通过对云计算数据中心的分析，提高资源利用率和用户QOS需求，总结了关键技术虚拟化技术，从服务器虚拟化，网络虚拟化和存储虚拟化三个方面进行了总结。可用性模型分析IAAS，PAAS和SAAS的可用性计算方法。最后，通过实验验证，云计算可用性参考模型适用于常见的云服务模型。
1概述
目前，数据中心的规模正在迅速发展。根据Netcraft服务器的数量，Akamai技术已达到105,000个单位，OVH已达到100,000个单位，谷歌估计它约为90万个单位。快速发展的数据中心面临着诸如用户需求高，能耗高，运营维护成本高，安全性差等突出问题。因此，数据中心需要采用新技术来实现成本降低，资源利用和系统可靠性。
从一开始，云计算的概念就非常明确，即利用虚拟化技术将现有的分散资源整合到可扩展的动态资源中，并以硬件基础架构，运营平台，业务功能软件的形式提供自动化服务，用户可以使用网络以低价格，高质量的服务（QOS）和按需获得资源和服务。它具有按需服务，广泛的网络访问，资源共享，弹性计算和服务可测量性的特点。目前，云计算研究的热点主要包括提高资源利用率，节约能源，降低运营成本，云计算安全等。
云计算数据中心需要统一调度资源，网络可扩展，系统可靠，以及自动化操作和维护。虚拟化技术抽象了底层硬件资源，并且对上层应用程序是透明的。它将分散的资源集成到虚拟可管理的动态资源中，实现资源的按需管理，提高动态资源的利用率。因此，虚拟化技术是推动数据中心发展的核心技术。
2.虚拟化技术
数据中心硬件主要包括服务器，存储和网络。因此，虚拟化技术也分为三个部分，即服务器虚拟化技术，存储虚拟化技术和网络虚拟化技术。
2.1服务器虚拟化
服务器虚拟化的目标是提高服务器资源的利用率，实现数据中心的绿色节能。从技术实现来看，它可以大致分为OS级，Hosted和Bare-Metal。操作系统级虚拟化是模拟在操作系统中运行的容器VE（虚拟环境）。所有虚拟机共享内核空间，具有最佳性能并消耗最少的资源。缺点是操作系统具有很强的相关性，例如基本操作。系统是Windows，虚拟机系统只能是Windows。代表性产品包括Parallels的Virtuozzo（商业产品）和OpenVZ（开源项目）。
主机虚拟化技术引入虚拟机管理层虚拟机监视器（VMM）来构建基本的虚拟硬件平台，实现虚拟化系统的独立性。
在托管虚拟化中，VMM需要管理所有资源的调度，因此虚拟化性能很差，主要针对个人用户和测试。代表性产品有VMware Workstation，Microsoft Virtual PC，Virtual Server，Oracle Virtual Box等。
裸机虚拟化技术使用VMM而不是操作系统来直接管理硬件资源。此管理硬件资源模式的性能介于主机虚拟化和操作系统虚拟化之间。裸机虚拟化技术的代表产品是VMware Vsphere。 Esxi系列产品，微软的Microsoft Hyper-V系列产品和Citrix的Citrix XenServer系列产品，上述虚拟化技术相对成熟，并且被用于金融，证券，互联网等行业的大量发电环境。
2.2网络虚拟化
网络虚拟化使用逻辑网络资源在逻辑上分离自己的虚拟网络，以满足可以分离多租户权限，自由控制逻辑网络和网络流量隔离的网络技术的发展方向。由于4096个逻辑网络的限制，虚拟局域网（VLAN）难以满足由大量虚拟机组成的大型第2层网络的网络需求。
在虚拟化产品中，VMware等虚拟化厂商提出了Vswitch的概念，通过软件交换机解决同一物理服务器内的VM Layer 2网络互访问题，跨物理服务器的VM Layer 2互访被转发到传统的接入层。开关进入处理过程。
但是，Vswitch部署带来了两个问题。首先，对于VSwitch管理，Vswitch部署在服务器中，这模糊了网络管理和服务器管理之间的界限。其次，Vswitch的性能归功于同一物理机器的VM。层流量仍然由服务器的CPU处理，并且不满足虚拟化的要求以提高资源利用率。为了解决虚拟交换机的管理问题，思科首先提出了Nexus1000V技术架构。通过部署Nexcus 1000V软件，配置管理层虚拟化，管理物理交换机等Vswtich，扩展传统VSwitch的功能，但该产品只解决了网络和服务器管理的边界问题，并具有一定的服务器性能。影响。
