基于云计算机的虚拟化技术应用研究

杨博超，金能智，李怀堂，王林柱

（1 甘肃省计算中心 甘肃 兰州 730030）

（2 甘肃省先进计算重点实验室 甘肃 兰州 730030）

0 引言

利用虚拟化技术能够对互联网环境下的资源进行高效化管理与科学应用，具有显著的优势。 基于虚拟化技术能够降低管理难度，进一步提高互联网信息资源的利用效率。 随着对虚拟化技术研究的逐渐深入，越来越多的学者和企业尝试将云计算机技术应用到虚拟化技术中，以进一步提高许虚拟化技术的数据处理能力，丰富信息服务类型，并实现信息资源的规模化管理。 用户在使用技术时并不需要再进行设备维护和相关数据软件的购置。 基于云计算机的虚拟化技术已经成为信息化技术的热门研究话题，对其进行深入研究具有重要的现实意义。

1 云计算机概述

云计算机技术以云计算技术为基础。 云计算技术是分布式计算技术系统中的一种，通过网络“云”将庞大的数据处理计算流程分解成无数个小型程序，然后通过多个服务器系统对其进行处理计算，并将最终集成的处理结果传递回用户端完成整个处理流程。 与超级计算机和个人计算机不同，云计算机以分布式体系为核心，基于云计算虚拟化技术将计算资源融合，形成具有超级计算能力的计算机系统，能够支撑大数据处理、高安全信息服务以及高吞吐率等服务需求，并具有存储能力和计算能力无线扩展的功能［1］。 云计算机能够为用户提供托管应用存储环境，以此实现动态化分配或部署计算资源的操作效果，并对信息资源的使用情况进行动态化的实时监控管理。 现阶段，云计算机已经成为互联网领域中的重要技术之一。

2 虚拟化技术概述

2.1 服务器虚拟化

服务器虚拟化可以根据不同的情况划分出不同的资源，并可以在任何时间、任何地点将服务器资源配置到最需要的工作负荷上，从而降低管理难度，提升工作效率。例如，使用一个虚拟的服务器可以减轻对企业服务器的实际操作负荷，并加快其操作速度。 与网络虚拟化应用相比，服务器虚拟化的应用更早。 而虚拟服务器在大众的认识中，指的就是在整个网络系统中安装一台服务器，然后利用虚拟化技术衍生出诸多虚拟服务器，用以存储网络资源。 如此一来，整个服务器的管理就变得更加高效了。

2.2 存储虚拟化

存储虚拟化是一种对存储硬件资源进行抽象化处理的技术。 随着云终端技术的发展，虚拟存储技术的功能也日益凸显出来。 其本质是利用虚拟化技术将多个存储媒体统一管理，形成一个超级磁盘，为用户提供了一个容量巨大、数据传输效率高的存储系统。 例如，网易的“云存储”就属于比较典型的“虚拟存储”。 存储虚拟化主要包括磁盘条带组和存储局域网技术等。

2.3 客户端虚拟化

客户端虚拟化技术是一种将用户终端和应用服务分离的技术。 它通过在云端构建一个虚拟机环境，并将应用服务部署在虚拟机中，让用户通过网络直接访问应用服务，从而实现资源共享和负载均衡的目的。 客户端的主要功能是对计算机桌面、各类网站页面、对话窗口以及服务器等展开一种虚拟的系统化服务，使得各种平台操作更加方便灵活，确保服务器的各项显示更加安全、可靠、高效。在这些技术中，最常用的就是电脑桌面和服务器的虚拟化。 通过桌面虚拟化技术，用户可以在任意一台电脑上访问网页，浏览网页信息［2］。

3 基于云计算机的虚拟化技术设计分析

3.1 高资源使用率设计

为确保基于云计算机的虚拟化技术在实际应用时能够实现系统运行与数据资源处理的高利用率，在设计时可利用VMware DRS 功能。 该功能会在以下情况下进行操作或者提出合理建议：一是集群中的资源配置不够科学合理，存在失衡问题；二是基于云计算机的虚拟化系统首次运行。 从系统运行的实际情况分析，VMware DRS 功能主要会受到DRS 配置情况的影响，通过设置DRS 配置级别即可实现对上述情况的控制选择［3］。 在手动条件下，VMware DRS 会提出相关建议；在自动条件下，VMware DRS 则会进行基于云计算机的虚拟化系统的迁移处理。

3.2 高可用性设计

应用基于云计算机的虚拟化技术时，需要全面考虑系统原有的核心业务或者关键性系统。 这部分系统通常要求将系统停机时间控制在极短的范围内，因此可将vSphere 中的HA 功能应用其中。 HA 功能会在运行期间对技术系统的运行情况进行监督控制，如果出现系统异常的情况，则会及时进行虚拟化云计算机的重新启动处理。在应用HA 功能时还需要注意确保系统具有充足的资源，以保障系统重新启动能够顺利进行。 一般情况下，基于HA 功能的虚拟化云计算机的重启时间在3 min 以内。

3.3 维护控制设计

应用基于云计算机的虚拟化技术时，相关管理人员需要登录vCenter 来查看和管理虚拟化技术相关应用运行状态。 这样可以对系统的运行状态进行较为全面的监督，从而降低系统故障发生率和故障影响程度。 如果出现故障或异常情况，需要及时对其类型进行分析。 如果其属于虚拟化层次，则会将其分配给专业的技术工程师进行处理和维护；如果其属于应用层次，则会将其分配给相应的应用管理员进行处理和维护。 在完成系统虚拟化后，需要严格设置和管理系统运行的管理权限，并设置不同级别的异常故障警报，以实现高效精准的系统运行管理目标。

