CN103034526B - 一种虚拟化服务的实现方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种虚拟化服务的实现方法和装置，其中方法包括：接收来自用户的针对A操作系统的虚拟机的服务请求，在物理主机的宿主操作系统上创建分区，并在分区基础上进行完全虚拟化创建所述A操作系统的虚拟机；向用户返回创建的虚拟机信息。本发明在分区基础上进行完全虚拟化来创建虚拟机为用户提供虚拟化服务，通过这种将操作系统虚拟化和完全虚拟化相结合的方式，在保证各虚拟机隔离的基础上，一方面摆脱了被宿主操作系统的限制，另一方面提高了完全虚拟化的资源利用率。

Description

一种虚拟化服务的实现方法和装置

【技术领域】

本发明涉及网络通信技术领域，特别涉及一种虚拟化服务的实现方法和装置。

【背景技术】

随着云计算技术的快速发展，多种云应用服务相继产生，与此同时，在云业务平台后端自然需要大量的、多形式的、不同规模的虚拟机来支撑和管理。也就是说，在云端，有着百万数量级的虚拟机需要被创建、安装运行。

虚拟机的产生原本是为了高效利用资源，但现如今虚拟机上的资源浪费却十分严重，经常一个高配置的虚拟机只作为一个小型数据库服务器、只作为一个Apache服务器或者只作为一个小型web服务器等等，这些应用的CPU平均利用率通常不到5％，而云计算行业中这些简单应用所占的比例会很高。因此如何高效地利用资源来合理地创建虚拟机提供虚拟化服务变得尤为重要，云计算行业对此方法的需求更是亟不可待。

虚拟机发展至今已经数十年的历史，不管是半虚拟化，还是完全虚拟化，都得到了长足的进步，客户的OS（操作系统）从Hosted（寄居式）虚拟化、Bare-Metal（带硬件的原生架构）虚拟化到OS虚拟化和KVM（基于内核的虚拟机制）虚拟化，虚拟机的执行效率、运算速度提高了多个数量级。之所以半虚拟化和完全虚拟化常年并存于世，是因为在测试虚拟机性能的各个方面，包括硬件开销、调度效率、文件系统隔离、资源共享等，半虚拟化和全虚拟化的性能各有优缺。VMware、微软、OpenSolaris各大虚拟巨头竞相研究，纷纷给出了不同的解决方案，其中OS虚拟化技术中的Zones和完全虚拟化技术中的KVM虚拟化较为突出。OS虚拟化技术充分利用资源把利用率提到了新的高度，完全虚拟化技术KVM则是尽可能高效地保障了虚拟机之间的强隔离。而2011年底发布的开源操作系统SmartOS恰恰整合了二者，使得虚拟化又上一个台阶。

SmartOS是以OpenSolaris为基础架构，综合了最优秀的技术Zones、ZFS和DTrace，并集成了Linux上的全虚拟化技术KVM虚拟技术，有效地提高和改善了资源利用率，但仍存在以下缺陷：

1）Zones只可以与smartOS操作系统一致。尽管这种面向操作系统级别的虚拟化技术效率非常高，但是其虚拟出来的虚拟机必须是使用smartOS操作系统，也就是Solaris的一个分支版本。用户若是想达到Zones的虚拟效率，就必须选择使用SmartOS操作系统。

2）KVM完全虚拟化的虚拟机使用效率不高。相对于操作系统级别的虚拟化，完全虚拟化需要更多的资源和开销来运行不同于宿主系统的操作系统，虽然这些完全虚拟化的主机之间有一定的共享空闲资源的能力，但是这些被消耗的资源还是没有被很有效地利用，造成了很大的浪费。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供了一种虚拟化服务的实现方法和装置，摆脱被某一类操作系统的限制且具有相对较高的虚拟机使用效率。

