葛云峰

摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用越來越廣泛，傳統(tǒng)模式下的信息交換中心數(shù)據(jù)日益膨脹，已經(jīng)不能滿足安全處理和安全存儲(chǔ)的要求。能耗合理、資源利用率高、良好的平衡體系的云計(jì)算合理地解決了這些問題。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心棘手的問題得以解決，現(xiàn)在的數(shù)據(jù)中心將以云計(jì)算問基礎(chǔ)，并將是一個(gè)發(fā)展新趨勢(shì)。該文從現(xiàn)在信息化的應(yīng)用需要為出發(fā)點(diǎn)，將考慮到云計(jì)算中的虛擬化和海量的處理、虛擬化在云計(jì)算中的應(yīng)用等多方面因素考慮，給出了一個(gè)基于虛擬化云的數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)、其中集群化非關(guān)系數(shù)據(jù)庫負(fù)載均衡器的實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；虛擬化；負(fù)載均衡

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）34-0008-02

Abstract： With the rapid development of computer technology， the Internet is more and more widely， the exchange of information under the traditional model of the data center is increasingly expanded， can not meet the safe handling and safe storage requirements. Rational energy consumption， resource utilization is high， well-balanced system of cloud computing and reasonable solution to these problems. Traditional data center thorny problem is resolved， the data center will now ask the cloud base， and is a new development trend. From the application of information technology now needs as a starting point， will take into account the cloud virtualization and mass processing， virtualization applications in the cloud， and many other factors to consider， it gives a virtualization-based cloud data center design， where a cluster of non-relational database load balancer implementation.

Key words： cloud computing， virtualization， load balancing

1 云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)

虛擬化：虛擬化技術(shù)是將計(jì)算機(jī)的硬件資源或軟件環(huán)境進(jìn)行邏輯化，消除物理限制，從而使得資源的使用更加容易。要實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)硬件部分的資源整合，可以在虛擬化技術(shù)的支撐下，通過虛擬化的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)舊計(jì)算機(jī)硬件和新計(jì)算機(jī)硬件統(tǒng)一，然后再來進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度和管理。

資源的調(diào)度：云計(jì)算是根據(jù)需要來分配的一種服務(wù)的模式，用戶繳納相應(yīng)的費(fèi)用后可以提出申請(qǐng)?jiān)L問資源，確認(rèn)后就可以使用，但是對(duì)于那些云服務(wù)商們來說，云服務(wù)的效果好壞，直接與計(jì)算機(jī)的物理資源調(diào)度的策略好壞有著很重要的關(guān)系。忙時(shí)的資源調(diào)配怎樣來處理，正在執(zhí)行任務(wù)的時(shí)候硬件出現(xiàn)了故障，通過合理的資源調(diào)度，能保證及時(shí)獲得資源，并且快速地遷移。

海量數(shù)據(jù)處理：隨著社會(huì)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)硬盤的容量的大小已經(jīng)不是突出的問題了，網(wǎng)速帶寬的再次擴(kuò)大，應(yīng)用數(shù)據(jù)大小也在不斷，海量存儲(chǔ)能有效地提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。很多研究者也對(duì)海量數(shù)據(jù)處理方面進(jìn)行了研究，先后開發(fā)了計(jì)算模型River等計(jì)算方法。

數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)：因?yàn)樾畔⒌慕粨Q量越來越大所以其存儲(chǔ)的空間需要也就越來越大，考慮到成本等要素，目前數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間不足的問題一般情況下是采用分布式存儲(chǔ)的方法來解決的。就是數(shù)據(jù)有效存儲(chǔ)在多臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器上，使得信息安全和完整得到有效的保障。分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是目前比較好的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)選擇，云計(jì)算解決存儲(chǔ)問題的關(guān)鍵技術(shù)就是分布式存儲(chǔ)。

2 虛擬化在云計(jì)算中的應(yīng)用

CPU虛擬化：把機(jī)器上安裝的CPU 通過虛擬化的技術(shù)分成了多個(gè)CPU。CPU多核技術(shù)的發(fā)展，每一個(gè)物理核度可以處理一個(gè)虛擬的CPU指令。CPU的虛擬化通過全虛擬化和半虛擬化兩方式來種實(shí)現(xiàn)。在X86計(jì)算體系下，處理器有Ring0-3四個(gè)級(jí)別，隨著級(jí)數(shù)增加其運(yùn)行權(quán)限而遞減，在命令運(yùn)行的級(jí)別上全虛擬化和半虛擬化有一定的區(qū)別，具體見圖1。

