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1、3 2 9 82 0 1 0，3 1(1 4)计算机工程与设计C o m p u t e r E n g i n e e r i n ga n dD e s i g n开发与应用基于W e b 服务的统一虚拟系统管理高国钊，吕智慧，吴杰，张世永(复旦大学计算机学院，上海2 0 0 4 3 3)摘要：为了解决虚拟化技术的发展过程中，虚拟化产品的多样性带来的虚拟系统管理的复杂性问题。D M I F 提出的W B E M是实现企业系统资源统一管理的标准框架，规范了企业网络中受管资源的描述与使用。通过W B E M 企业系统资源统一管理框架中的C I M 资源建模方式对虚拟系统资源进行统一建模，并结合
2、最新的基于W e b 服务的标准化C I M 信息交换接口即W S M a n a g e m e n t 标准，实现了通用的虚拟系统管理原型，以解决各种异构虚拟化平台统一管理问题。关键词：基于W e b 的企业管理；公共信息模型；W e b 服务管理；虚拟系统管理；对象建模中图法分类号：T P 3 0 2 1文献标识码：A文章编号：1 0 0 0 7 0 2 4(2 0 1 0)1 4-3 2 9 8 0 4W e bs e r v i c e sb a s e du n i f i e dv i r t u a ls y s t e mm a n a g e m e n tG A OG u
3、 o-z h a o，L UZ h i-h u i，W UJ i e，Z H A N GS h i-y o n g(C o l l e g eo fC o m p u t e rS c i e n c e，F u d a nU n i v e r s i t y,S h a n g h a i2 0 0 4 3 3，C h i n a)A b s t r 矗c t：T h ed e v e l o p m e n ta n dd i v e r s i t yo f v i r t u a l i z a t i o nt e c h n o l o g yb r i n g st h ec
4、o m p l e x i t yo f v i r t u a ls y s t e mm a n a g e m e n t W B E Mo fD M T Fi sas t a n d a r df r a m e w o r kd e v e l o p e dt ou n i f yt h em a n a g e m e n to fe n t e r p d s ec o m p m m ge n v i r o n m e n t sw h i c hd e f i n e st h ed e s c r i p t i o na n dt h eu s eo ft h em
5、a n a g e dr e s o u r c e si ne n t e r p r i s en e t w o r k s AW B E Mb a s e dc o m m o nv i r t u a ls y s t e m sm a n a g e m e n tp r o t o t y p eu s i n gu n i f i e dC I Mm o d e l i n go fW B E Mf r a m e w o r ka n ds t a n d a r d i z e dW S-M a n a g e m e n tt e c h n o l o g yw h i
6、 c he x p o s e sas t a n d a r d i z e dw e bs e r v i c e s-b a s e di n t e r f a c ef o rC I Mi n f o r m a t i o ne x c h a n g e，aw a yt os o l v et h eu n i f i e dm a n a g e m e n ti s s u e so f h e t e r o g e n e o u sv i r t u a l i z a t i o np l a t f o r mi sp r o v i d e d K e yw o
7、r d s：W B E M；C I M；W S-m a n a g e m e n t；v i r t u a ls y s t e mm a n a g e m e n t；o b j e c tm o d e l i n g0 引言1W B E M 框架标准随着计算机硬件技术水平的提高，系统的硬件使用率普遍偏低，使用虚拟化技术在一台物理机上运行多个虚拟操作系统以降低硬件成本成为未来趋势。然而虚拟化产品的多样性(例如V m w a r e、X e n)也带来了的虚拟系统统一管理的问题。为解决企业信息系统中受管资源对象的统一管理问题，D M T F 标准化组织提出了以C I M 建模为基础的W
8、 B E M 管理框架标准，并由S V P C 工作小组(s y s t e mv i r t u a l i z a t i o n,p a r t i t i o-n i n g a n d c l u s t e r i n g w o r k g r o u p)负责虚拟资源建模标准化，旨在定义一套建立在W B E M 框架上适用于各种异构虚拟化平台的统一管理标准、礓d N“i r t u a l i z a t i o n m a n a g e m e n t i n i t i a t i v e)，使用户可以使用统一的管理平台对建立在不同虚拟化技术上的虚拟操作系统进行统一无差别
