水平。

采用OpenStack作为整个云实验室的基础服务平台，在虚拟桌面的服务端实现对用户虚拟桌面的交付流程，同时可以实现对云实验室虚拟资源的管理[6]。使用ceph统一存储集群构建虚拟桌面资源池，通过KVM虚拟化技术实现远程服务器资源的虚拟化，组成庞大的服务器集群，能够提供海量的计算能力和灵活的资源调配机制，提高整个云实验室的安全性和稳定性[7]。

在整个云实验室的服务端，能够满足用户的多种资源申请需求，管理员能够统一管理和分配整个云实验室资源。管理员根据用户的请求分配虚拟机资源，在分配的过程中也附带了云实验室客户端需要的地址和端口，在云实验室客户端使用对应的地址和端口访问远程服务器资源[8]。图3为服务器资源虚拟化框架。

2应用与测试

2.1客户端

SPICE认证系统是整个云实验室的认证中心，用户可以根据自己的需求选择使用远程的服务器资源，通过输入远端服务器的地址和端口，实现本地客户端随时随地访问云实验室，满足不同用户的多种请求，同时也保证了整个云实验室资源的安全性。图4为客户端登陆界面。

客户端登陆界面直接连接远程服务器的虚拟资源，合法用户通过云实验室的客户端进行相应操作，只有管理员可以对合法用户进行资源的分配和回收，提高了整个云实验室的灵活性。

2.2服务端

服务器虚拟化技术实现云实验室远程器资源的分配和管理工作。管理员登陆后才能够对远程虚拟资源进行操作，包括对虚拟资源集群的分配、回收、资源监控等。图5为云基础设施管理平台。

管理员进入云基础设施管理平台后，能够根据用户的请求合理分配服务器虚拟资源，在分配虚拟资源的过程中将云实验室客户端的地址和端口分配好，用户通过客户端对新起点云实验室虚拟资源进行访问[9]。图6为新起点云虚拟桌面。

2.3云实验室虚拟资源管理

用户进入云基础设施管理平台后，可以对整个云实验室的虚拟资源进行操作和管理。图7为虚拟机管理界面[10]。

3结语

用户通过云实验室客户端的统一认证后，才能访问远程虚拟服务器资源，实现随时随地访问云实验室资源的灵活性和安全性。

将虚拟桌面推送给不同用户，有效解决了云实验室客户端设备的局限性，将云实验室的虚拟资源放在云端，实现了服务器虚拟资源的统一管理。本系统能够实现云实验室的基础功能，也是当前信息化教学的发展趋势。

参考文献

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云计算中虚拟化技术的应用范文篇3

【关键词】云计算；云基础架构；虚拟化技术；分布式存储系统；并行编程模型

1.引言

自新千年IT业引入云计算概念以来，通过广大的市场需求及雄厚的技术支持，大规模云计算系统已成为当今IT业发展的主流。实现云计算的基础是实现云计算系统基础架构。一个云计算系统的优秀与否，关键在于其基础架构是否能够稳定、高效地完成各项任务。本文试图结合相关资料，对云基础架构及其效能进行分析、定义及具体阐述，为下一步研究提供有力参考。

2.云计算简介

云计算的迅猛发展与广大的市场需求和强大的技术支撑密切相关。首先，随着IT业的迅猛发展，各IT运营商都形成了各自庞大的服务器集群。如何实现现有集群的重新整合以降低运维成本，提高效率成为运营商考虑的首要问题；另外，IT市场的迅猛发展也要求各运营商提供更加稳定、快捷的服务。其次，分布式系统、虚拟化技术的不断发展完善，使得服务集群性能的快速提升成为可能。所以，在上述两方面原因的相互作用下，云计算得到了前所未有的发展。

目前，不同公司对云计算有着不同的理解和实现方式。通过对现有云计算系统的分析及对相关资料的研究[1—5]，本文认为云计算是以商业需要为出发点，将数量庞大的服务器集群整合成为分布式的资源池，通过虚拟化技术、Web2.0技术将资源池强大的计算能力、存储能力和构建在其基础之上的各类应用以按需计费的形式从不同的层次（Infrastructure、Platform、Application）租赁给用户的一种新型网络运营模式。

由上述定义可得到云计算体系结构如图1。

由图可知，云计算基础架构位于云计算系统的底层，它为云计算系统的出色运营提供了有力的支持。

3.云计算基础架构

3.1云计算基础架构的定义

目前，业界及学术界对云计算基础架构还没有一个统一的定义利标准。各IT运营商均根据自身的实际情况，以各自的理解定义和实现云计算基础架构的部署。理工大学教授刘鹏在其著作《云计算》中提出：云基础架构及管理层由数据中心与云基础架构、安全产品、基础架构和运营管理三大部分组成[3]。作为虚拟化技术的龙头，Vmware公司在谈到其云基础架构层产品时说道：云计算基础架构是指通过虚拟化技术将传统数据中心转变为云基础架构并在其之上创建云，将IT基础架构作为服务交付给客户使用[6]。Lenk等人在其文章谈及云计算基础设施层时也指出：云基础架构可划分为基础设施服务和资源集两大部分，其中资源集可分为虚拟资源集和物力资源集；而基础设施服务又分为高级基础设施服务、基本基础设施服务、计算服务、存储服务和网络服务[7]。

通过对现有云基础架构以及对相关文献资料的研究，本文认为云计算基础架构是指由硬件资源（PC服务器、磁盘阵列、路由器、交换机及相关配套设备）组成，通过虚拟化技术、分布式并行技术整合形成的用以直接对外提供存储、计算服务或作为基础设施为上层云计算应用提供存储、计算能力支撑的一种高效、可靠并且具有良好扩展性的底层分布式系统。

3.2云计算基础架构的分类

通过分析研究现有云计算系统及相关[8—12]，本文认为云基础架构按照服务的对象可分为基础型云基础架构和外向型云基础架构：基础型云基础架构指主要向运系统上层提供计算、存储资源服务的云基础架构，基础型云基础架构的代表系统有：TFS、GFS、Cassandra、KIDC；外向型云基础架构指直接向用户提供计算、存储资源服务的云基础架构，外向型云基础架构的代表系统有：IBMEnsembles、AmazonEC2、AmazonS3、HyperCloud、Megastore。

3.3云基础架构的结构体系

通过对当前业界主流云基础架构系统的分析和对相关学术成果的研究，可以看出云基础架构的作用是通过将物理资源转化为虚拟资源池，实现对资源的监控、调度和管理以达到为上层应用和用户提供弹性的计算和存储资源的目的。云基础架构结构框架如图2。

由此本文将云基础架构分为以下五个层次：

1）物理层是指搭建、部署云基础架构所需的物理设备和配套环境。起作用时为云基础架构提供基本的物力资源，并保持物理设备的可靠性。

2）虚拟层是指通过虚拟化技术解除实现方式、地理位置或底层物理配置对计算机资源的限制，打破上层与物力资源之间的耦合关系，形成统一的虚拟资源。虚拟层的作用是为上层提供可靠且能够灵活按需分配的虚拟资源。虚拟层由虚拟计算资源、虚拟存储资源和虚拟网络资源组成。

3）数据层是指对云基础架构内运行的客户数据进行基本操作和管理的层次。数据层主要包含两个部分，既数据处理与数据管理。

4）管理层是整个云基础架构中的一个抽象层次。它对云基础架构的各类资源进行监控，根据实际负载状况对资源进行管理和调度并且根据上层需求对资源进行快速部署，以保证云基础架构高效运行。云基础架构管理层主要由资源监控、负载管理、资源部署和安全管理四个部分组成。

5）服务层是指为上层云计算应用调用云基础架构计算、存储资源预留的接口和对用户使用云基础架构计算、存储资源提供的交互界面。服务层对云基础架构效能的影响体现在服务层各类接口的通用性上。因为服务层接口与上层的松耦合性能够减小底层云基础架构对上层应用的限制，从而提高云基础架构自身的可用性。

3.4云基础架构实现的主要技术

3.4.1虚拟化技术

虚拟化是表示计算机资源的一种抽象方法。通过虚拟化，可以简化基础设施、系统和软件等计算机资源的表示、访问和管理，并为这些资源提供标准的接口来接受输入和提供输出[2]。通过虚拟化技术，可以实现在一台服务器上运行多个虚拟机，从而提供服务器的效率。由于绝大部分PC产品均属于X86架构，所以本文论述的虚拟化技术主要指X86架构的虚拟化技术。当前X86虚拟化技术的主流产品是VMware的VMwarevSphere。

vSphere主要用于服务器的虚拟化，即在一台物理服务器上运行多台虚拟机，以次达到服务器整合和优化的目的。vSphere的核心是ESX架构，它可分为两部分：ServiceConsole和VMKernel。其中前者提供管理服务，后者提供虚拟化能力。

随着虚拟化技术在云计算中发展中的作用越来越重要，对虚拟化技术的研究也成为热点。对虚拟资源的管理便是热点之一，[13]提出将VM模型集成到资源管理框架里，利用两极调度将VM的管理集成至批调度器里，以次为用户提供调度服务。

当前如AmazonEC2等云计算产品大多是以虚拟机的形式为用户提供计算能力，但对于虚拟机的具体配置，需要用户手动完成，因此虚拟化技术在自适应方面还需要进一步研究。

3.4.2分布式存储系统

随着IT业的发展，网上交易、网上检索等系统所要处理的数据量越来越大。如何利用最低的资源成本创造最高的运行效率成为各大运营商考虑的首要问题。因此研发人员开发完成了一系列分布式存储系统，为云计算提供了强有力的后盾。

分布式存储系统研发目的是为云基础架构提供高效、海量的数据存储能力。各大运营商在搭建自己的云基础架构前都会开发自己的分布式存储系统如Google的GFS分布式文件系统。Google的GFS（GoogleFileSystem）[14]是Google研发完成的作用于底层的分布式文件系统。GFS的作用是为大规模分布式应用系统提供强大的数据存储服务。GFS的核心设计思路是将系统故障当作一种常态来处理，实现这一思路的技术主要是提供多个副本进行操作。在接口方面GFS除提供基本的Creat、Delete、Open、Close、Read、Write外还提供Snapshot和记录追加两项操作。Snapshot以最低的开销创建一个文件或目录副本，记录追加则保证多客户同时对文件进行数据追加时的原子性和正确性。

GFS含有一个主控服务器（Master）和多个块服务器（ChunkServer）。一份文件由设备经接口，会被分为有限个数据块（每个数据块64MB）。此外，每个数据块都会产生一个元数据（

当前分布式存储系统已成为云基础架构重要组成之一。在学术界，对分布式存储系统的研究逐渐成为热点。[11]提出并实现了一种对等结构分布式存储系统NDSS，该系统取消了类似GFS中主控服务器的中心节点，而是利用分布式共享内存（DSM，DistributedSharedMemory）实现了数据一致性模块，利用分布式共享位图（DSB，DistributedSharedBitmap）限制了多个节点对信息的同时访问，解决了同步访问控制问题。以此在对等节点中完成了中心节点的主要功能。从测试结果看，NDSS系统的整体性能优于有中心节点的YNS系统[10]。

