CN102081554A - 云计算操作系统及其内核控制系统及方法 - Google Patents

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朱锦雷
王洪亮
张东
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Abstract

本发明公开了一种云计算操作系统及其内核控制系统及方法，完善现有的云计算操作系统的内核结构及相应的工作机制，其中该内核控制系统包括：监视单元，用于监视云计算操作系统的物理资源及虚拟资源的运行情况，在所述物理资源和/或虚拟资源的运行与预设的运行规则之间存在冲突时，生成相应的调度请求；决策单元，用于判断所述调度请求是否合法，在所述调度请求合法时为所述调度请求生成至少一个系统任务；执行单元，用于根据所述系统任务对所述物理资源和/或虚拟资源进行调度。本发明适用于云计算技术，完善了云计算操作系统的内核结构及相应的工作机制。

Description

云计算操作系统及其内核控制系统及方法
技术领域
本发明涉及云计算操作系统，尤其涉及云计算操作系统及其内核控制系统及方法。
背景技术
当前，业界已在云计算按需分配、资源流转、按量计费、支持异构、节能降耗等诸多核心理念上达成了共识。
然而，在云计算IaaS领域，云计算的工程化仍困难重重，相关IT技术人员未找到可操作的系统架构与实现方案。为此，大多数计算机厂商，特别是单机操作系统、服务器、互联网厂商，提出了一系列云计算基础设施解决方案，但还没有重点涉及云计算操作系统这一云计算基础设施的相关技术。
单机操作系统的内核工作机制业已成熟，但当前云计算领域内，还没有较为完整的云计算操作系统的内核结构及相应的工作机制出现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是需要提供一种云计算操作系统内核控制技术，完善现有的云计算操作系统的内核结构及相应的工作机制。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种云计算操作系统的内核控制系统，包括：
监视单元，用于监视云计算操作系统的物理资源及虚拟资源的运行情况，在所述物理资源和/或虚拟资源的运行与预设的运行规则之间存在冲突时，生成相应的调度请求；
决策单元，用于判断所述调度请求是否合法，在所述调度请求合法时为所述调度请求生成至少一个系统任务；
执行单元，用于根据所述系统任务对所述物理资源和/或虚拟资源进行调度。
优选地，所述决策单元用于在所述调度请求合法时依据所述物理资源及虚拟资源的现状及冲突解决规则，为所述调度请求生成所述系统任务。
优选地，所述执行单元用于确定所述系统任务的执行顺序，根据所述执行顺序对所述物理资源和/或虚拟资源进行所述调度。
优选地，该内核控制系统还包括：
第一接收单元，用于接收用户提交的服务请求，所述服务请求用于请求物理资源和/或虚拟资源进行应用服务；
第二接收单元，用于接收管理员提交的管理请求，所述管理请求用于对物理资源和/或虚拟资源进行管理；
其中，
所述决策单元进一步用于判断所述服务请求或管理请求是否合法，在所述服务请求合法时，生成至少一个服务任务；还进一步用于判断所述管理请求是否合法，在所述管理请求合法时，生成至少一个管理任务；
所述执行单元进一步用于根据所述服务任务或管理任务对所述物理资源和/或虚拟资源进行调度。
本发明还提供了一种云计算操作系统，包括资源池以及如前所述的内核控制系统，其中：
所述资源池，用于提供所述物理资源以及虚拟资源。
本发明还提供了一种云计算操作系统的内核控制方法，包括：
监视云计算操作系统的物理资源及虚拟资源的运行情况，在所述物理资源和/或虚拟资源的运行与预设的运行规则之间存在冲突时，生成相应的调度请求；
判断所述调度请求是否合法，在所述调度请求合法时为所述调度请求生成至少一个系统任务；
根据所述系统任务对所述物理资源和/或虚拟资源进行调度。
优选地，在所述调度请求合法时为所述调度请求生成所述系统任务的步骤，包括：
在所述调度请求合法时，依据所述物理资源及虚拟资源的现状及冲突解决规则，为所述调度请求生成所述系统任务。