9、管理。基于W e b 服务的系统管理符合S O A 的需要，W S M a n a g e-m e n t 是其中的热点领域，但对于目前的管理需求尚存不完善处，对其在虚拟系统管理方面的研究是一个方向。W B E M 是一系列管理标准的集合，它具有良好的扩展性和灵活性，采用面向对象的方法，支持通过不同的通信协议，如S N M P、C M I P 等获取资源信息，并支持采用最新的基于W e bS e r v i c e s 技术的W S M a n a g e m e n t 规范实现跨平台跨语言的异构管理系统的整合，其整体框架如图1 所示。公共信息管理模型(c o m m o ni n f o
10、r m a t i o nm o d e l，C I M)为系统、网络、应用和服务的管理信息提供了通用定义。它是一种采用受管对象格式(m a n a g e d o b j e c t f o r m a t，M O F)为资源进行建模并表示资源的机制。C l M X M L 是一个W B E M 通信协议，通X M L o v e r H T T P 来交换C I M 信息。未来趋势是通过W S M a n a g e m e n t C I M B i n d i n g实现上层的W e bS e r v i e e s(W S m a n a g e m e n t)标准化接口。C I
11、M 对象管理器(c o m m o n i n f o r m a t i m o d e l o b j e c t m a n a g e m e n t，C I M O M)，用于存储C I M 类实例，C I M 类的加载过程如图2 所示。C I MR e p o s i t o r y：M O F 对象仓库，用于储存资源建模中的收稿日期：2 0 0 9-0 8 2 4；修订日期：2 0 0 9 1 0-2 9。作者简介：高国钊(1 9 8 5 一)，男，安徽蚌埠人，硕士，研究方向为S O A、W e b 服务、分布式系统管理：吕智慧(1 9 7 5 一)，男，博士研究生，研究方向为系
12、统管理、P 2 P 等；吴杰(1 9 7 3 一)，男，副教授，研究方向为系统管理、P 2 P 等；张世永(1 9 5 0 一)，男，教授，博士生导师，研究方向为网络安全、分布式系统等。E-m a i hs e a n _ g g z 1 6 3 c o m万方数据高国钊，吕智慧，吴杰，等：基于W e b 服务的统一虚拟系统管理2 0 1 0，3 1(1 4)3 2 9 9图lW B E M 体系结构图2M O F 加栽过程静态数据。M O F 经编译后注册到C I M O M 中供客户端查询。C I M P r o v i d e r：用于获取底层资源的动态数据。不同的C I M O M 支
13、持不同的P r o v i d e r 接口，如C M P I，C I M P L E。2 虚拟系统管理平台及W S M a n a g e m e n t目前L i n u x 平台下主流的虚拟化技术有V w a l e 的V V l w a r e 和C i t r i x 的X e n，二者使用不同的虚拟化技术。R e d H a t主导的L i b v i r t 开源项目L i b v i r t C I Mp r o v i d e r 目前已经实现了部分虚拟资源的C I MP r o v i d e r 功能脚，通过L i b v i r tA P l 支持对基于X e n 的L
14、 i n u x 虚拟平台的管理嘲，其最终目标是实现对所有不同虚拟系统的无差别管理。X e n d 后台进程用于控制与物理机上的所有虚拟系统相关的系统管理功能，管理员通过X m管理工具获得虚拟机的管理操作。L i b v i r t-C I M 即通过L i b v i r tA P I 与X e n d 和X m 进行交互，从而对虚拟操作系统进行管理，如图3 所示。P r o v i d m j卜图3L i b v i r t C I MP r o v i d e r 和X e n 的交互W S M a n a g e m e n t 是D M T F 组织提出的第一个采用W e bS e
15、r v i c e s 方式结合一系列相关W e bS e r v i c e s 标准暴露C I M 资源的规范。它定义了在所有系统管理中普适的核心操作集合，是一系列子标准的集合，包括W S A d d r e s s i n g：资源寻址；W 孓T r a n s f e r：获取、更新、创建和删除不可分的资源实体；W S-E n u-m e r a t i o n：对多实例资源进行枚举查询的机制，W S E v e n t i n g：事件订阅处理等。基于W E B M 的虚拟系统管理即在图l 所示的整体框架下，在C I M X M L 上层实现C I M X M L 到标准化W S M
16、 a n a g e-m e r i t 通信协议转换，并采用如图2 所示的第三方统一p r o v i d e r提供对虚拟系统的无差别管理。3 虚拟系统管理C I M 建模设计方案对于虚拟系统的管理需求主要包括虚拟系统的发现，虚拟系统生命周期(初始、活动、暂停、休眠)管理、创建、修改、删除虚拟系统设备以及虚拟系统性能监控。明确了具体的管理对象和管理目标后，以面向对象的C I M 建模标准创建类图，并描述类与类之间的关系。核心通用建模框架如图4 所示，虚拟系统和物理系统均由C I MC o m p u t e r S y s t e m 类对象表示，二者对象通过C I MH o s t e
