CN104102531B - 基于虚拟机的多网融合系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于虚拟机的多网融合系统，包括：物理单元，是系统中所有硬件设备的集合，用于运行虚拟机程序；虚拟机，其通过虚拟化软件代码虚拟出虚拟硬件设备，以便于运行应用程序；虚拟机监控器VMM，运行在物理单元上，用于监控所有的虚拟机；和用户配置单元，连接到虚拟机监控器VMM上，用于从用户接收虚拟机配置参数并发送给虚拟机监控器VMM。本发明有效解决现有技术中不同网络的应用之间存在的不融合的问题，提高硬件设备的复用率。

Description

基于虚拟机的多网融合系统和方法

技术领域

本发明涉及计算机虚拟机技术领域，具体涉及一种基于虚拟机的多网融合系统和方法。

背景技术

随着网络的发展，各种业务层出不穷，各个网络设备供应商提供的软件也存在较大的差别，每个厂商提供的服务不尽相同，每个厂商的特长也都不一样，作为管理员希望使用简单的方法来管理复杂的网络，用尽量少的硬件来满足网络应用的需求，同时考虑到不同厂商的优缺点，可能在不同的网络中希望使用不同供应商提供的软件，已达到充分发挥各个厂商优势的目的。

现有技术条件下，如果管理员在内部网络中需要使用不同供应商的软件，通常要使用该供应商提供的硬件，也就是说供应商提供的产品是软件和硬件搭配在一起买的。在内部网络中，如果不同的部门部署不同供应商的软件产品的话，就必须要同时部署对应供应商的硬件产品。可见，现有技术中是将硬件和软件搭配在一起提供给客户。

但是，大多数客户实际上仅仅需要软件以及软件上的服务，而不必须要使用供应商搭配的硬件产品。由于各个供应商的强项不尽相同，客户可能希望在不同的网络环境中部署不同的供应商提供的设备，已达到充分利用各个供应商优势的目的。但是，在现有技术中，如果要达到上述目的，客户必须购买多个不同厂商的硬件，从硬件成本和维护这些硬件的工作量来看，购买多个硬件都不是最佳选择。此外，如果需要扩展网络，添加某个子网，管理员可能就要部署一台新的设备，而这不仅仅增加了硬件成本和维护成本，也增加了管理员的工作量，从硬件的可扩展性来看，现有技术没有做到这一点。

有鉴于此，需要提出一种多网络设备融合的装置与系统，可以通过使用一台高性能的服务器，通过虚拟化软件虚拟出多个网络设备，这些网络设备的软件可以完全不相同，从而解决现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于虚拟机的多网融合系统和方法，能有效解决现有技术中不同网络的应用之间存在的不融合的问题。

根据本发明的一方面，提供了一种基于虚拟机的多网融合系统，包括：物理单元，是系统中所有硬件设备的集合，用于运行虚拟机程序；虚拟机，其通过虚拟化软件代码虚拟出虚拟硬件设备，以便于运行应用程序；虚拟机监控器VMM，运行在物理单元上，用于监控所有的虚拟机；和用户配置单元，连接到虚拟机监控器VMM上，用于从用户接收虚拟机配置参数并发送给虚拟机监控器VMM。

其中，虚拟机监控器VMM管理虚拟机的创建、删除、关机、重启和异常监控。

优选的，所述虚拟机用于实现下述虚拟硬件设备的虚拟化：CPU虚拟化、内存虚拟化和IO设备虚拟化。

其中，所述虚拟机监控器VMM根据所述虚拟机配置参数将物理单元上的硬件资源分配给相应的虚拟机。

可选的，所述虚拟机监控器VMM通过从用户配置单元接收虚拟机配置参数，调整对应虚拟机的规格信息、配置参数以及物理硬件资源分配，或增加或减少对应虚拟机的数量。

优选的，所述虚拟机设置虚拟网卡，多个所述虚拟机之间通过自身的虚拟网卡进行通信。

可选的，虚拟机监控器通过从虚拟机上运行的应用程序接收虚拟机配置参数，调整对应虚拟机的规格信息、配置参数以及物理硬件资源分配。

可选的，虚拟机监控器通过从虚拟机上运行的应用程序接收虚拟机配置参数，将所述应用程序分配到其他虚拟机中，或创建新的虚拟机并分配给该应用程序。

可选的，虚拟机监控器通过网络从客户端接收虚拟机配置参数，将该客户端分配对应的虚拟机，或者创建新的虚拟机以分配给该客户端。

根据本发明的另一方面，提供了一种基于虚拟机的多网融合方法，包括下述步骤：步骤S11，基于网络设备创建虚拟机组；步骤S12，给虚拟机分配网络设备的硬件资源；步骤S13，虚拟机VM基于被分配的资源进行虚拟化；以及步骤S14，在虚拟机VM上运行应用程序。