具体技术方案如下：

一种虚拟化服务的实现方法，该方法包括：

接收来自用户的针对A操作系统的虚拟机的服务请求，在物理主机的宿主操作系统上创建分区，并在分区基础上进行完全虚拟化创建所述A操作系统的虚拟机；

向用户返回创建的虚拟机信息。

根据本发明一优选实施例，所述在物理主机的宿主操作系统上创建分区为：

采用Unix衍生系统中的Zones或Linux中的Containers对所述宿主操作系统进行分区。

根据本发明一优选实施例，所述在分区基础上进行完全虚拟化为：

采用开源模拟处理器QEMU和基于内核的虚拟机制KVM在分区基础上虚拟化出所述A操作系统的虚拟机。

根据本发明一优选实施例，在进行完全虚拟化之前还包括：

判断所述A操作系统是否与所述宿主操作系统一致，如果是，将创建的分区作为所述A操作系统的虚拟机；否则，继续进行所述完全虚拟化的步骤。

根据本发明一优选实施例，在所述创建分区之前还包括：

判断是否已经存在进行过完全虚拟化且负荷未超限的分区，如果是，则优先在已经存在的该分区基础上进行完全虚拟化创建所述A操作系统的虚拟机，否则继续执行所述创建分区的步骤；或者，

判断是否已经存在创建有所述A操作系统的虚拟机且负荷未超限的分区，则优先在已经存在的该分区基础上进行完全虚拟化创建所述A操作系统的虚拟机，否则继续执行所述创建分区的步骤。

根据本发明一优选实施例，若应用于包含两个以上物理主机的物理主机集群，则从负荷未达到上限的物理主机中采用轮询的方式选择一个，或者任选一个，或者选择负荷最小的物理主机执行所述创建分区和所述完全虚拟化的步骤。

一种虚拟化服务的实现装置，该装置包括：

请求接收单元，用于接收来自用户的针对A操作系统的虚拟机的服务请求；

虚拟化处理单元，用于在物理主机的宿主操作系统上创建分区，并在分区基础上进行完全虚拟化创建所述A操作系统的虚拟机；

信息返回单元，用于向用户返回创建的虚拟机信息。

根据本发明一优选实施例，所述虚拟化处理单元采用Unix衍生系统中的Zones或Linux中的Containers对所述宿主操作系统进行分区。

根据本发明一优选实施例，所述虚拟化处理单元在分区基础上进行完全虚拟化时，采用QEMU和KVM在分区基础上虚拟化出所述A操作系统的虚拟机。

根据本发明一优选实施例，所述虚拟化处理单元在进行完全虚拟化之前，首先判断所述A操作系统是否与所述宿主操作系统一致，如果是，将创建的分区作为所述A操作系统的虚拟机；否则，继续进行所述完全虚拟化的操作。

根据本发明一优选实施例，所述虚拟化处理单元，还用于在执行所述创建分区的操作之前，首先判断是否已经存在进行过完全虚拟化负荷未超限的分区，如果是，则优先在已经存在的该分区基础上进行完全虚拟化创建所述A操作系统的虚拟机，否则继续执行所述创建分区的操作；或者，

在执行所述创建分区的操作之前，首先判断是否已经存在创建有所述A操作系统的虚拟机且负荷未超限的分区，如果是，则所优先在已经存在的该分区基础上进行完全虚拟化创建所述A操作系统的虚拟机，否则继续执行所述创建分区的操作。

根据本发明一优选实施例，若应用于包含两个以上物理主机的物理主机集群，则所述虚拟化处理单元从负荷未达到上限的物理主机中采用轮询的方式选择一个，或者任选一个，或者选择负荷最小的物理主机执行所述创建分区和所述完全虚拟化的操作。

由以上技术方案可以看出，本发明在分区基础上进行完全虚拟化来创建虚拟机为用户提供虚拟化服务，通过这种将OS虚拟化和完全虚拟化相结合的方式，在保证各虚拟机隔离的基础上，一方面摆脱了被宿主操作系统的限制，另一方面提高了完全虚拟化的资源利用率。

