基于云计算的虚拟计算平台的研究与构建

◆周丽娟

数据安全与云计算

基于云计算的虚拟计算平台的研究与构建

◆周丽娟

（山西财经大学实验中心 山西 030006）

本文将云计算作为主要的研究对象，首先介绍了云计算以及云计算的重要性，讨论了虚拟技术相关方面内容，并在此基础之上，给出了虚拟计算机平台实现构建方案的分析和总结，并对该平台的系统功能进行介绍说明。

虚拟计算平台；云计算；研究与构建

云计算好似一种将Grid Computing（网格计算）、Distributed Computing（分布式计算）和Parallel Computing（并行处理）作为基础而出现的思维，是一种全新商业界常用的就算模型，我国的相关专业人士认为，云计算就是把就是在诸多的计算机资源池上进行计算任务的有效分布，并且将计算机中的诸多不同形式的系统进行充分应用，将其计算力、软件服务以及存储空间作为应用的依据来展开。从广义的角度来看，云计算就是在网络服务器集群上，给多种不一样类型的客户提供计算分析、数据存储、硬件租借、在线软件服务等诸多不同的服务。而从狭义的角度来看，云计算就是利用虚拟技术以及分布形式计算，共同组建起来的超级计算机或者数据的中心，通过按需租用或者免费的方法给技术方面开发人员以及相关客户企业提供具有科学性的计算和分析，以及存储数据等诸多服务[1]。

1 云计算技术重要性与虚拟技术

1.1 云计算技术重要性

当前，工程系统计算软件更新速度较迅速，平均一年就将对其更新一次，并且随着相关技术的不断发展，更新过程中的软件功能也在不断完善，而主要的硬件设施也有了更高的要求，其中，实验室的建设是近期研究最为频繁的一个项目，在诸多高校实验室中，除了对软件不断进行更新的同时，还需要通过大量的资金将计算能力进行有效的提升，而被淘汰下来的诸多设备则闲置处理，这样的情况造成不小的浪费。而云计算可以对虚拟技术进行充分的利用，把诸多客户端以及工作站有效结合成一个整体，从而形成虚拟计算实验室，并且在进行更新的时候，旧工作站能给用户继续使用，有效减少不必要的浪费，因此，对其开展深入研究有着十分重要的研究意义和价值。

1.2 虚拟技术

在云计算当中，虚拟化技术是其中的一项核心技术项目，同时也为云计算和其他普通计算之间最根本性的一项区别特点，充分利用虚拟化技术，可以把单个的物力资源进行有效的划分，将其划分为诸多个虚拟资源，实际的操作系统在虚拟机上进行实际操作和运行，虚拟服务器和物理服务器之间完全一样，可以对任意应用软件进行有效的安装。到目前为止，可以在虚拟服务器上进行应用的软件有：Hyper-V、Xen、VMWare以及KVM等，而在这几种虚拟化软件当中，Hyper-V2.0集成在Window 2008，以及Window 2008之后的服务器相关操作系统之上，因此，Hyper-V2.0有着较强通用性能[2]。

2 虚拟计算机平台实现构建方案

2.1 核心服务器构建

云计算的核心服务是云计算的三种不同模式，即Software as a Service（软件服务）、Infrastructure as a Service（基础设施服务）和Platform as a Service（平台服务）。云计算整体构架体系如图1。

图1 云计算整体构架体系

基础设施服务（Infrastructure as a Service）处于三层结构的最底层，其主要作用是给上层服务器提供存储、网络以及服务等操作的基础性硬件设备资源。用户可以在基础设施的服务基础上，对其中的系统以及运行程序进行有效的操作。此外，想要将硬件资源分配进行有效的优化，可以在基础设施服务上引入虚拟技术，使其具有虚拟功能。

平台服务（Platform as a Service）：该项服务主要作用是给计算应用程序提供运行的操作平台。它可以把在正常运行过程中需要使用的基础性设施以及资源以服务形式提供给用户。

