CN117076040A - 基于镜像缓存池的OpenStack虚拟机快速创建方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于镜像缓存池的OpenStack虚拟机快速创建方法及系统，所述方法包括以下步骤：1)接收用户发起的虚拟机创建请求；2)根据所述虚拟机创建请求中的镜像信息，查找该镜像是否存在于镜像云硬盘缓存池中，若是，则执行步骤3)，若否，则通过本地复制方式创建虚拟机系统盘，完成虚拟机创建，所述镜像云硬盘缓存池存储有预先设置的热点镜像及关联的预先创建的缓存盘，且该镜像云硬盘缓存池动态更新；3)使用镜像云硬盘缓存池中已有的该镜像关联的缓存盘作为虚拟机系统盘，完成虚拟机创建。与现有技术相比，本发明缩短了虚拟机创建时间，降低了存储网络的带宽挤占，改善了云平台的存储性能。

Description

基于镜像缓存池的OpenStack虚拟机快速创建方法及系统

技术领域

本发明属于云计算技术领域，涉及一种缓存镜像管理技术，尤其是涉及一种基于镜像缓存池的OpenStack虚拟机快速创建方法及系统。

背景技术

随着云计算技术的不断发展，越来越多的客户将应用放在了云上，云计算为用户方便灵活地提供了各种虚拟资源，如计算、存储、网络等。随着云计算用户的数量增长，对云平台的操作性提出了更高的要求，例如用户界面的流畅度、资源增删改查的时间等。

在云平台上创建虚拟机，传统的方式是，计算模块收到创建请求后，将镜像模块管理的镜像通过iSCSI或其它远程协议挂载到本地控制节点，然后将新建虚拟机的系统盘(此处也是云硬盘)也挂载到本地控制节点，通过本地复制的方式，完成虚拟机系统盘的创建，进而继续完成创建虚拟机的其它操作。

OpenStack在对接主流的商业集中式存储(例如浪潮存储、联想存储)时，都使用了这种方法进行虚拟机的系统盘创建，由于镜像所占用的空间较大，一般都是几个GB，或者更大的空间，所以导致用户创建虚拟机耗时长、体验差；该方法除了影响用户创建虚拟机的操作时间外，对云平台的存储网络带宽占用也比较大，需要频繁利用存储网络读取镜像及写入系统盘数据，进而挤占其它业务的读写带宽，降低云平台的整体性能。

为了改善以上性能问题，主流的方法有：1、通过OpenStack对接Ceph等分布式存储，借助OpenStack的Ceph驱动，通过Ceph卷快照方式创建有依赖关系的虚拟机云硬盘，可以实现秒级创建云硬盘的功能，但是该方法的缺点是，大量的虚拟机云硬盘与单个镜像之间存在多对一的依赖关系，带来了安全和性能上的问题，一旦底层镜像数据损坏，则会导致与其相关的虚拟机都出现故障，另外，共享镜像也会导致虚拟机的云硬盘性能下降；2、通过镜像的本地缓存方式，改善性能，每次创建虚拟机时，将虚拟机的镜像缓存到本地控制节点一份，下次使用该镜像时，可直接从本地缓存读取镜像数据，减少1次本地网络挂载过程(镜像挂载)，提升了数据读取效率，但由于仍需要1次本地网络挂载(系统盘挂载)，因此，性能提升有限、存储带宽占用问题仍然存在。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种缩短虚拟机创建时间、降低存储网络带宽挤占的基于镜像缓存池的OpenStack虚拟机快速创建方法及系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于镜像缓存池的OpenStack虚拟机快速创建方法，包括以下步骤：

1)接收用户发起的虚拟机创建请求；

2)根据所述虚拟机创建请求中的镜像信息，查找该镜像是否存在于镜像云硬盘缓存池中，若是，则执行步骤3)，若否，则通过本地复制方式创建虚拟机系统盘，完成虚拟机创建，所述镜像云硬盘缓存池存储有预先设置的热点镜像及关联的预先创建的缓存盘，且该镜像云硬盘缓存池动态更新；