【附图说明】

图1为本发明实施例提供的系统结构图；

图2为本发明实施例提供的一种虚拟化服务的实现流程图；

图3为本发明实施例提供的一种优化实现流程图；

图4为本发明实施例提供的另一种优化实现流程图；

图5为本发明实施例提供的一种物理主机上的虚拟机部署实例图；

图6为本发明实施例提供的装置结构图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明实施例的核心思想是在物理主机上划分出多个分区，每个分区都可以看作是一个可以操作宿主OS并拥有私有资源的虚拟机，这是分区级别的虚拟机；在分区的基础上，再完全虚拟化出具体OS的虚拟机，该具体OS可以是与宿主OS一致的操作系统，也可以是与宿主OS不同的操作系统，且在一个分区上可以完全虚拟化出不同OS的虚拟机。

下面首先对本发明实施例涉及的几个概念进行具体描述：

物理主机是物理硬件资源，和任何别的服务器一样，需要有CPU、内存，硬盘、网卡以及相应的驱动等等。特别的是，由于需要进行完全虚拟化，对CPU的要求比较高，例如最低可以采用因特尔I3或同等级别的处理器。这些硬件资源为整套虚拟化系统提供真正意义上的运算和处理能力。

宿主OS是运行在物理主机上的OS，为了能在宿主OS上进行高效地完全虚拟化，这里宿主OS可以选择Solaris等Unix衍生系统或者支持kvm的Linux版本。宿主OS的内核整个运行在内存中，可以被超快速地调用，这也是OS虚拟化实现的关键所在。宿主OS被其上分区中的多个虚拟机共用，负责在多个虚拟机之间分配硬件资源，并且让这些虚拟机感觉彼此独立（具体方式将在后续涉及）。此外，由于架构在所有虚拟机上使用单一、标准的OS，宿主OS在内核上的任何改动将适用于所有的分区，管理维护起来比异构环境要容易。

另外，宿主OS还负责统计、监控运行在其上虚拟机的状态，包括虚拟机的OS、配置信息、负荷等。

在宿主OS上创建的分区可以是基于Solaris等Unix衍生系统中的Zones或者Linux中的Containers两种操作系统虚拟化的概念，将整个服务器划分成多个分区来共享宿主OS的内核，同时这些分区都拥有私有的资源空间，包括文件系统、OS扩展库、网卡信息、进程字典等等，使得各分区相互隔离。

在系统中可能会存在由两个以上的物理主机构成的集群，此时可以由管理服务器同一对物理主机集群进行管理和控制，如图1中所示。

管理服务器负责对物理主机集群进行管理调度和实时监控，具体体现在以下实现流程中，如图2所示。

管理服务器接收来自用户的服务请求，该服务请求是针对某OS的虚拟机服务请求，假设某用户发送来的是针对A操作系统的虚拟机的服务请求。该服务请求中还会包含所请求的资源数量信息，该资源数量信息作用于后续在创建虚拟机时需要占用的资源大小。

然后管理服务器在物理主机的宿主OS上创建分区，可以采用Solaris等Unix衍生系统中的Zones，即将宿主OS划分成Zones，或者采用Linux中的Containers，即将宿主OS划分成Containers。

在Zone或container的基础上进行完全虚拟化创建A操作系统的虚拟机。在此可以采用QEMU（开源模拟处理器）+KVM（基于内核的虚拟机制）的完全虚拟化方式，基于宿主系统Zone/Container之上，附加QEMU和KVM，实现完全虚拟化，这种完全虚拟化的方式是较为成熟的技术，在此不再具体详述。对于运行在其上应用来说，这就等同于一台物理主机。可以安装一个不同于宿主OS的OS，满足不同客户不同OS的需求；进而可以再次进行OS级别的虚拟化，满足不同客户相同OS的需求。最终完全虚拟化得到的A操作系统的虚拟机就是GuestOS（客户操作系统），就是用户能通过网络远程访问进而真正使用的OS。在云计算行业中，就是可以用来提供给用户的产品。

