CN111290833A - 一种云平台管控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种云平台管控方法，本发明包括：虚拟机采用容错机制，针对有状态的关键业务应用，在业务应用启动时，形成主备两个虚拟机，当正常运行状态时，主虚拟机运动，且备虚拟机不断同步主虚拟机的内存数据，当主虚拟机出现故障时，备虚拟机用于接管主虚拟机的所有业务；容器采用副本技术，针对无状态的服务类应用，在服务应用启动时，建立多个容器副本，若当前容器不可用时，启动另一容器副本，使服务持续运行。

Description

一种云平台管控方法

技术领域

本发明涉及云计算技术领域，具体地说是一种云平台管控方法。

背景技术

在动态性和多样性较强的环境下，机动边缘应用具有高机动、弱连接等特点。为满足边缘场景下的应用，机动云平台需要具有快速响应部署、管理资源占用少、人机交互简单、运行高可靠等技术特征。目前大部分云计算平台安装部署复杂、自身运行需求资源高、运行可靠性低，发生故障后恢复时间长，一般为分钟级，且现有云平台不支持异构管理，无法满足国产化硬件平台的机动云环境的使用要求。

为此需要开发一种支持超融合架构、异构管理、轻量化、高可靠的管控平台，使用虚拟化和分布式存储等技术，建设业务系统的弹性运行环境，打造硬件设备和平台功能高度兼容的环境，为应用系统提供基础资源及运行环境的统一管理能力。

发明内容

本发明的目的是针对以上不足，提供一种支撑异构管理的超融合架构的高可靠的云平台管控方法。

本发明所采用技术方案是：

一种云平台管控方法，包括：

虚拟机采用容错机制，针对有状态的关键业务应用，在业务应用启动时，形成主备两个虚拟机，当正常运行状态时，主虚拟机运动，且备虚拟机不断同步主虚拟机的内存数据，当主虚拟机出现故障时，备虚拟机用于接管主虚拟机的所有业务；

容器采用副本技术，针对无状态的服务类应用，在服务应用启动时，建立多个容器副本，若当前容器不可用时，启动另一容器副本，使服务持续运行。

作为进一步的优化，本发明所述虚拟机采用容错机制步骤中，通过动态加权法计算物理机的负载量，并选择负载量最低的物理机作为备机

作为进一步的优化，本发明所述备机通过动态加权算法进行选择，所述动态加权算法包括：

获取物理机的静态参数和动态参数；

通过物理机的静态参数计算初始权值DW(Ni)；

通过物理机的动态参数计算动态权值Load(Ni)；

综合初始权值DW(Ni)和动态权值Load(Ni)计算综合权值W(Ni)。

作为进一步的优化，本发明物理机的静态参数包括CPU频率和数量、内存容量、磁盘存取速率和网络带宽，所述物理机的动态参数包括CPU占用率、内存使用率、磁盘存取使用率和网络带宽占用率。

作为进一步的优化，本发明所述动态权值的计算公式为Load(Ni)＝K_1×L_cpu(Ni)+K_2×L_mem(Ni)+K_3×L_band(Ni)+K_4×L_response(Ni)+K_5×L_IO(Ni)；

其中，L_cpu表示CPU占用率，L_mem表示内存使用率，L_band表示网络带宽占用率，L_IO表示磁盘存取使用率，L_response表示响应时间。系数K_1，K_2，K_3，K_4，K_5均为可调整系数，0≤K_i≤1，且K_1+K_2+K_3+K_4+K_5＝1。

作为进一步的优化，本发明所述综合权值W(Ni)的计算公式为W(Ni)＝A*DW(Ni)+B*(DW(Ni)-Load(Ni))(1/3)；

其中，A和B均为综合权值W(Ni)计算的调整系数，且A和B的取值均在0至1之间，且A+B＝1；

当服务器的综合权值W(Ni)小于它本身的初始权值DW(Ni)，代表当前的服务器处于超载状态，不要选择此服务器作为备机；当服务器的综合权值W(Ni)大于它本身的初始权值DW(Ni)，代表当前服务器的负载很轻，选择此服务器作为备机。

作为进一步的优化，本发明所述容器副本处理包括如下步骤：

接收服务应用请求，服务应用在运行过程中在不同的物理机建立多个容器副本；

多个容器副本之间采用Active-Standby方式对接，当处于Active状态的容器副本不可用时，处于Standy状态的其中一个容器副本转换为Active状态，保证容器服务应用的持续运行。

