云计算环境下资源管理研究

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摘 要：本文在总结了以往对云计算的描述以及动态组织、优化分配和即时监控等方面研究成果的基础上，进而阐述了云环境下资源管理所面临和需要解决的新问题，并以此给出了构建了云环境下资源管理框架的思路。

关键词：云计算：资源管理；资源优化配置

1 云计算定义

云计算是一种商业计算模型，它将计算任务分布到由大量服务器构成的资源池上，从而使用户能够根 据需要获取计算能力、存储空间和信息服务，这种资源池称为“云”。“云”是一些可以自我维护和管理的 虚拟计算资源，通常是一些大型服务器集群，包括计算服务器、存储服务器和宽带资源等等。它是并行计算（Parallel Computing）、分布式计算（Distributed Computing）和网格计算（Grid Computing）的延续， 或者说是这些计算科学概念的商业实现。云计算是虚拟化（Virtualization）、效用计算（Utility Computing）、 laaS（Infrastructure as a Service，基础设施即服务）、PaaS（Platform as a Service，平台即服务）、SaaS（Software as a Service，软件即服务）等概念混合演进并跃升的结果。在云计算的定义上，许多学者与机构各执一词，下文列举了几个具有代表性的云计算定义方式：

Ian Foster等人[1]认为云计算是一个由经济因素驱动的大规模分布式计算范式，在云计算之中有一个抽 象的、虚拟化的、动态伸缩的、计算能力得到管理的，且存储、平台和服务通过互联网被按需提供给外部 用户的资源池。

IBM在其技术白皮书[2]中指出：云计算一词描述了一个系统平台或一类应用程序；该平台可以根据用 户的需求动态部署、配置等；云计算是一种可以通过互联网进行访问的可以扩展的应用程序。

Michael Armbrust[3]等人认为云计算既是指通过Intemet作为服务的应用程序，也指提供这些服务 的数据中心中的软硬件资源，这些服务通常被称为SaaS。数据中心的硬件和软件合在一起便是我们所称的 “云”。当这些软硬件资源以即用即付（pay as you go）方式提供给公众时，称其为公有云（public cloud），其所提供的服务就是效用计算（utility computing）；与之相对的是私有云（private cloud），其描述的是一个商业或其他机构对外不可用的内部数据中心，因此云计算即为SaaS和效用计算的融合。美国国家标准技术研究院给出的云计算定义为：云计算是一种普适的、便捷的、通过网络按需介入到一组配置好的计算资源池（如网络、服务器、存储、 应用程序以及服务等）的模型，该模型能够以最小的管理代价或与服务提供商的交互快速地准备及。

中国云计算网将云计算定义为[4]：云计算是分布式计算、并行计算和网格计算的发展，或者说是这些科学概念的商业实现。 根据部署模式的不同，云计算的类型又可以分为公用云、私有云和混合云。

资源管理是云计算的核心问题之一，它主要包括资源的描述、动态组织、发现匹配、优化配置和即时监控等活动。与传统的分布式环境和网格环境下的资源管理所不同的是，云计算环境下资源管理是通过虚拟化技术的运用来屏蔽底层资源的异构性和复杂性，把分散的各种资源管理起来，使得分布式资源能够被当作单一资源处理，形成一个统一的巨型资源池而不是分散的资源库，以此确保资源的合理、高效的分配和使用，并且云计算环境下资源管理的各个组成部分之间并不是孤立的，资源的描述、组织、发现与匹配、

配置和监控是彼此之间存在紧密联系的系统要素，它们之间的共同作用构成了一个整体。资源的描述和表示形式将影响到它的动态组织方式，而资源的发现与匹配机制又会因上述两者的变化而做出相应的调整， 以实现高效资源提取；同样的，在制定资源调度策略时，也会考虑底层资源的组织形式、发现与匹配机制；最后，资源动态监控将对系统中的各个要素进行检测和控制，保证系统的安全、稳定和高效运行。

