云环境下基于QOS 分析的数字图书馆虚拟机部署策略研究*

陈 臣 李 强（兰州商学院网络中心）

1 前言

云计算环境下，数字图书馆云阅读应用服务的可持续性、稳定性和满足用户QOS（Quality of Service）的能力，是云图书馆用户服务有效性和市场竞争力评估的重要依据。

虚拟化技术是支撑云图书馆建设、运营和服务的关键技术。虚拟化技术通过对云资源和云服务进行抽象、隔离和封装，实现了云基础设施物理资源的高效整合，提高了数字图书馆云资源的动态分配、管理、调度和迁移效率。同时，虚拟化技术大幅度降低了云图书馆IT 运营成本，是读者云阅读服务安全性、可靠性、经济性和灵活性的保证。虚拟机管理是保证虚拟化资源分配与云阅读应用服务有效性的关键，因此，应加强虚拟机安全管理、资源分配、自动部署和迁移活动的有效性，保证读者云阅读活动安全、高效、经济、满意。

2 云图书馆虚拟机管理任务与需求

2.1 基于云阅读QOS 的动态资源管理需求

读者云阅读活动具有持续、不间断和云资源动态分配的需求。因此，云图书馆在虚拟机管理与云资源分配过程中，应重点考虑虚拟机应用服务对读者云阅读活动QOS 的保障能力和动态资源需求，并结合不同阶段虚拟机运行特点和云资源供给的不确定性，制定并执行有效的负载监控、资源预约、资源分配与使用效率监控、QOS 服务质量与成本评估策略，确保云图书馆动态资源管理过程符合读者云阅读活动QOS需求。

2.2 优化虚拟机资源配置的需求

云计算环境下，数字图书馆对云基础设施物理资源整合的效率、科学性、经济性和可控性，是虚拟机集群安全、高效、经济和可靠运营的前提。因此，在虚拟机资源配置过程中，既要保证云基础设施物理资源的科学、高效整合，最大限度地保障服务器资源运营经济、低碳。其次，又要避免云基础设施物理资源的过度整合，避免云图书馆虚拟化资源可创建、管理、调度、迁移能力下降，不能够满足虚拟机集群读者云阅读服务活动需求。第三，要求云图书馆在虚拟机资源配置过程中，应根据虚拟机读者云阅读服务负载密度、虚拟化资源总量和虚拟机位置，确保虚拟机集群服务能力和资源使用效率的最优化配置。

2.3 虚拟机迁移的灵活、有效性需求

云图书馆数据中心具有基础设施结构复杂、设备异构性强、管理难度大和服务负载不均衡的特点。因此，虚拟机迁移和资源管理透明、均衡、经济、低碳以及迁移过程安全、灵活、有效、可控，是云图书馆虚拟机集群具有较高服务能力的保障。

首先，云图书馆应支持虚拟机集群系统可在数据中心全局系统进行热迁移，实现云资源、云服务在数据中心全局范围内的动态调度和负载均衡。其次，云图书馆监控与管理系统应实现虚拟机资源使用、云服务与迁移的实时监控，并通过反馈与控制系统实现动态迁移的自动化控制。第三，通过对虚拟机迁移活动设定激励事件和迁移阈值，实现虚拟机迁移过程的智能、自动化部署。

2.4 防止虚拟机蔓延现象发生

图书馆读者个性化云阅读服务活动具有任务量大、管理复杂、随机性强和模式多样性的特点，在虚拟机的创建、部署、管理和维护活动具有突发性和不可预测性，容易导致虚拟机蔓延现象的发生。因此，云图书馆首先需加强对虚拟化架构的管理，通过统一平台实现虚拟化资源管理、虚拟机生命周期管理、虚拟机迁移策略管理、虚拟机运行监控等。其次，应加强对虚拟机申请和资源分配的管理。根据读者云阅读服务需求和服务过程生命周期发展规律，执行虚拟机的创建、资源分配、运营和删除，避免虚拟机脱离管理员和系统控制。第三，虚拟机管理系统应具备较强的服务进程控制和资源调度、回收能力，在对虚拟机实施高效资源分配的同时，实现虚拟化资源的高效发现、管理和回收。

