基于個(gè)性化需求的金融云平臺(tái)宿主機(jī)選擇算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)財(cái)務(wù)管理專(zhuān)業(yè)

1、目 錄第1章 緒論11.1 課題提出的背景11.2 研究的目的和意義41.3 研究?jī)?nèi)容41.4 論文的組織結(jié)構(gòu)5第2章 虛擬化技術(shù)72.1 虛擬化技術(shù)概述72.1.1 虛擬化定義72.1.2 虛擬機(jī)監(jiān)視器模型82.1.3 虛擬技術(shù)的應(yīng)用分類(lèi)112.2 虛擬化技術(shù)的發(fā)展歷程112.3 虛擬化技術(shù)的研究現(xiàn)狀122.4 虛擬化技術(shù)在云計(jì)算領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀132.5 虛擬化技術(shù)在云中的應(yīng)用142.5.1 服務(wù)器虛擬化142.5.2 存儲(chǔ)虛擬化152.5.3 應(yīng)用虛擬化172.5.4 平臺(tái)虛擬化172.5.5 桌面虛擬化182.6 本章小結(jié)20第3章 基于個(gè)性化需求的金融云平臺(tái)宿主機(jī)選擇算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2

2、13.1 擬解決的問(wèn)題213.2 金融云平臺(tái)中宿主機(jī)選擇算法的設(shè)計(jì)思路223.2.1 問(wèn)題的提出223.2.2 宿主機(jī)自動(dòng)選擇算法模型223.3 負(fù)載預(yù)測(cè)算法233.3.1 負(fù)載的特性233.3.2 負(fù)載預(yù)測(cè)的研究現(xiàn)狀243.3.3 宿主機(jī)自動(dòng)選擇模型中的負(fù)載預(yù)測(cè)機(jī)制243.4 負(fù)載均衡算法253.4.1 負(fù)載均衡調(diào)度算法的研究現(xiàn)狀253.4.2 負(fù)載均衡策略的不足263.4.3 宿主機(jī)自動(dòng)選擇算法模型中的負(fù)載均衡算法273.5 宿主機(jī)自動(dòng)選擇算法中的采樣方法283.6 本章小結(jié)28第4章 金融云用戶的個(gè)性化需求304.1 基于個(gè)性化需求算法的提出304.2 基于個(gè)性化需求的宿主機(jī)選擇算法30

3、4.2.1 算法描述304.3 本章小結(jié)32第5章 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析335.1 算法特點(diǎn)概述335.2 實(shí)驗(yàn)方案與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析335.2.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試方案335.2.2 測(cè)試環(huán)境配置345.2.3 測(cè)試方案及結(jié)果分析355.3 本章小結(jié)39第6章 成果總結(jié)及今后展望41參考文獻(xiàn)41作者簡(jiǎn)介43致 謝44第1章 緒論1.1 課題提出的背景近幾年，IT領(lǐng)域出現(xiàn)了一種新型的計(jì)算模式云計(jì)算，云計(jì)算將IT計(jì)算模式商業(yè)化，大眾化，引領(lǐng)著IT行業(yè)開(kāi)啟了一場(chǎng)跨時(shí)代的新變革。云計(jì)算的體系架構(gòu)是一種將各種硬件資源進(jìn)行合理部署分配后的IT基礎(chǔ)架構(gòu)模式，通過(guò)云平臺(tái)，用戶可以按其需求獲取各種IT資源，甚至是應(yīng)用服

4、務(wù)以及各種開(kāi)發(fā)平臺(tái)，全新的一種IT服務(wù)模式以其靈活性、便捷性、自助性給傳統(tǒng)的IT服務(wù)模式帶來(lái)了一場(chǎng)顛覆性的變革。一直以來(lái)，IT資源的冗余、利用率低、資源之間難以有效地得到整合以及與用戶對(duì)計(jì)算資源的高需求之間的矛盾得到了解決，云計(jì)算使得IT基礎(chǔ)設(shè)施的獲取社會(huì)化、普及化、簡(jiǎn)易化，在不久的將來(lái)，普世大眾的生活也將面臨著一場(chǎng)巨大的變革。很多著名的IT公司一直在努力研究和推進(jìn)云計(jì)算，并已經(jīng)推出了自己的產(chǎn)品，比如：Amazon的AWS，Google Search、Google Earth、Google MAP等等業(yè)務(wù)都是Google基于自己的云計(jì)算平臺(tái)，以及微軟的Windows Azure，云計(jì)算已經(jīng)逐步

5、從當(dāng)初的一個(gè)概念形成產(chǎn)品，開(kāi)始服務(wù)大眾。這也說(shuō)明了，云計(jì)算存在的必要性和可行性。IT領(lǐng)域的每一次變革勢(shì)必會(huì)波及到金融領(lǐng)域，云計(jì)算的出現(xiàn)和逐步應(yīng)用給金融領(lǐng)域帶來(lái)了新的發(fā)展契機(jī)和新的需求。在金融領(lǐng)域誰(shuí)的動(dòng)作快，誰(shuí)就可以搶占先機(jī)，各家金融機(jī)構(gòu)紛紛利用云計(jì)算這個(gè)平臺(tái)對(duì)大數(shù)據(jù)中心進(jìn)行升級(jí)改造，以拓展新的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，優(yōu)化管理工作?；ヂ?lián)網(wǎng)金融成為近一兩年的金融界熱詞，互聯(lián)網(wǎng)金融用戶量和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長(zhǎng)，那么這些海量數(shù)據(jù)的處理需要非常龐大的計(jì)算資源。從本質(zhì)上來(lái)講，云計(jì)算是向用戶提供基礎(chǔ)的IT資源，讓金融數(shù)據(jù)借力云平臺(tái)，是如虎添翼，是再適合不過(guò)了。技術(shù)管理模式向業(yè)務(wù)模式的角色轉(zhuǎn)變、成為金融領(lǐng)域業(yè)務(wù)增長(zhǎng)的

6、強(qiáng)大的后盾力量。金融行業(yè)是一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男袠I(yè)，不僅要求保證業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的安全性，同時(shí)要求技術(shù)力量具有高的可靠性。一個(gè)好的云架構(gòu)應(yīng)該為金融業(yè)務(wù)提供充分的可靠性和安全性。 彈性計(jì)算云通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將各種IT資源組織起來(lái)，以服務(wù)的方式提供給云用戶各類(lèi)IT基礎(chǔ)設(shè)施、IT技術(shù)平臺(tái)或者是應(yīng)用服務(wù)，云計(jì)算能夠按用戶的需求迅速調(diào)度資源，創(chuàng)建服務(wù)。用戶只需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)就可以使用云計(jì)算的資源，相對(duì)于傳統(tǒng)的IT部署方式，用戶或者企業(yè)可以將更多精力放在業(yè)務(wù)上，從IT設(shè)備采購(gòu)到設(shè)備維護(hù)中解脫出來(lái)，以較低的IT成本獲得高質(zhì)量、高可靠性、高擴(kuò)展性的IT服務(wù)。該課題主要研究面向金融機(jī)構(gòu)應(yīng)用提供Iaas服務(wù)，各類(lèi)基礎(chǔ)IT資源（計(jì)算資源、存儲(chǔ)

7、云、網(wǎng)絡(luò)資源）、應(yīng)用軟件、各類(lèi)開(kāi)發(fā)平臺(tái)、數(shù)據(jù)中心等在內(nèi)的計(jì)算資源的服務(wù)，金融機(jī)構(gòu)無(wú)需費(fèi)時(shí)費(fèi)力即可擁有IT服務(wù)。操作系統(tǒng)等，既不需要專(zhuān)人維護(hù)硬件設(shè)施又省去了額外需要占用的物理空間。圖1-1為彈性云平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)1。用戶只需要通過(guò)瀏覽器或者是客戶端等就可以定制自己需要的云資源。云平臺(tái)接收到用戶的請(qǐng)求后，根據(jù)其提供的需求參數(shù)，為用戶進(jìn)行IT資源的配置。云計(jì)算平臺(tái)中的服務(wù)管理層通過(guò)虛擬機(jī)技術(shù)對(duì)所有用戶請(qǐng)求的資源進(jìn)行管理，目的在于有效地整合IT資源、提高服務(wù)效率。圖1-1 彈性云平臺(tái)的結(jié)構(gòu)1美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院為云計(jì)算提出了5個(gè)特點(diǎn)2：一、自助獲取服務(wù)，自動(dòng)完成部署。云平臺(tái)接收到用戶提出的IT資源請(qǐng)

8、求后，根據(jù)請(qǐng)求的硬件資源參數(shù)，自動(dòng)完成硬件設(shè)施的部署，整個(gè)過(guò)程無(wú)需人工干預(yù)。二、隨時(shí)隨地的網(wǎng)絡(luò)連接。用戶無(wú)論在何時(shí)何地，只要有互聯(lián)網(wǎng)，就能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取到云平臺(tái)資源，享受云服務(wù)。三、計(jì)算資源透明化。云平臺(tái)的硬件資源對(duì)用戶來(lái)講是透明的，云端的用戶無(wú)需關(guān)心IT資源的地理位置，只需要全身心處理業(yè)務(wù)，享用云服務(wù)。只要用戶有需求，云平臺(tái)可隨時(shí)隨地為其提供計(jì)算資源。四、快速響應(yīng)、靈活部署。云計(jì)算的逐步商業(yè)化，要求云平臺(tái)能快速響應(yīng)用戶的需求，靈活地部署硬件資源，并且對(duì)于用戶不同時(shí)段的需求能做到彈性的建立和釋放IT資源。五、服務(wù)計(jì)費(fèi)。云計(jì)算實(shí)現(xiàn)了對(duì)IT資源的量化計(jì)費(fèi)，計(jì)費(fèi)方式和我們生活中水電的計(jì)費(fèi)模式一樣，用戶

