《武汉工程大学学报》 2011年04期
100-102
出版日期：2011-04-30
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
基于虚拟化技术构建高校分布式云计算数据中心
0引言传统的数据中心,往往具有配置冗余、利用率低、管理不一致、难以适应新的变化等特点［12］.笔者提出一种基于虚拟化技术构建高校数据中心的解决方案,既能克服传统数据中心的不足,为高校的日后信息发展提供好的基础,也能对高校的信息化建设的新旧交替起到一个良好的柔性过渡作用.本文先介绍数据中心的基本需求,然后说明采用虚拟化技术在数据中心的建设中所能提供的优势,最后给出分布式高校数据中心的建设方案.1数据中心的基本需求1.1可视性 能够清楚地展现数据中心的物理状态与逻辑状态,如硬件的状态（服务器的温度、电池的供给情况以及其他硬件运行情况等）和平台的服务状态（内存的占用情况、CPU的运行状态、网络的流量、存储的消耗等）,为数据中心的管理、建设、维护等提供一份基础的数据与参考.1.2可信性 主要是网络安全与高可用性,能够向高校的师生提供安全、稳定的工作环境和作业环境.1.3可伸缩性数据中心应该具有良好的伸缩性,如在时域方面能够提供良好的新旧过渡,在空间方面能够屏蔽多地域而产生的差异与变化.此外,从管理方面也能够方便各独立单位数据间的柔性整合.1.4文档需求完整的数据中心的文档,包括故障树［5］、各元数据、事件日志等.2虚拟化云计算云计算是一个全面解决方案,在此解决方案中,所有的计算资源（硬件、软件、网络、存储等）均可根据命令指示快速提供给用户,可以管理所提供的资源或服务,以确保可用性、安全和质量等［1］.这些解决方案的关键是它们能够扩展和收缩,使用户能够获取正好适合他们需求的资源：既不多也不少,而这种灵活的扩展性则与虚拟化［4］的关系相当密切.虚拟化技术的产生源自1959年Christopher strachey发表的一篇学术报告time sharing in large fast computers(大型高速计算机的时间共享),里面清楚地提出了虚拟化的概念.虚拟化技术主要是为了提高机器的利用率,但从软件架构的角度来讲,这种低耦合的处理方式非常适合大规模、应用情况复杂的软件服务体系.这里将虚拟化分为三层,一层为硬件层虚拟化,如esx,xenserver；一层为系统层虚拟化,如virtuozzo；一层为应用层的虚拟化,如virtualbox.与传统的操作系统的划分方式类似,其将系统分为内核、shell、应用等,但其划分的单位为程序,而虚拟化划分的单位为系统.虽然彼此有很多的类似,但面向的粒度不一样.3分布式云计算数据中心的构建根据高校的特点,这里将数据中心分为平台云、数据云与服务云三层.3.1平台云这里将平台分为两种情况：一种是面向物理的无限延展,一种是面向逻辑的无限延展.图1平台云的基本结构
Fig.1Basic structure of platform cloud从图1中可以看出,终端通过控制中心控制和管理服务器群,服务器可以共享存储.当然,终端也可以直接控制服务器.这是基本的服务群结构.而异地校区的管理如图2所示.其中控制端既可以处于某一个校区内,也可以处于非校区的环境中；既可以进行局域控制,也可以通过虚拟局域网进行全局控制.这样就可以形成一个完整的可以分散也可以整合的基础云.这个基础云自身构成了一套完整的环境,从而隔离了底层硬件的管理与上层的服务,保证了基础物理设施建设的伸缩性与服务建设的灵活性,也相当程度地提高了体系的安全性.图2多校区的平台云
Fig.2Platform cloud of multicampus在云计算平台中,根据使用者的对象与虚拟化的层次可以将云平台分为三层（图3）.底层为基础云平台,向下负责物理扩展,向上负责系统的服务.中间层为系统层虚拟化,提供系统级别的服务.一些比较重要的服务在这层,包括集群服务等.可以将一个系统同时虚拟为千百个行为系统.而最上层的虚拟化是作为中间层系统的一个特定的应用,在资源允许的情况下满足某些使用用户的服务扩展需求.图3平台云层次图
Fig.3Level of platform cloud第4期朱超:基于虚拟化技术构建高校分布式云计算数据中心
武汉工程大学学报第33卷
3.2数据云高校的数据由于历史等原因,存在许多信息孤岛,它们已经形成稳定的数据源.如何柔性融合,构建一个促进信息化建设发展的数据云,既能整合孤岛数据,又可以支持孤岛的进一步发展,同时也能对新的数据服务系统提供平台,在局域发展与统一发展的过程中相互融合,这是许多高校信息化建设所面临的一个重要问题.这里解决的方案如图4所示.图4数据云结构图
Fig.4Structure of data cloud通过构建一个基础的数据标准形成基本的数据仓库模式,通过这个基础可以构建高校基本的数据标准平台.同时针对具体的应用形成各种主题数据库,其基础的数据可以来源于基础数据仓库,当然可以来自一些信息孤岛.孤岛的发展在一定程度上可以形成主题数据库,这样可以使得数据中心的建设与变化得到柔性的过渡与发展.3.3服务云为了让孤岛服务可以相互联通起来,可以通过中间件层的接口采用XML跨平台技术或者本地的接口进行服务共享,也可以通过主题库在底层进行主题的数据共享来共同提供服务.如图5所示,用户可以访问apache代理,apache通过相应的协议访问所需要的服务,用户可以直接访问对应的服务.这些服务可以通过内部的通用的标准借口进行服务调用,也可以使用服务的本地借口.同时在数据层,他们可以共享主题,而这些主题由数据中心来维护与管理.当然一些特殊的数据或者特殊的情况也可以使用本地的数据来完成,但这些数据是封闭的.图5服务云结构图
Fig.5Structure of service cloud4结语实践表明,基于虚拟化技术所建立的云计算数据中心具有稳定、可靠、成本低、方便管理等优势,同时资源也得到了充分的利用.