CN103281306B - 云数据中心虚拟化基础架构平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种云数据中心虚拟化基础架构平台，它包括云管理服务器、云资源控制服务器和云安全服务器，云管理服务器对云平台各种计算资源的全生命周期进行监控管理，云资源控制服务器对云平台物理层各种资源进行调度控制管理，云安全服务器用于建立私有云内部的云计算安全管控体系以及私有云与公有云的安全交互体系；云管理服务器通过REST接口与云资源控制服务器连接集成，云安全服务器分别与云管理服务器和云资源控制服务器连接。本发明能实现基于安全网关的虚拟机统一远程控制管理，为管理员管理虚拟资源提供了统一访问入口，并通过目录服务来检测用户身份的合法性；用户可使用Python语言，对资源调度控制的功能进行扩展。

Description

云数据中心虚拟化基础架构平台
技术领域
本发明涉及一种云数据中心虚拟化基础架构平台。
背景技术
随着云计算环境中虚拟化技术的使用，传统的显示器、KVM等连接管理方式已经不再能满足管理员对云计算资源的管理需求，管理员将更多的使用各种远程连接工具对资源进行管理。但由于管理工具的多样性和访问入口的增加，将会增加云计算环境管理的复杂性，并给云计算环境带来众多的安全隐患。在此情况下，云计算平台有必要建立统一的远程控制管理机制，提高远程控制管理的安全性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种用于建设云计算数据中心并对云数据中心进行运营及管理控制的云数据中心虚拟化基础架构平台，该平台能实现基于安全网关的虚拟机统一远程控制管理，为管理员管理虚拟资源提供了统一访问入口，并通过目录服务来检测用户身份的合法性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：云数据中心虚拟化基础架构平台，它包括云管理服务器、云资源控制服务器和云安全服务器，云管理服务器对云平台各种计算资源的全生命周期进行监控管理，云资源控制服务器对云平台物理层各种资源进行调度控制管理，云安全服务器用于建立私有云内部的云计算安全管控体系以及私有云与公有云的安全交互体系；云管理服务器通过REST接口与云资源控制服务器连接集成，云安全服务器分别与云管理服务器和云资源控制服务器连接。
所述的云管理服务器包括资源池管理模块、智能调度模块、SLA模块、虚拟机全生命周期管理模块、物理机全生命周期管理模块和系统管理模块：
资源池管理包括物理资源管理、存储资源管理、虚拟机模板管理、模板在线安装、安全组管理和IP与分组管理；
智能调度包括资源均衡模式、省电模式、弹性扩充和HA高可用模式的调度；
SLA包括根据定制资源创建虚拟机和根据定制资源变更虚拟机；
虚拟机全生命周期管理包括个性化定制创建、虚拟机启动∕停止、虚拟机备份∕恢复、虚拟机挂起∕激活、VNC远程控制和虚拟机性能监控；
物理机全生命周期管理包括物理机启动∕停止、物理机性能监控和物理机镜像服务；
系统管理包括用户管理、资源角色权限管理、日志管理和资源ACL控制。
所述的云安全服务器包括基于LDAP目录的实体认证与权限控制模块、基于数字证书的可信资源管理模块、安全远程访问控制管理模块、安全审计管理模块、基于VLAN的网络隔离保护机制、基于Liberty标准的跨云身份认证和基于OCCI开放标准的云交互机制。
所述的云资源控制服务器采用OSGI组件式架构，包括网格资源管理模块、开放式开发环境、资源性能监控模块、分布式解析引擎、云存储管理模块、智能调度模块、资源控制适配机制、多渠道通知机制、预警模块、GRID数据模型和策略引擎，支持对KVM、XEN和VMWare多种虚拟机资源的管理，并对外提供基于REST的接口服务。