9、根據(jù)使用時(shí)長(zhǎng)或者用量繳納相應(yīng)的費(fèi)用。這種全新的合理的IT 資源計(jì)費(fèi)方式有助于云計(jì)算的商業(yè)化推廣。以上云計(jì)算的5個(gè)特點(diǎn)大都依賴于虛擬技術(shù)才得以實(shí)現(xiàn)3，用戶需求和云平臺(tái)中的物理資源的重映射必須由虛擬技術(shù)的支持，虛擬技術(shù)不僅使云平臺(tái)的彈性特性得到很好的體現(xiàn)，面向用戶的云平臺(tái)服務(wù)自助化，用戶只需要根據(jù)自身的業(yè)務(wù)向云平臺(tái)提出資源需求，不用了解和關(guān)注硬件的部署細(xì)節(jié)；同時(shí)虛擬技術(shù)使云計(jì)算的管理彈性化4 5，可以動(dòng)態(tài)地?cái)U(kuò)展和回收資源，對(duì)IT資源的統(tǒng)一在線管理將取代傳統(tǒng)的離散的點(diǎn)管理6，提高了管理效率。大型的服務(wù)器集群是云平臺(tái)外在硬件的一種表現(xiàn)形式，負(fù)載不平衡則難以避免，而虛擬機(jī)的遷移技術(shù)為均衡負(fù)載、靈活調(diào)度提

10、供了策略。目前，已實(shí)現(xiàn)了在云平臺(tái)上虛擬機(jī)的透明化遷移。虛擬技術(shù)使云平臺(tái)的建設(shè)成本大大降低了，表1-1為虛擬技術(shù)給成本帶來(lái)的變化7。表1-1 分析結(jié)果7然而虛擬資源的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)宿主機(jī)，一切虛擬技術(shù)都得部署在宿主機(jī)上才能很好的發(fā)揮虛擬的優(yōu)勢(shì)。本課題擬就云計(jì)算中的虛擬化技術(shù)以及虛擬機(jī)和宿主機(jī)之間的關(guān)系做深入研究。1.2 研究的目的和意義金融行業(yè)的多樣化發(fā)展，可實(shí)施的業(yè)務(wù)方式和范圍不斷擴(kuò)張，使得業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)迅速膨脹，如若按傳統(tǒng)的做法，很多金融機(jī)構(gòu)會(huì)大量購(gòu)置基礎(chǔ)的硬件來(lái)應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，這樣，不僅增加了管理成本，維護(hù)工作量也相應(yīng)地增大。云計(jì)算很好地解決了以上問(wèn)題，不僅可以免去購(gòu)置大量的占用空

11、間的硬件設(shè)施，同時(shí)也避免了維護(hù)和管理工作的無(wú)限量增加。云計(jì)算的實(shí)施依靠虛擬化技術(shù)，而虛擬技術(shù)優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮都取決于虛擬資源在宿主機(jī)上的部署，那么選擇什么樣的宿主機(jī)、怎樣部署虛擬機(jī)都將影響云平臺(tái)所提供的服務(wù)質(zhì)量的好壞。通常選擇宿主機(jī)時(shí)主要參考當(dāng)前服務(wù)器的CPU負(fù)載狀況，宿主機(jī)其他的資源狀況未作為部署參數(shù)考慮進(jìn)來(lái)，同時(shí)也忽略了虛擬機(jī)所要消耗的資源特點(diǎn)。不同用戶完成的業(yè)務(wù)目標(biāo)不同，因此提出的資源請(qǐng)求也具有不同特點(diǎn)。單純地依靠宿主機(jī)CPU這一指標(biāo)作為部署依據(jù)，可能導(dǎo)致宿主機(jī)不能滿足用戶的IT資源請(qǐng)求，隨著云平臺(tái)的用戶增加，進(jìn)而可能影響整個(gè)云平臺(tái)的負(fù)載均衡，導(dǎo)致IT資源得不到有效合理的利用。因此，宿主機(jī)的選

12、擇、虛擬資源的部署對(duì)于云計(jì)算提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)有至關(guān)重要的作用。1.3 研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:1. 了解云計(jì)算的體系結(jié)構(gòu)，對(duì)云計(jì)算的工作模式進(jìn)行分析，明確研究?jī)?nèi)容和范圍。 2. 對(duì)虛擬技術(shù)進(jìn)行深入了解和研究，了解虛擬機(jī)和云平臺(tái)的關(guān)系及應(yīng)用情況，明確虛擬技術(shù)為云計(jì)算帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)和技術(shù)支持。3. 通過(guò)研究宿主機(jī)選擇策略，分析其優(yōu)勢(shì)和存在的弊端，借鑒繼承其優(yōu)勢(shì)，改進(jìn)不足之處，并針對(duì)性地提出金融云平臺(tái)下宿主機(jī)自動(dòng)選擇模型。4. 部署虛擬機(jī)時(shí)，傳統(tǒng)的策略是以當(dāng)時(shí)宿主機(jī)CPU的利用率作為部署依據(jù)，CPU是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的性能參數(shù)，以某一時(shí)刻的CPU 的利用率作為判斷依據(jù)，有失科學(xué)性和前瞻性。在宿主

13、機(jī)自動(dòng)選擇模型中提出了負(fù)載預(yù)測(cè)機(jī)制，采用時(shí)間序列中的一次指數(shù)平滑法對(duì)宿主機(jī)的負(fù)載狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)。4. 負(fù)載均衡機(jī)制的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)云計(jì)算平臺(tái)的特點(diǎn)，通過(guò)分析現(xiàn)有負(fù)載均衡方法相對(duì)于云計(jì)算存在的不足，提出了應(yīng)用于云平臺(tái)下的負(fù)載均衡機(jī)制。5. 提出了將宿主機(jī)選擇個(gè)性化的算法，該算法要求將用戶的資源請(qǐng)求量化，不同業(yè)務(wù)的請(qǐng)求，量化結(jié)果是不同的，再根據(jù)云中宿主機(jī)的性能情況與量化結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，選擇最適合用戶的宿主機(jī)予以部署虛擬資源。6. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)本文提出的算法進(jìn)行驗(yàn)證。1.4 論文的組織結(jié)構(gòu)第一章主要闡述了該課題的提出背景、研究的目的和意義，以及本課題將要研究的內(nèi)容等。第二章介紹了：虛擬化的概念、虛擬機(jī)軟件VM

14、M及應(yīng)用模式，虛擬技術(shù)的發(fā)展歷程以及研究現(xiàn)狀，特別還對(duì)虛擬技術(shù)在云計(jì)算中的研究和應(yīng)用做了專(zhuān)門(mén)的介紹。第三章首先介紹了宿主機(jī)自動(dòng)選擇的模型思想，并對(duì)模型中涉及到的技術(shù)進(jìn)行了深入探究。主要包括：負(fù)載預(yù)測(cè)、負(fù)載均衡。揚(yáng)長(zhǎng)避短，針對(duì)目前算法中存在的不足，針對(duì)云計(jì)算平臺(tái)的應(yīng)用背景，介紹了宿主機(jī)選擇模型中的負(fù)載預(yù)測(cè)方法和負(fù)載均衡機(jī)制。第四章則對(duì)用戶個(gè)性化需求的量化過(guò)程進(jìn)行了介紹。對(duì)宿主機(jī)選擇模型中的核心算法的進(jìn)行了講解。第五章是實(shí)驗(yàn)部分，主要包括：實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)環(huán)境的配置，以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。第六章是成果總結(jié)與未來(lái)展望。第2章 虛擬化技術(shù)2.1 虛擬化技術(shù)概述2.1.1 虛擬化定義如圖2-1所示，是

15、一種常見(jiàn)的虛擬化模式。虛擬化技術(shù)是將計(jì)算資源進(jìn)行抽象，將一臺(tái)服務(wù)器隔離成多個(gè)獨(dú)立的“計(jì)算機(jī)”，各臺(tái)之間可以毫無(wú)干擾地運(yùn)行。多種應(yīng)用程序或者是不同的操作系統(tǒng)可以同時(shí)獨(dú)立地運(yùn)行8。虛擬技術(shù)其實(shí)也可以說(shuō)是一種IT資源共享的方式，實(shí)現(xiàn)了物理資源到邏輯應(yīng)用的一對(duì)多映射。這樣，降低了用戶的硬件投資成本；提高了資源的利用率。同時(shí)，虛擬技術(shù)也便于對(duì)多用戶的計(jì)算資源進(jìn)行集中管理，提高基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)效率，降低維護(hù)成本8,9。圖2-1 虛擬化模式8圖2-2形象地展示了虛擬化的含義10。硬件資源位于底層，上面一層是虛擬機(jī)虛擬機(jī)及虛擬軟件，最上面一層則是用戶的操作系統(tǒng)和跑在操作系統(tǒng)上面的各種應(yīng)用程序。對(duì)于用戶而言，虛擬