17、dD e p e n d e n c y 关联，对物理系统和虚拟系统的操作管理都以C I MC o m p u t e r S y s t e m 类对象为基础直接或间接实现，物理系统设备和虚拟系统设备由C I M建模，聚合到设LogicalDevice备资源池C I M _ R e s o u r c e P o o l 类，以及C I MC o m p u t e r S y s t e m，资源池通过A l l o c a t e d F r o m P o o lA s s o c i a t i o I l 与虚拟设备对象关联用于实现虚拟资源的分配，虚拟系统对象和虚拟设备对象分别通过
18、S e t t i n g s D e f i n e S t a t e 关联V t r t u a l S y s t e m S e t t i n g D a t a(V A S D)和g e s o u r c e A l l o c a t i o n S e t t i n g D a t a(R A S D)，二者分别代表当前虚拟系统和虚拟设备的配置信息，并通过x r m u a l S y s t e m S e t t i n g D a t a关联，许多虚拟系统支持s n a p s h o t 快照功能，用于捕捉当前系统信息，允许用户在未来某个时间恢复到之前的快照，这就
19、通过持久化V A S D 和R A S D 的对象实现。最后，A l l o c a t i o n C a p a b i l i t i e s 通过E l e m e n t C a p a b i l i t i e s 同S e t-t i n g D a t a 关联，它定义了资源的运行时能力，例如设备的最大最小虚拟数目等。以上便是虚拟化系统及资源管理的核心建模部分。在核心建模框架的基础上我们定义相关的类属性和方法，例如C I M和一V i r t u a l S y s t e m M a n a g m e n t S e r v i c eC I MV m u a lS y
20、s t e m M a n a g e m e n t C a p a b i l i t i e s 两个C a p a b i l i t i e s 子类提供了对于虚拟系统资源的添加、删除、修改以及对于虚拟系统的定义和删除操作。通过使用与代表物理系统的C I MC o m p u t e r S y s t e m 实例关联的C I M类中的方_ V t r t u a l S y s t e m M a n a g m e n t S e r v i e eD e f i n e0法，用户可以创建一个虚拟系统，这个方法以一个C I MV S S D和系列的C I MR A S D 类实
21、例作为输入参数，代表所创建虚拟系统的组成部件。另外，C I M中的ComputerSystemR e q u e s t-S t a t e C h a n g e O 方法用于控制虚拟系统的生命周期。c I M 建模通过M O F 进行描述，M O F 有其自身的语法规则。以下是对于虚拟系统建模的M O F 代码例子，部分描述上述虚拟系统C I M类。ComputerSystemP r o v i d e r(“c m p i：V i r t _ C o m p u t e r S y s t e m”)P r o v i d e rC l a s sC I M _ C o m p u t
22、e r S y s t e m：C I M _ S y s t e m D e s c r i p t i o n(“惟一标识一个虚拟系统”)】s t r i n gN a m e F o r m a t；【D e s c r i p t i o n(“系统允许状态”)】u i n t l 6E n a b l e d S t a t e【D e s c r i p t i o n(“系统状态转换情况”)，万方数据3 3 0 02 0 1 0，3 1(1 4)计算机工程与设计C o m p u t e rE n g i n e e r i n ga n dD e s i g nV i r t
23、e a lS y s t e mH o s tS y s t e m，、，-、，V i r t u a I S y s t e m fD e f i n e S”t a t e sfC o m p u t e r S y s t e mfD e p e n d e n c y fC o m p u t e r S y s T e mfS e r t i n g D a*af(V i r t u a l S y s t e m)Jl(H o s t S y s t e m)1)V i r t u a l S y s t e m S e t t i n g、D a*a C o m p o n e
24、n tS y s t e m D e v i c eD e v i c e lC P UL _ _H O S t e d S y s t e m R e s o u r c e P o o ID e v i c eR e s o u r c e A l l o c a t i o n、-爿(V l i r t u a l)fS e t t i n g D a*aR e s o u r c e P co l lD e v i三嚣lrI(D e v i c e)J(P h：l l e m e n t c a p a b j J j l j e sJJ D e v!：z 黑u LJq 生型叫竺c：e