所述的智能调度用于实现云计算环境下资源的自动化、自我管理和自我修复管理，使用虚拟机的迁移技术，虚拟机的迁移技术是将一个正在运行的虚拟机实例进行内存拷贝生成文件，然后从一台物理机上迁移到另外一台物理机上恢复其运行的状态。
所述的云资源控制服务器使用基于X.509数字证书的可信资源管理机制来对物理节点进行可信管理，任何需要加入云计算资源的物理服务器，必须先向云资源控制服务器申请数字证书，持有合法数字证书的物理服务器方可正常加入云计算资源池，而没有合法证书的物理服务器将不能对云计算环境中的资源进行访问。
本发明的有益效果是：
1、提供了一种用于建设云计算数据中心并对云数据中心进行运营及管理控制的云数据中心虚拟化基础架构平台，该平台能实现基于安全网关的虚拟机统一远程控制管理，为管理员管理虚拟资源提供了统一访问入口，同时关闭了虚拟机的全部其它访问方式，如Telnet、SSH等等，使管理员只能通过统一访问入口管理虚拟资源，统一访问入口通过目录服务来检测用户身份的合法性；统一访问入口和虚拟资源间则采用数据加密技术以保证数据的安全性。
2、云资源控制服务器使用基于X.509数字证书的可信资源管理机制来对物理节点进行可信管理，任何需要加入云计算资源的物理服务器，必须先向云资源控制服务器申请数字证书，持有合法数字证书的物理服务器方可正常加入云计算资源池，而没有合法证书的物理服务器将不能对云计算环境中的资源进行访问，保证了数据的安全。
3、设计开发了基于Python的可编程分布式任务调度引擎，提供开放式脚本编程支持，用户可使用Python语言，通过脚本自定义对底层资源的操作流程进行控制，对资源调度控制的功能进行扩展。
附图说明
图1为本发明的平台架构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的技术方案，但本发明所保护的内容不局限于以下所述。
如图1所示，云数据中心虚拟化基础架构平台，云数据中心虚拟化基础架构平台，它包括云管理服务器、云资源控制服务器和云安全服务器，云管理服务器对云平台各种计算资源的全生命周期进行监控管理，云资源控制服务器对云平台物理层各种资源进行调度控制管理，云安全服务器用于建立私有云内部的云计算安全管控体系以及私有云与公有云的安全交互体系；云管理服务器通过REST接口与云资源控制服务器连接集成，云安全服务器分别与云管理服务器和云资源控制服务器连接。
所述的云管理服务器包括资源池管理模块、智能调度模块、SLA模块、虚拟机全生命周期管理模块、物理机全生命周期管理模块和系统管理模块：
资源池管理包括物理资源管理、存储资源管理、虚拟机模板管理、模板在线安装、安全组管理和IP与分组管理；
智能调度包括资源均衡模式、省电模式、弹性扩充和HA高可用模式的调度；
SLA包括根据定制资源创建虚拟机和根据定制资源变更虚拟机；
虚拟机全生命周期管理包括个性化定制创建、虚拟机启动∕停止、虚拟机备份∕恢复、虚拟机挂起∕激活、VNC远程控制和虚拟机性能监控；
物理机全生命周期管理包括物理机启动∕停止、物理机性能监控和物理机镜像服务；
系统管理包括用户管理、资源角色权限管理、日志管理和资源ACL控制。
所述的云安全服务器包括基于LDAP目录的实体认证与权限控制模块、基于数字证书的可信资源管理模块、安全远程访问控制管理模块、安全审计管理模块、基于VLAN的网络隔离保护机制、基于Liberty标准的跨云身份认证和基于OCCI开放标准的云交互机制，能够实现以下功能：
（1）基于LDAP目录的实体认证与权限控制：在云数据中心虚拟化基础架构平台中，目录服务负责存储云计算平台各资源的基本信息，包括云终端用户、计算资源、数据中心、资源池、安全组等，云计算管理平台使用目录服务作为认证源，实现基于目录服务的身份认证。通过目录服务的高度可靠性，高度安全性，提高了云计算平台的认证安全性，同时通过目录服务的角色管理和统一授权，实现了基于目录的资源统一授权。