16、技術(shù)將底層的硬件屏蔽了起來(lái)，用戶認(rèn)為自己用的資源是“專(zhuān)屬”的。圖2-2 虛擬化的含義102.1.2 虛擬機(jī)監(jiān)視器模型虛擬機(jī)是抽象的概念，虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)和物理機(jī)結(jié)構(gòu)是相對(duì)應(yīng)的，由虛擬的內(nèi)存、CPU、存儲(chǔ)空間和網(wǎng)卡等組成。對(duì)于用戶來(lái)講，虛擬機(jī)和普通的PC使用起來(lái)無(wú)異，虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)了和物理機(jī)完全相同的使用環(huán)境。VMM (Virtual Machine Monitor) 的主要工作就是實(shí)現(xiàn)對(duì)物理資源的虛擬化，并管理運(yùn)行在它之上的所有虛擬機(jī)，VMM對(duì)所有的虛擬機(jī)實(shí)行全程監(jiān)控管理，從每一臺(tái)虛擬機(jī)的創(chuàng)建到撤銷(xiāo)都將接受VMM的監(jiān)控管理。VMM是一款虛擬化常用的軟件，是創(chuàng)建虛擬機(jī)之前必須先安裝VMM，從VMM的實(shí)現(xiàn)結(jié)

17、構(gòu)上，VMM可分為三種模式1：宿主機(jī)模式、獨(dú)立監(jiān)視器模式和混合模式。1. 宿主機(jī)模式(Host OS)宿主機(jī)模式下VMM和宿主機(jī)的位置關(guān)系如圖 2-3 所示，最底層是硬件資源，第二層是宿主操作系統(tǒng)，VMM運(yùn)行在宿主操作系統(tǒng)上，可以看做是宿主操作系統(tǒng)的一個(gè)應(yīng)用進(jìn)程。VMM為各個(gè)虛擬機(jī)用戶創(chuàng)建出虛擬環(huán)境、屏蔽底層硬件，因此，在進(jìn)行資源的調(diào)度時(shí)宿主操作系統(tǒng)要參與其中。圖2-3 宿主機(jī)模式優(yōu)點(diǎn)：VMM驅(qū)動(dòng)直接由宿主操作系統(tǒng)提供，不必額外考慮驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)。也就是說(shuō)，VMM所有的虛擬資源的調(diào)度都受宿主操作系統(tǒng)提供。該模式的缺點(diǎn)：(1) 虛擬機(jī)不能直接控制和調(diào)度使用的硬件資源，需由宿主操作系統(tǒng)控制，不能直接訪

18、問(wèn)底層硬件。(2) 虛擬化的效率低，虛擬化的過(guò)程也受操作系統(tǒng)的控制。(3) 安全級(jí)別低，因?yàn)閂MM僅僅是宿主操作系統(tǒng)的一個(gè)應(yīng)用程序，沒(méi)有足夠的權(quán)限給虛擬用戶提供安全的訪問(wèn)環(huán)境，同時(shí)當(dāng)宿主機(jī)受到威脅時(shí)，皮之不存毛將焉附，虛擬機(jī)也必將受到影響，因此，該模式下，虛擬機(jī)的安全性并不高。宿主機(jī)模式的虛擬軟件有很多，例如：早期的Workstation、Virtual PC、VMware。2. 獨(dú)立監(jiān)視器模式 在該模式中，VMM擔(dān)當(dāng)宿主操作系統(tǒng)的角色，直接運(yùn)行在底層硬件上，如圖 2-4所示，將底層的硬件資源虛擬化，并對(duì)這些資源進(jìn)行管理。同時(shí)還要具備創(chuàng)建虛擬機(jī)、管理虛擬環(huán)境、宿主操作系統(tǒng)的功能。圖2-4 獨(dú)立

19、監(jiān)視器模式優(yōu)點(diǎn)：由于在該模式下，VMM完全運(yùn)行在硬件上，對(duì)硬件直接進(jìn)行管理。因此，相對(duì)于宿主機(jī)模式管理效率高，虛擬化過(guò)程徹底、高效。因?yàn)閂MM掌握了對(duì)底層訪問(wèn)的權(quán)限，提供給虛擬機(jī)用戶的訪問(wèn)環(huán)境較為封閉，也更安全。 獨(dú)立監(jiān)視器模式的缺點(diǎn)：需要另行開(kāi)發(fā)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，硬件設(shè)備的使用流暢性從一定程度上依賴于所開(kāi)發(fā)的驅(qū)動(dòng)程序的性能。3. 混合模式 如圖2-5所示，混合模式是以上兩種模式的融合，繼承了宿主機(jī)模式和獨(dú)立監(jiān)視器模式的優(yōu)勢(shì)，Host OS的存在為VMM屏蔽了底層硬件，無(wú)需擔(dān)心為每一款底層設(shè)備實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序；同時(shí)，VMM和Host OS都直接運(yùn)行在底層硬件上，計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源等可直接被VMM控制

20、管理；在安全控制方面，VMM切換到不同模式，提供安全的方式不同，在不需要OS 提供服務(wù)時(shí)，虛擬機(jī)的安全性只依賴于 VMM。當(dāng)需要特權(quán) OS 提供服務(wù)時(shí)，需轉(zhuǎn)換到特權(quán) OS模式。但是VMM的來(lái)回切換會(huì)造成系統(tǒng)性能消耗。圖2-5 混合模式2.1.3 虛擬技術(shù)的應(yīng)用分類(lèi)根據(jù)應(yīng)用背景不同，虛擬化技術(shù)可以分為以下幾種類(lèi)型：(1) 平臺(tái)虛擬化：為了屏蔽底層硬件和操作系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行虛擬化操作。(2) 資源虛擬化：對(duì)各類(lèi)硬件資源（比如存儲(chǔ)磁盤(pán)、內(nèi)存、CPU等資源）進(jìn)行虛擬化。比如：計(jì)算單元、存儲(chǔ)設(shè)備等等。(3) 應(yīng)用程序虛擬化：顧名思義，是對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行虛擬化。其中平臺(tái)虛擬化技術(shù)又可以分為11：安全虛擬化，對(duì)

21、底層硬件完成抽象，對(duì)用戶而言，這樣的虛擬機(jī)對(duì)操作系統(tǒng)沒(méi)有特殊要求，也不需要對(duì)其進(jìn)行修改，虛擬機(jī)環(huán)境和常規(guī)的硬件環(huán)境無(wú)異。安全虛擬化方式又分為：1) 軟件輔助的完全虛擬化：是借助虛擬軟件模擬出虛擬環(huán)境。虛擬資源的用戶無(wú)需考慮底層實(shí)現(xiàn)，就可以自如地通過(guò)虛擬軟件訪問(wèn)資源。2) 硬件輔助的完全虛擬化：通過(guò)調(diào)整硬件結(jié)構(gòu)以增加底層對(duì)虛擬技術(shù)的支持，這樣一來(lái)，要求軟件層面對(duì)虛擬技術(shù)的支持簡(jiǎn)化了很多。除了完全虛擬化外，還有半虛擬化概念，半虛擬化需要通過(guò)VMM硬件抽象接口，對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行修改，以使其方便創(chuàng)造合適的虛擬環(huán)境。因此，客戶的操作系統(tǒng)是不能直接運(yùn)行于半虛擬平臺(tái)上，這樣，虛擬環(huán)境和客戶機(jī)操作系統(tǒng)就不在是互

22、相封閉的,因此，半虛擬化降低了隱蔽性。2.2 虛擬化技術(shù)的發(fā)展歷程上世紀(jì)六十年代，大型機(jī)資源非常珍貴，虛擬技術(shù)的出現(xiàn)是IBM公司為了解決多個(gè)操作系統(tǒng)能同時(shí)在一個(gè)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的問(wèn)題。IBM 給虛擬化這樣定義：將大型機(jī)資源模擬出多個(gè)小型機(jī)，這樣，一臺(tái)計(jì)算機(jī)就能夠同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，共享計(jì)算資源。其實(shí)就是將物理設(shè)備進(jìn)行分區(qū)，相應(yīng)地在各個(gè)的系統(tǒng)架構(gòu)層面實(shí)施虛擬化。一直以來(lái)，體系結(jié)構(gòu)為X86的計(jì)算機(jī)利用率都只有10%-15%，很多大型計(jì)算機(jī)也存在這樣的問(wèn)題。鑒于這樣的問(wèn)題具有普遍性，基于X86體系結(jié)構(gòu)，VMware將硬件基礎(chǔ)架構(gòu)通過(guò)虛擬技術(shù)改進(jìn)成了通用架構(gòu)，為軟件屏蔽了體系結(jié)構(gòu)的異構(gòu)性，由此，不僅提高

23、了大型機(jī)的利用率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶就可以在同一臺(tái)大型機(jī)上彼此互不影響地運(yùn)行各自的應(yīng)用12。目前，計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)，當(dāng)下一臺(tái)PC機(jī)的資源配置和幾十年前大型機(jī)的配置已經(jīng)不可同日而語(yǔ)。所以，虛擬化技術(shù)完全可以應(yīng)用在所有的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。虛擬技術(shù)逐漸成為主流應(yīng)用技術(shù)，應(yīng)技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)需求很多CPU廠商在處理器硬件層嵌套虛擬化技術(shù)，能更合理的分配處理器資源。同時(shí)還推出了虛擬化服務(wù)器，服務(wù)器中引入虛擬化技術(shù)11。虛擬化技術(shù)和其他技術(shù)的結(jié)合能夠發(fā)揮出意想不到的效果，不僅提高用戶的應(yīng)用效率，同時(shí)還使IT管理更加便捷。VMware將基于X86服務(wù)器的虛擬化技術(shù)和SAN存儲(chǔ)環(huán)境結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器的快速部署；快

