CN106789339A - 一种基于轻量级虚拟化架构的分布式云仿真方法与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于轻量级虚拟化架构的分布式云仿真方法,所述方法包括:S1:通过云仿真中控平台接收用户的仿真任务,并对所述仿真任务进行分解,得到多个微服务化组合指令;S2:通过云仿真中控平台与各服务器集群仿真容器系统进行代理协商,将所述多个微服务化组合指令传输至指定的服务器集群仿真容器系统;S3:通过所述服务器集群仿真容器系统对仿真资源的镜像容器进行微服务化组合构建,供用户调用,本发明实现了对仿真资源的细粒度封装,并引入微服务化和微服务化组合的概念,提高多中心分布式仿真资源的复制和共享效率,可在多个中心间快速部署仿真资源。

Description

一种基于轻量级虚拟化架构的分布式云仿真方法与系统
技术领域
[0001] 本发明涉及分布式云仿真领域。更具体地,涉及一种基于轻量级虚拟化架构的分 布式云仿真方法与系统。
背景技术
[0002] 目前对于分布式云仿真的系统架构和仿真方法主要有以下两种,第一种提出了在 分布式仿真亚马逊EC2平台上部署应用的关键步骤。具体包括创建镜像、弹性IP分配、启动 主节点与工作节点。具体的创建镜像是通过MAVEN自动下载和安装依赖库到宿主机,编译和 启动仿真器。主节点与工作节点通过JINI框架来发现彼此。启动主节点与工作节点主要通 过EC2的Web service API启动一个虚拟机服务实例,当虚拟机启动时将自动运行用户脚本 文件,以创建主从工作节点,然后提交配置文件、仿真模型与仿真器的参数至主节点的协调 器,协调器通过JINI框架发现和使用工作节点的仿真执行服务。第二种提出了一个基于 SaaS支持配置和MTA等多种特性的新型仿真模型框架,整体框架主要包括支撑环境,模型的 创建服务,源代码的编译和部署,仿真执行和仿真运行的分析引擎。首先根据用户需求调用 模型创建服务,该服务查询获取支撑环境的模型信息并完成模型的创建和配置,然后编译 产生源代码并部署,最后运行仿真。其中模型创建服务中提出解决多用户的配置模型,使仿 真资源和模型的重用,有效的提高了资源利用率和仿真效率。但是,在第一种的亚马逊EC2 平台的传统分布式离散事件仿真的方案中,其仿真的实现通过创建镜像,分配IP,启动工作 节点,虽然分布式的云仿真可以实现复杂的仿真模型,但是每次的仿真需求都要进行配置 和部署,没有可重用性,不能满足多用户使用的需求。对于第二种基于SaaS的仿真方案中, 其仿真实现首先通过基于SaaS的框架,该框架对云仿真提出了服务化的实现方案,整合各 个具有SaaS特性的元素完成仿真,其中还涉及了与平台独立的配置模型来解决仿真资源和 模型可重用的问题,支持多用户的访问。但是,如图1所示,在仿真资源虚拟化中还是用到虚 拟机,基于虚拟机的资源封装体量太大,而且基于虚拟机镜像的仿真资源复制共享效率低, 可重用性也有局限,更难以在多中心之间实现快速的部署,且基于虚拟机的增量镜像,难以 做到完全松耦合地将仿真资源分开封装,对于需要相互调用的仿真资源通常还是要封装到 一个虚拟机镜像中,资源封装粒度粗;数据、工具、应用封装在操作系统中相对容易获取,不 利于保护封装内容的版权。
[0003]因此,需要提供一种基于轻量级虚拟化架构的分布式云仿真方法与系统,实现对 仿真资源的细粒度封装,提高多中心分布式仿真资源的复制和共享效率,可在多个中心间 快速部署仿真资源。
发明内容
[0004] 本发明要解决的一个技术问题是提供一种基于轻量级虚拟化架构的分布式云仿 真方法,本发明要解决的另一个技术问题是提供一种基于轻量级虚拟化架构的分布式云仿 真系统,以实现对仿真资源的细粒度封装,提高多中心分布式仿真资源的复制和共享效率, 可在多个中心间快速部署仿真资源。
[0005]为解决上述技术问题,本发明采用下述技术方案:
[0006]本发明一方面公开了 一种基于轻量级虚拟化架构的分布式云仿真方法,其特征在 于,所述方法包括:
