云计算的资源管理方法研究

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郑州

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河南

郑州

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资源管理是云计算系统的核心问题。介绍了云计算的功能，分析了云计算资。

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—作者简介：李婷，女，吉林长春人，工学士，助教，研究方向：计算机教学。

云计算[1]

其核心是将某一或某几个数据中心的计算资源

虚拟化之后，向用户提供以租用计算资源为形式的服务。简单地讲，就是将很多位于同一地点或不同地点的计算机集合起来为企业或个人用户提供各种服务。云计算服务的基本形式有三种，这就是基础设施服务(IaaS)、平台即服务(PaaS)、软件即服务(SaaS)，从下到上，构成云计算的金字塔。

云计算的资源包括存储资源、计算资源、网络资源、基础设施资源以及其它资源（如客户帐号、进程等）。资源管理系统从逻辑上把这些资源耦合起来作为一个单个的集成资源提供给用户。用户与资源代理进行交互，代理向用户屏蔽了云计算资源使用和云计算的复杂性。由于云计算的资源在地理上是分布的，本质上是异构的，并且各个组织和管理域有各自的资源管理策略和不同的访问代价模型，因此云计算的资源管理必须要处理边界问题，需要有安全和容错的特殊机制等。

2．云计算资源管理系统的功能

云计算资源管理系统的基本功能是接受来自云计算用户的资源请求，并且把特定的资源分配给资源请求者。合理地调度相应的资源，使请求资源的作业得以运行。为实现上述功能，一般而言，云计算资源管理系统应提供四种基本的服务[2]：即资源发现、资源分发、资源存储和资源的调度。资源发现和资源分发提供相互补充的功能。资源分发由资源启动且提供有关机器资源的信息或一个源信息资源的指针并试图去发现能够利用该资源的合适的应用。而资源发现由网络应用启动并在云计算中发现适于本应用的资源。资源分发和资源发现以及资源存储是资源调度的前提条件，资源调度实施把所需资源分配到相应的请求上去，包括通过不同结点资源的协作分配。

云计算的资源存储即云存储，是将一个网络设备、存储设备、服务器、应用软件、公用访问接口、接入网和客户端程序等多个部分组成的复杂系统。各部分以存储设备为核心，通过应用软件来对外提供数据存储和业务访问服务。就如同云状的广域网和互联网一样，云存储对使用者来讲，不是指

某一个具体的设备，而是指一个由许许多多个存储设备和服

务器所构成的集合体。使用者使用云存储，并不是使用某一个存储设备，而是使用整个云存储系统带来的一种数据访问服务。所以严格来讲，云存储不是存储，而是一种服务。云存储的核心是应用软件与存储设备相结合，通过应用软件来实现存储设备向存储服务的转变。

云计算资源管理系统应有几大优势。一，不必为文件存储硬件投入任何前期的费用，却能够租赁服务器硬件和软件，把每个月的费用减少到可以管理的规模。二，云存储会维护用户文件服务器的安全和更新问题。服务提供商会派专人负责管理存储，保持系统处于最新状态。三，有权访问并审计数据。这个权限能够帮助企业发现其数据的任何修改以及做这些改变的人，毫无疑问对于用户的数据安全管理能够起到不小的作用。四，能够选择一定的存储位置存放数据。在某些情况下，知道自己数据存放的具体位置会更加方便用户自身的管理。而且因为一些法规的要求，客户必须知道他们某些数据的确切位置。云计算能够将数据锁定到一些特指的物理位置。最后，云存储的控制功能能够让你仅与你指定的人共享文件，无论这些人是你的员工还是外部人员。你可以控制访问者的权限，而你也不必允许外部人员访问你的公司网络。

3．云计算资源管理系统所涉及的关键技术和若干问题云计算的资源管理方法涉及到很多方面[2]，如云计算内部的机器组织、云存储架构、云存储计费、云存储安全、云存储容灾、资源模型、分发协议、名字空间组织、数据存储组织、资源发现、调度组织、调度策略、状态评估以及对资源的再调度等，还包括QoS 支持等。

3．1

云存储的架构

构建云存储的架构[1]方法有两种：一种是通过服务来架构；另一种是通过软件或硬件设备来架构。

3．1．1

紧耦合对称(TCS)架构

构建TCS 系统是为了解决单一文件性能所面临的挑战。HPC(高性能计算、超级运算)系统所具有的优势迅速压倒了存储，因为它们需要的单一文件I/O 操作要比单一设备的I/O 操作多得多。业内对此的回应是创建利用TCS 架构的产

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品，很多节点同时伴随着分布式锁管理(锁定文件不同部分的写操作)和缓存一致性功能。