24、照功能可以協(xié)助虛擬機(jī)完成數(shù)據(jù)或者是系統(tǒng)備份，當(dāng)突發(fā)故障時(shí)，能快速地恢復(fù)到故障前的狀態(tài)9。 有專(zhuān)家指出，虛擬化技術(shù)的發(fā)展可能需經(jīng)歷四個(gè)階段12：第一個(gè)階段是在二十一世紀(jì)初，與此同時(shí)服務(wù)器集中化技術(shù)也幾乎是同步發(fā)展起來(lái)。2005年開(kāi)始，虛擬化逐漸成為企業(yè)熱門(mén)研究的技術(shù)，因?yàn)樘摂M化可以幫助大型的企業(yè)共享數(shù)據(jù)，集中管理等等。直到2007年開(kāi)始，在某些信息技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家，虛擬化技術(shù)的研究焦點(diǎn)聚集在遷移、災(zāi)備以及負(fù)載均衡領(lǐng)域。IDC預(yù)測(cè)：未來(lái)幾年，虛擬化技術(shù)將進(jìn)入成熟階段，虛擬機(jī)的大范圍應(yīng)用將有助于企業(yè)的建立自己的自動(dòng)化的可控的信息中心，完全應(yīng)用于企業(yè)的業(yè)務(wù)流程當(dāng)中，有助于控制企業(yè)成本、降低風(fēng)險(xiǎn)，更好地服

25、務(wù)于業(yè)務(wù)開(kāi)展。2.3 虛擬化技術(shù)的研究現(xiàn)狀本小節(jié)將虛擬化技術(shù)的研究現(xiàn)狀總結(jié)為以下幾個(gè)方面13： 在虛擬化的過(guò)程中，也會(huì)消耗系統(tǒng)資源，帶來(lái)一定的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)。在虛擬技術(shù)興起之初，硬件資源的性價(jià)比還沒(méi)有現(xiàn)在這樣高，計(jì)算資源還是很昂貴的。因此，當(dāng)時(shí)虛擬技術(shù)的研究熱點(diǎn)都集中在如何降低系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)上。近幾年，隨著虛擬技術(shù)的逐步成熟，硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，虛擬技術(shù)的研究主要集中在：虛擬機(jī)遷移、虛擬資源調(diào)度及管理、虛擬技術(shù)在云計(jì)算中的應(yīng)用。引文14發(fā)現(xiàn)，虛擬技術(shù)在發(fā)揮管理作用的同時(shí)還能帶來(lái)降低能耗、優(yōu)化整合資源的功效。在引文15中虛擬技術(shù)從一定程度上優(yōu)化了集群管理框架，通過(guò)虛擬技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)自主管理和動(dòng)態(tài)配置。在線遷移

26、技術(shù)對(duì)解決系統(tǒng)負(fù)載均衡、系統(tǒng)容錯(cuò)等問(wèn)題發(fā)揮了巨大的作用，引文16對(duì)虛擬機(jī)在線的遷移技術(shù)做了深入的研究，而虛擬機(jī)快照技術(shù)只需要虛擬機(jī)做鏡像則可一改以往遷移技術(shù)需要占用大量網(wǎng)絡(luò)空間的難題。既然虛擬機(jī)遷移機(jī)制在優(yōu)化資源管理、均衡負(fù)載方面有顯著優(yōu)勢(shì)，目前很多研究集中在如何優(yōu)化虛擬機(jī)的遷移方面做了很多努力。虛擬機(jī)遷移機(jī)制有很多種，不同遷移機(jī)制原理不同。引文17對(duì)三種虛擬機(jī)遷移機(jī)制做了性能評(píng)估，分別從系統(tǒng)消耗、時(shí)間、效率等方面進(jìn)行研究對(duì)比，發(fā)現(xiàn)基于共享鏡像存儲(chǔ)的遷移機(jī)制最優(yōu)。引文18提出了基于操作系統(tǒng)層面的負(fù)載均衡調(diào)度算法，以當(dāng)前虛擬機(jī)所消耗的資源量為依據(jù)，來(lái)平衡系統(tǒng)負(fù)載。引文19受P2P思想的啟發(fā)，提出

27、一種擁有自適應(yīng)功能的動(dòng)態(tài)調(diào)度算法。但是該算法只適用于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單功能也相對(duì)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。引文20則提出了一種以網(wǎng)絡(luò)流量作為算法輸入，對(duì)虛擬資源進(jìn)行調(diào)度的負(fù)載均衡機(jī)制，此算法的不足在于：以網(wǎng)絡(luò)流量作為判斷各個(gè)系統(tǒng)負(fù)載大小依據(jù)，缺乏一定的科學(xué)性，無(wú)法判斷各個(gè)應(yīng)用層帶來(lái)的其他資源開(kāi)銷(xiāo)，更無(wú)從知曉各個(gè)應(yīng)用的優(yōu)先級(jí)，這樣的算法存在一定的片面性。2.4 虛擬化技術(shù)在云計(jì)算領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀虛擬技術(shù)在實(shí)現(xiàn)云計(jì)算過(guò)程中作用舉足輕重，是實(shí)現(xiàn)云計(jì)算的關(guān)鍵，當(dāng)前虛擬技術(shù)成為云計(jì)算領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，目的在于更好的推動(dòng)云計(jì)算的發(fā)展。云計(jì)算中虛擬技術(shù)的研究主要集中在：云計(jì)算平臺(tái)中負(fù)載均衡算法的改進(jìn)，虛擬資源的調(diào)度算法，基于虛

28、擬資源的云計(jì)算管理框架的研究等等。在基于Amazon的EC2平臺(tái)下發(fā)現(xiàn)21：虛擬化資源的分布會(huì)影響云網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量，從而影響云服務(wù)的性能，虛擬機(jī)過(guò)于密集則會(huì)帶來(lái)丟失數(shù)據(jù)包等網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不穩(wěn)定的問(wèn)題。因此，虛擬資源的合理調(diào)度對(duì)于保證云計(jì)算平臺(tái)的服務(wù)質(zhì)量是很必要的。引文22提出:Web應(yīng)用架構(gòu)中也可以嵌入虛擬化技術(shù)，由此虛擬資源的管理可以參與到從Web應(yīng)用的發(fā)布到管理的各個(gè)流程。從而提高了Web應(yīng)用管理的效率。而多應(yīng)用、高效管理正是云計(jì)算平臺(tái)的特點(diǎn)。受“背包”問(wèn)題思想的啟迪，將虛擬資源的自動(dòng)調(diào)度管理策略應(yīng)用于虛擬層和底層硬件資源23,24，對(duì)虛擬資源實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)度，對(duì)系統(tǒng)負(fù)載實(shí)行自動(dòng)均衡調(diào)整。但是忽略了

29、用戶操作系統(tǒng)之上產(chǎn)生的應(yīng)用負(fù)載，無(wú)法做到全局的負(fù)載均衡。2.5 虛擬化技術(shù)在云中的應(yīng)用虛擬化技術(shù)賦予云平臺(tái)以下特性25：(1) 虛擬技術(shù)使云平臺(tái)具有靈活性、獨(dú)立性。虛擬技術(shù)能夠按照用戶的需求創(chuàng)建和撤銷(xiāo)虛擬機(jī)，實(shí)現(xiàn)云平臺(tái)的彈性伸縮，合理利用計(jì)算資源，靈活部署用戶需求。各個(gè)云用戶之間互相獨(dú)立，可以向云平臺(tái)按需申請(qǐng)所需資源，并且在使用云臺(tái)資源過(guò)程中互不干擾。(2) 虛擬技術(shù)能夠有效地整合系統(tǒng)資源，提高物理資源的利用率，實(shí)現(xiàn)多用戶集中管理，降低客戶的管理成本，減少建設(shè)費(fèi)。(3) 實(shí)現(xiàn)云平臺(tái)負(fù)載的動(dòng)態(tài)平衡得益于虛擬機(jī)的遷移技術(shù)，當(dāng)負(fù)載大于虛擬機(jī)設(shè)置的遷移閾值，自動(dòng)發(fā)生遷移動(dòng)態(tài)地維護(hù)系統(tǒng)的負(fù)載均衡。(4)

30、 各云用戶間具有隔離性。因?yàn)橥凰拗鳈C(jī)的各個(gè)虛擬機(jī)之間互相獨(dú)立運(yùn)行，因此可以提供一定的安全性，當(dāng)某一個(gè)用戶的業(yè)務(wù)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，影響范圍僅局限在本系統(tǒng)之內(nèi)，增加了云計(jì)算平臺(tái)的健壯性。按應(yīng)用對(duì)象的不同，虛擬化技術(shù)還可以分為26：2.5.1 服務(wù)器虛擬化一臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)虛擬技術(shù)被模擬出很多臺(tái)邏輯上的“計(jì)算機(jī)”，這些“計(jì)算機(jī)”可以同時(shí)共同調(diào)用這一臺(tái)計(jì)算機(jī)資源，如下圖所示。圖2-6服務(wù)器虛擬化虛擬化的服務(wù)器具有以下特點(diǎn)：(1) 內(nèi)存虛擬化：與服務(wù)器虛擬的概念相對(duì)應(yīng)，被虛擬出的服務(wù)器內(nèi)存均是出自一臺(tái)服務(wù)器，在邏輯上這些內(nèi)存互相獨(dú)立，提供給不同的虛擬服務(wù)器。(2) CPU虛擬化：服務(wù)器虛擬化的核心是CPU的虛