目录服务具有居于角色的安全管理，基于角色的权限管理等特性，云计算平台中使用目录服务对资源进行完全的控制，针对资源的使用，实现了基于目录的资源统一授权，资源统一管理。
（2）云计算的安全组机制：通常情况下，云计算环境中各虚拟资源间的相互访问不受任何限制，通过在云计算环境中实现安全组机制，使得各个安全组之间互为信息孤岛，同属于一个安全组中的虚拟资源可以不受限制的相互访问，而跨安全组的访问请求将被过滤。这样可以有效的保护安全组中的资源不会受到非法的探测或入侵，同时在一定程度上屏蔽了系统内信息外漏的一种途径，保障了信息的安全性。
（4）云计算的证书授权机制：在云计算环境中，任何需要加入云计算资源池的物理服务器，必须先向云计算管理平台申请电子证书，持有合法电子证书的物理服务器可正常加入云计算资源池，而没有合法电子证书的物理服务器将不能对云计算环境中的资源进行访问。
（5）云计算的审计机制：云计算平台内的审计中心，可以对整个云计算环境内不同层面的事件进行审计和分析，审计中心通过对各种资源（硬件、网络、操作系统、应用系统）所产生的事件和日志进行收集整理，并根据系统内置或自定义的规则对整理后的数据进行关联和分析。运维人员可以通过审计中心对事件进行即时分析和处理，也可以将分析结果生成统计报表和归档。此外，运维人员还可以以便捷的途径获取系统内的关键事件通知。
（6）云计算的安全访问机制：随着云计算环境中虚拟化技术的使用，传统的显示器、KVM等连接方式已经不再能满足管理员对云计算资源的管理需求，管理员将更多的使用各种远程连接工具对资源进行管理。但由于管理工具的多样性和访问入口的增加，将会增加云计算环境管理的复杂性，并给云计算环境带来众多的安全隐患。
所述的云资源控制服务器采用OSGI组件式架构，包括网格资源管理模块、开放式开发环境、资源性能监控模块、分布式解析引擎、云存储管理模块、智能调度模块、资源控制适配机制、多渠道通知机制、预警模块、GRID数据模型和策略引擎，支持对KVM、XEN和VMWare多种虚拟机资源的管理，并对外提供基于REST的接口服务。
所述的智能调度用于实现云计算环境下资源的自动化、自我管理和自我修复管理，使用虚拟机的迁移技术，虚拟机的迁移技术是将一个正在运行的虚拟机实例进行内存拷贝生成文件，然后从一台物理机上迁移到另外一台物理机上恢复其运行的状态，它包括资源均衡模式、省电模式、弹性扩充和HA高可用模式：
（1）资源均衡调度：资源均衡模式是智能迁移的一种模式，是利用虚拟机迁移技术，结合性能监控数据和资源均衡调度算法，将负载相对较高的物理机上的虚拟机实例动态地迁移到负载相对较低的物理机上运行，从而使整个云计算平台达到一个相对的负载平衡。在该模式下，系统每隔一段时间便会检测各类资源的运行状况，然后获取各项性能数据并在调度节点上根据资源均衡算法计算出一个虚拟的资源负载均衡队列。在队列生成后，底层再具体地将高负载物理机上的虚拟机迁移低负载的物理机上运行，使真实环境最终变为和资源负载均衡队列一直，从而均衡资源的利用率，提升系统整体的性能。
（2）弹性扩充：弹性扩充的目的是通过智能的算法实现控制虚拟机的负载在一个相对正常的负载状态，弹性扩充的对象是一个集群中的所有的虚拟机。
云计算环境实时采集集群中所有的虚拟机的整体运行负载数据，如果整体负载过低时，云计算环境能智能的关闭其中负载相对较高的虚拟机；如果整体负载过高时，云计算环境又能智能的启动停止的虚拟机，从而达到让集群在一个相对正常的负载状态。
（3）省电调度模式：智能省电是在保证提供可靠的服务的同时，又能达到节能减碳的目的，智能省电的对象是云计算环境中的所有的物理机。
实现的原理是：实时采集所有的物理机的整体运行负载的数据，如果发现某段时间整体运行负载过低，云计算环境能智能的关闭其中负载相对较高的物理机，让剩余的物理机提供服务，这样就实现了在保证物理机取提供可靠的服务的同时，达到节能减碳的目的。