目前，云基础架构中著名的分布式存储系统还有Google的Bigtable分布式存储系统和Amazon的Dynamo分布式数据存储中心[11]等。它们虽然为云基础架构提供了强大的动力，但仍有改进之处。

3.4.3并行编程模型

并行编程模型是云计算中的一个重要概念。它是指系统为高效并行处理海量数据而设定的一组数据处理规则。研发人员为了解决输入数据的并行计算、分发数据等问题提出了并行编程模型的概念。

MapReduce是Google公司开发的一种新的抽象模型，也是当前起主导作用的编程模型。它的设计思路来源于函数式编程语言的映射和简化操作[1]。MapReduce的核心思想是将数据逻辑列表通过Map函数处理成为键值对集（），经过排序将具有相同Key值的键值对放在一起后通过Reduce函数将具有相同Key值的键值对的Value值进行合并。

当前对并行编程模型的研究大多以在MapReduce的基础上提出改进方案为主。在文献[15]中。Zaharia等人根据MapReduce建立在系统同构的假设基础上，提出了LATE（LongestApproximateTimetoEnd）调度算法。通过新型调度算法的改进使得MapReduce在异构环境下运行。

虽然现行并行编程模型为云计算提供了强大的技术支持，在某些具体情况的适用性上还需进一步的完善。

4.结论与展望

当前对云基础架构的研究主要集中在业界IT运营商，在学术界对云计算基础架构的研究主要集中在单个技术性能的改进与提高上，明确提出云计算基础架构概念，并进行整体性理论分析研究相对较少。本文通过分析研究现有云计算基础架构实例及相关文献资料，提出了云计算基础架构定义，指出：云计算基础架构是指由硬件资源（PC服务器、磁盘阵列、路由器、交换机及相关配套设备）组成，通过虚拟化技术、分布式并行技术整合形成的用以直接对外提供存储、计算服务或作为基础设施为上层云计算应用提供存储、计算能力支撑的一种高效、可靠并且具有良好扩展性的底层分布式系统。根据云计算基础架构定义，预计在今后的一段时间内，对云计算基础架构的研究会朝着以下几个方面进行：

1）更加高效的数据交互体验。云计算基础架构为上层应用提供存储与计算能力，在此过程中必然会存在基于请求的数据交互过程。而数据交互的速度会直接影响用户对云计算应用的操作体验。所以对高效的数据交互地研究会成为未来云计算基础架构的研究重点。

2）更稳定的系统运行过程。云计算基础架构位于云计算系统的底层，其运行的稳定与否直接关系到整个云计算系统的运作。尽管当前已有多种技术手段（资源监控技术、同步复制技术，心跳检测技术等）来确保云计算基础架构的稳定性。但是这些技术手段任然存在自身消耗资源过大、检测周期与负载变化不适应等问题。而这些问题也会在今后的云计算基础架构的研究中得到解决。所以系统的稳定性也将是云计算基础架构研究的重点之一。

3）更灵活的系统扩展。随着数据量的增加，云计算基础架构不得不面临系统扩展的问题。而实时变化的数据交互量，使得云计算基础架构在扩展的同时更加注重扩展的灵活性。系统的扩展意味着资源的扩充，而系统扩展后的资源合理分配是体现灵活系统扩展的重要部分。当前尽管各类云基础架构都在努力统一和规范各自系统扩展接口并改进资源分配方式，但资源分配是否能够与负载变化同步依然是问题的实质和仍未解决的问题。而这也是云计算发展的基本出发点和立足点。所以，灵活的系统扩展能力是云计算基础架构未来的重要研究方向。

综上所述，云计算基础架构是一个具有现实意义并充满挑战的新兴领域，它的发展将对云计算发展产生巨大的推进作用，而云计算基础架构也会在未来的发展中扮演越来越重要的角色。

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云计算中虚拟化技术的应用范文篇4

[关键词]云计算平台；高可用性；网络存储；系统安全；虚拟化；高扩展性；集中管理

中图分类号：TP39文献标识码：A文章编号：1009-914X（2015）23-0349-01

一、前言

云计算是继大型计算机到客户端-服务器的大转变之后的又一种巨变，云计算是分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡、热备份冗余等传统计算机和网络技术发展融合的产物。通过“云计算”处理，可以将企业的信息进行集成服务处理，以此来方便企业用户快捷高效的数据访问。

二、云计算平台的组成与特点

云计算建立在网络基础之上，它是一种网络计算技术，它是以分布式计算技术、并行处理技术、网络网格技术为依托的新型计算技术。一般云计算平台由高性能服务器、网络存储、核心交换机等基础硬件和云平台操作系统软件组成，多台服务器和存储设备通过交换机、云计算平台操作系统融合在一起形成一个整体的云资源。

云计算平台的特点有超大规模、虚拟化、高可靠性、通用性、高可扩展性、按需服务、极其廉价等。

三、云计算平台的硬件部署和安全应用

多台服务器通过万兆光纤交换机连接到网络存储利用云计算虚拟化技术，企业可以减少成倍的硬件设备投资成本和运维成本。便捷的服务器虚拟化技术为建设虚拟服务器中心提供了一套解决方案。由硬件与软件协同工作，允许一台物理服务器模拟成多台服务器，同时运行多个操作系统，其上应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。而计算机并行技术，是把多台物理服务器的资源逻辑统一，支撑需要大量CPU处理能力、由单一物理服务器难以实现的计算任务的技术。通过统一管控平台的协调管理，可实现随时、随需的在企业范围内提供信息系统支撑；各信息系统建设单位，只依据信息系统类型提需求，云计算中心的CPU、内存、I/O、存储等资源是以池的方式管理，能够实现动态共享、随需获取。通过虚拟化平台动态管理，使得信息系统的部署变得非常容易，同时，使企业在信息化基础设施的建设与使用方面进入一个良性循环，避免难以统一规划的情况。

在虚拟服务器工作负载机制方面，云平台通过资源限额方式来为虚拟服务器指定资源调度的优先级。一般有三种预设的限额分配方式：高、中、低，调度优先级权重分别为4：2：1，反映到份额上的数值如下表所示：

比如，一台物理服务器主机上分配了5个虚拟机，CPU调度优先级分别为高、中、中、低、低，那么，高优先级的虚拟机至少可以获得4/（4+2+2+1+1）=40%的CPU资源，中优先级的虚拟机至少可以获得20%的CPU资源，而低优先级的虚拟机至少可以获得10%的CPU资源。

需要强调的是，虚拟机资源限额机制的真正目的是为了确保每个虚拟机对资源的调度下限，如果物理服务器上没有发生虚拟机的资源抢占行为，那么，即使是低优先级的虚拟机也有可能独享该物理服务器上绝大部分的资源。

在系统安全方面，云计算平台具备“HA”功能，大大提高了虚拟服务器的运行可靠性。同时云计算平台也具备多种操作系统备份方式，如系统快照、整体备份、增量备份等，当虚拟服务器的操作系统异常时可以通过以上备份进行快速的恢复。

通过云计算平台安全保障措施可以大大地缩短虚拟服务器的故障停机时间，提高云计算平台各应用系统的可靠性和安全性。

在硬件利用与扩展方面，云计算技术对硬件资源进行“池”化处理，这个“池”是由组成云计算平台的基础硬件设施构成，包括CPU、磁盘、内存、网络等等，原理上，只要有足够的硬件支持，这个“池”可以做到无限大，每当企业需要增加信息应用系统的时候，就可以随时从“池”中获取资源，组成同物理服务器性能相当的虚拟服务器，而且在使用虚拟服务器的过程中随时可以对服务器的虚拟硬件进行增减，极大地提高了物理硬件的使用效率。

四、云计算平台的建设带来的经济效益

云计算平台的部署紧紧围绕“高效、安全、节能”的理念，在企业信息化应用需求和硬件资源投入成本之间找到了一个较为合理的平衡点。由于虚拟化技术的快速发展，使得一台物理服务器可以虚拟成为多个虚拟服务器，进一步降低了服务器基础硬件方面的投入。不但如此，云计算平台可以通过单一的管理界面，轻松地统一管理数据中心内所有的主机和虚拟机，不仅能提高管理员的管控效率、简化日常例行工作，更可降低IT环境的复杂度和管理成本。

云计算平台的部署和应用不但取得了良好的经济效益，还促使管理模式向集中化、科学化、具体化的积极转变，进一步提高了设备利用率并大大降低了设备维护成本，促进了企业信息化建设的进程。

云计算平台的部署节约了服务器硬件成本，以往花费在服务器部署上的成本相当昂贵，大多数成本用于服务器的更新，更新服务器与维护服务器的成本成为信息机房的主要开销之一。通过使用云计算管理平台，只需通过扩展目前的服务器配置与更新部分服务器硬件，就可以完成对服务器的升级改造，大大节省了相关的费用。通过最大化服务器的利用率来实现最小化服务器的数量，通过云计算管理平台来量化系统性能以判断哪些系统可以承担额外的工作任务，让系统管理员及时的了解到虚拟服务器的综合信息，从而满足服务器过去的性能表现和现有的业务需求。目前大部分物理服务器的实际使用率只有20-30%，而将物理服务器作为云计算的主机，它能够在云计算平台的帮助下达到超过70%的利用率。传统方式部署20套信息应用系统需要20台物理服务器，如果配置高可用的双机系统则至少需要40台物理服务器和20台共享存储。而在云计算平台下只需要3台高性能服务器和一台网络存储就可以部署完成，在硬件投入成本方面云计算平台比传统物理服务器节约了近10倍的费用。

云计算平台的部署不仅仅是在硬件资源与维护成本上节约，对能源消耗的节约同样很有价值，通过服务器整合实现系统简化、提高系统利用率，减少设备数量，从而达到节省耗电、空间及冷却等管理维护成本。

五、结语

云计算平台在企业信息化建设中有极高的应用价值和发展前景，通过对这一技术的应用可以大大提高企业信息化发展进程，节约大量的投资成本，提高设备利用率和管理效率。

参考文献

云计算中虚拟化技术的应用范文篇5

【关键词】云计算服务器虚拟化

云计算为一种服务的交付与使用模式，可以利用服务的方式来实现各类IT资源提供给用户按需使用，最大程度上提高资源应用效率。服务器虚拟化即利用物理服务器来建立多个相互独立存在的虚拟服务器，实现所有物理资源的统一管理。基于云计算服务器虚拟化，将服务器硬件资源虚拟成为逻辑资源池，能够根据实际需求对逻辑资源进行分配，提高资源利用效率。

1云计算特点分析

1.1成本节约

不同用户对资源的需求度存在一定差异，通过云计算可以实现满足不同用户群体对资源的应用需求，且与购买大量IT资源方式相比，应计算用户可以节约更多成本。对于部分用户，仅需要某种特定资源，云计算成本优势更为突出。且利用云计算模式，用户可以避免对各类资源的维护与管理，将精力集中在业务逻辑分析上。