31、擬化，要求硬件層面從技術(shù)上支持虛擬化，因此，需要改進(jìn)指令集來(lái)控制虛擬過(guò)程。CPU虛擬化最表象的特征則是：一核可以模擬多核進(jìn)行計(jì)算工作，那么也同樣支持多個(gè)操作系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，不言而喻虛擬技術(shù)提高了CPU的利用率。(3) 設(shè)備及I/O虛擬化：與以上內(nèi)存和CPU虛擬原理相同，各類(lèi)物理設(shè)備和所有I/O被虛擬映射成多個(gè)邏輯設(shè)備和I/O，供各臺(tái)虛擬服務(wù)器使用，各個(gè)I/O完全能夠響應(yīng)來(lái)自虛擬服務(wù)器的訪問(wèn)。(4) 隔離性：被虛擬出來(lái)的多臺(tái)“服務(wù)器”之間邏輯上互相獨(dú)立，彼此隔離。由此，給云用戶提供了良好的安全性。(5) 快速創(chuàng)建服務(wù),及時(shí)更新：借助虛擬技術(shù)，能靈活創(chuàng)建和撤銷(xiāo)虛擬機(jī)，快速部署用戶所需資源。(6) 故

32、障自動(dòng)恢復(fù)：在線遷移技術(shù)，可以使故障虛擬機(jī)在不停機(jī)的情況遷移到別的宿主機(jī)上。整個(gè)過(guò)程是無(wú)縫遷移，不需要中斷用戶業(yè)務(wù)程序。(7) 統(tǒng)一集中管理：通過(guò)VMM(虛擬機(jī)監(jiān)控器)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有虛擬機(jī)的集中管理，監(jiān)控各項(xiàng)資源的運(yùn)用情況，有助于實(shí)現(xiàn)云平臺(tái)的負(fù)載均衡，提高云平臺(tái)的運(yùn)行性能。2.5.2 存儲(chǔ)虛擬化存儲(chǔ)虛擬化是將存儲(chǔ)資源進(jìn)行邏輯抽象，映射給不同的云用戶。存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)能將存儲(chǔ)碎片有效地進(jìn)行組織再利用，同時(shí)面對(duì)用戶，存儲(chǔ)虛擬化能屏蔽存儲(chǔ)底層，呈現(xiàn)在用戶面前的是邏輯組織視圖，如圖2-7所示。由此，存儲(chǔ)虛擬技術(shù)提高了云平臺(tái)中存儲(chǔ)資源的利用率，也方便統(tǒng)一管理。圖2-7存儲(chǔ)虛擬化存儲(chǔ)虛擬化具有以下特點(diǎn)：(1

33、) 屏蔽異構(gòu)性：虛擬技術(shù)可以用來(lái)屏蔽異構(gòu)存儲(chǔ)服務(wù)器的分布式的物理結(jié)構(gòu)，為方便用戶訪問(wèn)提供統(tǒng)一的虛擬化接口。(2) 虛擬本地硬盤(pán)：虛擬存儲(chǔ)技術(shù)能夠?qū)⒃破脚_(tái)的存儲(chǔ)資源集中管理，即使與用戶遠(yuǎn)隔萬(wàn)里的存儲(chǔ)資源，在虛擬技術(shù)的作用下，也能被虛擬為本地的存儲(chǔ)磁盤(pán)來(lái)使用。(3) 對(duì)存儲(chǔ)集中管理：存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)能有效地對(duì)分布式的存儲(chǔ)資源進(jìn)行整合，從而對(duì)云平臺(tái)的存儲(chǔ)資源做到統(tǒng)籌規(guī)劃、科學(xué)管理。(4) 節(jié)能減排：云平臺(tái)提供的是7*24小時(shí)服務(wù)，因此云服務(wù)器需要長(zhǎng)期不斷電工作。而存儲(chǔ)的虛擬技術(shù)降低了系統(tǒng)為響應(yīng)云用戶而頻繁開(kāi)啟服務(wù)器和讀取磁盤(pán)的次數(shù)，提高了存儲(chǔ)資源的利用率，從一定程度上，節(jié)能減排。(5) 數(shù)據(jù)加密：云中

34、存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息，對(duì)于單個(gè)用戶來(lái)講，具有私密性、隱私性；對(duì)于企業(yè)來(lái)講，數(shù)據(jù)意味著商業(yè)機(jī)密，具有商業(yè)價(jià)值。所有做好云管理的同時(shí)要保證數(shù)據(jù)的安全性，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密是有效措施之一。(6) 權(quán)限管理，安全認(rèn)證：云存儲(chǔ)中存儲(chǔ)的都是用戶有價(jià)值的信息，因此要確保云平臺(tái)存儲(chǔ)資源的安全性。要訪問(wèn)云存儲(chǔ)資源，需先經(jīng)過(guò)安全認(rèn)證。同時(shí)，還要進(jìn)行權(quán)限管理，不同訪問(wèn)用戶的訪問(wèn)內(nèi)容不同。2.5.3 應(yīng)用虛擬化應(yīng)用程序是運(yùn)行在操作系統(tǒng)之上的，應(yīng)用的虛擬化使應(yīng)用程序擺脫了對(duì)底層操作系統(tǒng)的依賴性，運(yùn)行在其創(chuàng)造的應(yīng)用虛擬化環(huán)境中。應(yīng)用虛擬化不僅可以避免版本不兼容的問(wèn)題，而且可以避免應(yīng)用程序和底層操作系統(tǒng)的沖突。應(yīng)用虛擬化概括起來(lái)有以

35、下四個(gè)特征：(1) 解耦合增強(qiáng)兼容性：大大降低了操作系統(tǒng)與虛擬應(yīng)用的耦合性，也解除了與硬件的耦合性。為應(yīng)用層屏蔽了底層硬件的異構(gòu)性，增強(qiáng)了與底層操作系統(tǒng)的兼容性。(2) 共享性：由于應(yīng)用程序脫離了對(duì)底層操作系統(tǒng)的依賴，完全運(yùn)行在虛擬環(huán)境中，做到多用戶共享IT資源。(3) 快速升級(jí)更新：運(yùn)行在虛擬環(huán)境上的應(yīng)用可以實(shí)時(shí)或者定時(shí)進(jìn)行軟件的更新升級(jí)。(4) 用戶自定義：用戶可以按自己需求部署虛擬環(huán)境和虛擬應(yīng)用。2.5.4 平臺(tái)虛擬化被虛擬化的平臺(tái)上集成了各種各樣的開(kāi)發(fā)軟件，開(kāi)發(fā)者可以借助平臺(tái)進(jìn)行研發(fā)工作，而無(wú)需購(gòu)買(mǎi)硬件資源和開(kāi)發(fā)工具。開(kāi)發(fā)人員只需要在平臺(tái)上完成一系列設(shè)置即可。如圖2-8所示為平臺(tái)虛擬化

36、的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖。圖2-8平臺(tái)虛擬化平臺(tái)虛擬化特點(diǎn)：(1) 安全認(rèn)證：云平臺(tái)用戶眾多，為確保該平臺(tái)上所進(jìn)行的活動(dòng)或者發(fā)布的產(chǎn)品合法有效，同時(shí)降低病毒的感染侵入，在各個(gè)環(huán)節(jié)都要進(jìn)行必要的安全審核、身份認(rèn)證、監(jiān)控。例如：登錄平臺(tái)、上傳文件、各種開(kāi)發(fā)軟件(服務(wù))在發(fā)布到平臺(tái)前。(2) 通用接口：虛擬化平臺(tái)應(yīng)該具有極強(qiáng)的包容性，能夠支持各種開(kāi)發(fā)框架、兼容各種版本各種開(kāi)發(fā)語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)工具。(3) 測(cè)試環(huán)境：該平臺(tái)支持從開(kāi)發(fā)到發(fā)布的所有功能。因此也會(huì)提供測(cè)試環(huán)境，供開(kāi)發(fā)者在發(fā)布產(chǎn)品或者服務(wù)以前進(jìn)行充分的測(cè)試。(4) 管理監(jiān)控：云計(jì)算雖然是建立在網(wǎng)絡(luò)上的虛擬產(chǎn)品，但是在云中進(jìn)行的所有活動(dòng)卻可以造成大范圍的影響