3)使用镜像云硬盘缓存池中已有的该镜像关联的缓存盘作为虚拟机系统盘，完成虚拟机创建。

进一步地，所述的动态更新过程包括：

定时触发检查更新任务；

根据当前虚拟机列表及相关信息，计算每个镜像的缓存盘的预期缓存值；

检查当前镜像云硬盘缓存池中的缓存盘数量是否与所述预期缓存值一致，若是，则无需进行任何操作；若否，则创建预期缓存值的缓存盘。

进一步地，所述的相关信息包括创建时间和依赖的镜像。

进一步地，所述的当前缓存盘的预期缓存值的计算公式如下：

其中，IMAGE_NUM_j为第j个镜像的预期缓存值，ROUND函数为取整函数，IMAGE_SUM是用户预设的最大缓存个数，M为统计的镜像类型数量之和，IMAGE_j为第j个镜像的加权和，N为统计的最长天数，i为倒数第几天，COUNT_(j,i)为第j个镜像在第i天出现的次数，Weight(i)为第i天的镜像数量的权重值。

进一步地，所述的第i天的镜像数量的权重值的计算公式如下：

进一步地，所述预期缓存值基于多维度历史数据预测获得。

进一步地，采用线性回归算法或滑动平均算法对所述预期缓存值进行预测。

进一步地，所述步骤3)中，通过云硬盘转让和调整大小的方式，快速创建指定大小指定租户的虚拟机系统盘。

本发明还提供一种基于镜像缓存池的OpenStack虚拟机快速创建系统，包括：

请求接收模块，用于接收用户发起的虚拟机创建请求；

查找模块，根据所述虚拟机创建请求中的镜像信息，查找该镜像是否存在于镜像云硬盘缓存池中，所述镜像云硬盘缓存池存储有预先设置的热点镜像及关联的预先创建的缓存盘，且该镜像云硬盘缓存池动态更新；

第一创建模块，在查找模块的结果为是时响应，使用镜像云硬盘缓存池中已有的该镜像关联的缓存盘作为虚拟机系统盘，完成虚拟机创建；

第二创建模块，在查找模块的结果为否时响应，通过本地复制方式创建虚拟机系统盘，完成虚拟机创建。

进一步地，还包括用于缓存池动态更新的缓存池控制模块，该缓存池控制模块包括：

任务触发单元，用于定时触发检查更新任务；

统计决策单元，用于获取虚拟机列表及相关信息，计算每个镜像的缓存盘的预期缓存值；

调度执行单元，用于检查当前镜像云硬盘缓存池中的缓存盘数量是否与所述预期缓存值一致，若是，则无需进行任何操作；若否，则创建预期缓存值的缓存盘。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明创建了一个镜像云硬盘缓存池，用于存储有预先设置的热点镜像及关联的预先创建的缓存盘，且该镜像云硬盘缓存池动态更新，用户在创建虚拟机时，可基于镜像信息，优先选择该缓存池中的已预先创建的系统盘，达到快速创建虚拟机的目的，可有效提升用户体验，缩短了虚拟机创建时间；

(2)本发明结合镜像的历史使用信息，采用加权求和方式计算或基于多维度历史数据预测获得当前缓存池中缓存盘的数量，动态更新缓存池中缓存盘的数量和分布，基于云硬盘模块，完成镜像云硬盘的内部快速复制，创建预期数量的云硬盘，避免本地控制节点的网络挂载带来的带宽挤占、性能差的问题，降低了存储网络的带宽挤占，改善了云平台的存储性能。

附图说明

图1为本发明的整体框架图；

图2为本发明的整体流程图；

图3为本发明缓存池动态更新的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图2所示，本实施例提供一种基于镜像缓存池的OpenStack虚拟机快速创建方法，该方法包括以下步骤：