1.2可靠性高

用户所需资源全部存在于云中，各项应用程序也是在云中进行，且云对失效节点的处理，以及对数据冗余和严格权限策略，保证了数据计算、应用以及储存的安全性与可靠性，避免因为系统崩溃而造成的数据丢失。

1.3利用率高

传统数据中基本上选择专用模式，无法满足所有业务运行对资源的需求，不同类型以及群体间信息的共享存在较大的难度，资源利用率比较低，并且还存在严重的能耗问题。通过应用云计算模式，多个部门以及企业间可以共享一个大的资源池，在实际应用中可以随时对资源池大小进行调整，提高各类资源配置的合理性，在根本上提高资源的利用效率。

2服务器虚拟化技术要点分析

2.1CPU虚拟化

X86架构中，CPU有Ring0、Ring1、Ring2、Ring3四个运行级别，其中Ring0级别最高。一般情况Ring0负责操作系统运行，Ring3负责应用程序运行，且不能执行特权指令。基于此在对CPU进行虚拟化时，需要将虚拟化层加入到客户操作层下，保证客户操作系统特权指令能够在Ring0级别执行。利用二进制代码翻译技术，将陷入指令插入到特权指令前，将执行陷入虚拟机监视器内，通过虚拟机监视器完成各项指令的转换，成为功能相同指令序列后执行动作。

2.2内存虚拟化

利用内存虚拟化设计来实现对服务器内所有物理数据的统一管理，且可以在多个虚拟服务器间形成相互隔离以及连续虚拟内存空间。其中，需要针对虚拟化内存建立一个管理单元，主要负责维护物理服务器内存与虚拟机看到的连续内存块间映射关系，如常见影子页表法与页表写入法等。

2.3设备与IO虚拟化

设备与I/O也是服务器重要组成部分，在对服务器进行虚拟化时，对设备与I/O进行虚拟化设计，能够实现对物理机的统一管理，通过包装为多个虚拟设备来满足虚拟机运行使用，且能够及时响应各虚拟机设备访问与I/O请求。现在对于此方面的虚拟化研究，一般都是利用软件方式，通过虚拟化设计后，可以消除底层物理机设备的限制，提高虚拟机迁移的灵活性。

3基于云计算服务器虚拟化安全分析

3.1操作系统保护

虚拟化加护需要对资源池以及虚拟服务基础架构分别采取保护措施，且资源池并不需要用户执行交互操作，只通过管理员与技术员来完成对各类资源数据的管理，在进行保护设置时，需要确定该基础架构保护范围。基于云计算服务器虚拟化设计时，将主机服务器系统安全配置设置为最高级别，并按照安全配置导向，对服务器所有组件安全进行加强处理。同时，更要对计算机进行病毒与恶意代码的防护处理，例如在hypervisor上运行带有适合防病毒引擎的VMsafe，则可以实现对虚拟机的安全保护。针对服务器文件与打印功能系统，在对其进行保护设计时，要求一旦出现未经授权更改情况时，可以对所有变更文件进行记录并告警。另外，还需要针对操作系统所有安全级别冗余系统进行抗灾性能的加强。

3.2核心数据保护

对虚拟服务器内所有数据资源设定访问限制，尤其要重点做好核心数据的分类，针对不同类别来选择相应的保护级别。同时还要对支持服务器虚拟化引擎或者运行hypervisor所需数据库安全进行保护。在确定数据库信息访问权限时，要控制访问人数，且要保证已经对数据库引擎进行保护强化。一般对于服务器的维护，第三方服务商并没有访问核心数据的权限，应将核心数据存储在物理服务器内，安排专门人员对其进行管理。

3.3外部访问保护

对资源池内虚拟局域网进行有效配置，实现对主机服务器的有效访问，且要对网络设置防火墙，然后才可对所有服务器进行访问。另外，应通过虚拟专用网来连接所有远程管理与远程访问需求，利用安全套接字层对所有远程通信和内部服务器间通信进行加密处理。

3.4信息访问保护

主要负责用户标识处理，且有效分配网络内操作允许权限，其中用户标识发生在资源池网络中各层面，利用hypervisor基于角色身份验证功能，来实现对管理人员以及数人员访问权限控制，可以建立组策略来实现身份验证、授权以及审计等目的。另外，为提高云计算服务器虚拟化后各类数据应用的效率，要保证数据中心设置有足够的电力与冷却资源，所有计算设备在BIOS级别设置相应的保护。

4结语

云计算已经成为计算机制发展的主要方向，现在技术已经相对成熟，基于其进行服务器虚拟化设计，可以通过对物理机数据进行分类与存储，利用云模式来实现信息数据的共享，不但可以降低成本，同时可以提高数据利用效率。

参考文献

[1]都广斌.基于服务器虚拟化的云计算平台设计[D].西安电子科技大学，2010.

[2]李双权，王燕伟.云计算中服务器虚拟化技术探讨[J].邮电设计技术，2011，10：27-33.

[3]范伟，朱大立，黄伟庆.基于云计算的服务器虚拟化技术探析[J].保密科学技术，2012，03：13-16.

作者简介

段志彤（1983-），男，天津市人。大学本科学历。现在供职于苏州市生产力促进中心。研究方向为电子信息。

云计算中虚拟化技术的应用范文

云计算是一种资源

虚拟化提供了计算资源的一个逻辑视图，包括单机虚拟化和多机虚拟化。单机虚拟化基于Hypervisor技术，可以把一个机器分成若干个机器来使用，同时也可以把异构系统变成便于管理的同构系统。多机虚拟化基于集群和网格计算技术，可以实现资源整合，把一大堆机器当成一个机器来使用，形成取之不尽的资源池。

SOA/WebServices和效用（Utility）计算等技术可以让用户像使用自来水一样使用由单机和多机虚拟化组合成的计算资源。以SaaS、IaaS和PaaS为基础的多租户（Multi-Tenancy）或大规模多租户模式（MassiveMT）技术，可以提高云计算设施的利用率，提供多样化的服务。

云计算和物联网并不是全新的东西，而是在原有的信息和通信技术基础上进行整合和进一步优化的结果。

一切皆服务不能被滥用

美国国家标准研究院（NIST）把云计算划分为SPI三层体系，包括SaaS、PaaS和IaaS，同时归纳出四大部署方式。这种划分方式是业界的共识。许多企业、政府和咨询机构都采用了SPI体系来描述云计算。

但是，也有一些业内人士并不完全赞同SPI的划分，而是采用了更细的划分方式，比如将云计算划分成云计算监控和管理系统、开发工具等，并且把云存储从IaaS中划分出来。

XasaService的命名方式源于SaaS（SoftwareasaService）。按这种方式命名的名词还有很多，比如InformationasaService（InaaS）、BandwidthasaService（BaaS）等，但是，这样一种本来很有创意的命名方式目前已经被滥用。

传统操作系统或将没落

云计算的最终目标是以IaaS和PaaS为支撑，创造出更丰富的SaaS应用。笔者用中文繁体字“”作为骨架，画出了一幅云计算要素图，如图所示。

云计算的理想实现后，人们可能不再需要像Windows那样的桌面操作系统。微软做云计算可以说是被逼上梁山。不过，微软有很强的实力和基础，不会让自己在云计算方面陷入被动挨打的处境。微软是现有软件模式的最大利益获得者。它不会主动提出云计算这样的理念，但是如果别人提出来，微软也会出台应对之策，就像当年Netscape推出浏览器时，微软利用InternetExplorer和它在桌面系统领域的垄断优势，将Netscape一步步“吃掉”。在云计算时代，微软虽然推出了很好的虚拟化（如Hyper-V）技术、PaaS（如Azure）和SaaS（如WindowsLive）产品及服务，但只是疲于应付，四面受敌。微软在云计算时代仍然可能取得领先和成功（目前它是云计算“Big5”之一，另外4家是IBM、Amazon、Salesforce和Google），但这次它不可能像当年吃掉Netscape那样彻底打败竞争对手了。

构建云计算产业链

诺达咨询的《云计算产业链研究报告2011》，将云计算产业链分成十大关键环节，包括硬件设备制造商、云平台开发商、系统集成商、云应用开发商、云资源服务提供商、云平台服务提供商、云应用服务提供商、网络运营商、终端供应商和最终用户。各环节相互协作，形成特有的云计算产业链。

云计算中虚拟化技术的应用范文1篇7

虚拟机成主流

VMware是虚拟化领域的王者。上世纪90年代末，VMware看准时机，推出了针对x86系统的虚拟化技术。此后，随着x86平台的流行，虚拟化技术的应用也日益普及，VMware的虚拟化技术逐渐成为事实上的标准。根据计世咨询近期的市场研究报告，VMware在中国的市场占有率为73.5%。

“今天，人们谈到虚拟化时已经不是要不要采用虚拟化技术，而是如何部署虚拟化。”VMware全球区域运营执行副总裁CarlEschenbach在演讲时表示，如今对虚拟化的效益已经没有人怀疑了，这些效益包括通过服务器整合降低投资成本、提高服务器的利用率，以及通过应用各种管理工具降低运营成本等。因为多个市场研究机构的调查研究表明，目前服务器的平均利用率不到30%。而虚拟化通过服务器的整合能显著提高这些服务器的利用率，从而降低数据中心的成本。不过，在CarlEschenbach看来，虚拟化在降低运营成本方面的潜力更值得关注。因为提高服务器的利用率在部署虚拟化技术的初期效果很明显，而一旦达到了60%〜80%的时候，节约资金的空间不大。此后，虚拟化的价值更主要体现在运营成本的节约，而这些运营成本的节约主要来自于在虚拟化的环境中应用自动化、管理工具。

“2009年是虚拟化技术应用的重要转折点，这一年数据中心当中虚拟机的数量超过了物理服务器。”CarlEschenbach说，根据市场研究机构的预测，今年全球将部署1000多万台虚拟机，年度复合增长率为28%，而同期的物理服务器部署的增幅是在7%到8%。由此可以看出，虚拟机正在全球范围内成为一种标准的应用部署方法。

“在云计算的推动下，虚拟化在中国市场发展得非常迅速，而且我们也明显感觉到，用户对虚拟化技术的信心日益增加，已经从以前主要用做开发和测试平台转向业务运行平台，这样的案例现在越来越多。”VMware大中华区总裁宋家瑜在发言中指出。

向云计算拓展

云计算是当今最热门的IT技术，也是VMware的市场重点。与其他云计算技术供应商相比，VMware依托于自己在虚拟化领域建立的庞大用户群，无疑具有先天优势。

“虚拟化是迈向云计算的第一步。”在VMwarevForum2010大会上，VMware不断强调这一点。实际上，VMware的云计算战略正是扎根在其虚拟化平台之上的，这一点首先体现在VMware推出的第一个云操作系统vSphere。在VMware看来，vSphere并不是一个简单的虚拟化平台，而是提供了虚拟化基础架构、高可用性、集中管理、监控等的一整套云解决方案。