37、甚至產(chǎn)生危害。因此，需要對(duì)云用戶的一切行為進(jìn)行有效的監(jiān)控管理。(5) 及時(shí)升級(jí)更新：計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，各種開(kāi)發(fā)技術(shù)更新?lián)Q代速度也較快。該平臺(tái)也應(yīng)該配合技術(shù)發(fā)展，及時(shí)提供各種開(kāi)發(fā)工具的新版本，不斷完善自己的技術(shù)服務(wù)。(6) 按服務(wù)收取費(fèi)用：云計(jì)算平臺(tái)為云用戶提供硬件資源和軟件平臺(tái)，使得客戶無(wú)需為基礎(chǔ)資源花費(fèi)巨資就可以享受IT服務(wù)。云計(jì)算最終勢(shì)必會(huì)商業(yè)化，以租用費(fèi)或者是管理費(fèi)的方式計(jì)費(fèi)也是未來(lái)的商業(yè)模式。2.5.5 桌面虛擬化桌面虛擬化使個(gè)人桌面和終端設(shè)備解耦，將桌面存儲(chǔ)到云平臺(tái)上。解除了桌面對(duì)固定設(shè)備的依賴。如此一來(lái)，用戶就可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)不受地域、時(shí)間的限制訪問(wèn)個(gè)人桌面。當(dāng)前，隨著IT技術(shù)的迅速

38、發(fā)展，個(gè)人終端設(shè)備越來(lái)越多樣化，桌面虛擬化不僅僅局限于個(gè)人電腦，還可以在平板、手機(jī)等個(gè)人終端上實(shí)現(xiàn)，如圖2-9所示。圖2-9桌面虛擬化虛擬化桌面特點(diǎn)：(1) 遠(yuǎn)程維護(hù)管理：桌面虛擬化使個(gè)人桌面擺脫了對(duì)地域的限制，只要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)即可完成對(duì)遠(yuǎn)端設(shè)備的設(shè)置調(diào)試、測(cè)試監(jiān)控、更新升級(jí)等等一系列維護(hù)工作。(2) 使用連續(xù)性：所謂的連續(xù)性是指即使在異地登錄，虛擬化桌面開(kāi)機(jī)呈現(xiàn)的是上次關(guān)機(jī)或者非正常關(guān)機(jī)時(shí)的內(nèi)容、配置和用戶信息。保持使用的連續(xù)性。(3) 故障恢復(fù)：通過(guò)虛擬機(jī)備份技術(shù)和虛擬機(jī)快照技術(shù)，能記錄下故障前的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，虛擬機(jī)遷移技術(shù)使得虛擬機(jī)自動(dòng)遷移到其他宿主機(jī)上，做到迅速恢復(fù)到故障前的狀態(tài)

39、。不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間影響用戶的工作。(4) 個(gè)性化桌面：和普通PC一樣，用戶可以按自己的喜好和需求配置自己的桌面，虛擬化桌面賦予同一宿主機(jī)的不同虛擬用戶按需設(shè)置的桌面的自由。由上可以看出，虛擬技術(shù)為云平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)有力地技術(shù)支持，它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)多用戶共享IT資源，提高計(jì)算資源利用率，同時(shí)，對(duì)于均衡云負(fù)載，建立有效的容錯(cuò)機(jī)制和安全訪問(wèn)機(jī)制、簡(jiǎn)化維護(hù)工作功不可沒(méi)，而且基于虛擬技術(shù)，云計(jì)算提供服務(wù)的內(nèi)容和方式也呈現(xiàn)多樣化，除了提供基礎(chǔ)IT設(shè)施以外，還可以向云用戶提供應(yīng)用服務(wù)、平臺(tái)服務(wù)。2.6 本章小結(jié)本章主要介紹了虛擬技術(shù)的概念、發(fā)展歷程，虛擬技術(shù)在不同應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用情況以及在云計(jì)算中發(fā)揮的作用，還簡(jiǎn)單

40、闡述了虛擬技術(shù)在云計(jì)算中的應(yīng)用所發(fā)揮的優(yōu)勢(shì)。第3章 基于個(gè)性化需求的金融云平臺(tái)宿主機(jī)選擇算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)海量服務(wù)器資源是金融領(lǐng)域保證客戶資金安全，提高服務(wù)質(zhì)量的硬件支撐，也是搭建金融云計(jì)算平臺(tái)不可缺少的硬件設(shè)施。通過(guò)虛擬技術(shù)云計(jì)算平臺(tái)這些服務(wù)器資源進(jìn)行整合，以服務(wù)的方式提供給云用戶，彈性云計(jì)算可以使用虛擬化技術(shù)整合大量的虛擬資源并提高資源的使用效率，該方式大大降低了云服務(wù)購(gòu)買(mǎi)方的信息投入成本和技術(shù)的維護(hù)難度，使用者能將更多精力放在業(yè)務(wù)邏輯上。NIST將云計(jì)算概括為以下幾個(gè)方面：快速靈活的部署、廣泛的網(wǎng)絡(luò)接入、與地理位置無(wú)關(guān)的資源池、按需自助服務(wù)、服務(wù)計(jì)費(fèi)。從當(dāng)前信息技術(shù)發(fā)展水平來(lái)講，虛擬化技術(shù)

41、是實(shí)現(xiàn)以上五個(gè)云特征的最好途徑。虛擬資源的部署過(guò)程如圖3-1所示：部署請(qǐng)求宿主機(jī)的選擇虛擬機(jī)的傳輸實(shí)例化與環(huán)境化圖3-1虛擬資源的過(guò)程從上圖中可以看到，在宿主機(jī)的選擇與確定是部署虛擬機(jī)的前提，宿主機(jī)是虛擬機(jī)的歸宿，是用戶業(yè)務(wù)系統(tǒng)的硬件大環(huán)境，對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行以及響應(yīng)性能有決定性的作用。因此需要為用戶選擇合適的宿主機(jī)，那么如何既能滿足用戶需求，保證用戶業(yè)務(wù)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，減少虛擬機(jī)的遷移頻率27，又能有效的利用計(jì)算資源，提高計(jì)算資源的利用率。這將是本章研究的問(wèn)題。3.1 擬解決的問(wèn)題一直以來(lái)，選擇宿主機(jī)時(shí)28中常常會(huì)忽略請(qǐng)求資源本身的特點(diǎn)，僅以當(dāng)前CPU的利用率作為研究依據(jù)，選擇策略有一定的局限

42、性；或者有時(shí)宿主機(jī)的承受能力和業(yè)務(wù)系統(tǒng)的需求并不能對(duì)等，要么宿主機(jī)的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于用戶需求，造成了資源的浪費(fèi)，使得資源得不到有效地利用；要么宿主機(jī)的計(jì)算能力不能滿足業(yè)務(wù)需求，在系統(tǒng)部署完成開(kāi)始運(yùn)行后，造成虛擬機(jī)頻繁遷移?；蛘邇H以宿主機(jī)上所運(yùn)行的虛擬機(jī)個(gè)數(shù)29為參考，同樣有失科學(xué)性和合理性。所以，需求資源應(yīng)用背景、宿主機(jī)性能、宿主機(jī)未來(lái)負(fù)載狀況，都需要成為在選擇宿主機(jī)時(shí)的考慮因素。因此，本文提出一個(gè)可提高資源利用率，保證用戶業(yè)務(wù)邏輯相對(duì)穩(wěn)定運(yùn)行的策略。該策略針對(duì)請(qǐng)求資源的特點(diǎn)，結(jié)合負(fù)載預(yù)測(cè)的方法，量化用戶的請(qǐng)求值和權(quán)值，支持各宿主機(jī)的負(fù)載變化趨勢(shì)預(yù)估；為用戶選擇合適的宿主機(jī)，支持個(gè)性化需求部署。3

43、.2 金融云平臺(tái)中宿主機(jī)選擇算法的設(shè)計(jì)思路3.2.1 問(wèn)題的提出云計(jì)算中宿主機(jī)的選擇過(guò)程如下：用戶向云平臺(tái)提出請(qǐng)求申請(qǐng)資源，云平臺(tái)的管理中心接收請(qǐng)求后，開(kāi)始運(yùn)行本文宿主機(jī)選擇模型及其內(nèi)部算法，假如被紅色圓圈圈住的服務(wù)器被選擇作為宿主機(jī)如圖3-2所示，待部署工作完成后，用戶即可馬上享用云資源。通過(guò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)虛擬資源。本課題的目標(biāo)是研究如何選擇適當(dāng)?shù)乃拗鳈C(jī)，對(duì)用戶所需資源進(jìn)行有效的部署，均衡云平臺(tái)負(fù)載的同時(shí)減少虛擬機(jī)的遷移次數(shù)以保證其上的業(yè)務(wù)系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。圖3-2云計(jì)算中宿主機(jī)選擇過(guò)程3.2.2 宿主機(jī)自動(dòng)選擇算法模型本文設(shè)計(jì)的宿主機(jī)自動(dòng)選擇算法模型工作過(guò)程如下，選擇流程如圖3-3所示。(1) 云計(jì)

44、算平臺(tái)的管理服務(wù)器接受到云用戶提交的計(jì)算資源的申請(qǐng)后，向所有的云平臺(tái)中的服務(wù)器通過(guò)廣播形式收集負(fù)載狀況。(2)各個(gè)服務(wù)器接收到通知后，運(yùn)行該模型中的負(fù)載預(yù)測(cè)算法，將負(fù)載預(yù)測(cè)量與服務(wù)器設(shè)定的虛擬機(jī)遷移閾值進(jìn)行對(duì)比，若小于閾值將預(yù)測(cè)值反饋至管理服務(wù)器。 (3) 以各服務(wù)器的反饋數(shù)據(jù)為依據(jù)，再通過(guò)基于個(gè)性需求的宿主機(jī)自動(dòng)選擇算法確定最終的目標(biāo)宿主機(jī)。完成部署工作。至此就是宿主機(jī)的整個(gè)選擇過(guò)程。圖3-3虛擬機(jī)部署流程圖3.3 負(fù)載預(yù)測(cè)算法3.3.1 負(fù)載的特性在20世紀(jì)末，美國(guó)的兩位計(jì)算機(jī)專(zhuān)家通過(guò)對(duì)幾十臺(tái)電腦進(jìn)行長(zhǎng)期的跟蹤監(jiān)測(cè)分析，得出了分布式系統(tǒng)中各個(gè)主機(jī)的負(fù)載特性30，該結(jié)論被普遍認(rèn)為是比較客觀準(zhǔn)