之后，管理服务器将创建的虚拟机的信息返回给用户。

另外，如果A操作系统与宿主OS一致，则有一种优化的实施方式，即可以将创建的zone/container直接作为A操作系统的虚拟机。如果不一致，则在创建的zone/container基础上进行完全虚拟化，这种情况的流程如图3所示，管理服务器可以判断A操作系统是否与宿主OS一致，如果一致，创建zone/container，即进行宿主OS的虚拟化后，将创建的zone/container直接作为A操作系统的虚拟机，将该虚拟机信息返回给用户。

还存在这样的情况：在进行完全虚拟化之前，如果已经存在一些分区，则也可以不新建分区，而从已创建的分区中选择分区进行完全虚拟化来创建A操作系统的虚拟机。从已创建的分区中选择分区时，如果已经存在创建有A操作系统的虚拟机且负荷未超限的分区，则优先选择已经存在的该分区。或者，如果已经存在进行过完全虚拟化且负荷未超限的分区，则优先选择已经存在的该分区。这种情况如图4所示，即管理服务器首先判断是否已经存在创建有A操作系统的虚拟机且负荷未超限的分区，如果有，则直接在该分区上进行完全虚拟化，创建A操作系统的虚拟机。

采用上述优选的实施方式后，一台物理主机上的虚拟机状况就可能如图5所示，一台物理主机上划分成多个分区，假设该物理主机的宿主OS为SmartOS（SmartOS是以Solaris为基础架构的其中一种操作系统，在此以SmartOS为例），则划分成5个zone：zone1和zone2分别作为独立的虚拟机，其上的虚拟机的操作系统也为SmartOS；zone3之上完全虚拟化后创建了三个虚拟机，这三个虚拟机的操作系统也为SmartOS，即在zone3的基础上完全虚拟化再分成三个zone分别作为三个独立的虚拟机；zone4之上完全虚拟化后创建了一个虚拟机，该虚拟机的操作系统与宿主OS不同，例如是Windows；zone5之上完全虚拟化后创建了四个虚拟机，这四个虚拟机的操作OS不是SmartOS，可以是例如Windows、Linux等OS（图中以Windows为例），即在zone5的基础上完全虚拟化再划分成4个zone分别作为四个独立的虚拟机，且这四个虚拟机的OS与宿主OS不同。

每次创建虚拟机之后，会更新监控表，该监控表中存储有宿主OS中各分区的信息、各分区上虚拟机的信息等。例如分区的负荷状况、虚拟机的数量、虚拟机的OS类型等。在本发明中物理主机上的所有信息都以文件的形式保存，包括所有虚拟机的信息，用以方便的实现备份和整个机器的迁移、克隆，方便用于大规模部署。

优选地，在创建虚拟机的时候，可以首先锁定宿主OS，在虚拟机创建完成后解锁宿主OS，从而保证创建虚拟机的最佳性能。

另外，如果物理主机集群中包含有两个以上的物理主机，则在选择哪一个物理主机进行创建分区和完全虚拟化时，可以采用多种选择策略，例如可以从负荷未达到上限的物理主机中采用轮询的方式选择一个，或者任选一个，或者选择负荷最小的一个物理主机。

下面对用以实现上述方法的虚拟化服务的实现装置进行描述，如图6所示，该装置可以包括：请求接收单元、虚拟化处理单元和信息返回单元。

请求接收单元接收来自用户的针对A操作系统的虚拟机的服务请求。

虚拟化处理单元在物理主机的宿主OS上创建分区，并在分区基础上进行完全虚拟化创建A操作系统的虚拟机。

信息返回单元向用户返回创建的虚拟机信息。

在进行分区时，虚拟化处理单元采用Solaris等Unix衍生系统中的Zones或Linux中的Containers对宿主OS进行分区，即创建zone或Container。在分区基础上进行完全虚拟化时，采用QEMU和KVM在分区基础上虚拟化出A操作系统的虚拟机。该A操作系统可以是与宿主OS一致的OS，也可以是与宿主OS不一致的OS。