如果说vSphere还是基于其多年积累下的虚拟化技术推出的产品，那么，VMware去年收购SpringSource则表明VMware在云计算方面，特别是在云应用的开发和部署方面具有更大的雄心。如今VMware的这次收购成果开始展现，不久前VMware推出了vFabric云应用程序平台，这个云应用平台结合了SpringJava开发框架和诸多平台服务，用来帮助开发者开发、运行能够与底层基础架构共享信息的现代应用程序，从而最大限度地提高应用程序的性能、服务质量及基础架构利用率。

更为值得一提的是VMware在云平台的自动化管理方面所做的努力。今年9月在美国旧金山举行的VMworld大会上，VMware宣布将推出用于云管理自动化的工具vCloudDirector，这个产品在本次VMwarevForum2010大会得以亮相。

“到目前为止，虚拟化一直被作为降低硬件成本的一种手段，而从长期来看，通过实现管理流程的自动化以降低运营成本可能给用户带来的价值更大。”VMware公司数据中心平台副总裁ZahidHussain告诉记者，“因此，把服务器、存储、网络等整合到一起，构成一个能实现自动化地进行管理的庞大计算机成为VMware长期以来追求的目标，而vCloudDirector就是一个用来帮助管理这台计算机的工具。”

据ZahidHussain介绍，vCloudDirector让IT部门可以根据自己的策略建立一个虚拟的数据中心。在这个数据中心中，所有基础设施组成一个资源池，由vCloudDirector对它们统一进行管理。无论这个资源池是位于公共云还是私有云中，应用程序都可以在不同的云之间进行迁移。

“通过这样的虚拟数据中心，用户可以根据自己的需求从目录服务中自助式完成应用程序或者服务的添加，而无需IT部门的介入，从而改变了IT部门交付基础架构服务以及用户访问、使用这些服务的方式。”ZahidHussain说。

另外，为了增加IT部门对服务和应用的控制能力，VMware近日还推出vCloudRequest管理器，用来为vCloudDirector配置自动化的审批工作流程，对软件授权许可和应用程序的访问控制进行跟踪。而在云安全方面则有vShield计划，VMware已提供一些开放的接口，用于第三方对云基础设施和云上的应用进行监控和管理。

迈向“IT即服务”

“VMware对云计算的愿景是帮助用户实现‘IT即服务’，也就是帮用户把IT当做服务来交付，使业务部门或者客户更轻而易举地使用云计算。”谈到VMware在云计算的战略时，ZahidHussain表示。

ZahidHussain说，到目前为止IT的应用分别经过了三个阶段：IT生产，也就是IT主要被用于整合服务器资源以及应用的开发和测试，此时重点是关注节省成本和降低复杂性；业务生产，也就是将IT用于支持资源的动态分配并保证业务的高可用性，此时的重点是关注IT的性能；现在是第三个阶段，也就是IT即服务阶段，此时通过云计算平台实现业务的敏捷性和可扩展性。

云计算中虚拟化技术的应用范文篇8

【关键词】云计算技术应用展望

一、云计算技术的介绍以及应用

云计算技术是一种基于网络相关服务的增加交付以及使用模式，云计算是一种虚拟资源，一般通过网络提供动态易扩展，云计算中的“云”是代表网络的意思，一般情况下我们所指的云计算是一种IT基础设施的使用及交付模式，即通过网络的手段来获取所需资源。截止目前，云计算技术已经有了一定程度的发展，不仅对商业模式有着深刻的影响，同时也在很大程度上影响着商业部署、软件开发运行以及后续的交付运作。有了云计算技术之后，用户可以直接通过付费的渠道获取所需的计算能力，不再需要重新部署客户端。云计算关键技术包括是数据存储技术、数据管理技术、虚拟化的技术等几个方面。

二、云计算技术内容

1.数据储存技术。云计算技术是一种基于网络的超级计算形式，存在和发展的技术就是海量的数据储存，云计算技术采取一种分布式的储存技术将数据储存于服务器集群中，并为所储存的技术复制了多项副本。同时采取一种安全可靠的数据加密技术从本质上保证储存数据的安全和可靠，云计算技术传输率高并且有着很高的吞吐率，以此为技术职称为用户提供完善的数据服务。目前，云计算技术主要采取GOOGLE的GFS或者HDFS，GFS主要用于普通硬件，价格便宜，但可以为用户提供一种性能稳定的数据服务。

2.数据管理技术。由于必须处理和分析大量的分布式数据，云计算技术拥有高效的数据管理技术，主要依托BIGTABLE以及GOOSE的数据管理技术以及基于HADOOP团队的管理模块HBASE，BIGTABLE注意啊建立在GFS的基础上，本质就是采取多级映射的数据处理结构把所有的数据编制成为一个表格，利用庞大的数据储存为用户提供相关的服务。

3.虚拟化技术。虚拟化技术是在数据运行环境下在电脑系统以及相关组件的运行中虚拟出来的一种技术，在电脑的硬件以及操作系统和相关的应用程序中构建一个虚拟化层，这种虚拟化层肩负着承上启下的作用，作为中间层起着连接上层和下层的作用。除此之外，虚拟化技术不仅可以节约费用，达到资源整合的作用，还可以使相关的资源得到最大化的利用。根据不同的对象，虚拟化技术可以细分为软件虚拟、基础设施虚拟以及系统虚拟等方面。

三、云计算的主要服务形式

1.SAAS服务。SAAS服务可以让客户根据并发用户数量、数据存储容量、使用时间等按需支付费用，不用支付软件许可费用，以及支付采购服务器等硬件设备费用，也不需要承担软件项目定制、开发、实施费用，在中小企业的应用非常广泛。

2.PAAS服务。PAAS服务是一种分布式平台服务，开发商提供开发环境、硬件资源等服务给客户，用户可以在其平台基础上开发应用程序并通过互联网传递给其他客户。PAAS服务可以为企业或个人提供研发的中间件平台，提供应用程序开发、试验、托管等多项服务。

3.IAAS服务。IAAS服务即把厂商的服务器组成“云端”基础设施，并将其作为计量服务提供给客户。这种服务将内存、存储和计算能力整合成一个虚拟的资源池，是一种托管型硬件方式，用户付费即可使用。

四、对云计算技术未来的展望

全球信息化的浪潮影响深远，并且随着网络技术的发展以及社会的需求以及各国政府以及GOOGLE、微软等大公司的技术支持，云计算技术在全球都得到了一定程度的发展。到目前为止，云计算技术为科研、军事、娱乐服务、医学、生物学、天文学、地理学等行业提供着专业的数据服务，为人们提供天气预报、在线游戏、数据检索等服务，虽然其面临着一定的挑战，但是也有着广阔的发展前景，据估计，以后的云计算技术将朝着三个方向发展。

1.手机云计算技术的普及。随着手机技术的飞速发展，手机成为人们生活中不可缺少的物品，以逐渐兼具计算机的功能，云计算技术对手机终端的要求不高，云计算技术与手机的结合可以实现随时随地数据信息的检索和运算，是未来云计算的发展趋势之一。

云计算中虚拟化技术的应用范文1篇9

[关键词]云计算；教育空间站；虚拟学习；网络化学习；在线学习社区

[中图分类号]G434[文献标志码]A

一、问题的提出

教育信息化的内涵是利用先进的信息技术促进教育变革、推动教育现代化，[1]另一方面，在网络环境下开展终身教育、建设学习型社会是可以预见的未来发展趋势，[2]于是虚拟学习社区应运而生。在传统的网络环境下，王海东等[3]系统阐述了网上虚拟学习社区的概念、社区特征和结构、社区的建立步骤；汪琼等[4]构建了一个在线交互虚拟学习环境；陈国强[5]分析了虚拟学习社区平台使用存在人员集中、时间集中、目的集中等特点，深刻剖析了现有资源内容的四个缺陷，即应付、堆砌、盈利、无吸引力等。

教育对人类社会发展具有不言而喻的重要意义，理论上说，教育也应该面向全国、乃至全球，开放、跨越与共享。然而，现有的部分教育师资、软件、工具、资源等存在独享、昂贵、不便捷等不足。在当前新的网络环境下，可以充分发挥云计算的优势，建立具有优良特性的虚拟学习社区，为各类用户提供一个更为快捷、低廉的途径参与网络化学习。

云计算是传统计算机技术和网络技术发展融合的产物，[6]旨在通过网络把多个成本相对较低的计算实体整合成一个具有强大计算能力的完美系统，并借助软件即服务SaaS等先进的商业模式把这强大的计算能力分布到终端用户手中。[7]云计算本质上是一种新的提供资源按需租用的服务模型，是新型互联网数据中心业务，[8]被认为是互联网领域的一场革命，其兴起为互联网的发展开辟了新天地，[9]被称为Web3.0。[10]另一方面，随着社会不断发展与进步，各种教育需求急剧增长、教育资源严重不足，传统虚拟学习社区已显得力不从心，如何将目前最先进的信息技术服务于教育变革、推动教育资源共享，针对当前教育信息化和终身教育的瓶颈问题，在云计算环境下建立满足大多数教育需求的虚拟学习社区就成为当前急需解决的关键问题。

在上述背景下，湛江师范学院近年来着力推进面向地方基础教育的优质教育资源深度共享，通过未来教育空间站，在云计算的背景下构建服务于地方的数字化教育公共服务平台，从而实现传统课堂教学与网络课堂教学、高校课堂教学与中小学及幼儿课堂教学、城市课堂教学与农村课堂教学、普通教育与继续教育在时间、空间、内容和方式等四个维度的全面融合，促进学校教师教育方向的教学和科研从传统“自然时空”向信息技术支持下的“数字时空”扩展和延伸。

本文从云计算时代虚拟学习社区的现状入手，结合湛江师范学院未来教育空间站，重点分析云计算时代虚拟学习社区所具备的特征，为同行研究者科学可行地构建云计算时代虚拟学习社区提供尽可能全面完善的理论参考与实践借鉴，进一步推动新环境下虚拟学习社区的发展。

二、云计算时代虚拟学习社区的现状分析

随着信息技术的发展，未来的网络将是一个充满“云”的世界，网络将从根本上改变人类的精神家园，包括工作、生活以及认知方式，其中最直接受影响的是教育。[11]在国内，云计算方兴未艾，清华大学等高校已经采用云计算平台技术开发了云存储Corsair、云计算NOVA等应用，[12][13]江苏无锡独创了“城市云”，广东率先在南海建立了华南地区首个云计算中心等。[14]目前，国内外相关学者已经关注到了云计算对虚拟学习社区带来的深远影响，展开了若干有意义的研究工作。朱惠娟[15]就云计算及其在网络学习环境构建中的应用做了初步的研究工作，提出了一个基础性框架。等[16]以构建灵活开放的教师专业发展共同体为出发点，基于云计算平台设计了一种面向教师专业发展的虚拟学习社区平台。BoDong[17]提出了基于IBM蓝云的E-Learning系统。在国际上，Mohammed[18]提出了一种基于云计算的虚拟个性化学习方案，构建了一个初步的系统集成平台。CasqueroO等[19]在iGoogle和GoogleApps的支撑下提出了基于云计算的虚拟学习应用，MarenziI.[20]提出了LearnWeb2.0平台支撑终身学习，相关资源可以存储在中心集群服务器、中心存储器、学习者桌面端、甚至在线交流社区，PaulPocatilu[21][22][23]也展开了类似的研究。