作为进一步的优化，本发明所述业务应用数据存储于分布式存数中，并基于Docker提供的文件卷插件，将分布式存储挂在到容器中，业务应用数据直接写入到分布式存储中。

本发明还提供一种管控云平台，包括上述所述的云平台管控方法，还包括安装部署模块、系统优化模块和操作使用模块，其中：

所述安装部署模块将虚拟化和管理功能集成至一个安装光盘内，且所述安装光盘支撑单节点安装和多节点安装，安装完成后进行集群、存储、时间同步界面配置，达到系统可用状态；

所述系统优化模块采用VirtIO半虚拟化驱动来提高性能读写方面的性能，所述系统优化模块采用集群文件系统同步各节点信息；

操作使用模块用于接收用户的请求并驱动云平台自动完成资源的分配和绑定，并可实现资源的回复和初始化操作。

本发明具有以下优点：

1、本发明面向具有高机动、弱连接特点的机动环境领域，结合容器、虚拟化、分布式存储等相关技术，应用国产化异构平台的超融合架构技术，按照轻量化的设计思想，构造一个功能齐全、设备先进、运行高效、使用灵活、维护方便、易于扩展、高安全可靠、异构管理的机动轻量云平台；

2、本发明基于“超融合架构、轻量化部署、高安全可靠”实现超融合架构的轻量一体化资源管理平台，从而实现机动环境资源的一体化管理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中描述中所需要使用的附图作简要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，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他的附图。

下面结合附图对本发明进一步说明：

图1为容器故障时的切换示意图；

图2为有状态容器高用原理图；

图3为集群信息同步结构图；

图4为自主门户架构原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。

需要理解的是，在本发明实施例的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。在本发明实施例中的“多个”，是指两个或两个以上。

本发明实施例中的属于“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B这三种情况。另外，本文中字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

本发明提供一种云平台管控方法的实施例，针对于现有国产硬件平台的性能方面的不足，提出高可靠和轻量化管控方法，使用虚拟化和分布式存储等技术，建设业务系统的弹性运行环境，打造硬件设备和平台功能高度兼容的环境，为应用系统提供基础资源及运行环境的统一管理能力。

一、高可靠管控方法包括虚拟机容错机制和容器副本技术，其中：

1、虚拟机采用容错机制，针对有状态的关键业务应用，在业务应用启动时，形成主备两个虚拟机，当正常运行状态时，主虚拟机运动，且备虚拟机不断同步主虚拟机的内存数据，当主虚拟机出现故障时，备虚拟机用于接管主虚拟机的所有业务；

而虚拟机容器机制的关键在于备机的选择上，在选择备机时，需要考虑节点的各项性能指标，包括CPU、内存、磁盘读取速率和网络带宽等多种因素，进行综合评判，选择一个负载相对较小的节点作为备机，本实施例通过动态加权法计算服务器的负载。

权值是负载节点当前处理任务能力大小的反映，权值表示服务器的处理能力，而通过动态反馈调整过来的新权值，反映了服务器的实时处理能力的变化。通常权值是事先设定好的，并且权值大的服务器会分配到相对较多的请求。权值的设定主要依据各服务器节点的资源状况来计算节点的权值。这就需要考虑负载节点的各项性能参数包括静态参数和动态参数，静态参数包括CPU频率和数量、内存容量、磁盘存取速率和网络带宽，所述物理机的动态参数包括CPU占用率、内存使用率、磁盘存取使用率和网络带宽占用率。并且要考虑某时段内各种动态参数的改变情况综合分析，给出一个合理、简便的算法以确定各负载节点的权值。DUD策略中的权值有三类，它们分别是初始权值DW(Ni)，动态权值Load(Ni)和综合权值W(Ni)。

初始权值DW(Ni)的设置要考虑各服务器节点结点的硬件配置情况，来评估负载节点的处理性能，并给以相应的设置，从而保证在异构情况下各负载节点可以充分发挥自身能力。初始权值DW(Ni)与物理机的静态参数有关，由于物理机在设置时，在后期未进行扩展及升级的情况下，其静态参数是相对固定的，可以通过赋予CPU频率和数量、内存使用率、磁盘读写速率和网络速率等赋予一定的权重，通过计算节点的初始权值DW(Ni)。

动态权值Load(Ni)的计算要考虑的服务器节点的资源使用状态。根据各服务器节点自身的当前真实负载情况。Load(Ni)可按公式如下公式进行计算得到。

Load(Ni)＝K_1×L_cpu(Ni)+K_2×L_mem(Ni)+K_3×L_band(Ni)+K_4×L_response(Ni)+K_5×L_IO(Ni)