优选地，虚拟化处理单元在进行完全虚拟化之前，可以首先判断A操作系统是否与宿主OS一致，如果是，将创建的分区作为A操作系统的虚拟机；否则，继续进行完全虚拟化的操作。

优选地，虚拟化处理单元在执行上述创建分区的操作之前，可以首先判断是否已经存在进行过完全虚拟化负荷未超限的分区，如果是，则可以优先在已经存在的该分区基础上进行完全虚拟化创建A操作的虚拟机，否则继续执行上述创建分区的操作。

或者，虚拟化处理单元在执行上述创建分区的操作之前，可以首先判断是否已经存在创建有A操作系统的虚拟机且负荷未超限的分区，如果是，则可以优先在已经存在的该分区基础上进行完全虚拟化创建A操作的虚拟机，否则继续执行上述创建分区的操作。

若应用于包含两个以上物理主机的物理主机集群，则虚拟化处理单元可以从负荷未达到上限的物理主机中采用轮询的方式选择一个，或者任选一个，或者选择负荷最小的物理主机执行创建分区和完全虚拟化的操作。

上述各单元可以设置为一个设备实现，例如设置为管理服务器来实现，也可以设置为不同的设备实现。

如果需要大规模创建虚拟机，为了提高创建效率实现快速虚拟化，则可以预先部署各种级别的模板从而利用模板创建虚拟机。在本发明实施例中预先部署的模板可以包含以下几种：

1）直接寄居在宿主OS的模板，这种情况下适用于在宿主OS上创建分区时使用的模板，由于在宿主OS上创建分区实际上也是将宿主OS虚拟化的过程，每一个分区（例如每一个zone）也相当于一个虚拟机，因此在宿主OS上创建分区时，可以采用直接寄居在宿主OS的模板来进行虚拟化。

2）完全虚拟化采用的模板，这一模板是OS级别的模板，在分区基础上进行完全虚拟化时使用该级别的模板来创建虚拟机。这种模板在本发明实施例中基于QEMU和KVM。

3）物理机级别的模板，这种模板是用于部署物理主机所采用的模板，实现宿主操作系统的快速部署。

本方法利用类似Solaris等Unix衍生系统中Zones的和Linux中Containers的模式将宿主OS轻量级地分隔成为多个子系统（即分区），子系统可以直接作为虚拟机，只是该虚拟机拥有和宿主OS一样的操作系统环境，但可以拥有自己的资源空间；也可以在子系统中运行完全虚拟化的kvm虚拟机，使得子系统运行不同于宿主OS的操作系统;而且还可以在完全虚拟化的kvm虚拟机下隔离出多个Zones/Containers，来充分利用有限的资源，从而以实现资源粒度的详细区分、虚拟机之间不同层次级别的隔离。

在OS虚拟化技术和完全虚拟化技术都渐趋成熟的今天，越发白菜价的内存已经不再是效率提高的瓶颈，将完全虚拟化的OS同样运行在内存中，然后再次进行OS虚拟化也成为了可能，合理组合完全虚拟化和OS虚拟化成为了提高效率的关键。再加上kvm这种完全虚拟化机制中，模拟的网卡通过桥接直连到真正的硬件上，从而达到快速交互，而且OS级的虚拟化又非常高效，使得宿主OS上kvm完全虚拟化主机上的OS化虚拟机的执行效率、传输速度有一定的保证，可见本发明具有较高的可行性。