云计算技术体系在各种媒体的大肆宣传下似乎已经相当完备，上述研究也已触及了部分技术及其应用实现。事实上，云计算本身还在不断发展与完善，应用规模仍然很小。目前，关于云计算环境下的虚拟学习社区，无论是理论模型还是实现技术，国内外文献中还鲜有完整、成熟的研究报道。本文认为，最优化资源管理方式是教育机构努力的目标之一，云计算因其“应用灵活、按需使用、按用付费”而成为最可能的解决途径之一。因此，分析云计算时代虚拟学习社区的特征，对于真正实现新环境下的虚拟学习社区具有重要理论指导意义。

三、湛江师范学院未来教育空间站

教育空间站是指在现代信息化技术支撑下的创新教师教育信息化虚拟平台。华东师范大学在国内首创了基于信息技术平台上的未来教师专业发展创新体系——“未来教师空间站”。在传统网络环境下，该未来教师空间站于2006年开始测试运行，目前已成为国内以技术创新支撑学习革命的典型案例之一，并在一定程度上获得了国际同行的认可。[24]与此类似，广西师范学院在整合各种常规的教师教育信息化环境和实验室的基础上，于2008年建成了未来教师空间站，有力地推动了广西教师教育信息化创新，在广西范围内有效地提高了教师教育能力，促进了教师专业发展，推进了教师教育教学改革。[25]

尽管如此，当前信息技术不断发展，网络环境已经发生了翻天覆地的变化，未来教师空间站也需要顺应时展而产生变革。在新的网络环境下，湛江师范学院于2011年开始建设面向地方基础教育服务的未来教育空间站，定位新、起点高、时代特征显著。未来教育空间站植根于当前最具革命性的网络计算体系——云计算，以云数据中心为主体基础设施，采用了最先进的虚拟现实技术，融入了大量极具时代意义的教师教育需求，如裸眼3D体验、网真课堂、物联网体验等。当然，本文不打算涉及这些具体设计和实施细节，仅侧重于以未来教育空间站为例讨论云计算时代虚拟学习社区的特征。

四、云计算时代虚拟学习社区的特征

本文认为，云计算时代的虚拟学习社区理应具有交互性、泛在性、服务性、社会性、不确定性、可视性、绿色性等主要特征，其中前三个特征是其显著特征，后四个特征是附属特征。

（一）交互性

交互是云计算的主体，因此交互性必然是云计算时代虚拟学习社区的首要特征。早在2008年，我国学者就针对网络教研的发展和教师博客群的现状提出了“李克东难题”，[26]本质上已经对现有的网络化教育教学过程中缺少深度交互提出了强烈的质疑。博客载体本身存在局限性，导致交互深度和广度都存在不足，因此，“李克东难题”一定程度上对于博客是无解的难题。在云计算环境下，虚拟学习社区的各类用户可以用更自然、更个性化的方式进行“人—云交互”，尽情享受各种服务需求，任何用户（Anyone）只需要一个身份代码就可以在任何时间（Anytime）、任何地点（Anywhere）与任何“云”服务（Anycloud）采用任何形式（Anyhow）进行5A交互，包括同步或异步的学习交互、信息共享、资源交换等。

从功能模块看，未来教育空间站建有学习共同体互动室、远程实时交互课堂、3D教学与体验实验室、智能教学诊断室、自主学习教室等，这些模块都建有交互功能、强调深度交互，用户只要接入云服务，就可享受上述不同类型的交互。以远程实时交互课堂为例，一旦大量用户并发访问，传统模式下的“人—机”交互就相当于“人机等待”，传统远程实时课堂受到运行成本、设备性能、网络带宽等多种因素的影响，导致其利用率不高、交互效果差、覆盖率低，难以实现真正意义上的深度交互。在云计算环境下，云数据中心为未来教育空间站提供按需分配、可靠、易管理的数据服务，有效保证各类资源的灵活分配，合理支撑“人—云”5A深度交互，搭建网络实时交流互动的教学空间。

（二）泛在性

在网络环境中，服务提供商、个人用户等正不遗余力地满足各类应用需求的Web服务（也包括大量的教育与学习服务），这些物理上分布在网络节点中的WebService就像是“云”计算环境中的一个个“云滴”[27]无处不在。因此，云计算时代的虚拟学习模式具有更高度的泛在性，任何用户（Anyone）只要通过能够访问到网络的任何设备（Anydevice），不管是在固定平台（如台式机、笔记本电脑等）还是移动平台（如手机、PDA等），都可以在任何时间（Anytime）、任何地点（Anywhere）采用任何方式（Anyhow）在互联网开放云、企业私有云、家庭或个人私有云之间无缝切换、管理个人资源，从而开展5A学习。在此过程中，用户不需要担心所使用的资源、服务等是否被共同占有；不需要担心服务平台的底层软硬件资源的物理配置是否合理；更不需要关心服务平台的地理位置。[28]

对此，未来教育空间站建有大量以用户为中心的学习模块，可以是自主学习、师生交互式学习、生生协作式学习等，用户只要接入云服务，就可享受上述不同类型的5A云学习。在云计算平台下，未来教育空间站的用户处处都可以学习，发挥云计算的优势，全身心地投入泛在学习，无需关心任何与学习无关的内容。

（三）服务性

将虚拟教育学习的需求理解成一种广义的计算需求，服务性就可以理解为已经有第三方支撑这种计算的能力，而且只需支付廉价的服务费用、甚至免费。这就好比日常使用的水电煤，早期自己挖井、自己买发电机、自己挖煤，现在不需要做这些，支付相对低廉的费用就可享受这样的资源服务。未来云计算也是如此，数据在云端，云计算的用户没有必要永久性存储数据，也必定不再重视数据处理功能，也就是服务自我类的数据将不复存在，更多的教育与学习资源将以共享、交换等服务他人的形式存在。从另一个角度看，大量的用户端将缺少学习资源、相对知识贫乏，服务性也必将成为云计算的根本要素。

由于云的特殊性，云计算环境下的服务成本将极大地降低，资源变得极其廉价，云计算环境下的虚拟学习社区也成为浩瀚云海中的一朵学习服务云，其中包含一个庞大的廉价资源库。未来教育空间站的云数据中心也是如此，所建立的教育资源与软件开发实验室，将为各类用户提供教育资源与软件支持，包括软件、图书、课件、图像、视频等。普通大众用户可方便地按需免费使用、购买或者交换各类学习资源，云上提供的高质量、高效率的教育学习服务将逐步进入寻常百姓家。当然，该目标的实现不是一蹴而就的事情，在未来教育空间站的建设初期，主要面向湛江地方基础教育提供免费服务，用户也可上传各类资源，在建设中后期，面向全国基础教育研究资源购买和交换策略，全面开放用户服务。

于是，未来在虚拟学习社区中的学习将演化成一种用户自发的主动行为，就像现在使用水、电、气一样自然，需要学的时候学、想学的时候学。学习者集中精力投入感兴趣的学习，所关注的仅仅是在云端的学习任务和目标本身，而不必再担心昂贵的学习费用、高级的学习设备或舒适的学习环境等。此外，未来教育空间站还专门建有服务中心，其中包含了客户服务的职能，进一步增强了服务性。

（四）社会性

作为网络教育的一种典型形式，虚拟学习社区一直被期待着能够改变传统的网络学习方式。然而，现有的虚拟学习社区基础理论研究主要集中在虚拟学习社区的大型理论与微观理论这“两极”的研究上，严重缺乏与社会网络结构相关的中层理论研究。[29]

传统的社会网络是指社会个体成员之间因互动而形成的相对稳定的关系体系。类似地，在云计算环境下，5A虚拟学习形成前所未有的广度和深度交互活动，虚拟学习社区为各类用户提供了信息传播与信息共享、个人意愿表达、思想交汇、情感交流、甚至经济往来等活动的高效、泛在平台。由此也将导致虚拟学习社区中各类交互信息产生社会化、传播社会化、影响社会化，反过来，社区中的社会主体（指导者、学习者、管理者）云化、相互关系云化、社区信息云化等。

未来教育空间站的多个模块都强调深度交互，由此必然导致未来教育空间站的师生交互、生生交互、甚至师师交互，将形成服务于协作学习的社会网络结构。在云计算的支持下，未来教育空间站的虚拟交互就具有了社会性，反过来，这种社会化的学习团体进一步更好地维护和完善以云服务为基础的资源共享体系。换句话说，该虚拟学习社区在云计算环境的支持下，通过学习者自身的学习过程以及与其他用户的各种交互过程自适应演化形成了一种复杂的虚拟教育社会系统，不仅有复杂性，还具有明显的实践性，其社会性与最终的教育效果形成一个相对完备的自反馈系统。

（五）不确定性

不确定性包括随机性、模糊性、混沌、不稳定性等多个方面。交互性带来负载的随机性，泛在性带来负载数量的模糊性、服务响应质量的差异性，服务性带来资源的不稳定性，社会性带来舆情的不可预见性，由此必然导致以用户虚拟学习为起点的资源管理、动态负载均衡、监控响应、知识表示、舆情传播与控制等各方面的不确定性以及一系列链式不确定性传播与处理。对此，未来教育空间站在云数据中心的基础上，建有专门的服务中心，对各种不确定性实施监测、管理以及响应。

（六）可视性

可视性是指在虚拟学习的过程中以图形、图像、三维动画、视频等形式为主体的交互，这类交互有别于一般的文字交互。可视性有利于增强社区用户角色扮演与体验的真实感、提高社区用户角色参与的积极性、扩大社区不同角色用户之间的交互性（特别是情感交互）。传统虚拟学习社区已经意识到用户的这类需求，但是由于软硬件性能、网络环境、技术水平等方面的限制，现有的大多数虚拟学习社区并没有很好地实现可视性。比如有的虚拟学习网站也希望实现可视性，但是缺少软硬件设备添置费、缺乏足够的高效网络环境、或者根本不知道技术上如何实现。云计算时代，无需受制于设备、技术，这些问题都将迎刃而解，只需要提出服务需求，就能够实现高效的可视性，完成以虚拟现实为基础的虚拟学习。如目前已经出现了结合云计算、虚拟现实、Web2.0等技术的沉浸式交互教学系统。[30]

未来教育空间站突破可视化交互效果不真实、性能不高等方面的限制，在充分发挥云数据中心资源优势的前提下，合理有效利用先进的虚拟现实技术，建成包括网真课堂在内的多个可视化模块，使用户在不具备任何可视化专业知识、基本不花费成本的情况下，无忧无虑地获得高性能的可视化学习和体验。

（七）绿色性

绿色性是当今环保时代对每个领域的一致诉求，任何进步不能以牺牲环境为代价，教育也不例外。云计算时代的数据中心服务器利用率高，不会像现有的服务器集群浪费资源、耗电散热，更不说数量众多的单位服务器以及不计其数的个人微型计算机。