其中，L_cpu表示CPU占用率，L_mem表示内存使用率，L_band表示网络带宽占用率，L_IO表示磁盘读写使用率，L_response表示响应时间。系数K_1，K_2，K_3，K_4，K_5表示各个负载参数的重要程度，也称可调整系数，这里0≤K_i≤1，且K_1+K_2+K_3+K_4+K_5＝1。集群服务应用的不同，各个参数的重要程度也会有所不同。系数的大小通常根据经验或者根据系统实际测试进行设置，总之，根据网络应用及其环境在平衡算法的某个执行周期来动态配置权重系数，以期达到最佳状态。服务节点在接入集群时，在各节点内部应设立好各项静态参数K_i，以后每隔固定时间T_0，重新计算当前负载量。

各服务节点的综合负载权值W(Ni)通过如下公式进行计算得到：

W(Ni)＝A*DW(Ni)+B*(DW(Ni)-Load(Ni))(1/3)

在上面公式中，A,B是调整系数，用来调整综合权值的量和权值反馈量。如果动态权值Load(Ni)恰好等于初始权值DW(Ni)，综合负载权值W(Ni)不变，就说明物理机的负载状况恰好达到理想状况，等于初始权值DW(Ni)。但是如果动态权值Load(Ni)的计算结果高于初始权值DW(Ni)，必然使综合负载权值W(Ni)变高，就说明物理机负载很轻，均衡器将要增加分配给该结点的任务量。反之，如果动态权值Load(Ni)低于初始权值DW(Ni)，使最终权值变低，则说明物理机开始处于重负荷的状况，均衡器将会减少对该服务器的任务分配。在实际应用中，若发现物理机的综合负载权值W(Ni)都小于它们的初始权值DW(Ni)，就说明当前的物理机处于超载状态，不要选择此服务器作为备机；相反，如果物理机的综合负载权值W(Ni)都大大高于它们的初始权值DW(Ni)，就说明当前服务器的负载很轻，可以选择此服务器作为备机。

当主物理机宕机时，从所述计算机集群系统中除备物理机外的其它物理机中选择一个物理机作为备物理机，具体选择方法为：按照上述动态加权算法，选择一个负载最低的物理机作为备物理机，进行再次容错。只有集群系统中没有物理机可用时，才会不再开启容错备虚拟机，从而保证容错虚拟机最大的可用性。

2、容器高可用采用容器副本技术，在管理平台中集成一个ReplicationController(简称RC)，实现容器副本的控制，保证容器的副本数量在任意时刻都符合某个预期值。如图1所示，将同一个功能的容器在不同的物理机中启动多个副本，多个副本之间采用Active-Standby方式工作，只有当Active副本不可用时，会将Standby状态的副本转换为Active状态，实现容器业务的持续运行。

本实施例重采用的存储为分布式存储，如图2所示，可以将业务应用数据存储于分布式存储中，基于Docker提供的文件卷插件(volume plugin)，将分布式存储挂载到容器中，保证业务应用的数据可以直接写入分布式存储，由于分布式存储采用备份方式，可以在底层直接保证数据的安全。

二、轻量化管控方法：

对操作系统进行轻量化定制，主要从三个方面进行轻量化：内核、系统软件及应用服务，从而保障操作系统运行时的轻量化，并尽量减少操作系统所占用的系统空间。

安装过程采用“傻瓜式”人机交互界面，用户通过简单的用户名密码设置、网络设置、时区选择等安装向导，便可实现自动化安装，而且每个安装步骤所要求配置的参数，均已设置默认值，即使用户不熟悉参数配置也可进行默认安装，后期可通过运维或管理员手册进行参数修改。

采用VirtIO半虚拟化驱动来提高性能IO方面的性能，降低开销。虚拟化平台提供虚拟化能力，需要开发实现虚拟化基础平台，包括：Qemu、VirtIO、GustTools等，Qemu负责软实现虚机硬件设备的全虚拟化和创建用户IO空间，KVM用来使qemu的模拟设备利用硬件加速功能。VirtIO用来实现IO设备的半虚拟化。在KVM中，可以在客户机中使用半虚拟化驱动(Paravirtualized Drivers，PV Drivers)来提高客户机的性能(特别是I/O性能)。

如图3所示，为优化集群信息同步，采用集群文件系统来降低信息同步的开销。集群节点信息的同步是由集群文件系统来完成的，当某个节点上的信息发生改变时，由集群文件系统同步到其他节点，以保证集群信息在各个节点上的信息同步。最后，集群的统一管理功能由web管理界面下发命令，然后通过API查询执行此命令的节点，最终通过远程调用对应节点上的API，来完成命令的执行，从而实现各种资源的统一管理。