优选地，根据所述系统任务对所述物理资源和/或虚拟资源进行所述调度的步骤，包括：
确定所述系统任务的执行顺序；
根据所述执行顺序对所述物理资源和/或虚拟资源进行所述调度。
优选地，该内核控制方法还包括：
接收用户提交的服务请求，所述服务请求用于请求物理资源和/或虚拟资源进行应用服务；
判断所述服务请求是否合法，在所述服务请求合法时，生成至少一个服务任务；
根据所述服务任务对所述物理资源和/或虚拟资源进行调度。
优选地，该内核控制方法还包括：
接收管理员提交的管理请求，所述管理请求用于对物理资源和/或虚拟资源进行管理；
判断所述管理请求是否合法，在所述管理请求合法时，生成至少一个管理任务；
根据所述管理任务对所述物理资源和/或虚拟资源进行调度。
与现有技术相比，本发明提供了一种云计算操作系统，以及该云操作系统内的内核控制系统及方法，适用于云计算技术，完善了云计算操作系统的内核结构及相应的工作机制；尤其适用节点级负载均衡、用户请求调用虚拟资源、管理员请求调用物理与虚拟资源、群组级节能控制、节点硬件异常发现与处理等等。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。在附图中：
图1是本发明实施例一的云计算操作系统内核控制系统的组成示意图；
图2是本发明实施例一的云计算操作系统内核控制系统的组成示意图；
图3是本发明实施例的内核控制方法的流程示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
首先，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征的相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
实施例一、云计算操作系统的内核控制系统
图1为本实施例的云计算操作系统内核控制系统的组成示意图。如图1所示，本实施例主要包括：监视单元110、决策单元120以及执行单元130，其中：
监视单元110，用于监视资源池100中物理资源及虚拟资源的运行情况，在物理资源和/或虚拟资源的运行与预设的运行规则之间存在冲突时，生成相应的调度请求并发送给决策单元120，其中该调度请求包含该冲突的类型以及原因等内容；
决策单元120，与监视单元110相连，用于接收监视单元110发送的调度请求，判断该调度请求是否合法，在所述调度请求不合法时驳回该调度请求，或者丢弃该调度请求并通知监视单元110；在所述调度请求合法时依据资源池100中物理资源及虚拟资源的现状及相关的冲突解决规则进行资源决策，并为该调度请求生成至少一个系统任务发送给执行单元130，当生成的系统任务为两个或两个以上时，这些系统任务之间可能具有一定的依赖关系；
执行单元130，与决策单元120相连，用于接收决策单元120发送的系统任务，并根据该些系统任务之间的依赖关系确定该些系统任务的执行顺序，然后按照执行顺序在操作系统中调用相应的功能组件执行该些系统任务，即根据该些系统任务对物理资源和/或虚拟资源进行调度；如果决策单元120发送的系统任务为一个则直接调用相应的功能组件执行该系统任务，以根据资源池100提供的操作接口对资源池100中的物理资源和/或虚拟资源进行调度。
其中，上述的资源池100用于提供云计算操作系统的物理资源以及虚拟资源，该物理资源与虚拟资源之间存在确定的映射机制，也即该虚拟资源与该物理资源是相对应的；提供操作接口以便接受执行单元130对资源池100中物理资源和/或虚拟资源的调度。
资源池100还可以用于根据系统运行对资源池100的应用情形自动触发对资源池100中的物理资源和/或虚拟资源进行资源调度的调度事件(比如可以通过资源池100内部的一调度中心来完成这一功能)。在云计算操作系统中，一般而言，引起资源池100状态变化的事件主要有两种，第一种是由调度事件所导致的状态变化，其中的调度事件主要包括用户或管理员手动触发的对资源池100中的物理资源和/或虚拟资源进行资源调度的调度事件，以及通过调度中心自动触发的对资源池100中的物理资源和/或虚拟资源进行资源调度的调度事件，这种情形可以称之为计划内输入导致的资源池100中物理资源和/或虚拟资源的状态变化；第二种是因设备异常、病毒入侵或者非正常作业等引发的异常事件所导致的状态变化，这种情形可以称之为计划外输入导致的资源池100中物理资源和/或虚拟资源的状态变化。因此，上述监视单元110主要监视资源池100运行过程中由用户或者管理员手动触发的调度事件、调度中心自动触发的调度事件或者异常事件所导致的资源池100中物理资源和/或虚拟资源的状态变化。