2.5 实现数据中心网络交换设备的虚拟化管理

数据中心网络是云图书馆系统管理和云服务数据传输的承载者。数据中心网络交换设备的虚拟化管理效率，是决定能否消除云图书馆网络数据传输瓶颈，提高读者服务系统管理和运营安全、有效性的关键。

云图书馆数据中心网络具有规模庞大、安全传输要求高、可弹性扩展和统一管理难度大的特点。因此，在云图书馆网络系统管理中，首先要求网络系统支持管理员有效利用虚拟化技术，实现网络资源的虚拟化、动态管理，在满足数据传输需求的前提下保证网络设备投资收益率最优化。其次，为了保证云图书馆管理与服务数据网络传输安全，应通过对交换设备和传输信道的虚拟化逻辑管理，实现不同用户间数据、业务、服务的安全隔离。第三，可依据数据中心交换机任务的内容、数量、安全标准和服务对象，将一台交换机虚拟为多台交换设备同时为多个用户和任务提供服务。此外，也可将多台交换机虚拟为一台虚拟交换设备，共同保障网络数据传输量较大的突发任务，确保网络交换能力可在大的范围内动态扩展。

3 基于QOS 分析的云图书馆虚拟机部署策略

3.1 创建安全、高效、经济、可控的虚拟机应用与管理环境

创建安全、高效、经济、可控的虚拟机应用与管理环境，是提高虚拟机管理、应用活动安全性和效率的关键。首先，在云图书馆数据中心建设过程中，应采购同一厂商或符合同一行业协议规范的基础设施物理设备，努力降低数据中心各硬件设备之间的标准差异性，提高基础设施设备整体兼容性。其次，应消除云图书馆管理系统、云资源管理系统、读者服务系统、用户管理系统等软件平台与硬件设备之间的耦合性，确保系统软件与硬件集群的快速部署和切换，实现对云服务、虚拟化资源、用户和服务数据的统一高效管理。第三，依据云图书馆管理与用户服务安全性要求，在不同的用户、云应用服务、工作负载和硬件设备之间实施有效隔离，保证云图书馆不同的管理活动、服务内容和硬件设备之间具有较强的安全性和独立性。

3.2 执行动态、精细化的虚拟化资源调度与虚拟机部署策略

执行动态、精细化的虚拟化资源分配与虚拟机部署策略，是减少云图书馆虚拟机迁移、调度频率和提高虚拟化资源部署效率的关键。

首先，云图书馆应根据读者云阅读服务任务和内容，对云阅读服务负载指标进行动态预测，依据云阅读服务负载数量、周期变化规律、个性化服务质量要求和可调度的云资源总量，坚持提高云服务平台稳定性和有效降低虚拟机迁移、云资源调度频率的原则，制定有效的虚拟机创建、部署、配置和管理方案。其次，虚拟化资源调度应坚持资源利用率、效率、公平性和用户服务质量四要素最优化结合的原则，在保证云图书馆较高运营效率的前提下（依据系统吞吐量、CPU、内存、存储系统、网络传输系统等虚拟化资源利用率判定），满足读者个性化服务QOS 需求。第三，虚拟机部署结束后，应实时监控虚拟机的运营效率、负载状况和资源使用量，并在虚拟机不停机情况下执行动态的虚拟机迁移、资源分配、任务调度和管理策略优化，保证云图书馆具有较高的云服务能力和资源利用效率。

3.3 实现虚拟机与虚拟化资源的智能、精细化管理

不断提高云系统资源的使用效率，是保证图书馆读者云服务质量和服务能力的关键因素。因此，应通过对虚拟机和虚拟化资源的智能、精细化管理，实现虚拟机运营与云资源分配过程的安全、高效管理。