根据本发明，可以在同一个硬件平台上运行不同类型的应用程序(例如不同类型、版本的防火墙、路由器软件等)，避免了采用多套硬件设备导致的高昂费用。另外，可以通过只维护一套硬件设备来实现多个网络设备的正常运行，从而可以大大降低硬件维护难度，节省硬件维护成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1显示了本发明的基于虚拟机的多网融合系统的结构示意图；

图2显示了本发明基于虚拟机的多网络融合系统的通信示意图；

图3显示了本发明的基于虚拟机的多网融合方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在多网融合环境下，对于用户来说，无论处于何种网络、使用何种终端或是处于任何位置，用户均需要感受到有QoS保障的用户体验、友好的用户界面及多元化业务，因此融合网络平台必须完成以下功能:终端在异构网络中的切换、支持媒体流与终端的适配。而终端的适配可以通过本发明所述基于虚拟机的多网融合系统和方法来实现。

图1显示了本发明的基于虚拟机的多网融合系统的结构示意图。

如图1所示，本发明的基于虚拟机的多网融合系统主要包括物理单元，虚拟机监控器VMM、虚拟机VM、应用软件，用户配置单元。

物理单元是系统中所有硬件设备的集合，用于运行虚拟机程序。物理单元主要包括CPU、内存、I/O接口单元、网卡、显卡等等计算机硬件设备。其他输入/输出设备等通用计算机设备。本发明中，虚拟机监控器及其监控的各个虚拟机都运行在物理单元的硬件设备商，不同的硬件设备供应商提供的设备软件不一样，甚至是完全基于不同的硬件平台，但是都可以通过虚拟机技术实现常用的设备。

虚拟机VM是通过虚拟化软件代码虚拟出的虚拟硬件设备，虚拟机可以虚拟出不同的硬件配置，包括CPU类型、内存大小、网卡、显卡等信息，从而便于应用程序运行。这些信息都可以根据实际需要，由网络管理员来手动配置。本发明中，所有的虚拟机都通过虚拟机监控器VMM进行控制和管理。

进一步，不同的虚拟机可以配置为应用于不同的内部网络，保证不同区域(例如不同的局域网)使用的不同的应用程序可以正常运行。由于，这些应用程序是运行在虚拟机上，如果出现异常，例如软件bug等问题，可以通过重启虚拟机就恢复正常。另一方面，由于不同区域的所有应用程序都运行在虚拟机上，硬件设备的维护只需要对多台虚拟机共用的物理单元进行维护就行，相对于现有技术来说，只需要维护一套硬件设备，从而可以大大降低硬件维护难度，节省硬件维护成本。

虚拟机监控器VMM是运行在物理单元上，用于监控所有的虚拟机。具体来说，虚拟机监控器VMM一方面管理物理单元中的各个硬件设备，另一方面管理所虚拟出的多个虚拟机，向各所属操作系统提供独立、透明的运行环境。本发明中，虚拟机监控器VMM对虚拟机的管理例如包括虚拟机的创建、删除、关机、重启、异常监控等操作。

虚拟机监控器VMM作为本发明的基于虚拟机的多网融合系统的核心组件，用于负责各种软硬件资源的调度、管理和分配，保证多个虚拟机能够在互为独立的环境中运行操作系统。VMM运行在硬件平台上，针对不同的客户需求有不同的实现方式。虚拟机对于资源的虚拟化主要包括三个部分:CPU虚拟化、内存虚拟化和IO设备虚拟化。CPU虚拟化负责为每个虚拟机提供一个或多个虚拟CPU，该部分主要在保证虚拟CPU正确运行的情况下完成虚拟CPU和虚拟机的合理调度；内存虚拟化为每个虚拟机提供一套完整的虚拟内存，并有效地完成真实内存的分配和回收；IO设备虚拟化主要向多个虚拟机提供IO设备的调度和复用。

用户配置单元连接到虚拟机监控器VMM上，用于从用户接收虚拟机配置参数并发送给虚拟机监控器VMM。然后，虚拟机监控器VMM根据所述虚拟机配置参数将物理单元上的硬件资源分配给相应的虚拟机VM。进一步，在系统运行过程中，用户可以通过用户配置单元对某个虚拟机的配置参数进行动态调整，重新设置虚拟机的规格信息和配置参数，调整虚拟机的物理硬件资源分配。另外，用户也可以通过用户配置单元增加或减少虚拟机的数量。