本发明除了适用于云计算环境之外，还可以适用于政府、企业、军队、学校等需要使用多种虚拟机的环境。该方法能够很好处理虚拟机之间的隔离和共享，而且还可以根据需求动态调节二者之间的比例。相当于提供了一个高效虚拟化有限资源的解决方案，能够对政府机构、大中型企业中现有的虚拟机使用策略进行更新，真正从而节约成本、提高效率。

本发明在分区基础上进行完全虚拟化来创建虚拟机为用户提供虚拟化服务，通过这种将OS虚拟化和完全虚拟化相结合的方式，在保证各虚拟机隔离的基础上，一方面摆脱了被宿主操作系统的限制，另一方面提高了完全虚拟化的资源利用率。帮助云主机供应商在不降低服务质量的前提下，最大化现有硬件能力地向用户提供更多的异构的虚拟机，从而节约成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种虚拟化服务的实现方法，其特征在于，该方法包括：

接收来自用户的针对A操作系统的虚拟机的服务请求，在物理主机的宿主操作系统上创建分区；

判断所述A操作系统是否与所述宿主操作系统一致，如果是，将创建的分区作为所述A操作系统的虚拟机；否则，在分区基础上进行完全虚拟化创建所述A操作系统的虚拟机；

向用户返回创建的虚拟机信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在物理主机的宿主操作系统上创建分区为：

采用Unix衍生系统中的Zones或Linux中的Containers对所述宿主操作系统进行分区。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述在分区基础上进行完全虚拟化为：

采用开源模拟处理器QEMU和基于内核的虚拟机制KVM在分区基础上虚拟化出所述A操作系统的虚拟机。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述创建分区之前还包括：

判断是否已经存在进行过完全虚拟化且负荷未超限的分区，如果是，则优先在已经存在的该分区基础上进行完全虚拟化创建所述A操作系统的虚拟机，否则继续执行所述创建分区的步骤；或者，

判断是否已经存在创建有所述A操作系统的虚拟机且负荷未超限的分区，如果是，则优先在已经存在的该分区基础上进行完全虚拟化创建所述A操作系统的虚拟机，否则继续执行所述创建分区的步骤。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若应用于包含两个以上物理主机的物理主机集群，则从负荷未达到上限的物理主机中采用轮询的方式选择一个，或者任选一个，或者选择负荷最小的物理主机执行所述创建分区和所述完全虚拟化的步骤。

6.一种虚拟化服务的实现装置，其特征在于，该装置包括：

请求接收单元，用于接收来自用户的针对A操作系统的虚拟机的服务请求；

虚拟化处理单元，用于在物理主机的宿主操作系统上创建分区，判断所述A操作系统是否与所述宿主操作系统一致，如果是，将创建的分区作为所述A操作系统的虚拟机；否则，在分区基础上进行完全虚拟化创建所述A操作系统的虚拟机；

信息返回单元，用于向用户返回创建的虚拟机信息。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述虚拟化处理单元采用Unix衍生系统中的Zones或Linux中的Containers对所述宿主操作系统进行分区。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述虚拟化处理单元在分区基础上进行完全虚拟化时，采用QEMU和KVM在分区基础上虚拟化出所述A操作系统的虚拟机。

9.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述虚拟化处理单元，还用于在执行所述创建分区的操作之前，首先判断是否已经存在进行过完全虚拟化负荷未超限的分区，如果是，则优先在已经存在的该分区基础上进行完全虚拟化创建所述A操作系统的虚拟机，否则继续执行所述创建分区的操作；或者，

在执行所述创建分区的操作之前，首先判断是否已经存在创建有所述A操作系统的虚拟机且负荷未超限的分区，如果是，则所优先在已经存在的该分区基础上进行完全虚拟化创建所述A操作系统的虚拟机，否则继续执行所述创建分区的操作。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，若应用于包含两个以上物理主机的物理主机集群，则所述虚拟化处理单元从负荷未达到上限的物理主机中采用轮询的方式选择一个，或者任选一个，或者选择负荷最小的物理主机执行所述创建分区和所述完全虚拟化的操作。