[0007] S1:通过云仿真中控平台接收用户的仿真任务,并对所述仿真任务进行分解,得到 多个微服务化组合指令;
[0008] S2:通过云仿真中控平台与各服务器集群仿真容器系统进行代理协商,将所述多 个微服务化组合指令传输至指定的服务器集群仿真容器系统;
[0009] S3:通过所述服务器集群仿真容器系统对仿真资源的镜像容器进行微服务化组合 构建,供用户调用。
[0010] 优选地,所述镜像容器为基于轻量级虚拟化技术封装的轻量级镜像容器。
[0011] 优选地,所述镜像容器包括仿真模型代码和仿真模型运行环境。
[0012] 优选地,该分布式云仿真方法进一步包括:
[0013] 用户通过云仿真中控平台向云仿真容器镜像库上传容器镜像,对容器镜像进行注 册和发布。
[0014] 优选地,所述服务器集群仿真容器系统采用能够弹性扩张镜像容器的运行环境的 弹性资源管理机制。
[0015] 本发明另一方面同时公开了一种基于轻量级虚拟化架构的分布式云仿真系统,其 特征在于,所述系统包括:云仿真中控平台和多个服务器集群仿真容器模块;
[0016] 所述云仿真中控平台用于接收用户的仿真任务,并对所述仿真任务进行分解,得 到微服务化组合指令,并与各服务器集群仿真容器系统进行代理协商,将所述多个微服务 化组合指令传输至指定的服务器集群仿真容器系统以及存储仿真资源镜像容器;
[0017] 每个服务器集群仿真容器模块包括多个单服务器仿真容器模块和云仿真资源管 理中间件服务器;
[0018] 所述多个云仿真资源管理中间件服务器用于与云仿真中控平台进行远程交互,并 对多个单服务器仿真容器模块进行管理;
[0019] 所述单服务器仿真容器模块用于对仿真资源的镜像容器进行微服务化组合构建, 供用户调用。
[0020] 优选地,所述云仿真中控平台包括云仿真门户服务器和云仿真系统服务器;
[0021] 所述云仿真门户服务器用于与用户交互,接收用户的仿真指令;
[0022] 所述云仿真系统服务器用于对所述仿真任务进行分解,并与各服务器集群仿真容 器系统进行代理协商,将所述多个微服务化组合指令传输至指定的服务器集群仿真容器系 统以及存储仿真资源镜像容器。
[0023] 本发明的有益效果如下:
[0024] 本发明采用轻量级虚拟化技术对仿真资源进行虚拟化封装,实现仿真模型的运行 环境一致性测试和部署,引入微服务化和微服务化组合的概念,实现仿真环境的积木化搭 建,最后以服务应用的形式呈现给仿真用户,并通过仿真资'源优化配置和管理策略以及微 服务化的智能调度策略,实现多中心的分布式仿真,提高多个中心间仿真资源的快速分配 和部署,提高仿真效率。
附图说明
[0025]下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0026]图1示出了传统虚拟化技术和本发明采用的轻量极虚拟化技术。
[0027]图2示出了一种基于轻量级虚拟化架构的分布式云仿真方法的流程图。
[0028]图3示出了 一种基于轻量级虚拟化架构的分布式云仿真方法仿真资源智能化调度 的框架图。
[0029]图4示出了一种基于轻量级虚拟化架构的分布式云仿真系统的示意图。
[0030]图5示出了一种基于轻量级虚拟化架构的分布式云仿真系统的工作示意图。
具体实施方式
[0031] 为了更清楚地说明本发明,下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说 明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解,下面所具体 描述的内容是说明性的而非限制性的,不应以此限制本发明的保护范围。
[0032] 如图2所示,本发明一方面公开了一种基于轻量级虚拟化架构的分布式云仿真方 法,所述方法包括:
[0033] S1:通过云仿真中控平台接收用户的仿真任务,并对所述仿真任务进行分解,得到 多个微服务化组合指令。