S101、接收用户发起的虚拟机创建请求；

S102、根据所述虚拟机创建请求中的镜像信息，查找该镜像是否存在于镜像云硬盘缓存池中，若是，则执行步骤S103，若否，则通过本地复制方式创建虚拟机系统盘，完成虚拟机创建，即按照传统的创建虚拟机流程进行虚拟机的创建，所述镜像云硬盘缓存池存储有预先设置的热点镜像及关联的预先创建的缓存盘，且该镜像云硬盘缓存池动态更新；

S103、使用镜像云硬盘缓存池中已有的该镜像关联的缓存盘作为虚拟机系统盘，完成虚拟机创建。

上述方法基于用户策略、结合镜像的历史使用信息，计算预期的“热点”镜像，创建并动态更新一个镜像云硬盘缓存池，用户在创建虚拟机时，可基于镜像信息，优先选择该缓存池中的已预先创建的系统盘，达到快速创建虚拟机的目的，可有效提升用户体验，降低虚拟机创建时间；同时也降低了存储网络的带宽挤占。

参考图3所示，镜像云硬盘缓存池的动态更新过程具体包括：

S201、定时触发检查更新任务。该步骤可通过一定时器实现。定时参数可根据实际应用场景结合用户下发的策略进行配置。由于缓存池的更新过程中，会占用一定的网络带宽和存储IO，对用户的正常存储业务性能有一定的影响，因此可选择在业务较为空闲的晚上进行更新维护。

S202、从云平台数据库读取当前虚拟机列表及相关信息，包括创建时间、依赖的镜像等。

S203、根据当前虚拟机列表及相关信息，结合用户自定义策略，计算每个镜像的缓存盘的预期缓存值，即预测镜像云硬盘缓存池中缓存盘的数量和分布。

在具体实施方式中，采用加权求和的方式对每个镜像进行计算并排序，根据结果确定每个镜像在缓存池中的数量情况。

每个镜像的加权和的计算公式为：

其中，IMAGE_j为第j个镜像的加权和，N为统计的最长天数，例如30天，i为倒数第几天，COUNT_(j,i)为第j个镜像在第i天出现的次数。Weight(i)为第i天的镜像数量的权重值，以线性函数为例，计算方法如下，

在求得各个镜像的权重和之后，结合用户预设的最大缓存个数即可计算出每个镜像的预期缓存值，公式如下：

其中，IMAGE_NUM_j为第j个镜像的预期个数，ROUND函数为取整函数，IMAGE_SUM是用户预设的最大缓存个数，M为统计的镜像类型数量之和。

在其他实施方式中，对于缓存盘的预期缓存值的计算，也可以基于多维度历史数据进行预测，例如，基于最近30天的镜像信息，结合镜像出现的时间、使用的数量等参数，基于线性回归算法、滑动平均算法等进行镜像的预期使用情况预测。

S204、检查当前存储池中的云硬盘是否与预期配置一致。如一致则无需进行任何操作；如不一致，则执行步骤S205，进行缓存池镜像的更新。

S205、查找镜像所依赖的云硬盘。

S206、完成镜像云硬盘的内部快速复制，创建预期数量的云硬盘，作为每个镜像关联的缓存盘，以利用后续使用，避免本地控制节点的网络挂载带来的带宽挤占、性能差的问题。

上述方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

实施例2

本实施例提供一种基于镜像缓存池的OpenStack虚拟机快速创建系统，包括请求接收模块、查找模块、第一创建模块和第二创建模块，其中，请求接收模块用于接收用户发起的虚拟机创建请求；查找模块根据所述虚拟机创建请求中的镜像信息，查找该镜像是否存在于镜像云硬盘缓存池中，所述镜像云硬盘缓存池存储有预先设置的热点镜像及关联的预先创建的缓存盘，且该镜像云硬盘缓存池动态更新；第一创建模块在查找模块的结果为是时响应，使用镜像云硬盘缓存池中已有的该镜像关联的缓存盘作为虚拟机系统盘，完成虚拟机创建；第二创建模块在查找模块的结果为否时响应，通过本地复制方式创建虚拟机系统盘，完成虚拟机创建。其余同实施例1。