例如，以网站为主要形式的传统虚拟学习社区需要配置至少一台高性能服务器以及无数个学习终端，每个终端都要配置大量学习必备软件，产生巨大的浪费，包括费钱、费电、费空间等。另一方面，学习利用率低，即使在白天，也会一直耗费大量的能源。这是由于传统虚拟学习不具有泛在性，造成学习的不便利；不具有交互性，造成学习不积极。此外，类似网站数量并不在少数，浪费就更加明显。云计算时代的虚拟学习社区将无需大量客户端计算机，更无需重复建立高配置、高耗能的服务器，无需占用大量空间资源，无需重复购买各种昂贵的教育软件，绿色低碳无疑将成为未来虚拟学习社区的一种必然趋势。

从这一点上看，未来教育空间站能打破传统时间、地域和空间的限制，发挥云计算的优势，能有效地利用设备、节约成本。例如，湛江属广东经济欠发达地区，因教育信息化的发展需要，截止2009年底，全市中小学校建成计算机室701个，配备计算机33051台、语音室382个、多媒体电教平台1600多套。但是，在传统模式下这些设备存在成本高、更新快、利用率低等问题，传统虚拟学习社区对于湛江这样的欠发达地区来说，无疑是低效、无解的，甚至一定程度上起到了反作用，如学生厌学、玩电脑游戏等。未来教育空间站可利用云数据中心整合全市教育系统的各类软硬件资源，并合理地分配云资源，为各个地面站统一提供强大的云服务。同时，在未来教育空间站的支持下，处于地面站的各个中小学等单位无需担心设备性能的更新换代问题，也无需部署和管理成本，只需要方便地享受按需的云服务、高效地进行教育信息化创新。

五、总结与展望

新环境下的虚拟学习社区是教育信息化的直接体现，有利于改善现有的四大矛盾，[31]本文的研究对于推动教育信息化的进程具有重要意义。本文结合湛江师范学院未来教育空间站，分析了云计算时代虚拟学习社区的现状，全面剖析了新环境下虚拟学习社区的特征。

下一步拟结合未来教育空间站提出新环境下虚拟学习社区的构建模型，将模型按角色划分为学习者、指导者、管理者等，从理论上给出各类模型的定义及其构建机制、原理与方法，并以未来教育空间站的建设过程为例，针对各类模型构建的实施步骤，提出若干指导性的原则与意见，为广泛建立云计算环境下的虚拟学习社区提供更有力的理论支撑和更全面的技术支持。

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云计算中虚拟化技术的应用范文篇10

【关键词】云计算；虚拟化；海量数据；存储；管理；服务

【中图分类号】TP393【文献标识码】A

1引言

随着互联网的发展，人们对网络的需求越来越多，网络提供给人们的服务也越丰富，而这些网络服务需要海量数据的存储和强大计算能力来满足日益增长的业务需求，云计算的理念就这样应运而生，它是直接产生于企业计算、互联网领域，它更关心如何扩展系统、如何方便IT管理。

2云计算的概念

云计算是一种动态的易扩展的且通常是通过互联网提供虚拟化资源的计算方式，用户使用相关资源时不需要了解云内部的细节，也不必具有云内部的专业知识。云计算的概念可以从狭义和广义两个方面来看。狭义云计算是一种IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源（包括硬件、平台和软件），提供资源的网络就是“云”，“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展，并且可以随时获取，按需使用，随时扩展，按使用付费，这种特性被人们形象地称为像使用水电一样使用IT基础设施。广义云计算是指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务，这种服务可以是IT和软件、互联网相关的，也可以是任意其他的服务。

3云计算的体系结构

云计算的基本原理是利用非本地或远程服务器（集群）的分布式计算机为互联网用户提供服务（计算、存储、软硬件等服务），这使得用户可以将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统的资源。云计算的体系结构如图1所示。

云端用户是提供云用户请求服务的交互界面，也是用户使用云的入口；服务目录是云用户在取得相应权限后可以选择或定制的服务列表；管理系统是提供对用户、资源管理和服务；部署工具是对资源进行智能调度、使用、配置和回收等；资源监控是监控和计量云系统资源的使用情况；服务器集群是虚拟的或物理的服务器，由管理系统管理负责高并发量的用户请求处理、大运算量计算处理、用户Web应用服务，云数据存储时采用相应数据切割算法、采用并行方式上传和下载大容量数据。

4云计算中的关键技术

按需部署是云计算的核心，要解决按需部署，必须解决资源的动态可重构、监控和自动化部署等，而这些又需要以虚拟化、高性能存储、高效数据处理、高速互联网等技术为基础。所以云计算除了需要仔细研究其体系结构外，还要特别注意研究资源的动态可重构、自动化部署、资源监控、虚拟化、海量数据存储、海量数据管理、编程模式及云平台管理等关键技术。

4.1虚拟化技术

虚拟化技术是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行，它可以扩展硬件的容量，简化软件的重新配置过程，减少软件虚拟机相关开销和支持更广泛的操作系统等多个方面；通过虚拟化技术可实现软件应用与底层硬件相隔离，它包括将单个资源划分成多个虚拟资源的裂分模式，也包括将多个资源整合成一个虚拟资源的聚合模式；虚拟化技术根据对象可分成存储虚拟化、计算虚拟化、网络虚拟化等；在云计算实现中，计算系统虚拟化是一切建立在“云”上的服务与应用的基础；虚拟化技术目前主要应用在CPU、操作系统、服务器等多个方面，是提高服务效率的最佳解决方案。

4.2分布式海量数据存储技术

云计算系统由大量服务器组成，同时为大量用户服务，因此云计算系统采用分布式存储方式存储数据，用冗余存储的方式（集群计算、数据冗余和分布式存储）保证数据的可靠性。冗余的方式通过任务分解和集群，用低配机器替代超级计算机的性能来保证低成本，这种方式保证分布式数据的高可用、高可靠和经济性，云计算系统中广泛使用的数据存储系统是Google的GFS和Hadoop团队开发的GFS的开源实现HDFS。

4.3海量数据管理技术

云计算需要对分布的、海量的数据进行处理、分析，因此，数据管理技术必需能够高效的管理大量的数据；计算系统中的数据管理技术主要是Google的BT（BigTable）数据管理技术和Hadoop团队开发的开源数据管理模块HBase；由于云数据存储管理形式不同于传统的RDBMS数据管理方式，如何在规模巨大的分布式数据中找到特定的数据，也是云计算数据管理技术所必须解决的问题，同时由于管理形式的不同造成传统的SQL数据库接口无法直接移植到云管理系统中来，目前一些研究在关注为云数据管理提供RDBMS和SQL的接口，如基于Hadoop子项目HBase和Hive等。另外，在云数据管理方面，如何保证数据安全性和数据访问高效性也是研究关注的重点问题之一。

4.4编程方式

云计算提供了分布式的计算模式，客观上要求必须有分布式的编程模式。云计算采用了一种思想简洁的分布式并行编程模型Map―Reduce，Map―Reduce是一种编程模型和任务调度模型，主要用于数据集的并行运算和并行任务的调度处理，在该模式下，用户只需要自行编写Map函数和Reduce函数即可进行并行计算，其中Map函数中定义各节点上的分块数据的处理方法，而Reduce函数中定义中间结果的保存方法以及最终结果的归纳方法。

4.5云计算平台管理技术

云计算资源规模庞大，服务器数量众多并分布在不同的地点，同时运行着数百种应用，如何有效的管理这些服务器，保证整个系统提供不间断的服务是巨大的挑战，云计算系统的平台管理技术能够使大量的服务器协同工作，方便的进行业务部署和开通，快速发现和恢复系统故障，通过自动化、智能化的手段实现大规模系统的可靠运营。

5结束语

云计算真正实现了按需计算，从而有效地提高了对软硬件资源的利用效率，云计算的出现使高性并行计算不再是科学家和专业人士的专利，普通的用户也能通过云计算享受高性能并行计算所带来的便利，使人人都有机会使用并行机，从而大大提高了工作效率和计算资源的利用率，云计算模式中用户不需要了解服务器在哪里，不用关心内部如何运作，通过高速互联网就可以透明地使用各种资源。

参考文献

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基金项目：

甘肃省教育科学“十二五”规划课题（GS[2013]GHB1097）。

云计算中虚拟化技术的应用范文篇11

[关键词]虚拟化;分布式计算;云管理平台;key/value存储引擎

abstract:virtualizationanddistributedparallelarchitecturearetwotypicaltechnologiesofcloudcomputing.forvirtualizationtechnology,thisarticlediscussesthepoolofphysicalresources,resourcepoolmanagementanduse,clusterfaultlocationandmaintenance,resourcepoolgrouping,andthebuildingandapplicationofheterogeneousvirtualizationplatforms.italsodiscussesthedistributedfilesystemandkey/valuestorageengineassociatedwithdistributedtechnology.a“masterbottleneck”storageinterfacestandardisproposedforthedistributedfilesystem,anddirectory-basedstorageisproposedforthekey/valuestorageengine.

keywords:virtualization;distributedcomputing;cloudcomputingmanagementplatform;key/valuestorageengine

云计算由google提出,随后在互联网界风起“云”涌,随之而来的云计算服务和技术平台成功案例层出不穷,如google的gfs、mapreduce、bigtable、chubby和appengine,亚马逊的dynamo、ec2、s3、sqs、simpledb和cloudfront,微软的azure、sql、“.net”和live服务,开源云计算平台的hdfs、hbase和eucalyptus,vmware的虚拟化平台等。WWW.133229.cOM

1云计算的核心技术

云计算主要基于资源虚拟和分布式并行架构两大核心技术,同时互联网上有大量的开源软件为用户提供支撑,如xen、kvm、lighttpd、memcached、nginx、hadoop、eucalytus等。云计算技术有效地节约了云服务商的硬件投入、软件开发成本和维护成本。

虚拟化技术最早由vmware公司引入并在x86cpu上实现。虚拟化平台将服务器虚拟为多个性能可配的虚拟机(vm),对整个集群系统中所有vm进行监控和管理,并根据实际资源使用情况对资源池灵活分配和调度。

分布式并行架构是云计算的另一个核心技术,用于将大量的机器整合为一台超级计算机,提供海量的数据存储和处理服务。整合后的超级计算机通过分布式文件系统、分布式数据库和mapreduce技术,提供海量文件存储、海量结构化数据存储和统一的海量数据处理编程方法和运行环境[1-3]。

2虚拟化技术

虚拟化技术主要分为两个层面:物理资源池化和资源池管理。其中物理资源池化是把物理设备由大化小,将一个物理设备虚拟为多个性能可配的最小资源单位;资源池管理是对集群中虚拟化后的最小资源单位进行管理,根据资源的使用情况和用户对资源的申请情况,按照一定的策略对资源进行灵活分配和调度,实现按需分配资源[4-7]。