[0034] S2:通过云仿真中控平台与各服务器集群仿真容器系统进行代理协商,将所述多 个微服务化组合指令传输至指定的服务器集群仿真容器系统。云仿真中控平台与各服务器 集群仿真容器系统的云仿真资源管理中间件服务器进行多智能代理协商,对全局资源进行 优化配置,云仿真中控平台的云仿真容器镜像库根据协商结果,将微服务化的容器镜像部 署到指定的中心,供云仿真资源管理中间件调用。
[0035] 云仿真中控平台与各服务器集群仿真容器系统进行多智能代理协商时,通过多中 心的优化配置和管理的数学模型将帮助云仿真容器镜像库找到最佳的仿真资源和配置方 案。其中,所述数学模型可为:假设仿真任务分解为M个子任务、云仿真系统中包括N个分中 心,设计服务质量评估矩阵为
[0036] E=[Fij]MXM
[0037] Fij= [fhk] nxn
[0038] 其中,fhk为矩阵Fij中标号为hk的服务。
[0039] 充分考虑影响多中心仿真资源服务优化配置的因素,如服务可用性、远程协作代 价等因素,设计类似(STXEXS)/2的目标函数,其中,S为分中心选择矩阵,ST为转置矩阵, 通过降低目标函数的维度,形成可求解的多中心的全局优化配置数学模型。
[0040] S3:通过所述服务器集群仿真容器系统对仿真资源的镜像容器进行微服务化组合 构建,供用户调用。
[0041] 其中,所述镜像容器为基于轻量级虚拟化技术封装的轻量级镜像容器,对外呈微 服务形态,可由用户通过云仿真中控平台向云仿真容器镜像库上传对容器镜像进行注册和 发布。仿真联邦成员可在仿真模型开发阶段将模型代码连同其运行环境基于轻量级虚拟化 技术的规则封装成轻量级容器镜像,上传至容器镜像库进行统一管理,测试人员可从库中 取出模型,进行测试,此过程中模型的运行环境保持一致。
[0042] 如图3所示,多个所述服务器集群仿真容器系统中的云仿真资源管理中间件服务 器系统在镜像库中调度各类细粒度仿真资源到用户端,由容器引擎虚拟化镜像资源为微服 务容器资源,并进行微服务的组合,动态、积木化地构建联邦成员的仿真服务环境,并通过 资源智能化调度流程完成多中心之间的仿真协同应用。本发明采用容器管理的形式实现仿 真资源虚拟化和服务化隔离,通过对资源进行微服务化的容器管理实现资源的隔离过程。 以容器系统的网络输入/输出性能隔离为例,由于现有容器技术中,容器并未使用cgroups 中的net_ClS子系统对网络带宽进行限制,使得在同一宿主机中的多个容器将抢占输入/输 出带宽,极有可能出现某一容器过度占用网络带宽的情况,从而严重影响其他容器的正常 运行。对此,利用容器管理中的net_cls子系统,通过使用等级标识符标记网络数据包,实现 细粒度的网络带宽限制。本发明中采用的轻量级虚拟化技术为智能调度提供基础的虚拟 化、服务化容器环境,同时实现微服务容器资源的迁移、分发部署策略。在仿真资源调度时, 本发明采用智能化资源调度,基于轻量级虚拟化架构的云仿真系统需要实现多实例高并发 的仿真过程,因此需要降低多实例、多级并行的调度代价,同时又要保证共享的安全性。对 于仿真任务,系统进行组合、评测、推理建议的多次流程迭代,并维护资源状态和仿真知识 两个数据库获取资源状态和组合的信息,综合智能评估后得到最理想的调度方案,从而兼 顾各方的需求。所述服务器集群仿真容器系统采用能够弹性扩张镜像容器的运行环境的弹 性资源管理机制。能够实现一种弹性的资源管理机制,换言之,当出现部分资源消耗较高的 需求时,能够弹性扩张当前容器的运行环境,为其提供更多的计算或存储资源,在消耗高峰 过后又能快速回收资源,以供给其它仿真应用。最后仿真任务完成,轻量化的容器能够快速 销毁,减少整个仿真周期的时耗。
[0043]轻量级虚拟化的引入为云仿真带来高效能的应用特性,通过轻量化的容器封装接 入虚拟化、容器化的仿真资源,并进行资源的微服务化组合为用户提供多种仿真服务。为验 证各个关键技术的应用效果,将围绕云仿真的应用过程定制验证实验,不仅要为仿真用户 在云端快速、动态构建分布式的仿真环境,还要使系统能满足多用户、高并发的访问需求 [0044] 如图4和图5所示,本发明另一方面同时公开了一种用于实现所述方法的基于轻量 级虚拟化架构的分布式云仿真系统,所述系统包括云仿真中控平台和多个服务器集群仿真 容器模块。 _