面对机动环境中无管理员和无专业运维人员的情况，实现用户自助式操作，在无管理员干预的情况下，云平台根据用户(特权用户)的请求自动完成资源的分配和绑定，并可实现资源的恢复和初始化等操作。

如图4所示，自助门户为用户提供访问通道，界面操作及其简单，用户使用自助门户可以进行实时资源监控、台屏(显控台)资源切换和席位浮动等操作。用户在被授予的操作权限内进行虚拟机的管理和访问。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种云平台管控方法，其特征在于：包括：

虚拟机采用容错机制，针对有状态的关键业务应用，在业务应用启动时，形成主备两个虚拟机，当正常运行状态时，主虚拟机运动，且备虚拟机不断同步主虚拟机的内存数据，当主虚拟机出现故障时，备虚拟机用于接管主虚拟机的所有业务；

容器采用副本技术，针对无状态的服务类应用，在服务应用启动时，建立多个容器副本，若当前容器不可用时，启动另一容器副本，使服务持续运行。

2.根据权利要求1所述的云平台管控方法，其特征在于：所述虚拟机采用容错机制步骤中，通过动态加权法计算物理机的负载量，并选择负载量最低的物理机作为备机。

3.根据权利要求2所述的云平台管控方法，其特征在于：所述备机通过动态加权算法进行选择，所述动态加权算法包括：

获取物理机的静态参数和动态参数；

通过物理机的静态参数计算初始权值DW(Ni)；

通过物理机的动态参数计算动态权值Load(Ni)；

综合初始权值DW(Ni)和动态权值Load(Ni)计算综合权值W(Ni)。

4.根据权利要求3所述的云平台管控方法，其特征在于：物理机的静态参数包括CPU频率和数量、内存容量、磁盘存取速率和网络带宽，所述物理机的动态参数包括CPU占用率、内存使用率、磁盘存取使用率和网络带宽占用率。

5.根据权利要求4所述的云平台管控方法，其特征在于：所述动态权值的计算公式为Load(Ni)＝K_1×L_cpu(Ni)+K_2×L_mem(Ni)+K_3×L_band(Ni)+K_4×L_response(Ni)+K_5×L_IO(Ni)；

其中，L_cpu表示CPU占用率，L_mem表示内存使用率，L_band表示网络带宽占用率，L_IO表示磁盘存取使用率，L_response表示响应时间。系数K_1，K_2，K_3，K_4，K_5均为可调整系数，0≤K_i≤1，且K_1+K_2+K_3+K_4+K_5＝1。

6.根据权利要求4所述的云平台管控方法，其特征在于：所述综合权值W(Ni)的计算公式为W(Ni)＝A*DW(Ni)+B*(DW(Ni)-Load(Ni))(1/3)；

其中，A和B均为综合权值W(Ni)计算的调整系数，且A和B的取值均在0至1之间，且A+B＝1；

当服务器的综合权值W(Ni)小于它本身的初始权值DW(Ni)，代表当前的服务器处于超载状态，不要选择此服务器作为备机；当服务器的综合权值W(Ni)大于它本身的初始权值DW(Ni)，代表当前服务器的负载很轻，选择此服务器作为备机。

7.根据权利要求1所述的云平台管控方法，其特征在于：所述容器副本处理包括如下步骤：

接收服务应用请求，服务应用在运行过程中在不同的物理机建立多个容器副本；

多个容器副本之间采用Active-Standby方式对接，当处于Active状态的容器副本不可用时，处于Standy状态的其中一个容器副本转换为Active状态，保证容器服务应用的持续运行。

8.根据权利要求7所述的云平台管控方法，其特征在于：所述业务应用数据存储于分布式存数中，并基于Docker提供的文件卷插件，将分布式存储挂在到容器中，业务应用数据直接写入到分布式存储中。

9.一种管控云平台，其特征在于：包括权利要求1-8中任何一项所述的云平台管控方法，还包括安装部署模块、系统优化模块和操作使用模块，其中：

所述安装部署模块将虚拟化和管理功能集成至一个安装光盘内，且所述安装光盘支撑单节点安装和多节点安装，安装完成后进行集群、存储、时间同步界面配置，达到系统可用状态；

所述系统优化模块采用VirtIO半虚拟化驱动来提高性能读写方面的性能，所述系统优化模块采用集群文件系统同步各节点信息；

操作使用模块用于接收用户的请求并驱动云平台自动完成资源的分配和绑定，并可实现资源的回复和初始化操作。

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