此外，在本发明的另一优选实施例中，所述若干个虚拟机(例如VM1-VM3)之间能够相互通信。例如，虚拟机VM1能够将信号通过自身对应的虚拟网卡发送给虚拟机VM2中的虚拟网卡。

在本发明的另一个可选实施例中，如果需要扩展网络，例如新增加一个子网或多个子网，可以通过虚拟机监控器VMM虚拟出一个或者多个虚拟机，然后在该虚拟机上运行网络设备所需要的软件即可。

与现有技术的网络控制系统相比，本发明的基于虚拟机的多网融合系统具有诸多优势:虚拟机运行环境可根据用户需要配置，该运行环境可以和下层物理环境不一致；多个虚拟机可以并行地运行；VMM隔离了恶意程序；可被用来构建可伸缩计算机系统程序。同时，为了区别于传统的软件仿真和模拟模型，VMM还具备以下几点特征:操作系统运行在虚拟机中时与在物理计算机中运行没有差别，即VMM对虚拟机操作系统是透明的；除一些特殊指令外，大多数指令应直接运行在物理CPU上，这样才能提供高效系统性能；VMM全权管理整个物理系统的资源，并以一定的调度规范合理地分配到各个虚拟机中。

为实现本发明所述的多网络融合，基于虚拟化环境，可以根据需要虚拟出多个虚拟机，如VM1～VM3，各个平台都有各自不同的规格信息，包括CPU类型、内存大小，网卡，显卡等信息，这些信息都可以根据实际需要，由网络管理员通过用户配置单元来手动配置。

在本发明的另一优选实施例中，可以通过运行在虚拟机上的应用程序配置虚拟机的参数。具体来说，运行在虚拟机上某个应用程序根据其需要将配置参数通过虚拟机提交给VMM，VMM根据应用程序提交的虚拟机配置参数，对该应用程序所运行的虚拟机进行重新配置以符合应用程序的要求。另一方面，VMM也可以结合硬件资源使用情况，将应用程序分配到其他适合该应用程序运行的虚拟机中。进一步，也可以根据应用程序提交的配置需求创建新的虚拟机VM并分配给对应的应用程序。

进一步，本发明的系统中，用户也可以通过网络(局域网或广域网)从客户端提交虚拟机的配置参数请求。这时，VMM根据来自网络客户端的请求，结合硬件资源使用情况，将客户端分配到对应的虚拟机中，或者创建新的虚拟机以分配给请求的客户端。

图2显示了本发明基于虚拟机的多网络融合系统的通信示意图。

如图2所示，在本发明的基于虚拟机的多网络融合系统中，多个网络设备都能各自创建出自己的多个虚拟机，例如VM1-VM3，VM4-VM6等，不同网络设备的多个虚拟机之间能够独立进行通信，例如VM1与VM6之间可以进行通信，通信主要由网络设备的网卡进行信息传输。

图3显示了本发明的基于虚拟机的多网融合方法的流程示意图。

如图3所示，本发明的基于虚拟机的多网融合方法包括下述步骤：

步骤S11，基于网络设备创建虚拟机组。

本步骤中，基于网络设备的各个硬件设备创建一个或多个虚拟机组，每个虚拟机组VMs包括若干个虚拟机VM，虚拟机可以虚拟出不同的硬件配置，包括CPU类型、内存大小、网卡、显卡等信息，这些信息都可以根据实际需要，由网络管理员来手动配置。

步骤S12，给虚拟机分配网络设备的硬件资源。

虚拟机监控器VMM根据所述虚拟机配置参数将物理单元上的硬件资源分配给相应的虚拟机VM，然后对每个虚拟机VM进行监控管理。

步骤S13，虚拟机VM基于被分配的资源进行虚拟化。

虚拟机VM对于资源的虚拟化主要包括三个部分:CPU虚拟化负责为每个虚拟机提供一个或多个虚拟CPU，该部分主要在保证虚拟CPU正确运行的情况下完成虚拟CPU和虚拟机的合理调度；内存虚拟化为每个虚拟机提供一套完整的虚拟内存，并有效地完成真实内存的分配和回收；IO设备虚拟化主要向多个虚拟机提供IO设备的调度和复用。

步骤S14，在虚拟机VM上运行应用程序。

虚拟机通过虚拟化软件代码虚拟出的虚拟硬件平台，虚拟机可以虚拟出不同的硬件配置，包括CPU类型、内存大小、网卡、显卡等信息，从而便于应用程序运行。由于应用程序是运行在虚拟机上，如果出现异常，例如软件bug等问题，可以通过重启虚拟机就恢复正常。