实施例3

本实施例提供一种云计算系统，参考图1所示，包括控制节点、计算节点、存储集群和缓存池控制模块。

控制节点包括计算模块nova、镜像模块glance、云硬盘模块cinder和云平台数据库DB。其中，计算模块负责接收用户请求，并执行虚拟机的创建流程，为了实现统一后端管理，此处的计算模块中系统盘使用的是云硬盘，由于系统中配置了缓存池，因此创建虚拟机时优先选择缓存池中的系统盘；镜像模块负责镜像的管理，为了统一后端管理，此处的镜像模块也使用的是云硬盘，即镜像模块后端存储类型为云硬盘类型cinder；云硬盘模块负责云硬盘的管理，并提供卷复制功能；云平台数据库管理云平台各个模块(计算、存储、网络等)的状态数据。

计算节点中部署有计算服务模块(nova-compute)，用于管理计算节点上的虚拟机，包括虚拟机的增删等管理操作。

存储集群为云平台提供存储资源，存储着云平台中的云硬盘块设备，为集中式存储。为了统一后端管理，将计算、镜像模块都对接到了cinder云硬盘，方便后续管理维护，简化了不同商业存储厂家的对接流程，仅需对接cinder模块即可，同时，由于镜像也存在在云硬盘中，后续可实现镜像到云硬盘的内部快速复制，改善性能。云硬盘Volumes池中，共有3类云硬盘：镜像云硬盘、镜像缓存云硬盘(以下简称“缓存盘”)、普通云硬盘，其中镜像云硬盘是云平台的镜像，以云硬盘形式存储；缓存盘在本系统新添加的云硬盘池，作为创建虚拟机时使用的缓存池；普通云硬盘是用于虚拟机系统或数据存储的云硬盘。

缓存池控制模块用于更新维护镜像云硬盘缓存池。该模块中包含了统计模块、决策模块和调度模块。其中，统计模块用于读取云平台数据库，获取虚拟机列表、创建时间、依赖的镜像等原始数据。决策模块基于统计数据，结合用户自定义策略，计算预期的缓存池云硬盘数量及状态信息，并根据当前状态进行缓存池的更新维护，具体地，检查当前缓存池中的云硬盘是否与预期配置一致，如一致则无需进行任何操作；如不一致，则进行缓存池镜像的更新，当需要更新缓存池时，可通过调度模块执行该操作。调度模块通过调用cinder接口实现缓存池云硬盘的增删操作，具体地，该模块通过云平台(控制节点)的镜像模块，查找镜像所依赖的云硬盘，基于云硬盘模块，完成镜像云硬盘的内部快速复制，创建预期数量的云硬盘，避免本地控制节点的网络挂载带来的带宽挤占、性能差的问题。

缓存池控制模块可接受用户配置的策略信息。用户自定义策略可以为基于历史数据的计算方式或基于多维度历史数据的算法预测方式。

当用户发出虚拟机创建请求后，计算模块会接收到创建请求后，并执行创建前的准备工作。计算模块基于用户请求中的镜像信息，查找该镜像是否存在于缓存池中；如果缓存池中没有该镜像关联的系统缓存盘，则按照传统的创建虚拟机流程进行虚拟机的创建，即将镜像和虚拟机系统盘(云硬盘)分别挂载到本地控制节点上，通过本地复制的方式，实现系统盘的创建，进而继续完成创建虚拟机的其它操作；如果缓存池中已经有该镜像关联的缓存盘，则直接使用该缓存盘作为虚拟机的系统盘，在具体执行过程中，可通过云硬盘转让和调整大小等方式，快速创建指定大小指定租户的云硬盘，降低虚拟机的创建时间；虚拟机创建之后，缓存盘的类型转换为普通云硬盘。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于镜像缓存池的OpenStack虚拟机快速创建方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)接收用户发起的虚拟机创建请求；