2.1物理资源的池化

云计算平台如图1所示。物理硬件设备的虚拟化对象包括服务器、存储、网络、安全等多个方面,不同的虚拟化技术从不同角度解决系统的各种问题。

(1)服务器虚拟化

服务器虚拟化对服务器进行资源虚拟和池化,将一台服务器虚拟为多个同构的虚拟服务器,同时对集群中的虚拟服务器资源池进行管理。

(2)存储虚拟化

存储虚拟化主要是对传统的存储区域网络(san)、网络附加存储(nas)设备进行异构,将存储资源按类型统一集中为一个大容量的存储资源,并将统一的存储资源通过分卷、分目录的权限和资源管理方法进行池化,然后将虚拟存储资源分配给各个应用使用,或者是直接分配给最终用户使用。

(3)网络虚拟化

网络虚拟化将一个物理网络节点虚拟成多个虚拟的网络设备(交换机、负载均衡器等),并进行资源管理,配合虚拟机和虚拟存储空间为应用提供云服务。

2.2资源池的管理和使用

资源池由云管理平台实现统一的管理、调度和监控,涉及云平台的合理使用和维护管理。云管理平台共分为4个管理层面,分别为:设备的管理、虚拟资源的管理、服务的管理和租户管理。

(1)设备管理

设备管理为云计算平台的硬件设备提供管理和告警功能,主要包括系统管理员在日常的维护工作中查询各物理设备性能情况,并对如应用服务器的cpu使用率、内存使用率、硬盘使用率、网络接口使用率、存储设备的空间使用率、io情况等关键指标进行监控。用户可以根据应用物理设备的实际配置,设置相应的监控阈值,系统会自动启动对相应指标的监控并报警。

(2)虚拟资源管理

虚拟资源管理为各种应用提供虚拟资源的统一管理、资源分配和灵活调度,同时还包括系统管理员在日常的维护工作中查询各个最小虚拟资源的性能情况,并对应用虚拟机的cpu使用率、内存使用率、硬盘使用率、网络接口使用率,虚拟存储(如亚马逊的ebs)的空间使用率、io情况等关键指标进行监控。用户可以根据虚拟资源的实际配置,设置相应的监控阈值,系统会自动启动对相应指标的监控并报警。

(3)服务管理

服务管理包括服务模板、服务实例、服务目录等管理。服务管理在虚拟资源的基础上,快速向租户提供用户指定的操作系统、应用软件等软件资源。

(4)租户管理

租户管理对每一个租户对应的资源群进行管理,内容包括资源的种类、数量、分布情况等,同时对租户生命周期进行管理,包括租户的申请、审核、正常、暂停、注销等。

2.3集群的故障定位与维护

google的集群维护方式给我们留下了深刻的印象,维护人员推着小推车对损坏的机器进行更换,故障定位通过定制pc的故障灯进行判断(在通用的因特网数据中心(idc)应用中,计算资源通常使用通用pc机)。目前所有的云平台对物理机和虚拟机的监控、告警,都是按照机器的ip地址作为机器的编号进行管理。对于承载着虚拟机的物理机而言,其hostos模块的ip地址对应和代表着物理机器在集群中的唯一标志。ip地址的分配一般采用两种方式:采用动态主机配置协议(dhcp)方式自动获取;通过手工指定方式确定。由于集群中机器很多,手工指定工作量非常巨大,因此通常采用dhcp的方式对ip地址进行分配。

但是维护人员在云管理平台上发现物理设备出了故障,维护人员无法通过ip地址对应到故障机器的具体物理位置,通用的pc机又没有故障灯等辅助定位手段。定位故障机器的物理位置并更换或维护它成为一个复杂和繁琐的过程。

在的虚拟化集群中,可以采用简单而有效的方法解决此问题。对于每一台物理机器,配置一个usb接口的key,key中保存了物理机器的位置信息,同时usbkey与物理位置直接绑定(如绑在机架上)。机器在启动时,会到usbkey中读取物理位置信息,根据读取的物理位置信息,依据固定的算法和物理信息算出机器的ip地址,并在管理平台中体现。这样,每个物理机器的ip地址就与物理位置绑定,在物理机器故障时,维护人员在云管理平台可以准确获取故障机器的ip地址和物理位置。

2.4资源池的分组与异构

对于服务器的虚拟化,由于架构不同,sun、ibm等厂家的小型机虚拟化都采用相互独立的架构,与基于x86架构的虚拟化系统(如xen、kvm等)无法兼容,因此造成了资源浪费。

对于服务器虚拟化的异构问题,可以从两个层面去解决:(1)通过资源池的分组,对不同架构的服务器和小型机进行虚拟化,不同架构的资源池归于一个独立的组,针对不同的应用,分配特定的虚拟机资源。(2)通过业务的定制和调度,将不同架构的虚拟化平台通过管理融合,实现异构虚拟机的调度。

异构资源池如图2所示。在云计算平台中,把ibm的powersystems小型机集群通过ibm的powervm系统虚拟为基于powersystems架构的计算资源池,把hp的小型机集群通过hp的vse系统虚拟为基于hp架构的计算资源池,把x86架构的计算资源通过xen\kvm系统虚拟为基于x86的zxve资源池。在业务部署时,不同的应用的可以根据自己的业务特点和操作系统特点,选择性地部署在不同的资源池上,从而实现虚拟化对各类小型机的异构。x86架构的计算资源池、powersystems架构的计算资源池和hp架构的计算资源池分别受各自的虚拟化管理软件(如vmm、ivm和gwlm)管理。在vmm、ivm和gwlm的上层,可以通过融合的虚拟化管理器(ivmm),对3个计算资源池进行统一管理。

图3所示为虚拟资源对应用实现异构的方法。此方法的核心在于4个方面:ivmm、业务调度器、业务系统针对不同的资源池架构提供应用功能相同的不同版本、ivmm和业务调度器之间的occi扩充接口。

在业务应用层面,针对业务系统,本文增加业务调度器模块。业务调度器根据业务的繁忙程度,向ivmm申请增加或减少虚拟机资源,并调整负载均衡策略。业务系统针对不同的资源池架构,需要准备与之对应的功能相同的不同版本。occi扩充接口的工作流程为:

业务系统的业务调度器通过occi接口向云计算平台申请资源,同时向云计算平台提供业务系统可以支持的操作系统等信息,并提供优先级信息。

云计算平台根据业务系统的请求和云内资源的空闲情况,分配计算资源,通过occi接口通知业务调度器云计算平台向业务系统提供了何种架构的计算资源。

业务调度器根据申请到的资源情况,将业务处理机的操作系统、业务版本等模板信息通过occi接口通知云计算平台,由云计算平台进行操作系统和业务程序的部署,完成后提交给业务系统进行使用。

3分布式技术

分布式技术最早由google规模应用于向全球用户提供搜索服务,因此必须要解决海量数据存储和快速处理的问题。其分布式的架构,可以让多达百万台的廉价计算机协同工作。分布式文件系统完成海量数据的分布式存储,分布式计算编程模型mapreduce完成大型任务的分解和基于多台计算机的并行计算,分布式数据库完成海量结构化数据的存储。互联网运营商使用基于key/value的分布式存储引擎,用于数量巨大的小存储对象的快速存储和访问。

3.1分布式文件系统

分布式文件系统的架构,不管是google的gfs还是hadoop的hdfs,都是针对特定的海量大文件存储应用设计的。系统中有一对主机,应用通过文件系统提供的专用应用编程接口(api)对系统访问。分布式文件系统的应用范围不广的原因主要为:主机对应用的响应速度不快,访问接口不开放。

主机是分布式文件系统的主节点。所有的元数据信息都保存在主机的内存中,主机内存的大小限制了整个系统所能支持的文件个数。一百万个文件的元数据需要近1g的内存,而在云存储的应用中,文件数量经常以亿为单位;另外文件的读写都需要访问主机,因此主机的响应速度直接影响整个存储系统的每秒的读入输出次数(iops)指标。解决此问题需要从3个方面入手:

(1)在客户端缓存访问过的元数据信息。应用对文件系统访问时,首先在客户端查找元数据,如果失败,再向主机发起访问,从而减少对主机的访问频次。

(2)元数据信息存放在主机的硬盘中,同时在主机的内存中进行缓存,以解决上亿大文件的元数据规模过大的问题。为提升硬盘可靠性和响应速度,还可使用固态硬盘(ssd)硬盘,性能可提升10倍以上。

(3)变分布式文件系统主机互为热备用的工作方式为1主多备方式(通常使用1主4备的方式),通过锁服务器选举出主用主机,供读存储系统进行改写的元数据访问服务,如果只是读访问,应用对元数据的访问将被分布式哈希表(dht)算法分配到备用主机上,从而解决主机的系统“瓶颈”问题

对于分布式文件系统,外部应用通过文件系统提供的专用api对其进行访问,这影响了分布式文件系统的应用范围。对于标准的posix接口,可以通过fuse的开发流程实现,但将损失10%~20%的性能。对于网络文件系统(nfs),在实现posix接口的基础上,可以直接调用linux操作系统的nfs协议栈实现。

3.2key/value存储引擎

key/value存储引擎最大的问题在于路由变更后,数据如何快速地实现重新分布。key/value存储引擎如图4所示。可以引进虚拟节点的概念,将整个key值映射的ring空间划分成q个大小相同的bucket(虚拟节点,key的映射算法推荐采用md5)。每个物理节点根据硬件配置情况负责多个bucket区间的数据。同一个bucket上的数据落在不同的n个节点上,通常情况下n=3。我们将dcache的q设定成10万,即把整个ring空间分成了10万份,如果整个dcache集群最大容量为50tb,每个区间对应的数据大小仅为500mb。对500mb的数据进行节点间的迁移时间可以少于10s。图4中,n=3,bucketa中的数据存储在b、c、d3个节点。

4结束语

云平台的构建是一个具有挑战性的课题,本文详细描述了虚拟化和分布式架构两大核心技术。在基础设施即服务(iaas)层面,着重描述了虚拟化技术,以及异构的虚拟化云计算平台的建设和应用,同时介绍了云管理平台的功能。在分布式技术方面,介绍了分布式文件系统和key/value存储引擎。对于分布式文件系统,本文着重介绍了主机“瓶颈”解决方案及存储接口标准化的想法;对于key/value存储引擎,本文提出了用于目录化存储的解决方案。

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收稿日期:2010-05-28

赵培,中兴通讯业务研究院总工程师,中兴通讯技术专家委员会专家;研发的zxj10程控交换机《单板大容量数字时分交换网络》系统获广东省火炬优秀项目奖、深圳市科技进步奖一等奖,拥有发明专利8项。

云计算中虚拟化技术的应用范文篇12

关键词：云技术；VMWARE；云终端；幻影桌面

中图分类号：G434文献标志码：A文章编号：1673-8454（2014）01-0074-04

一、引言――借力云技术，摆脱困境

广东金融学院实验教学中心是集实验教学、研发、建设与管理为一体，以金融学科实验教学示范中心和管理学科实验教学示范中心为主体，计算机基础实验教学中心和英语自主学习中心为两翼，其他专业实验室为补充的经管类示范性综合实验基地。