首先，虚拟机云资源分配与管理平台应具有自动、智能、自适应的管理能力，利用监控器适时掌握虚拟机运行状况、云资源需求和系统资源使用效率。通过决策分析系统对采集的数据进行分析、判断，制定出最优的虚拟机创建、管理、调度和资源分配策略，然后由管理系统进行策略实施和执行。同时，当监控器发现对系统安全、管理效率和云服务质量有较大安全威胁的操作、攻击后，可进行“提醒”和“告警”。其次，对虚拟机的调度、迁移和云资源分配，应坚持任务优先、智能自动化管理、审核追踪和动态资源分配的原则，在提高管理效率、安全性、可靠性和可控性的前提下，大幅度降低人力资源使用成本。第三，在虚拟机与虚拟化资源管理过程中，应根据云服务业务特点、云资源租赁成本、用户服务需求变化和数据中心服务能力实际，对虚拟机和云资源管理、运营、调度策略进行优化，保证实现云图书馆在服务质量、运营成本、社会效率和市场竞争力的最优化结合。

3.4 保证虚拟机动态迁移安全、科学、合理、高效

云计算环境下，虚拟机动态迁移是有效均衡服务负载、实现故障机在线维护、提高服务可靠性、实现云资源优化和能耗管理的重要途径。

虚拟机动态迁移过程中，首先应提高虚拟机迁移的安全性和效率。通过减少虚拟机迁移次数和路径，不断降低迁移活动对网络带宽、云计算、内存、存储等资源的消耗量。同时，保证虚拟机迁移具有较高的效率和成功率，提高虚拟化系统的可管理和可维护性。其次，虚拟机迁移活动应保证云服务的连续性和完整性，不能以降低云图书馆安全性、运营效率、服务能力和用户满意度为代价。此外，在虚拟机迁移过程中，应实现云图书馆物理服务器维护、用户和服务数据管理、物理和虚拟设备配置、系统管理与运营监控、安全事件的跟踪和警告、运营与服务日志管理等操作。第三，在坚持安全和高效的前提下，应选择读者访问群数量少、任务负载轻、云资源需求低和系统运营稳定的时机实施迁移，并保证迁移过程安全、稳定、低碳和动态可伸缩。

3.5 加强虚拟机管理平台的功能建设

加强虚拟机管理平台功能建设，是提高虚拟机管理效率和智能、自动化水平的前提。首先，虚拟机管理平台在设计中应具备虚拟机弹性扩展与动态分配的特点，可实现虚拟设备常用功能管理、提供开放的分区管理操作API、为虚拟集群提供相关服务和软件自动部署、和异构虚拟机平台的快速融合与兼容、虚拟机能耗管理、虚拟机自动调度与迁移管理等。其次，管理平台建设应符合虚拟机生命周期发展规律，管理过程应涵盖虚拟机创建、操作系统安装和应用软件集成、物理机维护、虚拟机运行效率与安全管理、虚拟机备份与恢复、虚拟机删除等过程。第三，管理平台应具备良好的虚拟机安全管理功能。虚拟机安全管理平台应包括用户虚拟权限授权与使用管理、虚拟防火墙安装与管理、虚拟化应用安全区域划分与管理、虚拟机应用安全管理、安全日志和事件管理等内容，保障虚拟机创建、配置、管理和运行过程安全与高效。

4 结语

云计算环境下，虚拟机管理是一个关系云图书馆用户服务能力、云资源使用效率、建设与运营投资成本收益率、云图书馆市场竞争力和未来可持续发展的重要问题。因此，云图书馆应从读者云阅读服务需求和用户服务质量保障出发，加强虚拟化环境和云资源的可用性分析，不断提高虚拟机创建、管理、资源分配和运行的安全性、有效性、经济性和可控性。同时，必须大幅度降低虚拟机管理、运营的成本投入与能源消耗，在满足读者云个性化阅读需求的前提下，保证云图书馆具有较高的市场竞争力和未来可持续发展。

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