25、 生?c 印a b i l i t i e s a m I i o。慨n-I。”n a p o o I j C o m p o n e n tS 酬i n g s D c f i n c S t a t c 8o：聚合；关联图4 虚拟系统C I M 建模核心框架V a l u e M a p(“1”，“2”，“3”，“4”)，V a l u e s “E n a b l e d ,D i s a b l e d ,P a u s e d ,S u s p e n d e d”】u i n t l 6R e q u e s t e d S t a t e；D e s c r i p t i o
26、n(“改变状态方法”)】u i n t 3 2R e q u e s t S t a t e C h a n g e(【I N】u i n t l 6R e q u e s t e d S t a t e。【I N】d a t e t i m eT i m e o u t P e r i o d)；D e s c r i p t i o n(“设置电源状态方法”)】u i n t 3 2S e t P o w e r S t a t e(I N】u i n t 3 2P o w e r S t a t e。【n 叼d a t e t i m eT i m e)；)；以上M O F 资源描述代码
27、片段重点定义了对虚拟系统D o-m a i n U 的生命周期管理，通过对某个已存在的虚拟系统C I MC o m p u t e r S y s t e m 实例调用R e q u e s t S t a t c C h a n g e O 方法，使得虚拟系统处于初始、活动、暂停、休眠等状态。另外，对于虚拟系统动态信息，我们通过W t r tC o m p u t e r S y s t e mP r o v i d e r(如代码上方所示)获取。L i b v i r t 开源项目(目前仍在持续开发中)L i b v i r t-C I MP r o v i d e r 实现了部分功能，我
28、们在此基础上实现建模设计和开发测试。4 基于W S-M a n a g e m e n t 和C I M 的虚拟系统管理实现及应用4 1 管理系统实现通过受管对象格式(m a n a g e d o 场e c t f o r m a t，M O F)进行虚拟系统建模描述和P r o v i d e r 描述后，将M O F 编译并注册进C I M O M 中，以创建相应的资源类和注册相应的P r o v i d e r，C I M O M 同时存储静态和动态数据，对象的某些属性通过M O F文件中描述的类实例进行静态初始化，某些通过使用P r o v i d e r来动态地获得属性值，用户通过
29、不同资源的N a m e s p a c e 来获取相应受管对象的管理实例。目前主流的C I M O M 产品有S F C B、O p e n P e g a s u s、O p e n-W b e m、W M I 等，他们支持不同的P r o v i d e r 接口标准，例如C M P I和C I M P L E。L i b v i r t C I MP r o v i d e r 在实现上支持C M P I 标准接口，我们采用S F C B(支持C M P I)作为我们的C I M O M 容器。底层采用L i b v i r t-C I MP r o v i d e r 作为提供者，它
30、通过L i b v i r tA P I 实现对虚拟机的操作。上层方面，W B E M 框架体系采用两种通信协议实现与C I M O M 的交互：C I M X M L 和W S-M a n a g e m e n t，二者都通过X M L o v e r H T T P 进行C I M 信息交换。前者，C I M O M产品提供相应客户端直接通过C I M X M L 与C I M O M 进行通信，后者建立在W e bS e r v i c e s 协议基础上，相应的中间层服务暴露W e bS e r v i c e s 接口，使客户端到服务端采用W e bS e r v i c e s通
31、信方式，并在服务端通过W S M a n a g e m e n t C I M B i n d i n g 实现协议转换最终通过C I M X M L 与C I M O M 进行通信，实现w s-M a n a g e m e n t 管理接口的服务中间件有O p e n W S M a n，W i s e m a n等开源工程。基于W S M a n a g e m e n t W e bS e r v i c e s 的W B E M 管理方式将成为未来发展趋势。在L i n u xX e n 虚拟化技术平台下，采用W S-M a n a g e m e n t 通信协议的虚拟系统管理结
32、构图如图5 所示。彳_ w s M”坫一tr 窀L!f 7 昏、么?亟固图5 基于W S-M a n a g e m e n t 的系统架构4 2 实验及结果基于以上条件搭建测试环境，我们采用C e n t O S+X e n 的虚拟平台，实现C I M 虚拟系统建模，通过L i b v i r t-P r o v i d e r 与万方数据高国钊，吕智慧，吴杰，等：基于W e b 服务的统一虚拟系统管理2 0 1 0，3 1(1 4)3 3 0 1上层的W S M a n a g e m e n t 服务通信。我们采用微软公司的W i n R M 作为客户端进行互操作性测试，通过G e t、