软件服务（Software as a Service）：该项服务是一种应用程序，主要由开发商自己在服务器上进行部署和使用操作。

2.2 服务器云构建

服务器云是云计算平台最核心部分，所有云计算平台中的功能及子系统都依赖于服务器云来实现。它不仅包括了硬件服务器和底层操作系统部分，还包括了云计算平台中的虚拟机超级监督器功能，是运行虚拟系统/功能服务器系统的底层基础平台。计算模式从大型机的方式逐渐过渡到微型个人计算机的方式，并且近年来过渡到普适计算上。但用户仍然很难获得异构类型的操作系统以及应用程序，在轻量级的设备上很难获得完善的服务。本研究的基于虚拟化的云计算模式中，用户无须感知计算具体所在位置，以及操作系统、中间件、应用等技术细节，虚拟化技术使底层差异封装为应用的统一接口，用户由同一接口只需要根据自己的需求，通过云计算平台选取相应服务[3]。

2.3 构建物理结构

本次研究中采用的试验平台，其硬件方面的主要配置有：两台16GB随机存储器组合形成的双通道内存、一颗至强四核中央处理器、一块256GB固态硬盘，以及由4块2TB的硬盘组合形成的RAID5储存阵列。并将Windows Server 2008R2进行有效安装，将其当做服务器的主要操作系统。

图2 虚拟结构平台整体结构图

从本次研究的操作系统中，将工作站内部本地的用户和组打开，系统中建立起远程形式的用户信息登录，并把该用户添加到管理员组当中。将终端服务器进行有效配置，让该终端服务器可以同时支持多个不同用户的远程形式登录[4]。

2.4 虚拟资源构建

通过对Hyper-V2.0进行充分的利用，创建出一个Windows 7 X64形式的虚拟机平台。同时在这个平台之安装一些常用的工程软件，其中包括：ANSYS、CATIA、MATLAB、Lab-VIEW以及ABAQUS等。然后经过操作sysprep，把创建完成的虚拟机平台的封装定为VHD的母盘文件。在此之后，能够通过对母盘进行复制或者采用差分磁盘的方法，从而创建出虚拟机的平台。创建出来的诸多台虚拟机可以在同一个物理服务器上进行同时性工作，并形成了一个整体化的虚拟资源池，如图3所示。

2.5 平台的管理与访问

在此方面，需要对Hyper-V2.0中的管理器进行充分的利用，并且对诸多虚拟机的整体运行情况以及状态进行实时性监督和控制。同时，还实现了将诸多虚拟机的中央处理器以及内存的容量进行动态形式分配。

用户客户机对资源进行访问的机制为预约形式，可以通过网络浏览器向相关的管理员提出预约申请。在申请过程中，用户需要提交计算任务中所需要的中央处理器数目、客户机中MAC的地址以及内存的容量。管理员则需要将用户所提出的要求作为基本型根据，将诸多虚拟机中的一台虚拟机进行有效激活，并且开放接口。用户可以采用远程桌面进行连接，远程连接后，需对MAC地址进行验证，验证成功，用户即可对虚拟机进行访问，并调用虚拟资源。有效验证用计算来进行，如果验证没有通过，或者预约没有成功时，访问直接结束，系统将会直接回收虚拟机资源。当预约成功之后，则会与VCL系统下虚拟机资源池中的虚拟机加载相连，从而实现远程连接。当用户的有效访问结束之后，整个访问流程结束，同时系统会将虚拟机中的资源进行回收，将资源回收到虚拟机资源池中，可再一次进行加载以及远程连接。如果验证没有成功，会直接进行资源回收，将资源返回到虚拟机资源池中，等待下一次进行加载以及远程连接，依此循环进行访问操作。图4为云计算访问的流程图。

图3 虚拟构建流程图

图4 云计算访问的流程

虚拟计算机平台的优势及其应用

虚拟计算机平台的推出和应用得到广泛的关注和重视，它的优势在于：第一，节约，虚拟技术可以实现将诸多不同的操作系统安装在一个计算机上，节约了硬件成本；第二，仿真，由于采用了虚拟技术，即使只有一台计算机，同样可以对C/S以及B/S程序进行调试；第三，能干，虚拟计算机平台可以在诸多方面工作领域中进行应用，并且可以进行网络测试、网络实验、软件测试，以及一些病毒、黑客攻击等类型的测试工作；第四，安全，在虚拟计算机平台中进行操作，不用担心出现数据方面以及病毒方面造成的安全威胁，在正式运行的过程中，可以开启虚拟技术，并且虚拟技术可将诸多复杂程序简化，用户的账户安全性可以得到极大的提高[5]。