在本实施例中，如图1所示，监视单元110与决策单元120间通过请求队列700耦合(监视单元110产生的调度请求先存储在请求队列700中，等待决策单元120方便的时候进行决策)，决策单元120与执行单元130间通过任务队列800耦合(决策单元120生成的系统任务先存储在任务队列800中，等待执行单元130方便的时候进行执行)，执行单元130与监视单元110间通过资源池耦合(执行单元130执行相应的动作，体现到资源池则是资源池的状态变化，而监视单元110能够监视到资源池的这些变化)。在本发明的其他实施例中，监视单元110、决策单元120以及执行单元130间也可以用函数调用的方式直接耦合。
在本实施例中，执行单元130执行系统任务，是根据系统任务生成至少一个任务指令(生成两个或两个以上的任务指令时，部分或全部任务指令之间可能存在一定的依赖关系)，将该些任务指令发送给资源池100，由该资源池100执行该些任务指令，实现对物理资源和/或虚拟资源进行调度的。并且，资源池100在执行该些任务指令后，会向执行单元130反馈执行结果。资源池100向执行单元130反馈执行结果的方式，比如同步或者异步，由执行单元130根据任务指令的类型指定。执行单元130可对资源池100反馈的任务指令执行结果进行分析汇总，掌握对物理资源和/或虚拟资源进行调度的效果。
在本发明技术方案的一个实际应用，是节点级负载均衡的控制。实际应用中，由于用户业务负载在较长时间内持续偏高，超出了计算节点的保有计算容量，从而引起资源池100中部分计算节点资源的利用率过高，影响了上层业务的运行效率，即计算机过载。监视单元110通过扫描资源池100的信息中心(该信息中心用于实时获取物理资源和虚拟资源运行信息)，发现这些计算节点与负载容纳正常范围这一预设规则发生冲突，于是向决策单元120发送一负载调度请求，以报告这一冲突。决策单元120根据负载调度请求确认请求调整的问题节点后，通过模拟算法确定迁出哪些虚拟资源能解决或缓解问题节点上负载过高的问题，并确定将预迁出的虚拟资源迁入至哪些计算节点上更为合理，然后锁定相关资源并生成相应的系统任务后向执行单元130下发这些系统任务。执行单元130接收到系统任务后，调用资源池100的相关资源操作接口完成任务，并负责处理任务执行结果，同时虚拟资源与物理资源的信息也会由信息搜集功能体实时反馈至资源池信息中心，被决策单元120锁定的资源也会被解开以备后续调用。至此，整个资源调整周期结束。
实施例二、云计算操作系统的内核控制系统
图2是本发明的内核控制系统的实施例二的组成示意图，其与图1所示的实施例一相比，还包括一第一接收单元210和一第二接收单元220，其中：
第一接收单元210，通过该请求队列700与该决策单元130相连，用于接收用户提交的服务请求，该服务请求用于请求物理资源和/或虚拟资源进行应用服务；
第二接收单元220，也通过该请求队列700与该决策单元130相连，用于接收云计算操作系统管理员提交的管理请求，该管理请求用于对物理资源和/或虚拟资源进行管理；
其中，决策单元130用于判断该服务请求或管理请求是否合法，在该服务请求合法时，生成相应的至少一个服务任务(通过任务队列800)发送给执行单元130执行；还用于判断该管理请求是否合法，在该管理请求合法时，生成相应的至少一个管理任务(通过任务队列800)发送给执行单元130执行。而执行单元130用于根据该服务任务或者管理任务对物理资源和/或虚拟资源进行调度。
执行单元130根据该服务任务或者管理任务对物理资源和/或虚拟资源进行调度，也是先根据服务任务或管理任务之间的依赖关系确定服务任务或管理任务的执行顺序，然后根据服务任务生成至少一个任务指令或者根据管理任务生成至少一个任务指令(生成两个或两个以上的任务指令时，部分或全部任务指令之间也可能存在一定的依赖关系)，然后将该些任务指令发送给资源池100，由该资源池100执行该些任务指令，实现对物理资源和/或虚拟资源进行调度的。并且，资源池100在执行该些任务指令后，也会同步或者异步地向执行单元130反馈执行结果。执行单元130也可对资源池100反馈的任务指令执行结果进行分析汇总，掌握对物理资源和/或虚拟资源进行调度的效果。