[0045]其中,所述云仿真中控平台用于接收用户的仿真任务,并对所述仿真任务进行分 解,得到微服务化组合指令,并与各服务器集群仿真容器系统进行代理协商,将所述多个微 服务化组合指令传输至指定的服务器集群仿真容器系统以及存储仿真资源镜像容器所述 云仿真门户服务器用于与用户交互,接收用户的仿真指令,所述云仿真系统服务器用于对 所述仿真任务进行分解,并与各服务器集群仿真容器系统进行代理协商,将所述多个微服 务化组合指令传输至指定的服务器集群仿真容器系统以及存储仿真资源镜像容器。
[0046] 每个服务器集群仿真容器模块包括多个单服务器仿真容器模块和云仿真巧源管 理中间件服务器。所述多个云仿真资源管理中间件服务器用于与云仿真中控平台进行远程 交互,并对多个单服务器仿真容器模块进行管理,所述单服务器仿真容器模块用于对仿真 资源的镜像容器进行微服务化组合构建,供用户调用。
[0047] 显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对 本发明的实施方式的限定,对于所属领域的普通技术人贝来说,在上述说力的土础上还可 化或变动,这里无法对所有的实施方式予以穷举,凡是属于本发 、此而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1. 一种基于轻量级虚拟化架构的分布式云仿真方法,其特征在于,所述方法包括: S1:通过云仿真中控平台接收用户的仿真任务,并对所述仿真任务进行分解,得到多个 微服务化组合指令; S2:通过云仿真中控平台与各服务器集群仿真容器系统进行代理协商,将所述多个微 服务化组合指令传输至指定的服务器集群仿真容器系统; S3:通过所述服务器集群仿真容器系统对仿真资源的镜像容器进行微服务化组合构 建,供用户调用。
2. 根据权利要求1所述的分布式云仿真方法,其特征在于,所述镜像容器为基于轻量级 虚拟化技术封装的轻量级镜像容器。
3. 根据权利要求1所述的分布式云仿真方法,其特征在于,所述镜像容器包括仿真模型 代码和仿真模型运行环境。
4. 根据权利要求1所述的分布式云仿真方法,其特征在于,该分布式云仿真方法进一步 包括: 用户通过云仿真中控平台向云仿真容器镜像库上传容器镜像,对容器镜像进行注册和 发布。
5. 根据权利要求1所述的分布式云仿真方法,其特征在于,所述服务器集群仿真容器系 统采用能够弹性扩张镜像容器的运行环境的弹性资源管理机制。
6. —种基于轻量级虚拟化架构的分布式云仿真系统,其特征在于,所述系统包括:云仿 真中控平台和多个服务器集群仿真容器模块; 所述云仿真中控平台用于接收用户的仿真任务,并对所述仿真任务进行分解,得到微 服务化组合指令,并与各服务器集群仿真容器系统进行代理协商,将所述多个微服务化组 合指令传输至指定的服务器集群仿真容器系统以及存储仿真资源镜像容器; 每个服务器集群仿真容器模块包括多个单服务器仿真容器模块和云仿真资源管理中 间件服务器; _ 所述多个云仿真资源管理中间件服务器用于与云仿真中控平台进行远程交互,并对多 个单服务器仿真容器模块进行管理; 所述单服务器仿真容器模块用于对仿真资源的镜像容器进行微服务化组合构建,供用 户调用〇
7. 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述云仿真中控平台包括云仿真门户服务 器和云仿真系统服务器; 所述云仿真门户服务器用于与用户交互,接收用户的仿真指令; 所述云仿真系统服务器用于对所述仿真任务进行分解,并与各服务器集群仿真容器系 统进行代理协商,将所述多个微服务化组合指令传输至指定的服务器集群仿真容器系统以 及存储仿真资源镜像容器。
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