45、確的：(1) 隨機(jī)性：負(fù)載是計(jì)算資源的一種變化信號(hào)，其表現(xiàn)出來(lái)的隨機(jī)性能夠代表資源信號(hào)變化也具有隨機(jī)性。(2) 不同機(jī)型波動(dòng)幅度不同：個(gè)人PC機(jī)的平均負(fù)載值遠(yuǎn)低于服務(wù)器機(jī)型，但其負(fù)載波動(dòng)幅度大，不利于系統(tǒng)性能的穩(wěn)定、優(yōu)化；大型主機(jī)的負(fù)載一般在較低范圍內(nèi)，通常為20%以下。由此說(shuō)明，負(fù)載預(yù)測(cè)對(duì)負(fù)載平衡、性能優(yōu)化有現(xiàn)實(shí)意義。(3) 波動(dòng)量：通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察可得，由于服務(wù)器的負(fù)載量比較大，其負(fù)載變化量的絕對(duì)值也比較大，即絕對(duì)波動(dòng)量大，而小型機(jī)或者PC機(jī)的絕對(duì)波動(dòng)量??；若要研究負(fù)載的波動(dòng)情況，以絕對(duì)波動(dòng)量作為研究對(duì)象不夠科學(xué)。相對(duì)波動(dòng)量反映的是負(fù)載相對(duì)于歷史平均值的波動(dòng)情況，以相對(duì)波動(dòng)量為研究對(duì)象無(wú)論對(duì)小

46、型機(jī)還是大型的服務(wù)器都有意義。(4) 負(fù)載預(yù)測(cè)的復(fù)雜性：曲線分布已不能簡(jiǎn)單地反映負(fù)載值的分布多樣化，圖樣驅(qū)動(dòng)性成為研究負(fù)載預(yù)測(cè)的最合理的途徑。同時(shí)，負(fù)載所呈的自相似性使得研究工作不得不將時(shí)間因素考慮進(jìn)來(lái)，自相似性使得負(fù)載和時(shí)間存在著某種聯(lián)系。(5) 關(guān)聯(lián)性：通過(guò)長(zhǎng)期的跟蹤分析發(fā)現(xiàn)，時(shí)間和過(guò)去的負(fù)載狀況會(huì)影響負(fù)載的變化。在進(jìn)行負(fù)載預(yù)測(cè)時(shí)需將這兩個(gè)因素考慮進(jìn)來(lái)。線性時(shí)間序列模型是使用較多的負(fù)載預(yù)測(cè)模型。(6) 突變性：外界很多因素會(huì)造成負(fù)載突變。比如：突然斷電、重新開(kāi)啟一個(gè)大的進(jìn)程，這就要求負(fù)載預(yù)測(cè)模型能夠修正這種突變。3.3.2 負(fù)載預(yù)測(cè)的研究現(xiàn)狀目前，總體來(lái)講，負(fù)載預(yù)測(cè)技術(shù)還不算成熟，研究對(duì)象

47、常常是數(shù)據(jù)流、網(wǎng)絡(luò)流等，在國(guó)內(nèi)預(yù)測(cè)技術(shù)還有待進(jìn)一步發(fā)展，用到的典型的預(yù)測(cè)模型和預(yù)測(cè)方法為時(shí)間序列模型，它是當(dāng)前預(yù)測(cè)領(lǐng)域里使用較多的預(yù)測(cè)模型，該模型以時(shí)間序列的歷史信息為依據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)工作。時(shí)間序列模型有很多種模型算法，其中Box-Jenkins模型是相對(duì)較典型的模型，其AR的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性較高，算法性能較好。NWS通過(guò)線性時(shí)間序列模型將時(shí)間序列和歷史信息巧妙地結(jié)合起來(lái)，大量的實(shí)驗(yàn)證明：該模型比較符合應(yīng)用背景。但是任何算法也不是完美的，自適應(yīng)能力差是該模型的缺點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)研究負(fù)載預(yù)測(cè)用到的方法如下：(1) 隨機(jī)信息預(yù)測(cè)法。該算法其實(shí)是分布論，起初有人認(rèn)為負(fù)載數(shù)據(jù)是符合正態(tài)分布的，當(dāng)發(fā)現(xiàn)事實(shí)上并不完全是

48、正態(tài)分布后，又提出了區(qū)間分布理論。這兩種預(yù)測(cè)方法均比較簡(jiǎn)單、直觀、快速，但均無(wú)法保證預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，且必須保證所服從的分布是一致的。(2) 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)法，該方法的優(yōu)勢(shì)是有強(qiáng)大的自學(xué)習(xí)能力，通過(guò)海量的數(shù)據(jù)訓(xùn)練能夠建立符合負(fù)載數(shù)據(jù)特征的模型，提高預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確率。(3) 卡爾曼濾波預(yù)測(cè)法是目前在高精尖領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛的預(yù)測(cè)方法，預(yù)測(cè)精度相對(duì)比較高，該方法基于濾波理論的數(shù)據(jù)處理原理，能靈活選擇預(yù)測(cè)因子。(4) 灰色預(yù)測(cè)法適合于應(yīng)用在一些系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)不明確或者存在大量未知信息的領(lǐng)域，該方法通過(guò)特定的算法能夠發(fā)現(xiàn)并捕捉灰色系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的變化規(guī)律。方法相對(duì)簡(jiǎn)單可行，應(yīng)用范圍廣泛，不需要大量的數(shù)據(jù)支持

49、，但是僅限于短期預(yù)測(cè)。3.3.3 宿主機(jī)自動(dòng)選擇模型中的負(fù)載預(yù)測(cè)機(jī)制本模型中采用時(shí)間序列中的指數(shù)平滑法32對(duì)模型中要求的四個(gè)性能參數(shù)(可用內(nèi)存、CPU利用率、可用的網(wǎng)絡(luò)帶寬、可用硬盤(pán)容量)進(jìn)行預(yù)測(cè)，以近期負(fù)載數(shù)據(jù)為輸入進(jìn)行反復(fù)預(yù)測(cè)。因?yàn)榻谪?fù)載從時(shí)間和發(fā)展規(guī)律的角度來(lái)講，更能反映未來(lái)的負(fù)載走勢(shì)。該預(yù)測(cè)算法是一種加權(quán)預(yù)測(cè)方法，是下一期預(yù)測(cè)值與前期預(yù)測(cè)值之間的誤差修正值的線性組合。具體公式如下所示。 公式中，均表示上一次的預(yù)測(cè)值，表示下一次預(yù)測(cè)值，表示當(dāng)前數(shù)值。由公式可以看出，該方法僅需要最近的一次歷史預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和最新的負(fù)載觀察值，但是需要大量的歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練以確定值。初值的初始化如下所示：在實(shí)際應(yīng)用

50、中，我們需要考量負(fù)載的波動(dòng)性，波動(dòng)性越大越不適合被選作宿主機(jī)，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，在負(fù)載預(yù)測(cè)算法中引入方差來(lái)體現(xiàn)負(fù)載波動(dòng)情況。 3.4 負(fù)載均衡算法3.4.1 負(fù)載均衡調(diào)度算法的研究現(xiàn)狀28(1) 輪循調(diào)度，顧名思義，輪循調(diào)度就是輪流執(zhí)行任務(wù)：各個(gè)主機(jī)輪流發(fā)送請(qǐng)求任務(wù)i，通過(guò)執(zhí)行求余運(yùn)：x=(i+1)mod n調(diào)度管理中心將接受到的請(qǐng)求輪流分配給相應(yīng)的服務(wù)器x上。(n代表共有n臺(tái)服務(wù)器)。該算法比較機(jī)械，并沒(méi)有考慮到各個(gè)服務(wù)器性能特征和負(fù)載狀況。 (2) 加權(quán)輪詢調(diào)度 加權(quán)輪循調(diào)度算法是在輪循調(diào)度算法的基礎(chǔ)上為各個(gè)服務(wù)器設(shè)置權(quán)值，根據(jù)服務(wù)器的性能為其設(shè)置不同的權(quán)值，分配任務(wù)的順序則按照權(quán)值大

51、小進(jìn)行排列，同時(shí)該算法在輪詢算法上還做了進(jìn)一步的改進(jìn)：各個(gè)服務(wù)器的權(quán)值不是固定不變的，會(huì)隨著負(fù)載變化動(dòng)態(tài)地進(jìn)行調(diào)整。但是，該算法設(shè)計(jì)得不夠周全，忽略了請(qǐng)求任務(wù)所需的資源量，極易導(dǎo)致超載或者是輕載的現(xiàn)象發(fā)生。(3) 最小連接數(shù)調(diào)度最小連接調(diào)度是以服務(wù)器上的連接數(shù)作為調(diào)度判斷依據(jù)，連接數(shù)的多少代表著負(fù)載量的大小。算法會(huì)將接受到的請(qǐng)求分配給連接數(shù)最少的服務(wù)器，而彈性云中的服務(wù)器彼此之間是非同構(gòu)的，在異構(gòu)的環(huán)境下，該算法顯得就不那么可行和合理了。(4) 加權(quán)最小連接數(shù)算法加權(quán)最小連接數(shù)算法類(lèi)似于加權(quán)輪轉(zhuǎn)算法，根據(jù)服務(wù)器的性能為其設(shè)置不同的權(quán)值，權(quán)值會(huì)隨著連接數(shù)變化而動(dòng)態(tài)的調(diào)整。該算法的弊端不僅與最小連