33、E n u m e r a t e等W S M a n a g e m e n t 规范定义的原子方法获取当前虚拟系统的信息。实验结构如图6 所示，我们使用3 台P C，均部署W S M a r i a-g e m e n t 服务(O p e n W S M a n)，底层X e n 作为虚拟平台。(1)生命周期测试。初始物理系统均为D o m a i n 0，通过O p e n W S M a n 客户端的C r e a t e 命令分别在3 台P C 上创建两个虚拟系统D o m a m l 和D o m a i n 2(2 5 6 M)，3 台P C 上运行9 个操作系统(6 个为虚拟
34、系统)，不同虚拟系统的网卡配置为同一网段的不同I P，通过O p e n W S M a n 客户端采用W S M a n a g e m e n t 的G e t 方法获取各个虚拟系统名称以确认虚拟系统的创建，再用G e t 获取D o m a m O内存信息，每台P C 单独运行操作系统时初始内存平均占用情况约为3 2 O(2 G)，在创建2 个X e n 虚拟系统后，内存平均占用情况上升为6 0 7，大致为虚拟系统所分配内存，最后调用D e l e t e 删除虚拟系统，D o m a m 0 恢复初始内存情况，以上验证了虚拟系统建模以及基于W S M a n a g e m e n t
35、 的虚拟系统生命周期管理的正确性。(2)系统性能监控测试。以上3 台P C 上部署W e b 服务作为W e b A p pS e r v e r，同样各自创建2 个虚拟系统，配置W S M a n ag e m e n t 服务。客户通过L o a dB a l a n c e 服务器访问W e b 服务。通过O p e n W S M a n 客户端向W e b A p pS e r v e rl 订阅(S u b s c r i b e)C P U 使用率，阀值7 0。对W e b A p pS e l-V e l 1 进行大并发量连接请求，当其C P U使用率超过7 0 时，O p e
36、 n W S M a n 客户端同时接到W e b A p p S e r-V e rl 上针对实际系统以及两个虚拟系统的I n d i c a t i o nP r o v i d e r告警，接着客户端通知L 0 a dB a l a n c e 服务器添加W e b A p pS e t-v e r 2 以实现负载均衡。以上验证了对于虚拟系统性能监控的正确性，并实现应用场景。负载均衡应用如图7 所示。通过以上方法证明了虚拟系统C I M 建模以及对虚拟系统基于W S M a n a g e m e n t 统一接口管理的正确性，实现了对于虚拟系统基于C I M 和W S M a n a
37、g e m e n t 的统一管理(主要包括生命周期的管理)，表明W S M a n a g e m e n t 在基于W e b 服务系统管理领域的功能性和可行性。5 结束语图7 负载均衡应用虚拟化技术是未来的发展趋势，面对多样的虚拟化系统，如何进行统一管理成为重要问题。本文介绍了基于W B E M 的系统管理框架，并实现了W B E M 下基于W S M a n a g e m e n t 和C I M 的虚拟系统管理平台，验证了虚拟建模的正确性和基于W e bS e r v i c e s 进行虚拟系统统一管理的可行性。基于W B E M 构架，C I M 建模以及W S M a n a
38、 g e m e n t 标准化接口的统一虚拟系统管理技术将提供对复杂多样虚拟系统的高效统一管理，将获得广泛应用。参考文献【1】D S P 0 0 0 4，C I Mi n f r a s t r u c t u r es p e c i f i c a t i o n2 5【s】【2】D S P 2 0 13，C I Ms y s t e mv i r t u a l i z a t i o nm o d e lw h i t ep a p e r Z 【3】D S P l 0 5 7，V t r t u a ls y s t e mp r o f i l e Z 【4】D S P 0 2
39、2 6，W e bs e r v i c e sf o rm a n a g e m e n t(W S M a n a g e m e n t)S 【5】D S P 0 2 2 7，W S-M a n a g e m e n tC I Mb m d m gs p e c i f i c a t i o n S 【6】肖政，韦卫，侯紫峰基于W B E M 的统一系统管理【J】计算机工程，2 0 0 5，3 1(1)：4 8-4 9【7】D e v e l o p e rP r i m e rt oW B E Ma n dC I M E B O L h t t p：d e v e l o p e
40、 r n o v e l l c o m w i k i i n d e x p h p D e v e l o p e r _ P r i m e r t o W B E M _a n dC I M，2 0 0 8【8】L i b v i r ta n dL i b v i r t-C I Md o c u m e n t E B O L h t t p：l i b v i r t o 彬，2 0 0 8【9】W i n d o w sr e m o t em a n a g e r n e n t E B O L h t t p：m s d n m i c r o s o f t c o m e n-u s l i b r a r y a a 3 8 4 4 2 6 a s p x,2 0 0 8 固国圆国国国图6 实验结构万方数据