3．1．2松弛耦合非对称(LCA)架构

LCA系统不是通过执行某个策略来使每个节点知道每个行动所执行的操作，而是利用一个数据路径之外的中央元数据控制服务器。集中控制提供了很多好处，允许进行新层次的扩展。存储节点可以将重点放在提供读写服务的要求上，而不需要来自网络节点的确认信息；节点可以利用不同的商品硬件CPU和存储配置，而且仍然在云存储中发挥作用；用户可以通过利用硬件性能或虚拟化实例来调整云存储；异构硬件的混合和匹配使用户能够在需要的时候在当前经济规模的基础上扩大存储，同时还能提供永久的数据可用性；拥有集中元数据意味着，存储节点可以旋转地进行深层次应用程序归档，而且在控制节点上，元数据经常都是可用的。

3．2云存储计费问题

云计算资源管理系统能向用户提供以租用计算资源等为形式的服务。它是以消费为基础来计费的，可以确保消费者只为他们使用的资源付费。如何有效而准确的记录用户的使用行为和消费情况，是准确计费的关键所在。云计算服务有三种基本形式即基础设施服务(IaaS)、平台即服务(PaaS)和软件即服务(SaaS)。对用户的计费可以按照租用计算服务形式的不同采取多种形式的计费方式。如赛门铁克公司[1]已经正式推出了云存储服务——

—Norton Online Backup，一次可支持5台家庭网络中的电脑通过一个单一控制台来备份文档。这一备份产品采用基于信息块的增量备份模式提供持续数据保护，可以在线执行数据恢复，并可以进行计划定时备份，由于采用增量备份技术，传送文件速度快，而且密级可达128位AES（数据中心密级高达256位）。并且赛门铁克还在云端制造了多个副本以用于灾难恢复。

3．3云存储安全和容灾

网络技术的发展，带宽已不再是主要障碍，而安全性依旧是最重要的顾虑。将保存在本地、为自己所掌控的数据交给一个外部的云计算存储服务中心，这样一个改变让人不得不考虑数据的安全和保密问题。然而，如同早已习惯地将钱存在银行一样，未来的数据银行也必将会出现。“云安全”作为云计算技术的一种应用，其实质是通过安全厂商自建的数据中心这个“云”与位于用户的客户端相互合作，共同对用户访问Web内容进行防护，通过“云”对互联网进行扫描，对有毒网页进行标记。其具体操作流程是用户在访问网页之前，先与“云”取得联系，如果网页安全就顺利访问，否则就终止行为。

灾难的发生是不可避免的。因此云存储供应商必须有切实的灾难恢复计划，防止主数据中心发生系统宕机。通过高性能、大容量云存储系统和远程数据备份软件，数据业务运营商和数据中心可以为所有需要远程数据备份和容灾的企事业单位提供空间租赁和备份业务租赁服务。普通的企事业单位、中小企业可租用数据中心提供的空间服务和远程数据

3．4

一份，

量，

3．5

网络资源。不同的资源模型实现了对资源的数据和对资源操作的不同描述及表示方法。云计算的机器组织结构影响资源管理系统的通讯模式，因此也决定了云计算综合体系结构的可扩充性。在集中式的机器组织结构中，单个的或一组控制者为所有的机器完成调度，这种方法在云计算系统中不适用，因为集中式的这种机制面临可扩充性的问题。如果采用分布式的组织结构，则调度可被分布到云计算系统中的机器上。

3．6云计算资源名字空间的组织问题

资源名字空间的组织影响资源管理协议的设计和资源发现的方法。如在一个名字空间中，为了减少系统信息的冗余搜索，发现资源的代理要求对某类全局搜索空间进行划分。

名字空间组织可以划分为关系式的、层次结构式的和图解式的三种[2，3]。关系式的名字空间把资源划分为关系并使用来自于关系数据库的概念以指出在不同关系中的元组之间的关系。层次式的名字空间把云计算中的资源划分为层次结构，围绕着云计算的物理或逻辑网络结构层次进行组织。关系/层次名字空间的综合组成了关系，在此关系的内容被分解为层次结构，目的是为了把它们分布在跨越云计算的机器上。大多数基于名字空间的网络目录使用综合的名字空间组织结构。而基于图表式的名字空间使用结点和指针，以指向所要访问的计算资源。

3．7云计算资源管理的QoS支持问题

QoS表示为获得应用的要求功能所必需的一组定量和定性的特征。在网络中，QoS是一组工具和标准，它赋予网络管理者控制带宽、延迟及其抖动和包丢失的综合能力[4]。在通常情况下QoS只考虑网络的情况，而在云计算系统中，QoS 不能仅被限制在网络的带宽还应扩展到云计算中结点的处理能力和存储能力上。因此，云计算的资源管理系统也能够提供端一端的QoS并能保证在网络连接上的CPU处理能力。

3．8云计算资源管理的体系结构模型问题

在云计算系统中可采用层次结构模型。层次结构模型把主要的部件划分为被动式部件和主动式部件。主动式部件是

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