可选的，还包括步骤S15，对虚拟机VM进行网络配置。

通过对虚拟机VM进行网络配置，可以不同的虚拟机可以配置为应用于不同的内部网络，保证不同区域(例如不同的局域网)使用的不同的应用程序可以正常运行。

综上所述，根据本发明的基于虚拟机的多网络融合的系统和方法，可以在同一个硬件平台上运行不同类型的应用程序(例如不同类型、版本的防火墙、路由器软件等)。由于这些应用程序是运行在虚拟机上，如果出现异常，例如软件bug等问题，可以通过重启虚拟机就恢复正常。另一方面，由于不同区域的所有应用程序都运行在虚拟机上，硬件设备的维护只需要对多台虚拟机共用的物理单元进行维护就行，相对于现有技术来说，只需要维护一套硬件设备，从而可以大大降低硬件维护难度，节省硬件维护成本。

本发明的系统基于当前的虚拟化工具来实现虚拟网络设备，例如VmWare、VirtualBox等。特别的，本发明的技术方案尤其适用于采用OPV-Suite(一种虚拟化系统软件)实现。OPV-Suite由虚拟化引擎OPV-X和虚拟化管理系统OPV-M组成，其中OPV-X负责将CPU、内存、硬盘、网卡等物理硬件资源虚拟化并形成资源池，而OPV-M则负责实施统一的资源分配和资源管理、用户身份管理、虚拟机基础安全管理、基础网络服务管理、物理资源及虚拟机资源监控。

另外，用于执行本发明的实施例的操作的计算机程序代码可被以诸如Java、Smalltalk、C++等的面向对象编程语言编写。但是本发明不限制于此，用于执行本发明的实施例操作的计算机程序代码也可以采用传统的过程编程语言编写。所述程序代码可以完全在用户的计算机上执行、部分地在用户的计算机上执行、作为独立的软件包执行、部分在用户的计算机上并且部分在远程计算机上执行、或完全在远程计算机或服务器上执行。在后者情况下，远程计算机可被通过局域网(LAN)或广域网(WAN)连接到用户的计算机，或者可以连接到外部计算机。

本领域的技术人员应该了解，本发明可被实施为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或组合软件和硬件方面的实施例的形式，此处，所有这些实施例可被通称为“电路”、“模块”或“系统”。另外，本发明可被实施为计算机可用存储介质上的计算机程序产品，所述计算机可用存储介质内包含有计算机可用的程序代码。

可以使用任意适合的计算机可用或计算机可读介质。计算机可用或计算机可读介质例如可以是(但不限于)电子的、磁的、光学的、电磁的、红外的或半导体的系统、装置、设备或传播介质。计算机可读介质的更具体的例子(非穷尽的列表)可包括如下：具有一条或更多条导线的电连接件、便携计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携压缩盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储设备、传输介质(诸如支持互联网或内联网的传输介质)、或磁存储设备。应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种基于虚拟机的多网融合系统，包括：

物理单元，是系统中所有硬件设备的集合，用于运行虚拟机程序；

虚拟机，其通过虚拟化软件代码虚拟出虚拟硬件设备，以便于运行应用程序；

虚拟机监控器VMM，运行在物理单元上，用于监控所有的虚拟机；和

用户配置单元，连接到虚拟机监控器VMM上，用于从用户接收虚拟机配置参数并发送给虚拟机监控器VMM；

虚拟机监控器通过从虚拟机上运行的应用程序接收虚拟机配置参数，将所述应用程序分配到其他虚拟机中，或创建新的虚拟机并分配给该应用程序。

2.根据权利要求1所述的多网融合系统，其中，虚拟机监控器VMM管理虚拟机的创建、删除、关机、重启和异常监控。

3.根据权利要求1所述的多网融合系统，所述虚拟机用于实现下述虚拟硬件设备的虚拟化：CPU虚拟化、内存虚拟化和IO设备虚拟化。

4.根据权利要求1所述的多网融合系统，所述虚拟机监控器VMM根据所述虚拟机配置参数将物理单元上的硬件资源分配给相应的虚拟机。

5.根据权利要求4所述的多网融合系统，所述虚拟机监控器VMM通过从用户配置单元接收虚拟机配置参数，调整对应虚拟机的规格信息、配置参数以及物理硬件资源分配，或增加或减少对应虚拟机的数量。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的多网融合系统，所述虚拟机设置虚拟网卡，多个所述虚拟机之间通过自身的虚拟网卡进行通信。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的多网融合系统，虚拟机监控器通过从虚拟机上运行的应用程序接收虚拟机配置参数，调整对应虚拟机的规格信息、配置参数以及物理硬件资源分配。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的多网融合系统，虚拟机监控器通过网络从客户端接收虚拟机配置参数，将该客户端分配对应的虚拟机，或者创建新的虚拟机以分配给该客户端。