52、接數(shù)算法暴露出來(lái)的一樣，而且連接數(shù)并不能完全反映服務(wù)器當(dāng)前的的負(fù)載狀況。 (5) 優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法需要為各個(gè)任務(wù)定義優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)總是優(yōu)先得到被執(zhí)行的權(quán)利，但是優(yōu)先級(jí)的制定規(guī)則是多樣化的，不同的規(guī)則可能導(dǎo)致負(fù)載不均甚至失衡的狀態(tài)。(6) 資源預(yù)留算法，該算法主要是針對(duì)有些算法中大作業(yè)長(zhǎng)期不被執(zhí)行的情況而提出的，該算法需要設(shè)置一個(gè)時(shí)間閾值，當(dāng)大作業(yè)的等待時(shí)長(zhǎng)超過(guò)閾值時(shí)，就要為該作業(yè)預(yù)留資源。而在云計(jì)算平臺(tái)中，快速部署是其主要特點(diǎn)之一，云服務(wù)是不可能讓用戶長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行等待的。 (7)BestFit調(diào)度策略該算法按請(qǐng)求的先后時(shí)間順序進(jìn)行任務(wù)的部署。該算法對(duì)請(qǐng)求的資源量和服務(wù)器的性能均做了充分的考

53、慮，力求做到負(fù)載均衡，但是在云平臺(tái)中不允許按時(shí)間順序?qū)τ脩舻恼?qǐng)求進(jìn)行部署，因此，該調(diào)度算法不適合應(yīng)用到云計(jì)算中。綜上所述，有的負(fù)載均衡算法過(guò)于機(jī)械，考量的因素過(guò)于簡(jiǎn)單，不夠科學(xué)；有的算法雖然在負(fù)載均衡上的花了很多功夫，但是以犧牲部署時(shí)間為代價(jià)，不能做到快速部署。以上負(fù)載均衡算法從不同角度均暴露了其弊端，在應(yīng)用到云計(jì)算中需要進(jìn)行改進(jìn)。負(fù)載平衡調(diào)度算法按驅(qū)動(dòng)來(lái)源可分為33：(1) 接收者驅(qū)動(dòng)策略 在該策略中，空閑節(jié)點(diǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)調(diào)度策略的實(shí)施，節(jié)點(diǎn)空閑時(shí)向所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送請(qǐng)求以獲得處理任務(wù)，當(dāng)其他節(jié)點(diǎn)接受到請(qǐng)求后，會(huì)按算法將任務(wù)分配給該節(jié)點(diǎn)處理。但并非所有的節(jié)點(diǎn)都會(huì)對(duì)閑節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求進(jìn)行相應(yīng)，忙節(jié)點(diǎn)不予響應(yīng)。此

54、調(diào)度策略的弊端在于：需要設(shè)置合適的閾值來(lái)判斷節(jié)點(diǎn)的忙與閑，另外，當(dāng)云計(jì)算平臺(tái)中閑節(jié)點(diǎn)的數(shù)量較多時(shí)，會(huì)出現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)間互相不停地發(fā)送請(qǐng)求的尷尬局面，造成不必要的資源消耗。(2) 發(fā)送者驅(qū)動(dòng)策略 與接受者驅(qū)動(dòng)策略相對(duì)應(yīng)，該驅(qū)動(dòng)策略由任務(wù)發(fā)送者主動(dòng)擔(dān)任負(fù)載調(diào)度的角色，當(dāng)該節(jié)點(diǎn)處于“忙”狀態(tài)時(shí)，主動(dòng)將任務(wù)分配給其他相對(duì)閑節(jié)點(diǎn)，由此可以看出：發(fā)送者不僅要處理自己的計(jì)算任務(wù)，還要了解其他節(jié)點(diǎn)的負(fù)載狀況以便分配任務(wù)。3.4.2 負(fù)載均衡策略的不足(1)忽略了負(fù)載縱向發(fā)展情況，即未將負(fù)載的預(yù)測(cè)值作為負(fù)載均衡的考量因素。很可能發(fā)生部署工作完成以后云平臺(tái)負(fù)載不均甚至失衡的情況。(2) 以 “忙”或“閑”狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的發(fā)

55、送請(qǐng)求模式的開(kāi)關(guān)，將負(fù)載均衡的壓力分散到各個(gè)節(jié)點(diǎn)，不能做到統(tǒng)籌規(guī)劃管理，動(dòng)態(tài)地進(jìn)行負(fù)載均衡調(diào)整。(3) 節(jié)點(diǎn)之間會(huì)不必要地進(jìn)行信息“溝通”，造成了系統(tǒng)額外開(kāi)銷(xiāo)。任何一種負(fù)載均衡算法都是不完美的，我們要做的就是與算法的應(yīng)用環(huán)境相權(quán)衡，做到局部最優(yōu)。3.4.3 宿主機(jī)自動(dòng)選擇算法模型中的負(fù)載均衡算法 本文提出的在宿主機(jī)自動(dòng)選擇模型的負(fù)載均衡策略：在該模型中設(shè)置一個(gè)服務(wù)器作為管理角色，對(duì)資源的調(diào)度、任務(wù)的分配進(jìn)行管理，用戶請(qǐng)求首先到達(dá)管理服務(wù)器，其接受到請(qǐng)求后，向所有宿主機(jī)發(fā)送廣播信號(hào)以求各個(gè)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載狀況，各節(jié)點(diǎn)接受到廣播信號(hào)后，根據(jù)虛擬機(jī)遷移閾值決定是否相應(yīng)管理服務(wù)器的廣播信號(hào)，若預(yù)測(cè)值超過(guò)閾值

56、，不予回應(yīng)；若小于閾值，則預(yù)測(cè)模塊將當(dāng)前的預(yù)測(cè)信息作為響應(yīng)信號(hào)反饋給管理層服務(wù)器。響應(yīng)信息內(nèi)容如圖3-4所示。圖3-4反饋的負(fù)載信息各個(gè)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載預(yù)測(cè)模塊一直在運(yùn)行，并非收到廣播信號(hào)才啟動(dòng)，負(fù)載預(yù)測(cè)模塊不斷地采集負(fù)載數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行保存，作為下一期預(yù)測(cè)的輸入，負(fù)載預(yù)測(cè)功能從一定程度上能減少計(jì)算資源的長(zhǎng)期占用或者是閑置35的情況，預(yù)測(cè)模塊工作流程具體過(guò)程如圖3-5所示。圖3-5 負(fù)載預(yù)測(cè)模塊工作過(guò)程相較于目前現(xiàn)有的負(fù)載均衡策略，本文提出的策略中，通信只在管理服務(wù)器和各節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行，均衡負(fù)載的工作既不會(huì)集中在閑節(jié)點(diǎn)，以免造成大量空閑節(jié)點(diǎn)互相不停地發(fā)送請(qǐng)求信息，也不會(huì)集中在忙節(jié)點(diǎn)，忙節(jié)點(diǎn)

57、已自顧不暇，減少忙節(jié)點(diǎn)的負(fù)載壓力。各節(jié)點(diǎn)僅需在收到廣播信號(hào)后給出參數(shù)的預(yù)測(cè)值，節(jié)點(diǎn)之間不需交換信息。不僅減少系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，同時(shí)將均衡工作交予一個(gè)服務(wù)器統(tǒng)一規(guī)劃管理，也有利于所有節(jié)點(diǎn)的信息集中互通，提高均衡和管理的效率。負(fù)載均衡過(guò)程如圖3-6所示。圖3-6負(fù)載均衡過(guò)程3.5 宿主機(jī)自動(dòng)選擇算法中的采樣方法主機(jī)負(fù)載具有隨機(jī)性和波動(dòng)性，為了避免瞬時(shí)峰值對(duì)真實(shí)負(fù)載狀況的預(yù)判，對(duì)采樣負(fù)載值進(jìn)行平均處理，該處理過(guò)程能夠減小瞬時(shí)峰值對(duì)預(yù)測(cè)的干擾和方向性誤導(dǎo)。平均采樣法：時(shí)間段內(nèi)采集的n個(gè)數(shù)據(jù)的平均值作為該段時(shí)間內(nèi)的采樣值。表示為：平均采樣也叫平滑處理，它從一定程度上減小了隨機(jī)不規(guī)則數(shù)據(jù)對(duì)采樣值的影響，同時(shí)也保留了另一種規(guī)律存在的可能，尊重采樣的客觀性。既然是采樣，那么采樣的頻率也會(huì)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，采樣頻率過(guò)小會(huì)影響計(jì)算結(jié)果的精度，采樣頻率過(guò)大會(huì)放大不規(guī)則數(shù)據(jù)的影響，不能巧妙地屏蔽掉瞬時(shí)峰值。在很多實(shí)驗(yàn)中將采集頻率設(shè)置在111s的范圍內(nèi)35。在隨后的