由于学院是典型的经管类院校，这类学校的专业实验教学是以借助信息化技术仿真现实社会为基础来开展的，这就必然使用到大量的计算机技术和各类软件。[1]实验教学中心集中管理整个学院的各类学科专业实验室（以计算机为主体），各类实验软件纷繁复杂，而且各学科软件基本是在各个时期建设的，这就跟国内绝大多数经管类院校传统实验室一样，都面临着应用分散、资源利用率不高、数据信息共享困难、软硬件管理问题层出不穷的困扰。具体表现如下。

（1）烟筒式发展：对于众多的应用每一个都存在安装硬件、软件、运行环境测试，众多的环节导致部署一个新的信息系统往往要耗费大量的时间，这种系统建设方式可以称为烟囱式架构。[2][3][4]据有关调查人员测算，服务器处理器的平均利用率不足30%，浪费大量的性能以及空耗运转带来的虚能耗问题，既不经济也不环保。

（2）校内大量的资源无法很好地推送至校外，教师学生被束缚于校园孤岛式的体系内，而无法很好地异地远程访问、调度、分配、定制资源。

（3）单机管理、桌面管理由于设备、系统差异化根本无法集中控制管理，而且带来大量的单机灾备维修工作，损耗大量的人力物力。

（4）服务器、交换机、存储设备间的连接太死板，无论哪个硬件环节需要做设备迁移，都会导致大量的网络等硬件的重新部署。而且每次调整都需要多方技术人员协同工作。

（5）服务器和应用程序结合得太死：不管应用程序是否工作，基本上都需要独立的一套服务器，无法随需供应资源。

（6）大多数PC服务器目前存在单机、单网卡等单点故障，由于架构的零散性，在现有人力资源配置情况下，难以对现有的众多系统和硬件设备进行有效的管理。

因此，为了解决上述信息化难题，伴随学院升本后高速发展机遇而带来的大量技术支撑与投入，多年来积淀下巨量的设备资源和信息资源足以构建庞大的资源池，学院以先进的云技术为依托，全方位打造以数据为中心、以服务为中心、以用户为中心的云架构支撑体系，筑基夯实的实验教学体系运行支撑平台。[5][6]

二、整合资源，打造云计算平台

现阶段学院基本建成以支持异构的、资源充分整合并支持各系部各学科的中心支撑平台为核心的云计算平台，将学院各学科纷繁复杂的各类别实验教学软件或融入或整合或迁移至先进的云计算平台之中。最终实现资源池中计算、存储和网络资源的统一管理，整合现有的实验教学应用系统，例如实验教学综合管理平台、虚拟交易所、智盛教学系统、实验银行软件、人力资源系统等等，并动态地为各个应用系统分配所需资源。另外，还可以为后续需要建设的应用系统（例如金融ERP、ERP开发、金融服务等等）提供通用的云计算资源平台。以面向全校性的公共服务平台身份，向全校师生免费开放，充分实现云计算平台下真正意义上的资源共享。

1.整合资源构建虚拟化环境――云计算基础

首先，云计算是虚拟化基础上的一个理所当然的演进过程，没有虚拟化就没有云计算，因此虚拟化是云计算的基础。[7]

学院经过多年的快速发展，在教学资源（教学资料、教学软件、应用软件等）、教学设施（基础网络、服务器、PC、其他基础设备等）都有了大量的积累沉淀，这就为建立虚拟化平台提供必要的先决条件。依据虚拟化的标准我们就可以将大量符合条件的软硬件资源整合进虚拟化的资源池中。学院云计算架构如图1所示。

学院的做法是以业界领先的虚拟化平台VMWARE技术为载体，实施从桌面到数据中心的全面虚拟化解决方案，其架构如图2所示。VMwareESXIServer是目前数据中心虚拟化应用的最佳软件平台。其工作原理是：直接在计算机硬件上面插入一个精简的软件层，该软件层包含一个以动态和透明方式分配硬件资源的虚拟机监视器。[8]多个操作系统可以同时运行在单台物理机上，彼此之间共享硬件资源。由于是将物理机封装起来，因此虚拟机可与所有标准的x86操作系统、应用程序和设备驱动程序完全兼容。[9]可以同时在单台计算机上安全运行多个操作系统和应用程序，每个操作系统和应用程序都可以在需要时访问其所需的资源。

经过多年的发展，学院逐渐积累的各类实验教学软件和平台多达五六十种。以往大部分的教学软件、平台运行于传统的物理服务器之上，每一台设备、每一个应用几乎都需要管理员去熟悉、部署、重复调试（安装），因为每一个都几乎是独立的个性体。[10]大部分软件不得不交叉并存于同一个物理系统上，更多的时候共用相同的数据库，导致各类兼容性问题频出，更致命的是单一软件的故障就可能导致多套软件不可用，管理人员疲于奔命。在实施VMWARE虚拟化平台后，大部分的设备演变成一个完善的超级整体，就如大量的水分子组成了一个大水池。[11]通过控制中心（V-center）可视化管理，所有的设备就如一个超级计算机（云的雏形），管理集中化、应用透明化，每一个应用都可独立占用一个虚拟机，如同独享一台物理机而互不干扰。通过利用原有的相对强大的10台左右的服务器与10T左右的存储设备，就已经轻松运行了将近70台虚拟服务器（近60个应用）。同时淘汰出落后的硬件设备，并将早期的应用通过VMotion技术实现不停机、在线迁移至更为强大的虚拟机中，达到统一管理、高效、稳定、节能环保的效果，而新的应用直接部署于虚拟化平台。虚拟机与服务器之间的映射关系如图3所示。

2.以数据为中心、以服务为中心、以用户为中心将资源推送给全体师生

云计算的本质就在于它是一种更加灵活、高效、低成本、节能的全新信息运作方式。

（1）以数据为中心

数据的重要性不言而喻：没有数据就没有应用、就没有服务。[12]学院经过多年的发展沉淀了大量的资源，虚拟机资源池部分展示如图4所示。而这些巨量的资源整合将带来庞大的数据流，针对这些海量的数据存储，我们可以抽取、应用大量的数据分析、挖掘，去获取大量的新知识。

（2）以服务为中心

通过以用户需求为中心的服务体系，根据环境和用户需求的变化调整自身的运行机制，通过交互平台最终实现整个云计算系统的互联、互通、互操作进而实现按需提供服务，随需定制应用。教师或学生只需通过浏览器或虚拟桌面的访问方式即可实现校外、校内的文档、表格、课件的编辑制作，制作完成后的文件直接存放在服务器端。

（3）以用户为中心

数据存储于云架构之中，无论是学生还是教师可以通过身份认证体系在任何时间、任何地点，通过笔记本电脑、平板电脑、手机、PDA等移动设备在线调用“云端”的电子教案、教学视频、各种电子图书资源，随时进入模拟实验环境进行模拟实验等。

3.通过联想云终端、幻影桌面系统、VMWARE桌面虚拟化方式全方位构建云桌面

云桌面是作为用户直接体验、使用云计算平台直观交互的桌面。联想云终端架构如图5所示。它是基于分布式云计算存储技术，集成互联网精华应用，依托高度加密算法，为互联网各个层次用户提供最简便、最丰富、最安全、最贴心的服务。[13]

（1）学院通过国内先进的IT运营商联想集团自主研发的面向教育、企业IT基础架构端到端的云计算解决方案，其对桌面/应用/用户数据进行统一管理、统一存储、统一计算，并向云终端交付Windows虚拟桌面/应用。

实验中心将之部署于会议室、研究室以及部分课室。对于用户来说只要开启终端并输入用户名和密码以及展现层服务器名称登录就可以使用各种应用软件，无需安装、按需定制，方便快捷，基本做到免维护。

（2）幻影桌面虚拟化平台是用于实现桌面PC操作系统和应用环境的集中控制和集中管理、应用环境随需供应以及提高PC系统的安全性、可靠性的虚拟化平台。平台界面如图6所示。

首先它实现了操作系统和应用软件集中化的类模块管理，使用户需要的桌面环境（包含操作系统、应用软件、设置等）在网络上流动起来，通过扇区流的方式随需组合呈现并且载入到本地硬盘里。[14][15]我中心通过该桌面虚拟化平台将传统的本地硬盘存储系统软件的方式集中至服务器，管理好单一的镜像文件则相当于管理好了整个实验室的所有本地软件。通过递增的软件与原有镜像的组合方式就可扩展出多种软件环境，达到按需配置的要求。

（3）Vmware桌面虚拟化可为每位用户提供一个独立的虚拟机来进行桌面计算，通过为每位用户提供自己定制的操作系统，桌面虚拟化提供了企业部署集中式桌面所需的稳定性和性能管理功能。其架构如图7所示。

从云计算中心通过VMwareView为师生从本地和远程访问即时部署桌面。创建经审核桌面的映像，然后自动部署所需数量的桌面。VMwareView将桌面作为托管服务交付，使管理和资源集中化，并消除远程办公室的IT基础架构。通过这种方式中心所有的资源使用将不再受地理位置、软件所需环境以及时间的限制，24小时运作的云平台可直接将所需资源以虚拟桌面的方式推送给用户。中心将之部署于物理位置分布较为分散的多媒体课室、学生活动室等。

三、结束语――“腾云”而上，高速发展

云计算给学院（中心）带来最直接的效益就是管理高效集中化、资源高度共享、设备尤其是服务器的新投入急剧减少（以前是购置一套软件就得相应添加服务器）、软硬件运行更为稳定且效率更高；校内资源随时定制，任何时候、任何地点皆可借助云平台学习、备课、教学、资源调用、存储，为学校的快速发展奠定了优质的基石。？筅

参考文献：

[1]杨晋，陈圣飞.经管类学科实验教学体系建设思考[J].实验技术与管理，2012（3）.

[2]杨志彬.高校实验教学用服务器资源虚拟化部署[J].实验室研究与探索，2010（7）：75-78.

[3].云计算在院校教育中的应用初探[J].科技经济市场，2009（4）：13.

[4]张广彬.云计算对高校教育信息化建设的影响[J].中国冶金教育，2011（5）：16-18.

[5]虚拟化与云计算小组.虚拟化与云计算[M].北京：电子工业出版社，2009：107-210.

[6]张耀详.云计算和虚拟化技术[J].ComputerSecurity，2011（5）.

[7]雷万云.云计算――企业信息化建设策略与实践[M].北京：清华大学出版社，2011.

[8]VMWARE公司白皮书.WmwareInfrastructure体系结构概述[S].北京：VMWARE公司，2008.

[9]胡恒峰.浅谈云计算对现代教育的影响及其运用[J].信息化博览，2010（2）：50-51.

[10]舒慧东.基于虚拟技术的实验室融合[J].实验室研究与探索，2011（9）：206-209.

[11]张莹.云计算技术在高校资源建设中的应用初探[J].科技资讯，2009（9）：219-220.

[12]林沛.探索云计算的应用与发展[J].中国新技术新产品，2010（7）：35-36.

[13]万利平，陈燕.云计算机在教育信息化中的应用探究[J].中国教育信息化，2009（9）：75.