（4）云计算的智能恢复（HA高可用模式）：在云计算环境中，如果一个物理资源出现了故障（例如：物理资源崩溃或网络中断），云管理服务器可以自动感知该物理资源上产生的异常情况，并自动将该物理资源上运行的虚拟资源迁移到其他物理资源上。整个智能恢复的过程能够在5分钟之内完成，可充分保证虚拟资源提供服务的连续性。
云管理服务器是整个云计算的资源管理中枢，其实现对物理机的全生命周期的管理，虚拟机全生命周期的管理，以及云计算的安全管理：
（1）物理机全生命周期管理：
物理机的全生命周期是指从物理机上架后，物理机被正常调度应用，到物理机下架的整个阶段。
云计算平台能够在物理机上架后，自动检测到物理机上架，启动智能安装，将裸机加入到云计算环境，之后就可以调度物理机用于各种应用，在物理机故障或者其他原因需要停止使用时，云计算管理平台能智能的迁出物理机上的应用，然后结束物理机的整个生命周期。
PXE是实现物理机的智能以及自动化安装的关键技术，通过实现云计算管理服务与PXE整合，云计算会自动监测新加入的物理裸机，将物理机镜像文件推送安装。其场景为新的裸机上架通电后，云计算环境能自动发现新的裸机上架，通过PXE自动安装必要的系统软件后，该物理机启动，加入到云计算环境中，成为可用的物理机资源。
（2）虚拟机全生命周期管理
虚拟的全生命周期从用户的虚拟机个性化需求提出，在云计算环境中创建出虚拟机时开始，虚拟机可以用于各种应用，提供各种服务平台，可以被智能弹性启动、停止，可以在各数据中心之间进行迁移，在各物理机之间进行迁移，可以进行备份、恢复等，直到虚拟机因为各种原因，需要被移出云计算环境时，虚拟机的生命周期结束。
（3）个性化创建
用户可以按需选择创建方式(根据模板创建，根据已有虚拟机创建),按需定制虚拟机的CPU个数，内存大小，磁盘大小，网卡个数，服务器个数，IP地址，网络类型，带宽限制，登录用户名和密码等等个性化信息，通过流程的方式，在管理员审批通过之后，就能按照用户的需求自动创建出满足用户个性化需求的虚拟机资源。
云资源控制服务器内嵌分布式计算引擎，提供开放式脚本编程支持。脚本框架为用户提供可扩展的自定义编程环境，用户可使用Python语言，通过脚本自定义
对底层资源的操作流程进行控制，对资源调度控制的功能进行扩展。脚本发布后即可参与任务调度，任务调度可分解成各子任务分配给各资源节点执行，执行完成后返回执行结果。
云资源控制服务器的工作原理为：云计算控制服务器收到资源调度请求后，将开启相应的任务，系统对任务进行编译运行，任务将依据任务策略从网格中获取所需调度指标数据，参与任务调度计算。任务调度模块通过统计分析当前系统资源的各项计算能力指标，把当前正在队列中的任务派发给最优的agent来执行，最大限度地提高系统执行资源调度控制任务的效率；然后系统通过通讯组件把所有任务片段及参数发送到agent机器上运行，最后把运行结果返回给Server端，Server返回请求调用结果。任务策略中可定义运行任务所需的指标数据、资源需求等特性。系统中的资源及其它模块在调度运行过程中会发生各种事件（如任务开始、结束、失败、取消等），这些事件需要触发另一些任务（或子任务）来响应它，最终完成整个任务的执行。
云计算资源调度控制服务还可定义不同的系统事件规则策略（如虚拟机启动、物理机关闭、虚拟机状态变化等系统事件），当资源调度过程中产生指定事件时，依照规则策略调度相应的任务执行，完成基于系统规则策略的资源调度控制。
云资源控制服务器无需依赖任何高可用性（HA）管理软件便可以对云计算环境中的所有物理资源进行高可用性控制。此时，当云环境中任意一项物理资源出现故障时，云资源控制服务器将在2分钟之内将该异常节点上的计算资源迁移至其他物理资源上继续运行。