为了解决性能问题，IEEE（电气和电子工程师协会）标准组织提出了802.1Qbg EVB（Edge Virtual Bridging）和802.1Qbh BPE（Bridge Port Extension）。目前，思科采用FEX + VN-Link（包括vNIC）。vETH，Port Profile）技术实现了802.1Qbh标准系统。
2.3存储虚拟化
存储虚拟化被定义为从存储系统的内部系统进一步抽象和隔离计算，网络和应用程序资源，以实现独立于数据管理，应用程序和网络的逻辑统一存储资源。
在虚拟运行环境中，为虚拟平台提供虚拟存储设备主要包括以下四种方法：1）基于网络存储协议，包括并行文件系统，NFS和OCFS2。这种方法需要高度可靠的网络支持，缺点是稳定性和性能低。 2）物理硬盘（包括分区），包括SAN磁盘，iSCSI磁盘等。这种方法的缺点是存储空间容量不易调整。 3）基于虚拟磁盘映像文件，常见的映像文件格式为vmdk，vhd，img等格式。这种方法的优点是可以通过配置文件灵活配置映像文件属性。 4）基于逻辑卷方法，可以动态增加或减少容量，支持快照，条带化和IO并行性能。目前，逻辑卷管理工具主要基于Linux内核，LVM，HPLVM，EVMS，VxVM等逻辑卷管理工具。
3.云计算可用性参考模型
根据伯克利对云计算模型的定义，它可以分为基础架构平台IAAS（Infrastructure as a service），平台服务PAAS（Platform as a service），商业软件SAAS（Software as a Service）三层结构[6] IAAS专注于网络架构和虚拟化技术，并提供基础设施服务。 PAAS主要用于应用程序开发并提供开发平台服务。 SAAS为软件产品提供最终用户服务。据Gartner称，2013年公共云市场份额将增长18％，达到1310亿美元。在IAAS中，增长率为47.3％，市场份额为90亿美元。随着越来越多的公司转向其基础设施，应用程序和服务，向云计算平台的数据迁移对云服务提供商QOS（服务质量）的服务质量提出了越来越高的要求。3.1云计算可用性模型
云计算模型（CCM）如图1所示。该模型分为三个部分：基础设施层（IL），云服务层（SL）和用户层。 （用户层，UL），可以表示为CCM={IL，SL，UL}。
IL={计算，存储，网络}
服务层（SL）由IAAS资源集（RS），PAAS资源集和SAAS资源集组成，可以表示如下：SL={IAAS RS，PAAS RS，SAAS RS}
定义1：AU（可用性单元）：两层之间提供的服务中的最小服务单元，它是云计算服务的最小单元。同一层中的多个AU彼此独立，不会相互影响。
定义2：可用性集（AS）：在同一层中，组合多个AU以提供相同的服务，例如负载平衡服务（LBS）和高可用性（HA）。
图1云计算可用性模型
定义3：部署可用性：部署后服务的可靠性，与多级AU和AS提供服务相关。例如，SAAS服务使用第三方PAAS和IAAS来提供服务。
定义4：AU的云计算服务的最小单位，假设其独立可靠性是一个常数λ。
根据定义2，当所有AU失败时，AS失败，因此AS的部署可靠性可表示为：
根据图1，SAAS服务由两个PAAS共同提供。为了提高PAAS的可靠性，每个PAAS由两个IAAS共同提供服务。根据公式（4），不难得出以下结论：
通过对云计算可用性模型的分析，有必要提高云计算用户的资源利用率和QOS，采用虚拟化技术提高AU的可靠性和利用率，实现资源的按需使用。

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