以“蓝云”为例，这是一种硬件和软件集为一体的计算机平台，该平台已经可以在企业方面的平台上进行应用，其数据与互联网中的数据相类似。“蓝云”将IBM Almaden的云基础架构研究中心作为基础，对Xen以及PowerVM的虚拟化软件进行了应用，其中还包括由Linux操作系统映像和Hadoop软件（Google File System以及MapReduce的开源实现）。目前，IBM已经推出在x86芯片服务器的系统进行操作应用的“蓝云”系列产品。IBM创建云计算生态系统，“蓝云”系列产品对虚拟化、SOA、软件即服务、RDP（按需部署资源）等进行了充分的应用。IBM 将通过下面三种方式帮助客户及其合作伙伴实现云环境：IBM 帮助客户建立供内、外部使用的云环境；IBM 提供可供客户及合作伙伴直接使用的云服务和软件；IBM 正在建立一个由开发人员、合作伙伴、厂商和大学组成的云计算生态系统，推进云计算技术和标准的采用。通过新的云计算能力，IBM 将为企业开发并测试一体化的云计算解决方案，在保证业务的安全性与弹性的同时，保持了企业最佳的业务运营水平。除此之外，IBM推出了云计算基础设施咨询服务，该服务旨在帮助客户识别与发掘利用云环境为最终用户提供服务的机遇。随着云计划基础设施策略与规划的推出，IBM在此方面的实力得到了进一步加强。本项服务由一个策略研讨会组成，它将企业与技术团队召集起来进行长期规划和准备评估，以使现有资产得到充分利用。

图5 “蓝云”部门界面图

对于“蓝云”系列之前没有应用虚拟技术的计算机平台产品，其完全不具有虚拟技术所提供的优势，在对资源进行共享时，不可在同一台计算机上对多个资源进行共享，真实的操作环境对其实际的操作造成了严重的限制，因此也无法对物力资源根据需求进行有效分配，同时造成了很大的浪费。而虚拟计算机平台中加入了虚拟技术在其中，利用对虚拟机的封装，用户可以各自独立的拥有可以进行操作以及运行的环境，从而实现诸多用户对服务器中的诸多中心资源进行有效的共享。用户能通过对虚拟化技术对资源进行充分的利用，实现了对私有形式的虚拟机进行有效的配置，得到了所需要的磁盘的空间、中央处理器数目以及内存的容量等，从而实现了根据需求有效分配资源。充分利用虚拟化技术，能够有效提高服务器资源的利用率，减少浪费。此外，更好的帮助了服务器节能和均衡负载。

4 结束语

本文主要研究的云计算技术，适合应用于高校的计算工作站当中，该项设计和研究可以有效且大幅度的提升工作站自身工作的效率，摆脱资金造成的困境，合理降低开展日常维护工作总量，同时也可为财经类高校的网络教学提供有效的帮助。本次研究对云计算技术中的低成本、高性能的特性进行了充分的利用，设计出一个将云计算平台作为基础的实验室，有效提高了计算机实验室整体支撑水平及服务能力。

[1]孙健, 贾晓菁.Google云计算平台的技术架构及对其成本的影响研究[J]. 电信科学，2010(01)：123-124.

[2]李刚健.基于虚拟化技术的云计算平台架构研究[J]. 吉林建筑工程学院学报，2011(01)：151-152.

[3]钟辉新, 黄晓斌.基于软件即服务的企业竞争情报服务模式与应对策略[J]. 情报理论与实践，2012(07)：106-107.

[4]杨泽, 吕争, 陈军.基于网络数据传输过程中数据流参数分析研究[J]. 信阳师范学院学报(自然科学版)，2010(02)：147-148.