由本实施例可见，本发明的技术方案中，请求对资源池中的资源进行资源调整的事件主要有两类：一类来自于监视单元110，即系统调用(通过调度请求)；另一类来自用户或者管理员，即用户调用(通过服务请求或者管理请求)。当然，决策单元120也需要首先对用户提交的服务请求或者管理员提交的管理请求进行合法性判断，在服务请求或者管理请求合法时才生成相应的服务任务或管理任务，否则直接驳回该服务请求或者管理请求，或者丢弃该服务请求或者管理请求并相应地向用户或者管理员进行提示。
本实施例的一个实际应用是用户请求调度虚拟资源。在用户请求调用虚拟资源的这一应用中，用户(或者称之为资源租户)发出资源调整这一服务请求，监视单元110通过判断该服务请求属于本系统的业务处理范围，于是将请求置入请求队列700单元中。决策单元120根据系统中资源的负载、配置、状态等情况，通过模拟算法确定在那些计算节点上响应该服务请求较为合理(不会引发新的异常问题，如系统反复迁移性震荡)，决策单元120分析相关请求与数据后产生系列系统任务，然后锁定相关资源后将系统任务(如在那个物理机上创建、开启虚拟机等)置入任务队列800单元，由执行单元130下发相关系统任务。执行单元130接收到系统任务后，调用资源池100的相关资源操作接口完成任务，并负责处理任务执行结果，同时虚拟资源与物理资源的信息也会由信息搜集功能体实时反馈至资源池信息中心，被决策单元120锁定的资源也会被解开以备后续调用。至此，整个资源调整周期结束。
本发明的实施例除了可以支持节点级负载均衡以及用户请求调用虚拟资源(对应于用户提交的服务请求)外，还支持管理员请求调用物理与虚拟资源(对应于管理员提交的管理请求)、群组级节能控制、节点硬件异常发现与处理等等。在节能控制处理这一应用中，监视单元110通过扫描资源池100中的物理资源和虚拟资源，发现某计算群组(或资源服务区)的整体负载很低且虚拟化程度也不高，于是生成一资源回收请求以回收资源池100中正在活动(开启或使用)的物理资源，并将该资源回收请求置入请求队列700中，由决策单元120进行资源决策。决策单元120根据系统中通过所设策略确认当前活动的资源过剩，通过模拟算法确定关闭哪些计算点较为合理(不会引发新的系统问题，如关闭了某物理计算机后发现资源又紧张了；尽可能减少整合物理资源上的虚拟资源所带来的系统损耗)，决策单元120据此生成相应的系统任务，然后锁定相关资源后将相应的系统任务(如迁移整合某些物理机上的虚拟机、关闭某物理机等)置入任务队列800中。执行单元130接收到系统任务后，调用资源池100的相关资源操作接口完成任务，并负责处理任务执行结果，同时虚拟资源与物理资源的信息也会由信息搜集功能体实时反馈至资源池信息中心，被决策单元120锁定的资源也会被解开以备后续调用。至此，整个资源调整周期结束。
实施例三、云计算操作系统的内核控制方法
图3为本实施例内核控制方法的流程示意图。结合图1及图2所示的内核控制系统的结构示意图，图3所示的本实施例主要包括如下步骤：
步骤S310，监视云计算操作系统的物理资源及虚拟资源的运行情况，在该物理资源和/或虚拟资源的运行与预设的运行规则之间存在冲突时，生成相应的调度请求；
步骤S310，判断该调度请求是否合法，在该调度请求合法时为该调度请求生成至少一个系统任务；
步骤S310，根据该系统任务对该物理资源和/或虚拟资源进行调度。
上述的在该调度请求合法时为该调度请求生成该系统任务的步骤，包括：
在该调度请求合法时，依据该物理资源及虚拟资源的现状及冲突解决规则，为该调度请求生成该系统任务。
上述的根据该系统任务对该物理资源和/或虚拟资源进行该调度的步骤，包括：
确定该系统任务的执行顺序；
根据该执行顺序对该物理资源和/或虚拟资源进行该调度。
本发明的内核控制方法，在其他实施例中还可以包括：
接收用户提交的服务请求，该服务请求用于请求物理资源和/或虚拟资源进行应用服务；