內(nèi)存虛擬化：在內(nèi)存不夠用的時(shí)候，有效地把內(nèi)存系統(tǒng)全部統(tǒng)一起來，用外存或者虛擬化成內(nèi)存來補(bǔ)充不夠的內(nèi)存，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)用。通過虛擬機(jī)管理器監(jiān)視來監(jiān)控內(nèi)存使用情況，保證了一個(gè)虛擬機(jī)在訪問內(nèi)存的時(shí)候，該段的內(nèi)存有一個(gè)虛擬機(jī)在獨(dú)占。這時(shí)候虛擬機(jī)看到內(nèi)存實(shí)際上不是真實(shí)的內(nèi)存，而是一個(gè)正由管理器監(jiān)視著的虛擬內(nèi)存，虛擬內(nèi)存的具體訪問過程如圖2。

存儲(chǔ)虛擬化：存儲(chǔ)技術(shù)的地位在虛擬化的技術(shù)中越來越重要。虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，不但要能對(duì)相應(yīng)容量的存儲(chǔ)空間模仿，還要能盡量保證其基本屬性，以達(dá)到足夠的訪問速度在存儲(chǔ)管理方面也要做到足夠的優(yōu)化。目前成熟的存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)是在NAS、SAN和RAID等。

網(wǎng)絡(luò)虛擬化：要很好地保護(hù)局域網(wǎng)的安全，可以使用虛擬局域網(wǎng)。很多虛擬交換可以通過虛擬化平臺(tái)來進(jìn)行，這就形成了在虛擬機(jī)之間的虛擬網(wǎng)絡(luò)。

3 虛擬化平臺(tái)及數(shù)據(jù)庫集群的設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

對(duì)于整個(gè)數(shù)據(jù)中心的組成主要分為以下幾個(gè)部分：接口層、系統(tǒng)應(yīng)用管理層、資源池層、物理層。如圖3。

物理層，為整個(gè)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)設(shè)備支持。資源池層，主要是計(jì)算資源、外存資源、網(wǎng)絡(luò)資源。系統(tǒng)應(yīng)用層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、操作和管理等。接口層，是整個(gè)系統(tǒng)的對(duì)外窗口。

（2）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

管理節(jié)點(diǎn)對(duì)于數(shù)據(jù)庫集群是相當(dāng)重要的，因?yàn)閿?shù)據(jù)庫集群是由多個(gè)節(jié)點(diǎn)來共同運(yùn)行的，根據(jù)不同類別的數(shù)據(jù)庫集群的優(yōu)勢(shì)，本文中管理節(jié)點(diǎn)采用的是同時(shí)具有異構(gòu)數(shù)據(jù)庫集群和管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫網(wǎng)關(guān)功能的方式。存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)主要的功能是除了能基本的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，還需要對(duì)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行故障監(jiān)控，出現(xiàn)問題必須立即向管理節(jié)點(diǎn)來反饋。集群節(jié)點(diǎn)間的應(yīng)對(duì)關(guān)系如圖4。

4 負(fù)載均衡設(shè)計(jì)

在集群出現(xiàn)部分節(jié)點(diǎn)任務(wù)過多，而一部分節(jié)點(diǎn)則基本沒有任務(wù)的情況，集群中缺少合適管理的可能性很大。負(fù)載均衡器是解決這個(gè)問題的最好的解決方案。圖5是本文集群負(fù)載均衡器的模塊組成。

負(fù)載均衡器的主要由任務(wù)處理、負(fù)載信息分析、負(fù)載信息獲取三個(gè)模塊組成。任務(wù)處理模塊主要任務(wù)是接收客戶端的任務(wù)，等待負(fù)載分析模塊得到的分析結(jié)果，再向相應(yīng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送任務(wù)處理信息。負(fù)載均衡器的核心模塊是負(fù)載信息分析模塊，主要任務(wù)是負(fù)責(zé)先對(duì)負(fù)載算法進(jìn)行選擇，然后對(duì)獲得的各節(jié)點(diǎn)負(fù)載進(jìn)行分析，選擇出當(dāng)前負(fù)載最低的節(jié)點(diǎn)，并通知任務(wù)處理模塊進(jìn)行任務(wù)分配。負(fù)載信息獲取模塊任務(wù)是將收到任務(wù)處理模塊的有關(guān)任務(wù)處理的消息后，會(huì)向數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)發(fā)送索取當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的負(fù)載信息的消息，通過運(yùn)行各節(jié)點(diǎn)上的負(fù)載信息讀取模塊，最終將獲取的信息交付給分析模塊。

5 總結(jié)

分析了云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合虛擬化、分布式存儲(chǔ)、資源調(diào)度、海量數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)中心的和負(fù)載均衡器的設(shè)計(jì)，很大程度上避免了資源利用率低的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 喬鑫.云起云落.科技浪潮.

[2] 劉同.負(fù)載均衡技術(shù)在數(shù)據(jù)庫集群系統(tǒng)中的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn).國防科技大學(xué).