4 基于云计算机的虚拟化技术实践应用探究

为进一步验证基于云计算机的虚拟化技术在实际生活中的应用效果，本文以某企业机房设备的自动化管理项目为例，对其自动化管理系统的设计方案进行深入研究。

4.1 系统设计架构与技术路线

为实现机房设备自动化管理功能，首先需要对系统总体架构进行科学设计。 通过多点控制单元进行嵌入式开发设计，利用ARM 模块对系统进行软件开发，同时使用专门协议H.450.1 等进行业务补充。 终端模块由网关、网守、终端软件等共同组成［4］。 系统信息编码模型结构由压缩编码规则和ASN.1 编码规则等组成。 利用Visual DSP ＋＋4.53开发平台中的多点控制单元构建信息处理终端和信息主动检测模块。 利用总线开发设计方法建立视频信息监控、流程数据监控以及虚拟化数据处理模型。 利用上位机通信设计方案对人机交互系统进行设计。 基于云计算机的虚拟化技术的机房设备自动化管理系统如图1 所示。

图1 机房设备自动化管理系统结构图

以ADSP-BF537 作为系统开发设计核心处理器；基于DSP 环境监理信息采集模型，利用RFID 射频技术对初始数据进行采集整理；基于ARM Cortex-M0 进行系统APP开发；基于ZigBee 物联网模块构建系统开发环境；基于SIP 用户代理和SIP 用户服务器进行终端信息数据的交互。 同时，利用同态分类控制方法在系统中进行帧同步脉冲控制，对发送寄存器进行合理配置。 信息数据采集流程如图2 所示。

图2 系统信息数据采集流程

4.2 系统设计指标与组件模型

系统接口设计为通用接口和I／O 接口，利用MCU 控制单元对系统APP 软件进行控制管理，安防信息数据采集使用安防监控传感器，内部电路包括放大器、转换器、滤波器等［5］。 在核心处理器中，利用设备中间件技术进行数据标签的阅读与识别。 在系统信息输出端，利用AD 模块进行数模转换，并在控制显示单元进行输出稳态的特征分析。 通过人机交互控制和交叉编译的方法建立数据传输控制模型与无线传感组网，进而得到系统硬件设备。 详细情况如图3 所示。

图3 系统硬件设备

4.3 系统开发设计与功能实现

4.3.1 系统硬件设计

利用统一资源定位符SIP UP 实现机房设备标签设置与标记，以ARM Cortex-M0 作为主控制系统，在APP 终端对机房设备进行远程监控和自动化管理，并通过异构节点控制方法实现输出终端的融合设计［6］。 整个系统分为3个部分：感知控制层、网络传输层以及应用服务层。 具体情况如图4 所示。

图4 系统结构体系

系统信息处理终端设计为ZigBee，其工作效率能达到20～250 kB／s。 同时，结合GPRS 通信技术和CompactPCI总线协议控制技术，能够实现分组交换通道下的机房设备监控信息数据交换操作［7］。 在系统GPRS 和SGSN 网关中利用GGSN 通信传输形式进行分组数据交换，进一步得到系统动态参数的解析模型，并对其进行针对性处理，将最终数据信息发送到目的网络系统中，基于分组控制单元以及Gb 接口单元可以得到GSM 空中接口的Um 接口数据，进而得到最终组网模型。

4.3.2 系统软件设计

SIP 终端用户协议采用nesC 组件接口设计形式，以此构建多媒体通信传输模式下的系统模型， 通过PCA82C250 与ADUM1201 实现系统控制，并基于BFCP 协议得到系统集中式媒体拓扑模型。 系统软件详细情况如表1 所示。

结合表中数据信息能够建立系统信道输出控制模型。媒体传输以RTP 协议为基础，利用ast＿sip＿realtime 类对数据库的数据信息进行直接读取，以此对系统进行输出稳定性的相关调节处理。

通过上述软件和硬件系统的设计，最终得到基于云计算机虚拟化技术的机房设备自动化管理系统的集成化设计。

4.4 系统测试分析

在系统设计后对其进行性能测试分析。 将ZigBee 路由节点设置为240 个，CC2530F256 闪存设置为256 kB，通过32 MHz 晶振完成传感信息采集操作，并将系统时钟设置为32.768 kHz。 系统仿真测试的相关参数设定情况如表2 所示。 本文中提出的基于云计算机虚拟化技术设计的机房设备自动化管理系统在实际应用中具有相对较小的时间开销，系统运行稳定性相对良好，能够进一步提高该企业对机房设备的自动化管理能力。

表2 系统仿真测试相关参数设定

5 结语

通过本次研究能够发现，基于云计算机的虚拟化技术在实际应用中具有良好的应用效果，能够为信息化体系的建设提供有力支持。 然而，在应用过程中，该项技术也存在一定的挑战问题，需要相关人员进行深入研究。 本文在分析该技术时以某企业机房设备自动化管理系统项目为例，深入分析了技术应用的注意事项和重点内容，对虚拟化云计算机技术进行了比较全面的阐述。 希望通过本次研究为教育领域的信息化建设提供一定支持。