为了提升硬件资源的利用率，降低整体能耗，资源控制服务针对云计算环境所有硬件资源建立弹性资源池，进行弹性调度管理。根据资源弹性调度原则，在云计算环境整体负载较小的情况下，资源控制服务将云环境中的负载集中迁移到部分物理资源上，从而释放部分物理资源，以便降低云计算环境所需的能耗；在云计算环境在整体负载较大的情况下，资源控制服务将激活部分物理资源，并将云环境中的负载合理分配到各活动的物理资源上，从而避免物理资源过载运行，以便提升物理资源的利用率。
所述的云资源控制服务器使用基于X.509数字证书的可信资源管理机制来对物理节点进行可信管理，任何需要加入云计算资源的物理服务器，必须先向云资源控制服务器申请数字证书，持有合法数字证书的物理服务器方可正常加入云计算资源池，而没有合法证书的物理服务器将不能对云计算环境中的资源进行访问。

Claims (3)

1.云数据中心虚拟化基础架构平台，其特征在于：它包括云管理服务器、云资源控制服务器和云安全服务器，云管理服务器对云平台各种计算资源的全生命周期进行监控管理，云资源控制服务器对云平台物理层各种资源进行调度控制管理，云安全服务器用于建立私有云内部的云计算安全管控体系以及私有云与公有云的安全交互体系；云管理服务器通过REST接口与云资源控制服务器连接集成，云安全服务器分别与云管理服务器和云资源控制服务器连接；
所述的云管理服务器包括资源池管理模块、智能调度模块、SLA模块、虚拟机全生命周期管理模块、物理机全生命周期管理模块和系统管理模块：
资源池管理包括物理资源管理、存储资源管理、虚拟机模板管理、模板在线安装、安全组管理和IP与分组管理；
智能调度包括资源均衡模式、省电模式、弹性扩充和HA高可用模式的调度；
SLA包括根据定制资源创建虚拟机和根据定制资源变更虚拟机；
虚拟机全生命周期管理包括个性化定制创建、虚拟机启动∕停止、虚拟机备份∕恢复、虚拟机挂起∕激活、VNC远程控制和虚拟机性能监控；
物理机全生命周期管理包括物理机启动∕停止、物理机性能监控和物理机镜像服务；
系统管理包括用户管理、资源角色权限管理、日志管理和资源ACL控制；
所述的云安全服务器包括基于LDAP目录的实体认证与权限控制模块、基于数字证书的可信资源管理模块、安全远程访问控制管理模块、安全审计管理模块、基于VLAN的网络隔离保护机制、基于Liberty标准的跨云身份认证和基于OCCI开放标准的云交互机制，在云数据中心虚拟化基础架构平台中，目录服务负责存储云计算平台各资源的基本信息，云计算管理平台使用目录服务作为认证源，实现基于目录服务的身份认证，通过目录服务的高度可靠性，高度安全性，提高云计算平台的认证安全性，同时通过目录服务的角色管理和统一授权，实现基于目录的资源统一授权；
所述的云资源控制服务器采用OSGI组件式架构，包括网格资源管理模块、开放式开发环境、资源性能监控模块、分布式解析引擎、云存储管理模块、智能调度模块、资源控制适配机制、多渠道通知机制、预警模块、GRID数据模型和策略引擎，支持对KVM、XEN和VMWare多种虚拟机资源的管理，并对外提供基于REST的接口服务。
2.根据权利要求1所述的云数据中心虚拟化基础架构平台，其特征在于：所述的智能调度用于实现云计算环境下资源的自动化、自我管理和自我修复管理，使用虚拟机的迁移技术，虚拟机的迁移技术是将一个正在运行的虚拟机实例进行内存拷贝生成文件，然后从一台物理机上迁移到另外一台物理机上恢复其运行的状态。
3.根据权利要求1所述的云数据中心虚拟化基础架构平台，其特征在于：所述的云资源控制服务器使用基于X.509数字证书的可信资源管理机制来对物理节点进行可信管理，任何需要加入云计算资源的物理服务器，必须先向云资源控制服务器申请数字证书，持有合法数字证书的物理服务器方可正常加入云计算资源池，而没有合法证书的物理服务器将不能对云计算环境中的资源进行访问。
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