2)根据所述虚拟机创建请求中的镜像信息，查找该镜像是否存在于镜像云硬盘缓存池中，若是，则执行步骤3)，若否，则通过本地复制方式创建虚拟机系统盘，完成虚拟机创建，所述镜像云硬盘缓存池存储有预先设置的热点镜像及关联的预先创建的缓存盘，且该镜像云硬盘缓存池动态更新；

3)使用镜像云硬盘缓存池中已有的该镜像关联的缓存盘作为虚拟机系统盘，完成虚拟机创建。

2.根据权利要求1所述的一种基于镜像缓存池的OpenStack虚拟机快速创建方法，其特征在于，所述的动态更新过程包括：

定时触发检查更新任务；

根据当前虚拟机列表及相关信息，计算每个镜像的缓存盘的预期缓存值；

检查当前镜像云硬盘缓存池中的缓存盘数量是否与所述预期缓存值一致，若是，则无需进行任何操作；若否，则创建预期缓存值的缓存盘。

3.根据权利要求2所述的一种基于镜像缓存池的OpenStack虚拟机快速创建方法，其特征在于，所述的相关信息包括创建时间和依赖的镜像。

4.根据权利要求2所述的一种基于镜像缓存池的OpenStack虚拟机快速创建方法，其特征在于，所述的当前缓存盘的预期缓存值的计算公式如下：

其中，IMAGE_NUM_j为第j个镜像的预期缓存值，ROUND函数为取整函数，IMAGE_SUM是用户预设的最大缓存个数，M为统计的镜像类型数量之和，IMAGE_j为第j个镜像的加权和，N为统计的最长天数，i为倒数第几天，COUNT_(j,i)为第j个镜像在第i天出现的次数，Weight(i)为第i天的镜像数量的权重值。

5.根据权利要求4所述的一种基于镜像缓存池的OpenStack虚拟机快速创建方法，其特征在于，所述的第i天的镜像数量的权重值的计算公式如下：

6.根据权利要求2所述的一种基于镜像缓存池的OpenStack虚拟机快速创建方法，其特征在于，所述预期缓存值基于多维度历史数据预测获得。

7.根据权利要求6所述的一种基于镜像缓存池的OpenStack虚拟机快速创建方法，其特征在于，采用线性回归算法或滑动平均算法对所述预期缓存值进行预测。

8.根据权利要求1所述的一种基于镜像缓存池的OpenStack虚拟机快速创建方法，其特征在于，所述步骤3)中，通过云硬盘转让和调整大小的方式，快速创建指定大小指定租户的虚拟机系统盘。

9.一种基于镜像缓存池的OpenStack虚拟机快速创建系统，其特征在于，包括：

请求接收模块，用于接收用户发起的虚拟机创建请求；

查找模块，根据所述虚拟机创建请求中的镜像信息，查找该镜像是否存在于镜像云硬盘缓存池中，所述镜像云硬盘缓存池存储有预先设置的热点镜像及关联的预先创建的缓存盘，且该镜像云硬盘缓存池动态更新；

第一创建模块，在查找模块的结果为是时响应，使用镜像云硬盘缓存池中已有的该镜像关联的缓存盘作为虚拟机系统盘，完成虚拟机创建；

第二创建模块，在查找模块的结果为否时响应，通过本地复制方式创建虚拟机系统盘，完成虚拟机创建。

10.根据权利要求8所述的一种基于镜像缓存池的OpenStack虚拟机快速创建系统，其特征在于，还包括用于缓存池动态更新的缓存池控制模块，该缓存池控制模块包括：

任务触发单元，用于定时触发检查更新任务；

统计决策单元，用于获取虚拟机列表及相关信息，计算每个镜像的缓存盘的预期缓存值；

调度执行单元，用于检查当前镜像云硬盘缓存池中的缓存盘数量是否与所述预期缓存值一致，若是，则无需进行任何操作；若否，则创建预期缓存值的缓存盘。