[发明专利]云计算服务平台的虚拟计算资源动态管理系统

说明书

一.技术领域

云计算在IT领域里被认为是继微型计算机、互联网之后的第三次变革，是互联网发展的大势所趋。 

云计算是随着虚拟化技术、CPU多核技术、宽带技术、并行运算、分布式计算、网格计算的发展，互联网规模的不断扩大，用户对信息、网络、计算、存储的需求不断增大，服务商为适应这种需求而逐渐发展起来的技术和服务。 

云计算通过将作为IT信息服务提供主体的服务器、操作系统、网络、存储、基础软件、平台、架构等技术细节屏蔽并抽象为可运营可管理的计算能力、存储能力等服务形式，通过网络动态地提供给信息使用者，用户按实际使用量进行付费。 

云计算具有以下几个关键点：1)共享的资源和共享的技术架构2)具有分布式的计算模式和存储模式；3)通过虚拟化实现数据中心硬件资源的统计复用和可流动的资源；4)能为用户提供包括软硬件设施在内的不同级别的IT资源服务；5)资源动态扩展，按需供给，按量计费。6)智能化的应用到资源分配；7)自动化的应用部署和资源配置。 

现在云计算已经不单单是一种技术术语或技术架构，更是一种新的服务模式和商务模式。云计算通过将技术领域的服务器、网络、存储、各种操作系统、软件做整合，并进一步将产业领域里的公司、单位和企业里的数据中心、设备、人员、服务等作整合，使信息服务做到产业化、规模化、专业化、集约化，大大提升了信息基础资源的使用率和信息服务的效率，节省了社会成本、资源和消耗。 

二.背景技术

云计算的核心技术包含了虚拟化技术、分布式计算技术、云平台管理技术 

2.1虚拟化技术 

2006年以来基于Xen的开源虚拟化发展迅猛，使虚拟化技术逐步开始广泛普及。由于虚拟化技术可以在一台服务器上安装多个操作系统，从而大大提高了服务器的使用效率。 

虚拟化代表资源的逻辑表示，理论上不受物理资源的限制。虚拟化技术的实现形式是在操作系统中加入一个虚拟化层，将下层的资源抽象成另一形式的资源，提供给上层使用。在实践中有CPU的虚拟化、内存的虚拟化和I/O的虚拟化。 

虽然IBM早在70年代就开始研究此项技术，但在X86架构上实现虚拟化是从VMware在90年代开始的，因为X86很难实现虚拟化，这是因为X86的ISA架构有17条敏感指令不属于特权指令，也就是说虚拟机如果执行这些指令肯能会导致整个系统的不稳定。 

所以Vmware推出了全虚拟化的商业版产品，即无需修改客户机的操作系统，通过截获客户机执行的特权指令并且扫描客户机内核执行的二进制代码，将敏感指令翻译成虚拟化指令来执行。 

2005年以后出现了以Xen为代表的开源的半虚拟化产品，通过修改Guest OS的代码，使其将那些和特权指令相关的操作都转换会发给VMM的Hypercall(超级调用)，而且Hypercall支持批处理和异步这两种优化方式，使得通过Hypercall能得到近似于物理机的速度。 

2007年以后Intel和AMD都推出了支持硬件虚拟化的产品，通过引入新的CPU指令和运行模式，让虚拟机和VMM运行于不同的处理器模式，如Root模式和Operation模式，当虚拟机执行敏感指令时，系统自动切换到Root模式由VMM来执行。 

还有一类虚拟化是以OpenVZ和Solaris Container为代表的操作系统虚拟化产品，即将主机的操作系统分区，在内核实例的基础上实现虚拟化，系统开销更小。但是由于不提供虚拟的操作系统环境，许多需要访问底层驱动的应用无法运行，而且与主机操作系统不同的操作系统也无法运行。 

Vmware虽然提供了许多有效的虚拟机管理系统，但是由于VMware是商业版本，按照主机上的CPU插槽数目来收取版本费，对于互联网公司这样需要依靠海量PC服务器来提供服务的用户来讲，使用VMware的成本是极高的。 

而基于XEN或KVM这样的开源虚拟化产品，虽然也有VM的动态迁移功能，但是缺乏虚拟机的管理系统，当应对海量虚拟机资源时，缺乏有效的管理工具，无法自动化地分配虚拟机资源和供应虚拟机资源，也缺乏与应用的接口来调用虚拟机资源为应用服务。 

2.2分布式计算技术 

分布式处理是信息处理的一种方式，是与集中式处理相对的一个概念，它通过通信网络将分散在各地的多台计算机连接起来，在控制系统的管理控制下，协调地完成信息处理任务。分布式处理常用于对海量数据进行分析计算，它把数据和计算任务分配到网络上不同的计算机，这些计算机在控制器的调度下共同完成计算任务，分布式处理的性能主要取决于数据和控制的通信效率。