2 云计算资源管理框架构建

1.资源信息的表示和描述针对云环境下资源信息的表示和描述方法具有服务化、语义化和用户化等特点，该方向主要有以下几点问题：

①由于目前分布式计算及网格计算环境中资源信息的表现形式各异，描述语言多样且杂乱，会使得在 此环境下的资源难以得到有效管理，因此云计算环境下资源信息描述方法应在现有的资源信息表示格式、方法及框架基础之上进行相应的描述转换问题，从而实现资源的统一描述，克服资源描述方式的多样性， 资源的异构性和分布性等障碍，以此来支持云计算服务系统的开放性，降低系统构造复杂度，也为云资源发现与匹配提供良好的环境和基础。

②在对云计算资源进行统一描述过程中，充分考虑资源的语义化描述问题，使其更贴近用户的自然理解，更加准确反映资源的实际内容，从而达到高效的资源发现和匹配及支持面向用户的智能化资源管理的目的。

③在对资源进行统一描述过程中，充分考虑用户的个性化需求问题，以期进一步增强表述用户信息的能力，加入如满足SLA、QoS等需求的用户个性化偏好信息，为用户提供满意的信息资源。因而，在云环境下信息资源管理研究中，应将重点放在研究适用于云计算环境的、面向资源管理的服务语义描述框架，进而研究基于用户兴趣的个性化资源定制需求的扩展服务语义描述框架。

2.资源的发现与匹配机制针对云计算资源的分布性和异构性特点，以及从资源发现过程中充分考虑用户需求的角度出发，云环境下资源发现与匹配机制所面临的关键问题主要在以下几方面：

①基于分布式环境下的资源发现机制。云环境作为一种广域的大规模分布式环境，资源存储在异构平台上，并且由不同的管理策略控制，研究不依赖集中控制的、迅速的、分布式、可扩展、能适应资源动态变化，并且定位性能好的资源发现机制是个亟待解决的问题。

②基于语义匹配的资源发现方法与技术。由于语义化资源描述可以使机器精确地理解、采集和组合信息，并且基于语义的信息很容易加入如SLA，QoS等个性化需求，从而研究云环境下基于语义匹配的资源发现方法也就成为一种必然。针对云计算环境中的海量资源，该领域应主要研究具有自适应特征的资源发现机制，建立基于服务语义描述和迭代反馈调整机制的资源匹配模型，并提出相应的求解方法。

3.资源的动态管理云计算资源的动态管理是个复杂的问题。在云环境中，资源的地理分布极广，类型丰富和数量巨大，而且要求一定程度的协同工作：资源是动态变化的，包括资源属性的变化，以及在云环境中的复制和迁移等；资源工作在异构平台上，并且由不同的管理策略控制；在跨云计算平台的资源需求协调过程中，资源为不同的组织拥有，这些组织具有不同的使用规则、计费模型、负荷能力和使用模型。

在这样的环境中，就需要研究一种实时性强、扩展性能优异且适应资源动态变化的资源动态管理机制， 从而该领域未来的研究方法向应致力于协调用户与资源提供者之间的关系，对资源进行有效组织、分配，研究云计算环境下基于用户需求和用户行为的资源推荐模型及算法，研究获取跨组织、跨管理域的资源服 务协议，建立资源的动态优化分配机制，最终为云用户提供优质的资源服务。

3 小结

在动态的云计算环境下对资源实现有效的管理是保证云计算系统高效运行、资源优化配置和服务即时提供的保障。本文在总结云计算资源的基础上，提出了该领域所面临的关键问题和挑战。并构建了云计算环境下资源管理框架。

参考文献

[1]Foster I，et a1.Cloud computing and grid computing 360-degree compared[C].Grid Computing Environments Workshop，IEEE，2008：1-10.

[2]智慧的地球一IBM动态基础架构白皮书.http///cn/express/migratetoibm/dynamicinfrastructure/download/dy7namicinfrastructure_whitepaper0903.pdf.

[3]Michael Armbrust，et a1.Above the Clouds：A Berkeley View of Cloud Computing，mimeo， UCBerkeley，RAD Laboratory，2009.http：//www.eecs.berkeley.edu/Pubs/TechRpts/2009/EECS-2009-28.pdf.

[4]什么是云计算？中国云计算网[EB/OL].http：///Article/ShowArticle.asp？Article ID=1.