判断该服务请求是否合法，在该服务请求合法时，生成至少一个服务任务；
根据该服务任务对该物理资源和/或虚拟资源进行调度。
本发明的内核控制方法，在其他实施例中还可以包括：
接收管理员提交的管理请求，该管理请求用于对物理资源和/或虚拟资源进行管理；
判断该管理请求是否合法，在该管理请求合法时，生成至少一个管理任务；
根据该管理任务对该物理资源和/或虚拟资源进行调度。
实施例四、云计算操作系统
图1以及图2所示出的内核控制系统，再结合资源池100，其形成本发明云计算操作系统的实施例。请结合前述实施例一及实施例二所示出的内核控制系统，以及实施例三所示出的内核控制方法，来理解本实施例的技术内容，此处不再赘述。
本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各组成单元或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种云计算操作系统的内核控制系统，包括：
监视单元，用于监视云计算操作系统的物理资源及虚拟资源的运行情况，在所述物理资源和/或虚拟资源的运行与预设的运行规则之间存在冲突时，生成相应的调度请求；
决策单元，用于判断所述调度请求是否合法，在所述调度请求合法时为所述调度请求生成至少一个系统任务；
执行单元，用于根据所述系统任务对所述物理资源和/或虚拟资源进行调度。
2.根据权利要求1所述的内核控制系统，其中，所述决策单元用于在所述调度请求合法时依据所述物理资源及虚拟资源的现状及冲突解决规则，为所述调度请求生成所述系统任务。
3.根据权利要求1所述的内核控制系统，其中，所述执行单元用于确定所述系统任务的执行顺序，根据所述执行顺序对所述物理资源和/或虚拟资源进行所述调度。
4.根据权利要求1所述的内核控制系统，其中，该内核控制系统还包括：
第一接收单元，用于接收用户提交的服务请求，所述服务请求用于请求物理资源和/或虚拟资源进行应用服务；
第二接收单元，用于接收管理员提交的管理请求，所述管理请求用于对物理资源和/或虚拟资源进行管理；
其中，
所述决策单元进一步用于判断所述服务请求或管理请求是否合法，在所述服务请求合法时，生成至少一个服务任务；还进一步用于判断所述管理请求是否合法，在所述管理请求合法时，生成至少一个管理任务；
所述执行单元进一步用于根据所述服务任务或管理任务对所述物理资源和/或虚拟资源进行调度。
5.一种云计算操作系统，包括资源池以及如权利要求1至4中任一项权利要求所述的内核控制系统，其中：
所述资源池，用于提供所述物理资源以及虚拟资源。
6.一种云计算操作系统的内核控制方法，包括：
监视云计算操作系统的物理资源及虚拟资源的运行情况，在所述物理资源和/或虚拟资源的运行与预设的运行规则之间存在冲突时，生成相应的调度请求；
判断所述调度请求是否合法，在所述调度请求合法时为所述调度请求生成至少一个系统任务；
根据所述系统任务对所述物理资源和/或虚拟资源进行调度。
7.根据权利要求6所述的内核控制方法，其中，在所述调度请求合法时为所述调度请求生成所述系统任务的步骤，包括：
在所述调度请求合法时，依据所述物理资源及虚拟资源的现状及冲突解决规则，为所述调度请求生成所述系统任务。
8.根据权利要求6所述的内核控制方法，其中，根据所述系统任务对所述物理资源和/或虚拟资源进行所述调度的步骤，包括：
确定所述系统任务的执行顺序；
根据所述执行顺序对所述物理资源和/或虚拟资源进行所述调度。
9.根据权利要求6所述的内核控制方法，其中，该内核控制方法还包括：
接收用户提交的服务请求，所述服务请求用于请求物理资源和/或虚拟资源进行应用服务；
判断所述服务请求是否合法，在所述服务请求合法时，生成至少一个服务任务；
根据所述服务任务对所述物理资源和/或虚拟资源进行调度。
10.根据权利要求6或9所述的内核控制方法，其中，该内核控制方法还包括：
接收管理员提交的管理请求，所述管理请求用于对物理资源和/或虚拟资源进行管理；
判断所述管理请求是否合法，在所述管理请求合法时，生成至少一个管理任务；
根据所述管理任务对所述物理资源和/或虚拟资源进行调度。
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